寬皮柑橘剝皮機(jī)去頂環(huán)切裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

范登峰，陳紅，尹伊君，徐翔宙，潘海兵，李善軍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

寬皮柑橘剝皮機(jī)去頂環(huán)切裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

范登峰，陳紅*，尹伊君，徐翔宙，潘海兵，李善軍

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070)

為了提高寬皮柑橘果皮剝凈率，為寬皮柑橘剝皮機(jī)設(shè)計(jì)了去頂環(huán)切裝置，以去除柑橘果柄部果皮并沿最大果徑環(huán)切一周將果皮劃破。該裝置主要由機(jī)架、對(duì)心機(jī)構(gòu)、去頂機(jī)構(gòu)、環(huán)切機(jī)構(gòu)組成。工作時(shí)，柑橘固定，去頂?shù)度兄饾u旋切嵌入果柄處果皮，切斷果柄周?chē)ぜ伴俳j(luò)，在柑橘頂部旋出一個(gè)圓形的切痕并夾持住頂部果皮，在刀具箱上行的過(guò)程中，在刀刃擠壓力和摩擦力的作用下帶走柑橘頂部果皮，實(shí)現(xiàn)去頂；環(huán)切壓盤(pán)隨著刀具箱的下行壓緊去頂后的柑橘，環(huán)切壓盤(pán)上的壓盤(pán)尖刺嵌入柑橘橘皮并卡住柑橘，此時(shí)，一側(cè)的環(huán)切刀隨著對(duì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)嵌入柑橘果皮中；電機(jī)啟動(dòng)，環(huán)切壓盤(pán)帶動(dòng)柑橘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，環(huán)切刀在柑橘?gòu)较蛐纬梢恢軇澓?，?shí)現(xiàn)環(huán)切。對(duì)影響去頂性能和環(huán)切性能的熱蒸氣時(shí)間和刀軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行的單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：在熱蒸氣時(shí)間90 s、刀軸轉(zhuǎn)速120 r/min時(shí)，柑橘去頂成功率和去頂損傷率分別為96.7%、4.2%，柑橘環(huán)切率和環(huán)切損傷率分別為97.5%、4.7%。

柑橘剝皮機(jī)；剝皮；去頂機(jī)構(gòu)；環(huán)切機(jī)構(gòu)

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現(xiàn)有寬皮柑橘剝皮機(jī)加工工序主要包括2道工序：一是劃皮，柑橘在托盤(pán)內(nèi)通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的刀輥或固定的劃皮刀組時(shí)，柑橘表面被劃出多道切口[1–3]或柑橘通過(guò)固定劃皮筒被劃出多道切口[4–5]；二是剝皮，相對(duì)旋轉(zhuǎn)的對(duì)輥夾持住外翻果皮并將果皮從果肉表面撕扯下來(lái)[3–4]。柑橘剝皮采用高速旋轉(zhuǎn)的劃皮刀輥的劃皮方式，由于柑橘相對(duì)固定，只有在柑橘與劃皮刀接觸處才被劃皮，導(dǎo)致劃皮率較低，而采用固定劃皮筒的劃皮方式對(duì)柑橘的果形指數(shù)要求較高，當(dāng)柑橘的形狀不規(guī)則或徑高比較大時(shí)，柑橘會(huì)存在受力不均勻或無(wú)法在滑道內(nèi)翻滾，導(dǎo)致劃皮率較低?，F(xiàn)有的剝皮設(shè)備沒(méi)有翻皮工序，不能保證所有柑橘果皮都被劃破并翻起，且柑橘頂部(果柄)的橘皮較其他部位硬且厚，橘絡(luò)密度大，橘皮與橘瓣之間的粘結(jié)力大，導(dǎo)致后續(xù)對(duì)輥剝皮時(shí)果皮一次剝凈率低。刀輥和柑橘的高速碰撞，還易造成果肉損傷率高，因此，現(xiàn)有寬皮柑橘剝皮設(shè)備普遍存在果皮剝凈率低，果肉損傷率高等問(wèn)題，限制了其在橘瓣罐頭加工業(yè)上的應(yīng)用。

