徐穎梅

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127）

0 引言

塊根是植物學(xué)名詞術(shù)語(yǔ)，塊根是由營(yíng)養(yǎng)繁殖的植株不定根或?qū)嵣鐐?cè)根[1]膨大形成的，一株上可形成多個(gè)塊根。塊根全部由根構(gòu)成，不含下胚軸和莖，甘薯、木薯、何首烏等都屬于塊根類農(nóng)作物。紅薯、木薯等塊根類農(nóng)作物作為生物質(zhì)能源、工業(yè)淀粉原料和潛在的糧食資源，對(duì)我國(guó)糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有舉足輕重的作用[2]。農(nóng)業(yè)科研人員對(duì)塊根類農(nóng)作物的種植技術(shù)和儲(chǔ)存方法等進(jìn)行了大量研究[3-6]，此外，與塊根作物相關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也得以發(fā)展，包括塊根作物的存貯設(shè)備、輸送分離機(jī)、清雜去土裝置等等[7-11]。

紅薯等塊根類作物在收獲時(shí)尤其是遇到雨天時(shí)，其表面濕泥巴多，需要晾曬幾天以蒸發(fā)泥巴水分，等泥巴變干后便很容易從塊根類作物的表面清除掉。表面干燥且無(wú)泥巴的紅薯在儲(chǔ)存過(guò)程中不容易出現(xiàn)腐爛的現(xiàn)象，而且食用時(shí)口感更甘甜。目前，對(duì)于紅薯等塊根類作物在儲(chǔ)存前的去泥、干燥等處理工作大多是由人工完成的，需在天氣較好的時(shí)候進(jìn)行晾曬，如遇陰雨天此項(xiàng)工作進(jìn)度變慢，因此人工處理紅薯等塊根類作物表面泥巴費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率極低。筆者針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)了一種塊根類作物儲(chǔ)存前置處理裝置，以對(duì)紅薯等塊根類作物的表面進(jìn)行干燥，并清除表面泥巴，提高儲(chǔ)存前置處理工作的效率，以便后續(xù)更好地儲(chǔ)存。

1 塊根類作物儲(chǔ)存前置處理裝置的設(shè)計(jì)

1.1 技術(shù)方案

筆者設(shè)計(jì)的紅薯等塊根類作物儲(chǔ)存前置處理裝置包括進(jìn)料干燥單元、去泥單元和出料單元，如圖1所示。進(jìn)料干燥單元包括進(jìn)料筒、設(shè)置于進(jìn)料筒中部的干燥機(jī)構(gòu)，主要功能是干燥紅薯等塊根類作物表面濕潤(rùn)的泥巴。去泥單元設(shè)計(jì)在進(jìn)料筒出料口的正下方，其結(jié)構(gòu)包括外殼、搓泥板及設(shè)在其正下方的皮帶傳送機(jī)構(gòu)，其中搓泥板主要用于揉搓、清除塊根類作物表面干燥的泥巴。出料單元包括出料箱及分別位于其頂部和底部的風(fēng)機(jī)和篩網(wǎng)，其中風(fēng)機(jī)和篩網(wǎng)用于吹去和抖落塊根作物表面的泥土。

圖1 塊根類作物儲(chǔ)存前置處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.2.1 進(jìn)料干燥單元

進(jìn)料干燥單元中，干燥機(jī)構(gòu)的主體為一暖風(fēng)機(jī)，暖風(fēng)機(jī)的溫度可調(diào)節(jié)，具體工作溫度根據(jù)人工晾曬時(shí)的氣溫而設(shè)定。干燥機(jī)構(gòu)對(duì)進(jìn)料筒內(nèi)的塊根物料進(jìn)行通風(fēng)，從而去除其表面水分、干燥泥巴。另外，進(jìn)料筒內(nèi)還設(shè)有攪拌機(jī)構(gòu)，包括攪拌電機(jī)、攪拌軸及安裝于其上的柔性螺旋葉片，如圖2所示。攪拌電機(jī)帶動(dòng)螺旋葉片轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而使進(jìn)料筒內(nèi)的物料翻滾、均勻受熱，以利于快速干燥。由于采用的是柔性螺旋葉片，紅薯等塊根類作物在翻動(dòng)時(shí)其表面不易出現(xiàn)破損的現(xiàn)象。

