菇蔦脫皮機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

徐 磊，郭艷玲，鄭佳寶，鮑玉冬

(東北林業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

菇蔦(又名酸漿 Physalis alkekengi)在中國(guó)栽培歷史悠久，在東北地區(qū)種植較廣泛，其他地區(qū)種植較少，仍屬稀特蔬菜，具有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值[1-3]。隨著人們保健意識(shí)的增強(qiáng)，菇蔦及其衍生品受到人們的熱烈追捧，從而導(dǎo)致菇蔦的種植面積和規(guī)模也在不斷地?cái)U(kuò)大。菇蔦深加工前的脫皮環(huán)節(jié)主要為人工脫皮，效率低，強(qiáng)度大，使得菇蔦脫皮成為了一項(xiàng)勞動(dòng)密集型工作，提高了生產(chǎn)成本，阻礙了產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的道路。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上還沒(méi)有適用于菇蔦脫皮的機(jī)械。菇蔦脫皮主要依靠手工作業(yè)，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，市場(chǎng)急需一種專門用于菇蔦脫皮的機(jī)械。為此我們進(jìn)行了菇蔦脫皮機(jī)的研制。這對(duì)實(shí)現(xiàn)菇蔦脫皮的機(jī)械化，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本有著重要的意義。該文主要從技術(shù)要求、解決方案、樣機(jī)組成及工作過(guò)程和試驗(yàn)等方面進(jìn)行闡述。

1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)的研制

1.1 性能要求

設(shè)計(jì)一種給菇蔦脫皮加工的脫皮機(jī)，能一次性完成菇蔦脫皮及分離工序，脫凈率及效率比人工作業(yè)高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，且保證果實(shí)的完整率和品質(zhì)，可在車間或搬遷到有電源的田間地頭簡(jiǎn)單固定后使用。整機(jī)工作可靠，便于維護(hù)與維修，使用操作簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，制造成本適中。

1.2 技術(shù)方案

整機(jī)是以電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)為動(dòng)力源，通過(guò)皮帶傳遞，為脫皮螺紋輥和分離篩斗箱提供動(dòng)力。主要的脫皮原理是兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥可以把位于其上方的菇蔦皮轉(zhuǎn)入其中并被輥?zhàn)訋У较路蕉麑?shí)卻留在輥?zhàn)由戏綇亩鴮?shí)現(xiàn)果皮與果實(shí)的分離。該機(jī)構(gòu)中脫皮螺紋輥在分離篩斗上方，脫完皮的菇蔦果和果皮分別依靠重力掉落在不同篩斗箱內(nèi)完成整個(gè)脫皮過(guò)程。

脫皮螺紋輥是由一對(duì)分別帶有左螺紋和右螺紋的軸輥組成，每根軸輥一半是螺紋，另一半是膠輥同時(shí)螺紋部分也帶有與螺紋相同紋路的膠條。螺紋部分主要起導(dǎo)向作用，膠輥部分主要完成脫皮動(dòng)作。安裝時(shí)兩個(gè)螺紋軸輥并排放置并使其相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能將待加工菇蔦導(dǎo)向沒(méi)有螺紋一端從而完成整個(gè)脫皮過(guò)程并依靠重力使脫皮后的菇蔦果和果皮掉落在篩斗箱中進(jìn)入分離環(huán)節(jié)。(會(huì)有少數(shù)菇蔦在螺紋處就已經(jīng)完成脫皮處理，此時(shí)在沒(méi)有螺紋的一段不進(jìn)行脫皮動(dòng)作并與已經(jīng)脫皮的菇蔦一起進(jìn)入篩斗箱中進(jìn)行篩選)。

篩斗部分是由兩個(gè)底部均勻分布有等大圓孔的箱式篩子垂直放置而成，通過(guò)側(cè)面連接的輪桿機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)周期性擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)果實(shí)與果皮分離與篩選。

1.3 組成結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

1.皮帶；2.皮帶輪；3.入料口；4.螺紋輥；5.組合篩斗箱 1.Belt；2.Pulley；3.Feed inlet；4.Thread rolls；5.Combination sieve

電動(dòng)機(jī)或者柴油機(jī)帶動(dòng)皮帶1從而帶動(dòng)上下兩皮帶輪2轉(zhuǎn)動(dòng)[4]。上皮帶輪與一根螺紋輥4相連，該螺紋輥4又通過(guò)圓柱直齒輪與另一根螺紋輥4連接并實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。下皮帶輪2則組成輪桿機(jī)構(gòu)使組合篩斗箱5做左右周期擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)[5-7]。(此組合篩斗箱5由垂直的兩個(gè)篩斗箱上下分布組合而成，分別用于篩選菇蔦皮與菇蔦果)。入料口3上方開(kāi)口較大便于放入待加工的菇蔦，下方寬度約為兩倍螺紋輥4直徑，長(zhǎng)度為螺紋長(zhǎng)度的一半并置于螺紋輥4螺紋部分的正上方。當(dāng)工作時(shí)螺紋輥4的螺紋部分會(huì)將入料口3中的菇蔦導(dǎo)入脫皮部分(即螺紋輥的另一端無(wú)螺紋處)進(jìn)行脫皮。脫下的菇蔦皮會(huì)垂直掉入組合篩斗箱5的下篩斗箱中，而脫皮后的果實(shí)會(huì)繼續(xù)前進(jìn)直到軸端堆積溢出掉入組合篩斗箱的上篩斗箱中。從而完成整個(gè)脫皮動(dòng)作。