針對(duì)現(xiàn)有剝皮設(shè)備存在的問(wèn)題，筆者提出一種包括去頂、環(huán)劃果皮、翻皮、對(duì)輥剝皮等工序在內(nèi)的新型柑橘剝皮方法[6]。針對(duì)去除柑橘果柄部果皮以及沿柑橘果徑最大處(垂直橘瓣間隙方向)環(huán)切一周并將果皮劃破的作業(yè)要求，設(shè)計(jì)了一種去頂、環(huán)切裝置。

1 柑橘去頂環(huán)切裝置的總體結(jié)構(gòu)與工作原理

去頂環(huán)切裝置(圖1)主要由電機(jī)、刀具箱、對(duì)心機(jī)構(gòu)、去頂壓盤(pán)、環(huán)切壓盤(pán)、環(huán)切刀、去頂?shù)丁C(jī)架組成。去頂主要由對(duì)心機(jī)構(gòu)和去頂機(jī)構(gòu)完成，環(huán)切主要通過(guò)環(huán)切機(jī)構(gòu)和環(huán)切刀完成。去頂和環(huán)切機(jī)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，先對(duì)柑橘進(jìn)行去頂，后由推板組件將已經(jīng)去頂?shù)母涕偻频江h(huán)切位置進(jìn)行環(huán)切劃皮。

圖1 柑橘去頂環(huán)切裝置的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagram of citrus top removal and ring cutting device

去頂采用柑橘固定而使去頂?shù)缎D(zhuǎn)的方式。工作時(shí)，推板將果柄朝上的柑橘推入去頂?shù)额^下方，刀具箱下行，去頂壓盤(pán)壓緊柑橘，去頂?shù)肚度敫涕俟ぶ?，?duì)心機(jī)構(gòu)徑向夾緊柑橘，電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)去頂?shù)缎D(zhuǎn)。刀刃逐漸旋切嵌入果柄處果皮，切斷柑橘果柄周?chē)ぜ伴俳j(luò)，在柑橘頂部旋出一個(gè)圓形的切痕并夾持住頂部果皮。當(dāng)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具箱帶動(dòng)刀具向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在擠壓力和摩擦力作用下，刀刃將夾持住的頂部果皮和橘絡(luò)從果肉表面扯離并帶走[7]。

環(huán)切采用刀具固定、環(huán)切壓盤(pán)帶動(dòng)柑橘一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方式。工作時(shí)，環(huán)切壓盤(pán)隨著刀具箱的下行壓緊去頂后的柑橘，環(huán)切壓盤(pán)上的壓盤(pán)尖刺嵌入柑橘橘皮并卡住柑橘，此時(shí)一側(cè)的環(huán)切刀隨著對(duì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)嵌入柑橘果皮中；電機(jī)啟動(dòng)，環(huán)切壓盤(pán)帶動(dòng)柑橘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，環(huán)切刀在柑橘?gòu)较蛐纬梢恢軇澓?，?shí)現(xiàn)環(huán)切。

2 主要部件的設(shè)計(jì)

2.1 對(duì)心機(jī)構(gòu)

在進(jìn)入剝皮設(shè)備之前，柑橘雖然經(jīng)過(guò)分級(jí)處理，其直徑仍然有較大的差異。為了保證柑橘被有效去頂又不損傷果肉，需要利用對(duì)心機(jī)構(gòu)保證去頂?shù)吨行恼龑?duì)著柑橘頂部中心[8]。

如圖2所示，對(duì)心機(jī)構(gòu)主要由鉸鏈、連桿、對(duì)心軸、壓板及弧形架組成。弧形架通過(guò)滑動(dòng)螺栓與壓板和推板相連，螺栓上套有彈簧，弧形架可以沿螺栓滑動(dòng)，鉸鏈與刀具箱相連，隨著刀具箱的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)心軸的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在對(duì)心軸上的壓板及弧形架也隨著往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，箱體到最低位置，壓板轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的正下方，壓板上的弧形架與推板上的弧形架形成包裹柑橘的圓弧，既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，又能適應(yīng)直徑有差異的柑橘，且能夾緊柑橘[9]。