圖2 進(jìn)料干燥單元的結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 去泥單元

去泥單元的主體結(jié)構(gòu)為外殼、搓泥板和皮帶傳送機(jī)構(gòu)，如圖3所示。去泥裝置內(nèi)兩側(cè)各布置一搓泥板，它們轉(zhuǎn)向相反、相互配合，清除紅薯等塊根作物表面干燥后的泥巴。搓泥板包括底座、搓泥盤、搓泥電機(jī)等，如圖4所示。底座是一設(shè)有空腔的圓形殼體，并在其內(nèi)腔安裝一內(nèi)齒圈。搓泥盤，數(shù)量若干，均勻周布于底座表面，如圖5所示，每一個(gè)搓泥盤包括安裝盤、小齒輪和橡膠手指。小齒輪設(shè)在底座內(nèi)腔里并與其內(nèi)部的齒圈嚙合傳動(dòng)，如圖6所示。小齒輪安裝在中心軸上，中心軸的一端通過(guò)軸承安裝于底座殼體內(nèi)（與底座殼體轉(zhuǎn)動(dòng)連接）、另一端則與安裝盤固接；安裝盤均勻周布于底座正面，如圖5所示。每個(gè)安裝盤上均布置有一對(duì)傾斜的橡膠手指，如圖7所示，其表面均勻布滿若干柔性的摩擦顆粒；手指內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，裝有一復(fù)位彈簧。搓泥電機(jī)位于底座背面，如圖4所示，并與底座驅(qū)動(dòng)連接。搓泥電機(jī)驅(qū)動(dòng)底座及其上內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)齒圈通過(guò)嚙合帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)安裝盤及其上的橡膠手指一起自轉(zhuǎn)；同時(shí)，橡膠手指還隨底座的旋轉(zhuǎn)而做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。橡膠手指在自轉(zhuǎn)的同時(shí)也周轉(zhuǎn)，再加上橡膠手指的伸縮和表面摩擦顆粒，可不斷地翻動(dòng)和揉搓紅薯等塊根類作物，以達(dá)到高效清除其表面泥巴的目的。

圖3 去泥單元的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 搓泥板的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 搓泥板的正視示意圖

圖6 底座內(nèi)齒圈和小齒輪的嚙合傳動(dòng)

圖7 橡膠手指的結(jié)構(gòu)示意圖

此外，去泥單元中還設(shè)有推拉結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括底板、固定板和氣缸，用以調(diào)整一對(duì)相向布置的搓泥板之間的距離。底板用于安裝搓泥電機(jī)，其安裝于固定板上并與之滑動(dòng)配合；固定板水平安裝于去泥單元的兩側(cè)，與外殼固接；氣缸固接于固定板的外側(cè)，其輸出軸與底板固接。因此，底板在氣缸驅(qū)動(dòng)下可沿固定板來(lái)回移動(dòng)，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)搓泥板同時(shí)相向或反向移動(dòng)，以達(dá)到調(diào)節(jié)兩者間距的目的。

在去泥單元內(nèi)腔底部安裝有一皮帶傳送機(jī)構(gòu)，位于一對(duì)搓泥板的正下方，如圖3所示。皮帶設(shè)計(jì)為鏤空結(jié)構(gòu)，可使泥巴落入外殼底部，方便收集、清理。

1.2.3 出料單元

出料單元包括出料箱、篩網(wǎng)、風(fēng)機(jī)、收集箱等。如圖8所示，風(fēng)機(jī)安裝于出料箱頂部；篩網(wǎng)設(shè)在出料箱底部，并通過(guò)彈簧安裝于收集箱的上部；出料箱的底部為敞口結(jié)構(gòu)，方便紅薯等塊根類農(nóng)作物落于收集箱中。

圖8 出料單元的結(jié)構(gòu)示意圖

2 塊根類作物儲(chǔ)存前置處理裝置的工作過(guò)程分析

2.1 干燥

1）預(yù)熱。打開(kāi)進(jìn)料筒內(nèi)的風(fēng)機(jī)，并設(shè)定合適的溫度，風(fēng)機(jī)向進(jìn)料筒內(nèi)吹入熱風(fēng)，以進(jìn)行預(yù)熱。2）干燥。將剛從地里拔出來(lái)、表面帶有濕泥巴的紅薯等塊根類作物置于進(jìn)料筒內(nèi)，利用筒內(nèi)的熱風(fēng)對(duì)塊根類作物表面的泥巴、水分進(jìn)行干燥。3）攪拌。啟動(dòng)攪拌電機(jī)，柔性螺旋葉片隨著攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輕輕翻動(dòng)筒內(nèi)的紅薯等塊根類作物，使其受熱均勻，起到快速烘干的作用。

