洪 慶，阮立強(qiáng)，馬立峰，安殿軍，劉 影

(1.黑龍江省牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011；3.黑龍江省柴河林業(yè)局，黑龍江 海林 157131)

研究與設(shè)計(jì)

紅松子機(jī)械式自動(dòng)開口機(jī)的研制

洪 慶1，阮立強(qiáng)2，馬立峰3，安殿軍3，劉 影1

(1.黑龍江省牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011；3.黑龍江省柴河林業(yè)局，黑龍江 海林 157131)

研制出一種紅松子機(jī)械式自動(dòng)開口機(jī)，該機(jī)采用機(jī)械方式一次完成紅松子自動(dòng)開口，具有傳動(dòng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高等特點(diǎn)。

紅松子；機(jī)械式；自動(dòng)開口機(jī)；研制

松子為名貴樹種紅松的種子，具有“長生果”、“果中仙品”的美譽(yù)。紅松主要分布在我國東北的長白山脈及小興安嶺地區(qū)，野生紅松需生長50年以后才開始結(jié)子。松子因富含維生素E、亞油酸和皮諾斂酸等不飽和脂肪酸，以及棕櫚堿、揮發(fā)油等成分而具有抗衰老、預(yù)防心血管疾病、滋陰潤肺、滑腸通便等多種功效。隨著生活水平的提高，人們開始越來越重視保健與養(yǎng)生，松子因其具有的獨(dú)特營養(yǎng)價(jià)值而備受推崇，但其堅(jiān)硬的外殼卻阻礙了市場的開發(fā)和價(jià)格的提升。松子剝殼有撞擊法、擠壓法、碾搓法、撕搓法、刀片切割法等，但由于限制條件多，要求高，實(shí)際應(yīng)用受到限制，更重要的是松子剝殼后會(huì)使種仁完全暴露在空氣中，這樣不符合食品的衛(wèi)生要求。松子開口技術(shù)可彌補(bǔ)剝殼的不足，其既能容易地去除外殼，又能保證種仁衛(wèi)生干凈，符合人們的食用習(xí)慣。傳統(tǒng)的化學(xué)開口方法存在二氧化硫超標(biāo)、酸、堿污染等缺陷，破壞了松子的營養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)各種化學(xué)元素也會(huì)對人體健康造成損害；物理開口法采用純?nèi)斯げ僮鞣绞剑と擞檬止ら_口鉗夾裂松子使其開口，工作效率低、人工成本高，不能滿足規(guī)模化生產(chǎn)的市場需求。目前已有的小型開口機(jī)械是將松子撒落在槽型軌道中，通過壓板直接擠壓，常常導(dǎo)致松子破碎率超標(biāo)[1-2]。為了保證開口效果良好，降低破碎率，需要開發(fā)更先進(jìn)的松子開口機(jī)。黑龍江省是紅松子的主產(chǎn)區(qū)，有天然的地域優(yōu)勢，2014年4月森工林區(qū)進(jìn)入全面禁伐階段，使得林產(chǎn)品深加工成為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)的主要途徑[3-4]。據(jù)調(diào)查，森工林區(qū)內(nèi)，紅松子豐產(chǎn)年時(shí)，牡丹江林區(qū)產(chǎn)量約2.4萬噸/年、松花江林區(qū)產(chǎn)量約為1.6萬噸/年、合江產(chǎn)量約1.2萬噸/年、伊春約4.8萬噸/年，其中十分之一留作種子，其余的剝殼、開口各占一半，也有約4.5萬噸需要開口。在如此豐富的原料優(yōu)勢下，急需一種安全、高效、無污染的紅松子開口設(shè)備。要求采用機(jī)械自動(dòng)化開口加工技術(shù)，并具有減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率及開口松子的產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢。

1 開口機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

紅松子機(jī)械式自動(dòng)開口機(jī)主要由機(jī)架、轉(zhuǎn)盤、預(yù)緊及壓裂裝置、分粒送料裝置及操作控制系統(tǒng)等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開口機(jī)基本結(jié)構(gòu)1.機(jī)架；2.轉(zhuǎn)盤；3.分粒送料裝置；4.預(yù)緊、壓裂裝置；5.操作控制系統(tǒng)