圖2 對(duì)心機(jī)構(gòu)的三維示意圖Fig.2 Three dimensional schematic diagram of the centering mechanism

對(duì)心機(jī)構(gòu)的主體是偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)[10](圖3)，刀具箱(滑塊)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)對(duì)心軸作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定在對(duì)心軸上的壓板弧形架，實(shí)現(xiàn)柑橘的自動(dòng)定心及對(duì)柑橘的側(cè)向夾緊與分離。對(duì)心機(jī)構(gòu)的參數(shù)包括對(duì)心曲柄長(zhǎng)度、連桿的長(zhǎng)度及偏心距。偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄長(zhǎng)度l1，連桿長(zhǎng)度l2，偏心距s，曲柄轉(zhuǎn)角θ1，連桿轉(zhuǎn)角θ2，滑塊位移Sc。

圖3 對(duì)心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Fig.3 Schematic diagram of the centering mechanism

橘瓣罐頭所需柑橘的直徑為55～75 mm，徑高比1.1～1.4[6]。為了保證對(duì)心機(jī)構(gòu)與推板處于同一水平面，零部件之間不發(fā)生干涉，且刀具箱在豎直方向上的位移不過(guò)大，確定對(duì)心軸到去頂軸的中心距(曲柄滑塊的偏心距)為27.5～37.5 mm，刀具箱(滑塊)的上下運(yùn)動(dòng)行程為40～50 m m。通過(guò)多次取值和優(yōu)化計(jì)算可知，l1=20 mm，l2=30 mm，s=30 mm。曲柄轉(zhuǎn)角θ1與滑塊位移Sc關(guān)系如圖4所示。對(duì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度隨著刀具箱行程的升高而增大，當(dāng)?shù)毒呦渖舷峦鶑?fù)的行程Sc為48 m m時(shí)，對(duì)心機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)角為90°，滿足柑橘水平通過(guò)的設(shè)計(jì)要求。

圖4 不同曲柄轉(zhuǎn)角的滑塊位移Fig.4 Sliding displacements for different crank angles

2.2 去頂機(jī)構(gòu)

去頂不僅要保證去除柑橘果柄頂部的果皮，而且要能適應(yīng)具有一定高度差的柑橘，以不損傷果肉為原則，據(jù)此要求，設(shè)計(jì)的去頂機(jī)構(gòu)如圖5所示。去頂機(jī)構(gòu)主要由刀刃、去頂壓盤(pán)、套筒、鉤頭平鍵、去頂軸組成。刀刃安裝在去頂壓盤(pán)上，在壓盤(pán)上的安裝位置形成一個(gè)相對(duì)于壓盤(pán)中心的圓，主要作用是切斷柑橘頂部果皮與周?chē)ぶg的連接及夾持住柑橘頂部果皮使之與柑橘分離，去頂壓盤(pán)起連接刀刃和套筒的作用，套筒用來(lái)連接壓盤(pán)和傳遞扭矩，鉤頭平鍵保證去頂?shù)对谳S的鍵槽內(nèi)滑動(dòng)，適應(yīng)一定高度的柑橘，壓簧的彈力保證去頂壓盤(pán)始終壓住柑橘，去頂?shù)度星度敫涕俟ぶ小?/p>

圖5 去頂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure diagram of the top removal platen mechanism

2.2.1 去頂?shù)?/p>

去頂?shù)队梢欢X形、齒高及齒數(shù)的刀刃組成。已有試驗(yàn)分析表明，齒形刀有利于柑橘的去頂[11]，據(jù)此，分別設(shè)計(jì)了直齒(a)、三角斜齒(b)、弧形齒(c)3種不同的齒形刀具(圖6)。