2.2 去泥

1）調(diào)距、落料。啟動(dòng)推拉結(jié)構(gòu)，使一對(duì)搓泥板進(jìn)行相向或反向移動(dòng)，根據(jù)紅薯等塊根作物的數(shù)量調(diào)節(jié)它們之間的距離，確保物料填滿一對(duì)搓泥板間的空間；然后將進(jìn)料筒內(nèi)干燥好的紅薯等塊根作物送入去泥單元底部皮帶傳送機(jī)構(gòu)的皮帶上。2）去泥。啟動(dòng)兩搓泥電機(jī)，帶動(dòng)底座旋轉(zhuǎn)，其上的內(nèi)齒圈與小齒輪嚙合，帶動(dòng)中性軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)安裝盤及其上的橡膠手指自轉(zhuǎn)；同時(shí)，橡膠手指與安裝盤隨底座轉(zhuǎn)動(dòng)而周轉(zhuǎn)。因此，相向布置的兩搓泥板反向配合旋轉(zhuǎn)，其上的橡膠手指一邊周轉(zhuǎn)一邊自轉(zhuǎn)，同時(shí)在復(fù)位彈簧的作用下可實(shí)現(xiàn)伸縮抖動(dòng)，再加上橡膠手指表面的柔性摩擦顆粒，對(duì)干燥后的紅薯等塊根作物進(jìn)行翻動(dòng)揉搓、抖動(dòng)，有效去除其表面泥巴。3）泥巴處理。一對(duì)搓泥板在對(duì)紅薯等塊根作物進(jìn)行揉搓、去泥的同時(shí)，脫落的泥巴從皮帶上的鏤空處落下，匯集在去泥裝置的底部，便于后續(xù)清理。4）送入出料箱。啟動(dòng)皮帶傳送機(jī)構(gòu)，皮帶上的紅薯等塊根作物隨著皮帶的移動(dòng)落至導(dǎo)料板，如圖1所示，進(jìn)而落入出料箱。

2.3 出料

1）篩網(wǎng)抖塵。干燥、去泥后的紅薯等塊根作物經(jīng)導(dǎo)料板進(jìn)入出料箱內(nèi)，落在柔性材質(zhì)制作的篩網(wǎng)上。作物的自重加上篩網(wǎng)底部彈簧的彈力作用，使得落在篩網(wǎng)上的紅薯等塊根作物發(fā)生彈跳，進(jìn)而可抖落表面的塵土。塵土可經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)落入下方的收集箱，以便于后續(xù)的清理。2）風(fēng)機(jī)吹塵。紅薯等塊根作物一落入出料箱，便受到出料箱頂部風(fēng)機(jī)的烘、吹，浮在其表面的塵土可被吹落，同時(shí)干凈的表面可再次得到干燥處理。3）結(jié)束。最后，打開(kāi)出料箱的拉門，取出篩網(wǎng)上表面無(wú)泥土且干燥的紅薯等塊根作物。

3 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了一款對(duì)紅薯等塊根類農(nóng)作物在儲(chǔ)存前進(jìn)行干燥、去泥處理的裝置，該裝置包括進(jìn)料干燥單元、去泥單元和出料單元三部分。塊根類農(nóng)作物經(jīng)過(guò)干燥單元內(nèi)風(fēng)機(jī)的通風(fēng)干燥及柔性螺旋葉片的不斷翻動(dòng)，去除了表面水分和泥巴；然后落入去泥單元，經(jīng)一對(duì)搓泥板上橡膠手指的反復(fù)搓揉，去除表面泥巴；最后落入出料單元底部可上下抖動(dòng)的篩網(wǎng)上，以進(jìn)一步抖落表面塵土。筆者設(shè)計(jì)的裝置可解決紅薯等塊根類農(nóng)作物的晾曬問(wèn)題（尤其是遇到陰雨天氣），提高了其儲(chǔ)存前置處理工序的工作效率，便于后續(xù)的儲(chǔ)存。本裝置不僅可用于紅薯等塊根作物表面干燥和泥土的清除，也可用于土豆等塊莖作物的儲(chǔ)存前置處理工作，應(yīng)用十分廣泛。