紅姑娘自動脫皮機的研制

1、哈爾濱華德學院機電工程系 彭景春 2、哈爾濱博實自動化股份有限公司 劉罡

1 前言

紅姑娘學名酸漿，其根、莖、葉、花、果實都是藥材，莖葉搗碎后,外敷可治療皰瘡；果肉在青果時，性寒，可降暑、解熱、明目、解毒，在成果時，性溫，養血滋肝脾，可治療痢疾；籽可壯陽益氣；根可清熱、解毒；宿存花萼有清熱解毒的功效，治咳嗽、咽喉腫痛、嗓子發炎最佳；漿果富含維生素C，對再生障礙性貧血有一定療效。同時果實中含有人體必須的十幾種氨基酸和礦物質，具有一定的營養價值。社會上，人們對紅姑娘的營養價值和藥用價值越來越熟知，因此對其的需求越來越大。

無論將姑娘兒用來食用、做成飲品，還是用于藥用，在使用之前首先需要將果實與宿萼分離，傳統的紅姑娘果皮分離方式主要以人工脫皮為主，勞動強度大、產量低，隨著紅姑娘的需求量的增加，人工脫皮已不能滿足大規模生產的需要。因此，本文提出了一種新型紅姑娘自動脫皮裝置，提高了紅姑娘的脫皮效率。

2 紅姑娘自動脫皮機-脫皮機理分析

如要將果實和果皮分離，從力學角度分析，必須在果實和果皮之間產生相對運動。如圖1(a)所示，將紅姑娘放在兩個脫皮羅拉上，兩個脫皮羅拉以相同的轉數相對轉動。紅姑娘的受力情況如圖1(b)所示，紅姑娘除了受到自重力的作用外，還會受到羅拉轉動產生的摩擦力F、扭矩T和支撐力N的作用。當果皮任意部位被脫皮羅拉卷進其縫隙內時，由于兩個相對轉動的羅拉夾持果皮，在果皮和果實之間便產生了一個拉力，而果實始終浮于羅拉的上方，因此果皮會逐漸被羅拉卷進縫隙，直至與果實分離，從而達到了脫皮的目的。

圖1 脫皮機理及受力分析

3 紅姑娘自動脫皮機-機械系統分析

紅姑娘自動脫皮機-機械系統主要由料斗、溜槽、分揀機構、果皮分離機構、輸送機構和機架組成，如圖2所示。工作時，以人工方式將紅姑娘倒進料斗中，料斗被隔板分成數槽，通過分揀機構分揀輪的轉動，紅姑娘被撥進分揀輪的輪齒中。通過設計合理的齒形及大小，每個輪齒中只能包含一個紅姑娘，從而使料斗中雜亂無章的紅姑娘按順序進入溜槽。經分揀后的紅姑娘在重力作用下，沿著溜槽下滑進入果皮分離機構。此時紅姑娘的姿態是不確定的，具有任意性，這也給分離機構的設計帶來了極大挑戰。為了使紅姑娘任意方向上的果皮都有機會被羅拉卷進縫隙中，紅姑娘在分離的過程中必須能夠自轉。分離機構主要由兩個轉向相反的脫皮羅拉組成，羅拉大小與轉速是脫皮的關鍵。該機械系統的輸送機構主要由兩條轉數不同的皮帶組成，每條皮帶在轉動的過程中都會帶動紅姑娘移動，但由于兩條皮帶的速度不同，紅姑娘發生自轉。這樣，紅姑娘在分離機構和輸送機構的共同作用下實現了果皮分離，并且被輸送皮帶拖動到分離機構的出口處，從兩個羅拉尾端的大縫隙中落入分離機構下方的果實收集箱中，待收集箱中裝滿果實后，以人工方式將收集箱移出，再放入空的果實收集箱待用。除了上料和卸料，整個脫皮過程不需要人工干預，大大降低了人工勞動強度，提高了脫皮的效率。

圖2 脫皮機械系統組成

4 實驗分析

為了測試紅姑娘自動脫皮裝置的功能，將冷凍的紅姑娘放入自動脫皮機進行實驗研究。從實驗結果看，紅姑娘脫皮完好率達到85%，用時短，大大提高了紅姑娘的脫皮效率。在實驗中，我們還發現部分紅姑娘存在以下現象：（1）果實破皮。由于脫皮羅拉在轉動的過程中對紅姑娘產生了擠壓力和摩擦力，因此使得一些脫皮后的紅姑娘果實被磨破了外皮；（2）果實擠碎，個別冷凍的紅姑娘的硬度低，受到脫皮羅拉的擠壓作用被擠碎，從而被卷進羅拉的縫隙中，造成了吃果現象；(3)果實留根，引起果實留根的原因主要有兩點，一個是相對轉動的兩個羅拉之間的間隙較小，使得果實根部無法被卷進羅拉間隙中，另一個是果實根部和羅拉產生了相對打滑現象，致使果實的根部存于羅拉縫隙中無法被拉斷。

從上述分析中可知，紅姑娘自動脫皮機-機械系統設計中有幾方面關鍵參數設計，如：脫皮羅拉直徑尺寸大小、脫皮羅拉表面光潔度、脫皮羅拉的轉速，脫皮羅拉的布置、分揀輪的轉速、分揀輪的齒形及尺寸大小、溜槽傾斜角度，分揀輪與脫皮羅拉的布置、輸送機構的皮帶的運動速度設定等，其設計結果直接影響紅姑娘果皮分離的效果。

5 結論

本文提出了一種紅姑娘自動脫皮機，填補了紅姑娘自動脫皮設備的空白。所研制的紅姑娘自動脫皮機具有體積小、性能穩定可靠、使用壽命長、使用方便、脫皮效果好、生產率高、質量好等優點，并可與后續研制的一些設備進行配合使用，完成投料、脫皮、清洗、烘干、裝箱等全自動流水線作業。

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