(1)機(jī)架：機(jī)架為箱型結(jié)構(gòu)，除完成整機(jī)的獨(dú)立支撐外連接整機(jī)電氣箱。

(2)轉(zhuǎn)盤：轉(zhuǎn)盤設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上完成分料、送料動(dòng)作，側(cè)邊立起。

(3)分粒送料裝置：該裝置由機(jī)架、供料箱、分粒轉(zhuǎn)盤、輸料導(dǎo)管組成，能準(zhǔn)確地將每一粒紅松子送到轉(zhuǎn)盤內(nèi)的指定穴位上，可大大提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

(4)預(yù)緊、壓裂裝置：該裝置同轉(zhuǎn)盤配合完成松子預(yù)緊、壓裂、開口動(dòng)作。

(5)操作控制系統(tǒng)：采用PLC控制系統(tǒng)，應(yīng)用電腦顯示器展示單機(jī)及整條生產(chǎn)線的操作。

1.2 工作原理

首先將分級選好的1號紅松子(或2號紅松子)投入兩側(cè)分粒送料裝置的料箱里，由馬達(dá)經(jīng)過減速器驅(qū)動(dòng)分粒軸每轉(zhuǎn)分出20粒自動(dòng)滑入轉(zhuǎn)盤的對應(yīng)孔內(nèi)，轉(zhuǎn)盤由馬達(dá)分割器控制每0.5 s轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)盤的外固定環(huán)由寬逐漸變窄使落入轉(zhuǎn)盤的松子都能在各自的穴內(nèi)形成側(cè)立狀態(tài)。再在3 s內(nèi)由上預(yù)壓裝置把每粒松子分別壓緊后，下擠壓裝置再將20粒松子全部壓裂，上下裝置同時(shí)回位。轉(zhuǎn)盤在下一旋轉(zhuǎn)過程中使壓裂的松子落入下面滑板并輸出到收集裝置，稱重、裝袋、封口。

下一旋轉(zhuǎn)過程0.5 s 后到位每盤又落入20粒松子，如此循環(huán)作業(yè)。

2 主要工作部件設(shè)計(jì)

松子放入供料箱中，電機(jī)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)通過傳動(dòng)帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)分料勺轉(zhuǎn)動(dòng)，分料勺經(jīng)過供料箱時(shí)每個(gè)分料勺均盛一粒松子，當(dāng)分料勺轉(zhuǎn)動(dòng)到接近輸料導(dǎo)管時(shí)松子自動(dòng)落入到喇叭形接料口，然后滑到輸料導(dǎo)管中，經(jīng)輸料導(dǎo)管進(jìn)入到轉(zhuǎn)盤的壓裂槽中。

分料勺深16 mm，直徑13 mm，中軸線與水平線呈60°夾角。這種設(shè)計(jì)可以保證分料勺每次經(jīng)過供料箱時(shí)分料勺中可以且只能盛一粒松子。

供料箱內(nèi)設(shè)置40個(gè)分料勺，分料勺分成4組呈十字形分布，每組10個(gè)，分料勺與分料勺之間距離為30 mm，相臨兩組間夾角為90°。輸料導(dǎo)管上端設(shè)有一個(gè)喇叭形接料口，輸料導(dǎo)管的軸線與水平線夾角為40°。

預(yù)緊、壓裂裝置由固定盤、轉(zhuǎn)動(dòng)盤、固定盤上擋圈組成，轉(zhuǎn)動(dòng)盤由馬達(dá)通過減速器驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤每次轉(zhuǎn)動(dòng)180°用時(shí)1s，旋轉(zhuǎn)到位后停止4 s，這段時(shí)間，送料裝置送入20粒待壓松子(2 s，側(cè)面立著)；以前送入側(cè)面立著的20粒待壓松子由上壓緊裝置壓緊、下壓裂裝置壓裂，然后上下裝置一并回位，轉(zhuǎn)盤再轉(zhuǎn)動(dòng)180°到下一工位等待入料，旋轉(zhuǎn)中將壓裂完成的松子送入固定盤的長弧型孔內(nèi)落到底板的輸送帶上送出(2 s)，如此循環(huán)作業(yè)。