圖6 不同齒形刀具的滑切角Fig.6 Sliding cutting angle of different toothed tool

根據(jù)滑切理論，在刀具結(jié)構(gòu)相同的條件下，滑切時(shí)刀具對(duì)物料的正壓力比正切時(shí)小[12]，刀具對(duì)柑橘橘瓣擠壓力較小，柑橘橘瓣的完整性較好。在相同的刀具轉(zhuǎn)速下，不同齒形刀具對(duì)柑橘橘皮的滑切角也不相同。

由圖6可知，直齒刀具的α=0°，刀齒切割柑橘橘皮屬于正切，所需的切力最大。三角斜齒α=β，滑切角等于刀具的刃傾角，當(dāng)?shù)毒呷锌谏疃纫欢ê螅葿=d·tan β知(B為刀齒寬度、d為刃口深度或者橘皮厚度)，滑切角越大，刀齒寬度越大，當(dāng)?shù)洱X的回轉(zhuǎn)直徑確定后，刀齒寬度的變動(dòng)范圍有限。弧形齒刀具的刃傾角隨著齒形的變化而變化，在整個(gè)去頂過(guò)程中，滑切角是變化的[13]，試驗(yàn)表明弧形齒的去頂性能較好。

刀具回轉(zhuǎn)直徑確定后，齒數(shù)趙多，刀刃的寬度就越小，反之亦然。刀刃的齒數(shù)過(guò)多，不利于安裝和加工，且刀刃的剛度不夠，但齒數(shù)少于3個(gè)時(shí)，不能發(fā)揮弧形齒的滑切優(yōu)勢(shì)[11]，也不能保證將頂部果皮與柑橘分離，兼顧二者選取刀具的齒數(shù)為3齒。

齒高指刀尖到壓盤(pán)底部的長(zhǎng)度，齒高越大，越利于刀刃割斷柑橘頂部果皮與橘瓣之間的橘絡(luò)，但對(duì)橘瓣的損傷也隨之增大；齒高越小，對(duì)橘瓣的損傷越小，但不利于割斷橘絡(luò)。試驗(yàn)表明齒高為6 mm的去頂效果較好。

2.3 環(huán)切機(jī)構(gòu)

如圖7所示，環(huán)切機(jī)構(gòu)主要由環(huán)切壓盤(pán)(帶壓盤(pán)尖刺)、環(huán)切托盤(pán)和環(huán)切刀組成。環(huán)切壓盤(pán)上的尖刺卡住柑橘果皮并帶動(dòng)柑橘一起旋轉(zhuǎn)，托盤(pán)主要起支撐柑橘一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用，環(huán)切壓盤(pán)和環(huán)切刀是主要部件。

圖7 環(huán)切機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Fig.7 Structure diagram of the ring cutting

2.3.1 環(huán)切壓盤(pán)

環(huán)切壓盤(pán)上端與套筒相連，通過(guò)套筒傳遞扭矩，下端壓住柑橘，壓盤(pán)尖刺嵌入柑橘果皮，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，壓盤(pán)尖刺卡住柑橘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為此設(shè)計(jì)的環(huán)切壓盤(pán)的結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 環(huán)切壓盤(pán)的結(jié)構(gòu)Fig.8 Structure diagram of the ring cutting plate

前期試驗(yàn)表明，僅僅通過(guò)壓盤(pán)與柑橘之間的摩擦力，無(wú)法帶動(dòng)柑橘作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。壓盤(pán)上等間距分布有10個(gè)壓盤(pán)尖刺，通過(guò)壓盤(pán)上的尖刺嵌入柑橘果皮能帶動(dòng)柑橘作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)柑橘截面成橢圓形的物理特征，將壓盤(pán)設(shè)計(jì)成錐形可以增大壓盤(pán)尖刺與柑橘接觸點(diǎn)的當(dāng)量半徑(尖刺所在投影面的圓的半徑)，從而增大環(huán)切壓盤(pán)給予柑橘的旋轉(zhuǎn)力矩。

