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        新型便攜式板栗剝殼器的多功能設(shè)計(jì)與研究

        2016-04-28 01:23:32李雪萌蔡雅琨王玉涵時德通卜丁東
        現(xiàn)代食品 2016年22期
        關(guān)鍵詞:剝殼脫殼刀刃

        ◎ 李雪萌,蔡雅琨,王玉涵,時德通,卜丁東

        (河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū),河北 黃驊 061100)

        板栗,又稱栗、風(fēng)臘,有“干果之王”的美稱,是一種殼斗科栗屬植物。板栗作為一種人們經(jīng)常食用的食品,其營養(yǎng)豐富,維生素C含量較高,甚至比西紅柿、蘋果等本身富含維生素C的蔬菜水果要高出幾倍,對于人體補(bǔ)充維生素有較好的作用。并且,板栗中的礦物質(zhì)也很全面,鉀、鋅、鐵等元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出其他食品,尤其是含鉀量比蘋果高出3倍[1]。

        目前,還沒有更好更合理的方式進(jìn)行家庭板栗脫殼工作。人們在對生板栗或者炒熟的板栗剝殼的過程中經(jīng)常會被板栗外殼刮傷,容易損傷人手指皮膚組織。市場上還沒有適合于家庭用的板栗剝殼器。但是,工業(yè)上有多種方法,比如火燒脫殼法、蒸汽脫殼法、機(jī)械脫殼法、真空爆殼法和微波去殼法等[2]。對于家庭來說,這些方法都不能有效且安全地得到完整的栗仁,其中所需要的條件如高溫火燒、真空爆殼等[3],不易實(shí)現(xiàn)且不安全。所以,適用于家庭用的板栗剝殼法依舊要依據(jù)物理原理機(jī)械脫殼。

        本課題研究家庭用安全有效板栗剝殼器的設(shè)計(jì)優(yōu)化。本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡易、高效率的原則,設(shè)計(jì)一種便攜、簡易、耐用且有效的新型家用板栗剝殼器。

        1 設(shè)計(jì)思路

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        市面上常見的是遷西板栗,所以選用遷西板栗作為實(shí)驗(yàn)材料。板栗尺寸測量采用直尺、數(shù)碼游標(biāo)卡尺,每次測量樣本容量在300~400,測量結(jié)果見表1。

        表1 板栗測量尺寸平均值表

        1.2 剝殼器的設(shè)計(jì)原理

        機(jī)械剝殼法在日常家庭生活中是較為方便且易實(shí)現(xiàn)的方法。我們對機(jī)械剝殼的物理原理進(jìn)行分析,大致有以下幾種。一是擠壓法,利用類似軋輥結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬物體擠壓使殼破碎。二是撞擊法,利用打板的高速撞擊作用使皮殼破碎變形。三是碾壓法,利用具有粗糙面的結(jié)構(gòu)對所要脫殼的食品進(jìn)行碾壓,利用較大的摩擦力使皮殼破損。四是剪切法,利用尖銳面的剪切作用使皮殼有明顯豁口[4]。

        綜合分析,擠壓法、撞擊法、碾壓法都只適用于外殼具有堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)的堅(jiān)果脫殼,如核桃脫殼機(jī)、花生脫殼機(jī)、松子脫殼機(jī)等。板栗的棕色皮殼沒有像核桃那樣堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)和組織,具有韌性,外殼內(nèi)皮軟薄,相對來說堅(jiān)硬的外殼上面沒有結(jié)合縫,一般的擠壓、撞擊和碾壓會使其變形,但是并不能對其造成破損性的傷害,以致于板栗剝殼不能起到很好的效果。家庭最主要使用的還是剪切法[5]。

        本文主要設(shè)計(jì)剪鉗式結(jié)構(gòu)對板栗底部堅(jiān)硬部分進(jìn)行創(chuàng)口處理,刀縱向切割技術(shù),讓板栗底部有破裂裂口,易于剝開。初步確定的裝置三維圖如圖1所示。

        圖1 剪鉗式結(jié)構(gòu)裝置三維圖

        2 系統(tǒng)關(guān)鍵部位優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1 鉗式結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        板栗剝殼器最主要部位為鉗式結(jié)構(gòu)。如圖1所示,設(shè)計(jì)雙側(cè)都加上刀片。左側(cè)刀片為平刀刃,右側(cè)刀片為鋸齒狀刀刃。鋸齒狀刀刃是為了讓板栗有較大摩擦力以及對板栗本體有一個恰當(dāng)?shù)闹С至Γ屍湓诩羟袝r有一定的穩(wěn)定性,我們采取刀片不傾斜狀,頭部不安排凹槽。板栗手持,通過2個刀片對板栗底部的剪切力達(dá)到剪下底部硬殼的目的,使其剪切下底部硬殼,如圖2所示。根據(jù)板栗外殼和內(nèi)部紅衣的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)底部硬殼的剪切有利于內(nèi)部紅衣的脫皮,較為方便地得到板栗果仁。