松子即使在同一級別尺寸也不盡相同，所以必須每粒分別預(yù)緊然后再壓裂，為了提高作業(yè)效率，采用對稱雙圓盤旋轉(zhuǎn)式送料方式，在盤中側(cè)立位置進(jìn)行各20粒預(yù)緊擠壓使松子開裂，該預(yù)緊擠壓開裂機(jī)構(gòu)已申請國家發(fā)明專利(專利申請公示號201610565437.9)

3 松子開裂生產(chǎn)線主要設(shè)備及工藝流程

為了提高松子開裂的機(jī)械化作業(yè)生產(chǎn)效率，選用了現(xiàn)有紅松子剝殼所用的7級分級篩選機(jī)。該生產(chǎn)線的分粒輸送及預(yù)緊壓裂裝置為此次開發(fā)的重點(diǎn)樣機(jī)，其余的如排出輸送、干燥、稱重、裝袋、封口、裝箱等工序均選用現(xiàn)有設(shè)備加以改造，形成一條生產(chǎn)線。其工藝流程為：分級→入料→分?！M(jìn)圓盤穴→圓盤旋轉(zhuǎn)到擠壓位置(同時(shí)使穴內(nèi)松子側(cè)立)→上壓緊→下擠裂→落下排出→稱重→裝袋→封口→裝箱→出貨。

整個(gè)作業(yè)過程均采用PLC控制，時(shí)間匹配快慢可調(diào)，作業(yè)時(shí)間取決于預(yù)緊及定位后擠壓再全部回位工序，其他工序都可在此時(shí)間內(nèi)同步完成。

4 結(jié)束語

由于紅松子形狀比較復(fù)雜，即使通過松子脫粒機(jī)篩選出同一級別的松子其大小形狀還是有所不同，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，20多年來業(yè)界人士經(jīng)過了不斷的努力，但目前仍然沒有徹底解決這一問題，這次開發(fā)的樣機(jī)也還需要在使用中不斷地進(jìn)行改進(jìn)完善。

[1] 賈生平.松子仁的加工[J].中國農(nóng)村科技，2007(1)：22-23.

[2] 劉德君，段慧達(dá)，陳廣大.自動(dòng)松子破殼機(jī)設(shè)計(jì)與研究[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37(12)：116-121.

[3] 郭志越，王偉，莊煜，等.基于SolidWorks的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].森林工程，2015，31(4)：92-97.

[4] 雷倩，楊永發(fā).便攜式變徑球形刺梨采摘器的設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2017，45(3)：26-28.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Research and Development of a Mechanical Automatic Opening Machine for Korean Pine Seeds

HONG Qing1，RUAN Li-qiang2，MA Li-feng3，AN Dian-jun3，LIU Ying1

(1.Heilongjiang Mudanjiang Forestry Science Research Institute，Mudanjiang Heilongjiang 157009，China；2.Heilongjiang Forestry Vocational-Technical College，Mudanjiang Heilongjiang 157011，China；3.Heilongjiang Chaihe Forestry Bureau，Hailing Heilongjiang 157131，China)

A mechanic automatic opening machine for Korean pine seeds is developed and it can realize the automatic opening of Korean pine seeds at a time，featuring simple transmission，compact structure and high productivity，etc.

Korean pine seed；mechanical；automatic opening machine；development

2017-03-28

黑龍江省森林工業(yè)總局2014年重點(diǎn)應(yīng)用研究項(xiàng)目(sgzjY2014001)

洪 慶(1960-)，男，黑龍江虎林人，享受國務(wù)院政府津貼高級工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事林業(yè)機(jī)械及自動(dòng)化技術(shù)的研究，E-mail：hq@htjmzdh.com。

TS642

A

2095-2953(2017)06-0038-03