王旺平 談易騰

WANG Wang－pingTAN Yi－teng

（武漢輕工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢 430024）

（School of Mechanical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430024，China）

蓮子是睡蓮科水生草本植物蓮的種子，主要由蓮皮（殼）、蓮衣、蓮仁、蓮心等組成［1，2］。新鮮蓮子由于其營養(yǎng)價(jià)值高，味道鮮美，口感爽脆，深受人們喜愛［3］。傳統(tǒng)的新鮮蓮子剝皮、去衣主要是采用人工方式，工人勞動(dòng)強(qiáng)大度，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。

新鮮蓮子和干殼蓮子的差異性較大，新鮮蓮子外皮松軟，蓮衣包裹在蓮仁外部，食用之前一般需清理外衣，否則口感生澀，影響食用品質(zhì)。干殼蓮子外殼非常堅(jiān)硬，殼仁之間間隙小，抗壓強(qiáng)度較高，蓮衣一般通過磨削的方式去除?，F(xiàn)有的干殼蓮子剝殼技術(shù)和設(shè)備不能適用于新鮮蓮子的剝皮去衣［4－8］。余群等［9，10］研制了一種鮮蓮子剝皮機(jī)，該機(jī)采用半圓形刀具對(duì)蓮子進(jìn)行環(huán)切，并采用了柔性環(huán)形通道設(shè)計(jì)，可保證蓮子剝皮率與蓮仁完整率，但該機(jī)采用單通道設(shè)計(jì)，產(chǎn)量較低，且不能對(duì)蓮子進(jìn)行去衣處理，功能單一。

基于對(duì)新鮮蓮子的幾何、物理機(jī)械性能的研究，研發(fā)了一種新鮮蓮子剝皮去衣機(jī)，該機(jī)采用滾切的方法對(duì)蓮子進(jìn)行切割剝皮，采用高壓水噴射去除蓮衣，生產(chǎn)效率高，適應(yīng)性強(qiáng)，可以滿足當(dāng)前新鮮蓮子加工中機(jī)械剝皮的應(yīng)用需要。

1 主體結(jié)構(gòu)與工作原理

要實(shí)現(xiàn)新鮮蓮子的剝皮去衣，必須完成蓮子的供料、切割、剝皮以及去衣4個(gè)環(huán)節(jié)。所設(shè)計(jì)的新鮮蓮子剝皮機(jī)主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、位姿調(diào)整結(jié)構(gòu)、輸送結(jié)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)、剝皮機(jī)構(gòu)、去衣機(jī)構(gòu)及機(jī)架等組成。蓮子位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)與去衣機(jī)構(gòu)分別位于傳送機(jī)構(gòu)的兩端，切割機(jī)構(gòu)與剝皮機(jī)構(gòu)依次并排位于傳送機(jī)構(gòu)的傳送帶作業(yè)面的上方。該機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 新鮮蓮子剝皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖Figure 1 The structure of fresh lotus seed peeler

該機(jī)的主要工作原理：待剝皮的新鮮蓮子置于進(jìn)料斗1中，在位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)2的作用下，蓮子遵循最小勢(shì)能原則，以長軸為滾動(dòng)中心，進(jìn)入切割機(jī)構(gòu)3。當(dāng)蓮子以滾動(dòng)的方式通過柔性割殼刀架4時(shí)，其蓮皮被切割刀至少環(huán)切一周且被分成兩半。蓮子在傳送帶的作用下，繼續(xù)滾動(dòng)至剝皮機(jī)構(gòu)5，在剝皮機(jī)構(gòu)5擠壓力的作用下，蓮皮與蓮仁分離。剝皮后的蓮子在繼續(xù)滾動(dòng)的同時(shí)，去衣機(jī)構(gòu)6中的高壓噴水槍將蓮仁的白色外衣切開、沖洗使其剝落。剝皮去衣之后的蓮子從出料口7排出。

2 主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主動(dòng)軸與電機(jī)的中心距為450～500 mm，其轉(zhuǎn)速根據(jù)產(chǎn)量等計(jì)算為180 r／min。綜合考慮，本傳動(dòng)系統(tǒng)采用鏈傳動(dòng)，選用減速電機(jī)傳動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure 2 The structure of transmission mechanism

2.2 供料與輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證蓮子沿短軸直徑的切割，蓮子輸送時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)蓮子以其長軸進(jìn)行滾動(dòng)。蓮子從進(jìn)料口排出之后，根據(jù)最小勢(shì)能原則，蓮子必然會(huì)以長軸為軸線進(jìn)行滾動(dòng)。為了防止蓮子在進(jìn)料斗底部發(fā)生堵料現(xiàn)象，將進(jìn)料斗設(shè)計(jì)成上大下小的結(jié)構(gòu)，可以有效降低進(jìn)料口下方出口的壓力。同時(shí)，電機(jī)工作時(shí)的橫向振動(dòng)也可在一定程度上松動(dòng)料層，能有效防止蓮子的堵料，實(shí)現(xiàn)連續(xù)輸送。

