陳 慧，羅細(xì)芽，周 鵬，徐桃珍

（江西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，南昌 330000）

0 引言

蓮蓬，又稱蓮房，埋藏蓮花雌蕊的倒圓錐狀海綿質(zhì)花托，表面分布有多數(shù)散生蜂窩狀孔洞，受精后逐漸膨大而稱之為蓮蓬。每個孔洞內(nèi)生有1 枚小堅果即為蓮子，蓮子中間長有1 根蓮芯，果熟期為9～10月［1］。蓮子富含淀粉、蛋白質(zhì)及棉子糖等，不僅可制作許多美味佳肴、精美食品，還可作為藥物在中醫(yī)上應(yīng)用［2］。隨著食品和藥品行業(yè)的發(fā)展，蓮子需求量與日劇增，帶動了蓮子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2018年我國蓮子的種植面積約920 萬畝，同比2017年835 萬畝增長了10.2%［3］。

當(dāng)天采摘的鮮蓮蓬必須當(dāng)天剝蓬、去皮、通芯、烘干，否則在自然條件下蓮子易出現(xiàn)褐變、衰老等品質(zhì)劣變問題［4］。而剝蓮蓬一直是采用傳統(tǒng)純手工完成，效率非常低，難以滿足蓮子初加工的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

近年來，有學(xué)者針對剝蓮蓬機械裝置進行了研究，賴明全［5］發(fā)明了一種新鮮蓮蓬脫粒機，采用彈簧鋼絲結(jié)構(gòu)來破碎蓮蓬。張禮歡［6］發(fā)明了一種蓮蓬脫粒機，采用葉片交錯分布的柔性結(jié)構(gòu)對蓮蓬進行破碎。黃小從［7］發(fā)明了電動蓮蓬快速脫粒機，采用若干十字交錯的撕料棒來打碎蓮蓬。但以上機械尚存在一些不足：粗硬的彈簧鋼絲在高速運動中容易打傷蓮肉，有的蓮子表面會被擊爛，效果不甚理想；葉片柔性結(jié)構(gòu)和十字撕料棒結(jié)構(gòu)在實際使用中，剝出的蓮子很多還會被蓮蓬里面的果膜包裹住，不能充分實現(xiàn)蓮子與蓮蓬的分離，需要人工二次參與，且十字撕料棒也會對部分蓮子造成較大損傷。

為此，本文在前人研究設(shè)計基礎(chǔ)上，為避免蓮蓬剝粒過程中易損傷蓮子問題，設(shè)計一套初級破碎機構(gòu)［8-9］，利用柔性裝置的定動擠壓軸實現(xiàn)蓮蓬的破碎［10］，而不傷及蓮子；針對初級破碎機構(gòu)中蓮蓬剝粒不干凈問題，設(shè)計一套二級研磨機構(gòu)，利用柔性研磨裝置，實現(xiàn)蓮子的剝粒干凈；最后設(shè)計一套振動分級清選機構(gòu)，利用振動分級，實現(xiàn)干凈蓮子的清選分離，完成鮮蓮蓬的機械化剝粒工作。

1 鮮蓮蓬剝粒機的設(shè)計

鮮蓮蓬剝粒機由初級破碎機構(gòu)、二級研磨機構(gòu)、機架、振動分級清選機構(gòu)和動力系統(tǒng)等部分組成，如圖1所示。

圖1 鮮蓮蓬剝粒機Fig.1 Fresh lotus seed peeler

1.1 初級破碎機構(gòu)

設(shè)計采用廣昌的鮮蓮蓬做試制原料，帶殼鮮蓮子呈橢圓形，比較鮮嫩，容易碰傷，直徑約14～21 mm，長度約22～24 mm，被一層較韌性的薄果膜包裹，鮮蓮子這些特點給機械剝粒造成很大的技術(shù)難度。經(jīng)過研究分析，設(shè)計出初級破碎機構(gòu)完成鮮蓮蓬擠壓破碎，又不傷及蓮子，為后期清理工作提供重要保障。如圖2所示。