如圖9所示，環(huán)切壓盤(pán)帶動(dòng)柑橘做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，柑橘受到環(huán)切壓盤(pán)上10個(gè)尖刺提供的抓取力矩Fi·li，有助于帶動(dòng)柑橘旋轉(zhuǎn)；推板弧形架的摩擦力f1、環(huán)切刀的阻力f2、摩擦力矩T阻礙柑橘旋轉(zhuǎn)；因此，柑橘隨著環(huán)切壓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，完成環(huán)切需要滿足以下條件。

假設(shè)柑橘受到各個(gè)壓盤(pán)尖刺的抓取力大小相等，則由(1)式有：

式中：l為壓盤(pán)尖刺所在當(dāng)量圓弧的半徑，r為柑橘半徑。

圖9 柑橘環(huán)切過(guò)程的受力分析Fig.9 Force analysis of citrus ring cutting process

由式(2)可知，F(xiàn)和l越大，f1、f2、r和T越小，柑橘越容易實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些參數(shù)中，F(xiàn)、f1、f2的大小較難改變，柑橘半徑r由柑橘自身的尺寸確定，因此，增大壓盤(pán)尖刺所在當(dāng)量圓弧半徑和尖刺施加給柑橘的抓取力、減小摩擦力矩T可以提高柑橘作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的可靠性。

環(huán)切壓盤(pán)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是壓盤(pán)直徑D和夾角α。環(huán)切壓盤(pán)采用尼龍材料，為了保證壓盤(pán)的強(qiáng)度，壓盤(pán)的厚度δ應(yīng)大于2.5 mm，取δ=3 mm。

去頂后的柑橘經(jīng)推板水平推送到環(huán)切位置的環(huán)切托盤(pán)后，環(huán)切壓盤(pán)隨著刀具箱的下行壓緊柑橘，為了避免因壓盤(pán)外徑大于柑橘最大直徑而與推板弧形架等裝置在空間上干涉，或因環(huán)切壓盤(pán)過(guò)小會(huì)減小壓盤(pán)尖刺對(duì)柑橘的作用半徑，因此選取壓盤(pán)外徑值不大于柑橘最小直徑55 mm。

滑切理論表明，刀具在正切物料時(shí)所需要的力最大。壓盤(pán)尖刺施加給柑橘的抓取力，最大等于壓盤(pán)尖刺在柑橘果皮上滑動(dòng)切割果皮的力，當(dāng)壓盤(pán)尖刺正切嵌入柑橘橘皮時(shí)抓取力最大。為了便于加工，壓盤(pán)尖刺的軸向垂直于壓盤(pán)，為了保證壓盤(pán)尖刺正切嵌入柑橘果皮，壓盤(pán)須與柑橘果皮在接觸處相切。

以直徑65 mm的柑橘為例，建立如圖10所示的數(shù)學(xué)模型。

圖10 壓盤(pán)夾角分析Fig.10 Platen analysis chart angle

為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)柑橘的截面為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)橢圓，直徑為65 m m，徑高比分別為1.1和1.4的柑橘的標(biāo)準(zhǔn)橢圓方程為：

經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，壓盤(pán)底端的最大內(nèi)徑為49 mm，即壓盤(pán)內(nèi)壁與柑橘接觸的最大跨度為49 mm。

如圖10所示，直線x= –24.5 mm，與兩個(gè)橢圓分別相交于A、B點(diǎn)，過(guò)A、B點(diǎn)分別作橢圓的切線P1、P2，P1、P2與X軸的夾角分別為α1、α2。

計(jì)算可得：tan α1=1.04，tan α2=0.82，即壓盤(pán)夾角α在39.4°～46.1°，取α=45°。

2.3.2 環(huán)切刀及安裝方式

環(huán)切刀的作用是刺入并劃破果皮，盡量降低柑橘橘瓣的損傷，設(shè)計(jì)的環(huán)切刀的結(jié)構(gòu)如圖11所示。環(huán)切刀由刀頭和刀柄組成。刀頭嵌入并割破柑橘果皮，截面呈三角形，有利于刀頭刺入果皮，斜邊為切割刃，切割時(shí)由于與柑橘果皮呈一定的夾角，在柑橘果皮上產(chǎn)生滑切，減小了切割力和環(huán)切刀對(duì)柑橘橘瓣的損傷。刀柄的作用是固定刀頭并與對(duì)心軸連接。