蓮子由進(jìn)料斗，通過輸送帶進(jìn)入輸送機(jī)構(gòu)的過程中，大部分蓮子完成了長軸方向的取向，但由于蓮子粒度的差異，不能完全保證其短軸直徑的最大界面與切割刀片在同一平面，因此，必須對(duì)其進(jìn)行位姿調(diào)整。

輸送機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖3。輸送機(jī)構(gòu)主要由主動(dòng)軸、輸送帶、搓輥、浮動(dòng)支架等組成。蓮子在輸送帶和輸送滾輪的作用下，進(jìn)入輸送機(jī)構(gòu)。在搓輥摩擦力以及兩側(cè)擋板的作用下，蓮子完成沿長軸方向的取向。

2.3 切割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

切割機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖4。為了滿足不同短軸直徑的蓮子的剝皮要求，切割機(jī)構(gòu)必須設(shè)計(jì)成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。切割刀安裝在安裝座上，安裝座通過一組彈簧進(jìn)行預(yù)壓，安裝在其上方的導(dǎo)桿，可以允許其在機(jī)架上上下滑動(dòng)。當(dāng)蓮子尺寸較大時(shí)，刀架可以向上滑動(dòng)，避免了對(duì)蓮子的擠壓，減小了蓮子的破損率。當(dāng)蓮子尺寸較小時(shí)，刀架桿上的彈簧也可保證蓮子與切割刀接觸。蓮子在滾動(dòng)的過程中，蓮皮被切割刀環(huán)切至少一周，且被分成兩半。

圖3 供料與輸送機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure 3 The structure ofconveying mechanism

圖4 切割機(jī)構(gòu)示意圖Figure 4 The structure ofcutting mechanism

本設(shè)計(jì)選用條形刀片，在切割時(shí)要求刀片薄而鋒利，且在切割時(shí)不能切傷蓮仁。所設(shè)計(jì)的刀片厚度為1 mm，刀刃角度為30°～45°，刀刃高度為1 mm，材料為9Cr WMn或9CrSi，表面真空淬火處理，刀片表面硬度為HRC55～60。安裝時(shí)切割刀刀刃高出安裝座0.6～0.8 mm，這樣既能有效的切割蓮皮又不傷及蓮仁。

2.4 剝皮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

切割之后的蓮子被輸送機(jī)構(gòu)送到剝皮機(jī)構(gòu)進(jìn)行剝皮分離處理。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖5。在剝皮機(jī)構(gòu)的上方安裝帶有毛氈條且可以調(diào)節(jié)高度的固定架，其高度可根據(jù)蓮子大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。在輸送帶的下方安裝有浮動(dòng)支架，通過調(diào)節(jié)彈簧拉力，可以得到合適的擠壓力。若此力較大，則可能壓碎蓮子，增加蓮子的破損率；太小則不能完全將蓮皮和蓮仁分開。

3 主要參數(shù)與性能指標(biāo)

（1）處理量：30 kg／h；

（2）一次剝殼率：≥92%；

（3）蓮仁破損率：≤5%；

（4）仁殼分離率：≥90%；

（5）動(dòng)力配備：0.22 k W。

圖5 剝皮機(jī)構(gòu)示意圖Figure 5 The structure of peeling mechanism

4 結(jié)論

所研制的多功能新鮮蓮子剝皮機(jī)主要有以下特點(diǎn)：

（1）采用了獨(dú)特的柔性切割機(jī)構(gòu)，能對(duì)不同粒度尺寸的對(duì)蓮子進(jìn)行脫皮處理。剝皮效率與質(zhì)量較以往的蓮子剝皮（殼）設(shè)備高。

（2）將剝皮與去衣結(jié)合在一起，功能全面。通過切割機(jī)構(gòu)、剝皮機(jī)構(gòu)、去衣機(jī)構(gòu)的依次分列布置，可同時(shí)完成蓮子的剝皮去衣。

（3）在實(shí)現(xiàn)多功能的前提下，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且采用雙通道并聯(lián)設(shè)計(jì)，提高了生產(chǎn)率。

1 鄭寶東，鄭金貴，曾紹校.我國主要蓮子品種營養(yǎng)成分的分析［J］.營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2003，25（2）：153～156.

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5 王飛，陳義厚.蓮子穿心脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)與研究［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2006，19（5）：79～80.

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10 王旺平，張永林，易啟偉.新鮮蓮子脫皮機(jī)的研制［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械，2011（6）：149～151.