圖2 初級破碎機構(gòu)Fig.2 Primary crushing mechanism

1.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

機構(gòu)主要由外殼體、定盤體、傳動軸和動盤體等4 部分組成。定盤體主要由φ400 mm 的定盤及3 圈帶有軟套的定擠壓軸構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 定盤體結(jié)構(gòu)Fig.3 Fixed disk structure

距離中心63 mm 處，第1 圈裝有1 根定擠壓軸；間隔52 mm 處，第2 圈裝有8 根定擠壓軸，再間隔52 mm 處，第3 圈裝有8 根定擠壓軸。定擠壓軸共17 根，用φ8 mm 的圓鋼制作，長度225 mm，每根定擠壓軸均套有塑料軟管，防止損傷蓮子。動盤體也是由φ400 mm 的定盤及3 圈帶有軟套的動擠壓軸構(gòu)成，如圖4所示。

圖4 動盤體結(jié)構(gòu)Fig.4 Moving disk structure

距離中心89 mm 處，第1 圈裝有2 根動擠壓軸；間隔52 mm 處，第2 圈裝有12 根動擠壓軸；再間隔52 mm處，第3圈位置裝有24根動擠壓軸。動擠壓軸共38 根，用φ8 mm 的圓鋼制作，長度225 mm，每根動擠壓軸均套有塑料軟管，防止損傷蓮子。

1.1.2 工作原理

鮮蓮蓬從進料口投入到定盤體內(nèi)圈，動力傳輸部件帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，傳動軸帶動動盤體轉(zhuǎn)動，定盤體不動。動盤體上的動擠壓軸和定盤體上的定擠壓軸產(chǎn)生相對運動，擠壓、揉搓鮮蓮蓬，把蓮蓬撕裂開后向外圈運動。通過幾輪擠壓、揉搓后，破碎的鮮蓮蓬與蓮子初步分開并從出料口溜出。

1.2 二級研磨機構(gòu)

鮮蓮蓬經(jīng)初級破碎機構(gòu)后，蓮子大部分都已和蓮蓬脫離，但還有少部分蓮子上粘附著果膜或蓮蓬，因此設(shè)計一套二級研磨機構(gòu)，使不干凈蓮子上的果膜或蓮蓬研磨干凈。

1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

機構(gòu)主要由一級鋼絲刷輥、二級鋼絲刷輥、三級鋼絲刷輥、厚橡膠板、安裝鉸鏈、安裝軸承、傳動鏈條和傳動皮帶等組成，如圖5所示。

圖5 二級研磨機構(gòu)Fig.5 Secondary grinding mechanism

3 個鋼絲刷輥直徑均為180 mm，長440 mm，鋼絲長度40 mm，選用φ0.6 mm 的304 不銹鋼絲。選用厚度8～10 mm 的表面帶菱形花紋的厚橡膠板。3 個鋼絲刷輥通過傳動附件帶動，與厚橡膠板形成一個研磨通道。通過大量的試驗，確定研磨通道的間隙為17 mm，此時蓮子的損傷率最低。

1.3 振動分級清選機構(gòu)

鮮蓮蓬經(jīng)初級破碎、二級研磨后，蓮子與蓮蓬已經(jīng)完全剝離，從二級研磨機構(gòu)出來的是大的碎蓮蓬、干凈的蓮子和小的碎蓮蓬3 種物質(zhì)的混合物。在試驗中發(fā)現(xiàn)碎蓮蓬很容易粘連，而蓮子又太容易滾動，根據(jù)這2 種物料的特性，設(shè)計振動分級清選機構(gòu)，使干凈的蓮子能有效地從混合物中分離出來。