2 樣機(jī)試驗(yàn)

2.1 條件與方法

脫皮試驗(yàn)[8]于菇蔦成熟季節(jié)十月在東北林業(yè)大學(xué)主樓六樓的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，單臺(tái)菇蔦脫皮機(jī)的脫皮效率與人工脫皮平均數(shù)對(duì)比，分析脫皮機(jī)的脫皮效率、脫皮質(zhì)量和產(chǎn)品損傷率等因素。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 脫皮效率

單位時(shí)間內(nèi)菇蔦脫皮的個(gè)數(shù)是脫皮效率的直接體現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室同時(shí)記錄一臺(tái)脫皮機(jī)和一個(gè)人在一分鐘內(nèi)的脫皮個(gè)數(shù)，見(jiàn)表1。脫皮機(jī)的脫皮效率大約是人工的3倍。

表1 脫皮效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.2 脫皮質(zhì)量

脫皮質(zhì)量是指脫皮機(jī)脫皮的干凈與否，也就是說(shuō)菇蔦皮與果實(shí)經(jīng)過(guò)脫皮機(jī)處理后分離的情況。是評(píng)價(jià)脫皮機(jī)是否實(shí)用的另一個(gè)非常重要的指標(biāo)。通過(guò)隨機(jī)選取一定數(shù)量脫皮后的果實(shí)調(diào)查完全去皮的個(gè)數(shù)與總粒數(shù)，計(jì)算脫皮比，見(jiàn)表2。結(jié)果表明，菇蔦脫皮機(jī)的脫皮比接近80%。

表2 脫皮質(zhì)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.3 脫皮損傷率

脫皮損傷率是指對(duì)果實(shí)損傷的評(píng)價(jià)。通過(guò)隨機(jī)取樣調(diào)查脫皮機(jī)脫皮的菇蔦總數(shù)與損壞果實(shí)數(shù)并計(jì)算損傷比，見(jiàn)表3。結(jié)果表明脫皮損傷率和手工脫皮相近，損壞程度接近10%。

表3 脫皮損傷率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)脫皮機(jī)關(guān)鍵脫皮部分即雙螺紋輥的多次試驗(yàn)與研究確定了較理想的參數(shù)并試制了樣機(jī)進(jìn)行了脫皮試驗(yàn)。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，分析得到影響菇蔦脫皮的主要因素。

(1)菇蔦在螺紋導(dǎo)向過(guò)程中容易堆積脫落掉入篩斗箱中從而影響脫皮質(zhì)量。

(2)在螺紋導(dǎo)入菇蔦進(jìn)入膠輥部分時(shí)橡膠輥不易夾住菇蔦的外皮。

針對(duì)上述問(wèn)題做出如下改進(jìn)措施。

(1)在螺紋輥兩側(cè)安裝擋板防止菇蔦中途掉落。

(2)在螺紋結(jié)束端即夾皮開(kāi)始端將橡膠皮做成鋸齒狀。

(3)菇蔦脫皮前向比較干燥的菇蔦噴灑自來(lái)水使果皮更容易被夾住。

雙螺紋輥式菇蔦脫皮機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)菇蔦的機(jī)械化脫皮，能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高脫皮效率，降低菇蔦產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)成本，解決再加工過(guò)程中菇蔦果供應(yīng)量不足等問(wèn)題。促進(jìn)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，同時(shí)也為高附加值的農(nóng)特產(chǎn)品的種植與推廣提供了設(shè)備支持。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]劉美艷，張 健，彭蘭華，等.黃果酸漿的生育特性及栽培技術(shù)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002(3)：72-73.

[2]豐 利，高倩倩.酸漿和甜菇蔦的營(yíng)養(yǎng)成分分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012(33)： 16113-16114.

[3]王家東，王榮榮.酸漿開(kāi)發(fā)利用研究的進(jìn)展[J].農(nóng)技服務(wù)，2007，24(11)：109-112.

[4]王旺平，張永林，易啟偉，等.新鮮蓮子脫皮機(jī)的研制[J].食品工程，2011(3)：149-151.

[5]劉延柱，陳文良，陳立群.振動(dòng)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1998.

[6]李志鵬，王 茜，楊鳳英.藍(lán)莓采摘車車駕剛度有限元分析及彎曲扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)[J].森林工程，2013，29(6)：82-85.

[7]孫傳祝，王相友，張志杉，等.螺旋揉搓式豌豆脫皮機(jī)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013(2)：94-97.

[8]郭艷玲，鮑玉冬.手推式矮叢藍(lán)莓采摘機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28(7)： 40-45.