圖11 環(huán)切刀的結(jié)構(gòu)Fig.11 Structure diagram of ring cutting knife

如圖12所示，將環(huán)切刀安裝在對(duì)心軸上，當(dāng)箱體向下運(yùn)動(dòng)到最低位置時(shí)，連桿帶動(dòng)對(duì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)切刀具隨著對(duì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，被柑橘擋住在對(duì)心軸的正下方，環(huán)切刀刀頭嵌入柑橘果皮。由牛頓第三定律可知，環(huán)切刀柄對(duì)柑橘有壓力，當(dāng)柑橘在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中徑向尺寸發(fā)生變化時(shí)，由不銹鋼材料制作的環(huán)切刀柄由于有一定的韌性會(huì)緊貼著柑橘，保證環(huán)切刀頭充分割斷果皮。

圖12 環(huán)切刀的安裝Fig.12 The installation of the ring cutting knife

3 去頂和環(huán)切性能試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13 210—2014有關(guān)柑橘罐頭品質(zhì)規(guī)定，橘瓣囊胞破損即視為柑橘損傷[14–15]，柑橘頂部去除，則去頂成功。試驗(yàn)采用柑橘去頂成功率和去頂損傷率作為衡量去頂效果的指標(biāo)，環(huán)切率和環(huán)切損傷率作為衡量環(huán)切效果的指標(biāo)。

式中：Lq為去頂成功率，N1為去掉的頂部個(gè)數(shù)，N為試驗(yàn)柑橘總數(shù)；Yq為去頂損傷率，Q1為去頂橘瓣破損數(shù)；Q為橘瓣總數(shù)；Lq為環(huán)切率，M1為環(huán)切切痕的長(zhǎng)度，M為所有柑橘赤道面的周長(zhǎng)；Yh為環(huán)切損傷率，Q2為環(huán)切橘瓣破損數(shù)目。前期試驗(yàn)表明，影響去頂、環(huán)切性能的因素有熱蒸氣時(shí)間和刀軸轉(zhuǎn)速。選取100個(gè)直徑為65～70 mm、高度為50～55 mm的柑橘進(jìn)行試驗(yàn)。

將影響去頂、環(huán)切性能的熱蒸氣時(shí)間和刀軸轉(zhuǎn)速逐一進(jìn)行單因素試驗(yàn)。熱蒸氣時(shí)間分別取60、90、120 s，刀軸轉(zhuǎn)速120 r/min；熱蒸氣時(shí)間90 s，刀軸轉(zhuǎn)速分別為80、100、120、140 r/min，考察去頂成功率和去頂損傷率以及環(huán)切率和環(huán)切損傷率的變化趨勢(shì)。每組單因素試驗(yàn)30次，結(jié)果取平均值。

由圖13可知，去頂成功率和去頂損傷率均隨著熱蒸氣時(shí)間的延長(zhǎng)而先升高后略微下降，在熱蒸氣時(shí)間為90 s時(shí)，去頂成功率和去頂損傷率均達(dá)到最高。熱蒸氣時(shí)間對(duì)去頂成功率和去頂損傷率的影響不大，因此綜合考慮去頂成功率和去頂損傷率，熱蒸氣時(shí)間為90 s時(shí)去頂效果較好。

圖13 不同熱蒸氣時(shí)間的去頂成功率和去頂損傷率Fig.13 The rate of top removal and damage rate of top removal of heating time

由圖14可知，環(huán)切率隨著熱蒸氣時(shí)間的延長(zhǎng)無(wú)明顯變化，環(huán)切損傷率隨著熱蒸氣時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著升高， 在120 s時(shí)環(huán)切損傷率已升高到12.5%。綜合柑橘環(huán)切損傷率，熱蒸氣時(shí)間為90 s的環(huán)切效果較好。