1.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

機構(gòu)主要由清掃裝置、振動篩框組合、減震彈簧、振動電機、振動篩框固定支架、清掃裝置固定軸承座和清掃裝置傳動鏈輪等組成，如圖6所示。

圖6 振動分級清選機構(gòu)Fig.6 Vibration grading cleaning mechanism

1.3.2 工作原理

振動分級清選機構(gòu)傾斜14°左右，安裝在蓮蓬剝粒機的機架上。其工作原理：從二級研磨機構(gòu)出來的碎蓮蓬、干凈蓮子等混合物落入振動分級清選機構(gòu)內(nèi)的振動篩框第1 層；清掃裝置在傳動附件的帶動下按箭頭方向轉(zhuǎn)動，干凈蓮子及小蓮蓬碎屑被轉(zhuǎn)動的清掃裝置內(nèi)的硅膠片阻擋落入第2 層篩框；大蓮蓬碎屑在第1 層被清掃裝置清掃出后落入地面。干凈蓮子及小蓮蓬碎屑在第2 層篩框中在振動電機的振動下實現(xiàn)二次分離，干凈蓮子從第2 層篩框的出口溜出；小蓮蓬碎屑在振動電機振動下溜至第3 層托板后落入地面。

2 鮮蓮蓬剝粒機試驗

為考核設(shè)計的鮮蓮蓬剝粒機的性能指標(biāo)，采用鮮蓮蓬進行性能試驗，試驗樣機如圖7所示。

圖7 鮮蓮蓬剝粒機樣機Fig.7 Prototype of fresh lotus seed peeler

2.1 試驗方法

準(zhǔn)備好電子磅秤、天平和秒表等所需儀器，試驗樣機空運轉(zhuǎn)10 min 后，進行試剝試驗，時間不超過10 min。試剝結(jié)束后，把試剝產(chǎn)生物清理干凈后開始正式試驗，試驗用鮮蓮蓬原料不少于200 kg，試驗過程中，樣機應(yīng)正常作業(yè)，剝粒工作不允許間斷［11］。進行5 次試驗，每次試驗時間12 min，在出料口收集樣品，分別測出出料口合格蓮子重、損傷蓮子重、未剝干凈的蓮子重、含蓮子的蓮蓬渣混合物總重、蓮蓬渣中含蓮子重，然后取其平均值，再由式（1）-（4）分別計算出剝蓬率、損傷率、蓮蓬中含蓮子率、生產(chǎn)率。

式中 W1——合格蓮子重，kg；

W2——損傷蓮子重，kg；

W3——未剝干凈的蓮子重，kg；

W4——含蓮子的蓮蓬渣混合物總重，kg；

W5——蓮蓬渣中含蓮子重，kg；

T——試驗時間，h；

C——剝蓬率，%；

P——損傷率，%；

X——蓮蓬中含蓮子率，%；

E——生產(chǎn)率，kg/h。

2.2 試驗結(jié)果

5 次樣機試驗數(shù)據(jù)見表1，取平均值。由式（1）-（4）分別計算出剝蓬率C=99.27%，損傷率P=2.21%，蓮蓬中含蓮子率X=1.43%，生產(chǎn)率E=36.26 kg/h。結(jié)果表明：該機作業(yè)性能穩(wěn)定，符合設(shè)計要求，能夠滿足鮮蓮蓬機械化作業(yè)。

表1 五次試驗數(shù)據(jù)表Fig.1 Data sheet of the five tests （單位：kg）

3 結(jié)語

研究分析蓮子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，為解決人工剝蓬效率低，實現(xiàn)蓮子剝蓬機械化加工，促進蓮子初加工產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，設(shè)計一種鮮蓮蓬剝粒機。在前人研究的基礎(chǔ)上，針對機械化剝蓬易出現(xiàn)損傷蓮子及剝蓬不干凈等問題，設(shè)計初級破碎機構(gòu)和二級研磨機構(gòu)，利用初級破碎機構(gòu)在不損傷蓮子的情況下實現(xiàn)蓮蓬的破碎；然后對部分沒有破碎的蓮子果膜和蓮蓬粘連的蓮子進行二級研磨，實現(xiàn)鮮蓮蓬的剝粒；最后經(jīng)過振動分級清選機構(gòu)將干凈的蓮子清選分離出來。并對初級破碎機構(gòu)、二級研磨機構(gòu)和振動分級清選機構(gòu)從設(shè)計思路、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理3 個方面進行詳細(xì)敘述。通過樣機試驗，證明該機作業(yè)性能穩(wěn)定，能夠滿足鮮蓮蓬剝粒的機械化作業(yè)。