        圖2 板栗剝殼器剝殼流程圖

        在進(jìn)行剪切工作時,手持板栗頭部,讓板栗底部放在兩刀刃之間,雙側(cè)夾擊。給底部硬殼與軟殼組織連接處一定力的作用,足夠的壓強(qiáng)能夠給其大小適中的豁口。考慮到便攜性、小巧美觀,刀片嵌入在樹脂基部,基部寬為8 mm;考慮到這樣不傷及果仁,刀片設(shè)計(jì)長30 mm,刀片總寬為5 mm,雙側(cè)刀刃均寬3 mm,如圖3所示。

        圖3 板栗剝殼器設(shè)計(jì)圖

        2.2 手柄優(yōu)化

        設(shè)計(jì)手柄之間添加彈簧結(jié)構(gòu)。目的是為了讓兩刀片之間的角度不會過大或過小。依靠于彈簧的彈力,兩刀片之間的角度通過手的作用力來控制,同樣也能控制用力大小有效控制刀片剪切深度,保護(hù)栗仁完整。

        手柄連接處下方設(shè)計(jì)添加2個半凹槽。長度25 mm,總寬15 mm,深5 mm,凹槽內(nèi)部加入食品級橡膠墊材料。目的是為了增加板栗與凹槽的摩擦力,起到一定穩(wěn)固作用。

        板栗殼較核桃、花生、松子等干鮮果,不具有足夠的堅(jiān)硬、脆性等性狀。板栗殼不易裂開,容易受潮,有韌性。還有給予其足夠的剪切面,裂口才能更好地脫殼。所以,此設(shè)計(jì)的優(yōu)化在于在右手柄凹槽中央固定一個十字花刀。刀長10 mm,刀刃寬4 mm。當(dāng)板栗殼底部在鉗式部位有剪切口之后,拿到此處,再次利用手部力量進(jìn)行夾擊,彈簧控制深度,有效緩沖,給板栗頭部以十字型的切口,這樣便可板栗殼有多處破裂口,易于剝開。手柄細(xì)節(jié)如圖4所示。

        圖4 板栗剝殼器手柄細(xì)節(jié)圖

        2.3 材料選用

        整個板栗剝殼器的材質(zhì)都要用到食品級安全材料。全體除刀片外的材質(zhì)選用ABS樹脂材料。該材料耐熱耐磨耐酸且無毒,較為適用于板栗剝殼器的身體部位。304不銹鋼材料的優(yōu)勢為強(qiáng)度良好(抗拉強(qiáng)度σb≥520 MPa,條件屈服強(qiáng)度σ0.2≥205 MPa),硬度較強(qiáng)(參數(shù)≤187HB;≤90HRB;≤200HV),耐磨性良好,耐高溫(800 ℃),加工性能好,韌性高,其材料組成包括鉛等重金屬含量低,保證了食品的安全衛(wèi)生。

        3 結(jié)語

        本研究主要針對家庭用便攜式板栗剝殼器設(shè)計(jì)。在刀片和整體上都對板栗剝殼器進(jìn)行優(yōu)化。包括刀片、刀刃的寬度,形狀和材質(zhì)。設(shè)計(jì)手柄處合理的寬度,并且在手柄兩側(cè)各加上一個凹槽,其中右側(cè)凹槽內(nèi)部有十字花刀,給板栗的頭部也進(jìn)行切口處理,保證板栗殼能夠最大限度地受到破損且不損毀板栗果仁。該優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理,造價低,便攜性好,主要適用于家庭。板栗脫殼效果好,栗仁剝出完整,安全衛(wèi)生且有效,值得大力推廣使用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張文斌.自動板栗脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2015,37(8):104-106.

        [2]袁越錦,徐英英,黨新安,等.板栗脫殼技術(shù)與破殼機(jī)理研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].食品工業(yè)科技,2008,30(10):301-305.

        [3]張艷華,黨新安.板栗脫殼設(shè)備的研究與開發(fā)[J].機(jī)械,2004,31(7):45-47.

        [4]張林泉,龔 麗.剝殼機(jī)具的現(xiàn)狀及效果改進(jìn)方法的探討[J].食品與機(jī)械,2006,22(4):72-74.

        [5]楊雪銀,齊延興.機(jī)械式板栗脫殼技術(shù)研究初探[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2006,44(5):42-44.

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