圖14 不同熱蒸氣時(shí)間的環(huán)切率和環(huán)切損傷率Fig.14 The rate of ring cutting and damage rate of ring cutting of heating time

由圖15可知，去頂成功率隨著刀軸轉(zhuǎn)速的增加先上升后略微下降，在120 r/min時(shí)去頂成功率最高，損傷率最低，由此可知，刀軸轉(zhuǎn)速為120 r/min時(shí)去頂效果較好。

圖15 不同刀軸轉(zhuǎn)速的去頂成功率和去頂損傷率Fig.15 The rate of top removal and damage rate of top removalof rotating speed of cutter shaft

由圖16可知，隨著刀軸轉(zhuǎn)速的上升，環(huán)切率先下降后逐步上升；隨著刀軸轉(zhuǎn)速的增加，環(huán)切損傷率先下降后逐步上升。根據(jù)柑橘去頂環(huán)切裝置設(shè)計(jì)總體要求，環(huán)切率達(dá)到95%以上，環(huán)切損傷率控制在5%以內(nèi)。綜合考慮環(huán)切率和環(huán)切損傷率，刀軸轉(zhuǎn)速為100～120 r/min時(shí)環(huán)切效果較好。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在熱蒸氣時(shí)間90 s、刀軸轉(zhuǎn)速120 r/min的條件下，柑橘的去頂成功率和去頂損傷率分別為96.7%和4.2%；柑橘的環(huán)切率和環(huán)切損傷率分別為97.5%和4.7%。

圖16 不同刀軸轉(zhuǎn)速的環(huán)切率和環(huán)切損傷率Fig.16 The rate of ring cutting and damage rate of ring cutting of rotating speed of cutter shaft

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責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：吳志立

Design and experimental of topping and ring cutting device for citrus reticulate peeling machine

Fan Dengfeng, Chen Hong*, Yin Yijun, Xu Xiangzhou, Pan Haibing, Li Shanjun
(College of Engineering, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

To improve the p eeling rate of citrus, a top removal an d ring cutting device was designed for citrus peeling machine，In order to remove the peel of the citrus fruit stalk and cut the peel through the largest fruit diameter of the citrus peel. The device is mainly composed of frame, a centering mechanism, a top removal mechanism, a ring cutting mechanism. At work, the citrus does not move, to the top removed blade gradually peeling embedded in the fruit stalk peel, cut off the citrus fruit stalk around the peel and orange network, in the top of the citrus spin a circular cut and hold the top peel, in the tool box in the process of upward, under the effect of cutting edge squeezing force and friction force, the top peel of citrus is taken away; Ring cutting pressure plate with the knife box down to the top of the mandarin orange, ring pressure plate pressure plate embedded citrus orange peel and stuck citrus, this time, the side of the ring cutter with the heart The rotation of the shaft is embedded in the citrus peel; the motor starts and the circular cut and pressure plate drives the citrus to rotate, and the ring cutter forms a circle of scratch in the citrus radial direction to realize ring cutting. The s ingle-factor tes t was c arried out on the h ot s team tim e and the rot ating speed of th e ar bor, which affect th e performance of detaching and cutting. The experiment results showed that when operation on the heating time of 90 s and cutter shaft rotation speed of 120 r/min, the rate of topping and damage rate was 96.7% and 4.2%; the rate of ring cutting and damage rate was 97.5% and 4.7%, respectively.

peeling machine for citrus; peeling; top removal mechanism; ring cutting mechanism

S226.4

A

1007-1032(2016)06-0686-07

2016–04–12

2016–10–08

國(guó)家現(xiàn)代柑橘產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(農(nóng)科教發(fā)[2011]3號(hào))；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2013PY127)；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZRY2014000710)

范登峰(1989—)，男，湖北洪湖人，碩士研究生，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與裝備研究，364015221@qq.com；*通信作者，陳紅，博士，副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)與裝備研究，chenhong@mail.hzau.edu.cn