新鮮蓮子剝皮去衣機的研制

王旺平 談易騰

WANG Wang－pingTAN Yi－teng

（武漢輕工大學機械工程學院，湖北 武漢 430024）

（School of Mechanical Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430024，China）

蓮子是睡蓮科水生草本植物蓮的種子，主要由蓮皮（殼）、蓮衣、蓮仁、蓮心等組成［1，2］。新鮮蓮子由于其營養價值高，味道鮮美，口感爽脆，深受人們喜愛［3］。傳統的新鮮蓮子剝皮、去衣主要是采用人工方式，工人勞動強大度，產品質量參差不齊。

新鮮蓮子和干殼蓮子的差異性較大，新鮮蓮子外皮松軟，蓮衣包裹在蓮仁外部，食用之前一般需清理外衣，否則口感生澀，影響食用品質。干殼蓮子外殼非常堅硬，殼仁之間間隙小，抗壓強度較高，蓮衣一般通過磨削的方式去除。現有的干殼蓮子剝殼技術和設備不能適用于新鮮蓮子的剝皮去衣［4－8］。余群等［9，10］研制了一種鮮蓮子剝皮機，該機采用半圓形刀具對蓮子進行環切，并采用了柔性環形通道設計，可保證蓮子剝皮率與蓮仁完整率，但該機采用單通道設計，產量較低，且不能對蓮子進行去衣處理，功能單一。

基于對新鮮蓮子的幾何、物理機械性能的研究，研發了一種新鮮蓮子剝皮去衣機，該機采用滾切的方法對蓮子進行切割剝皮，采用高壓水噴射去除蓮衣，生產效率高，適應性強，可以滿足當前新鮮蓮子加工中機械剝皮的應用需要。

1 主體結構與工作原理

要實現新鮮蓮子的剝皮去衣，必須完成蓮子的供料、切割、剝皮以及去衣4個環節。所設計的新鮮蓮子剝皮機主要由傳動機構、進料機構、位姿調整結構、輸送結構、切割機構、剝皮機構、去衣機構及機架等組成。蓮子位姿調整機構與去衣機構分別位于傳送機構的兩端，切割機構與剝皮機構依次并排位于傳送機構的傳送帶作業面的上方。該機的總體結構見圖1。

圖1 新鮮蓮子剝皮機總體結構圖Figure 1 The structure of fresh lotus seed peeler

該機的主要工作原理：待剝皮的新鮮蓮子置于進料斗1中，在位姿調整機構和輸送機構2的作用下，蓮子遵循最小勢能原則，以長軸為滾動中心，進入切割機構3。當蓮子以滾動的方式通過柔性割殼刀架4時，其蓮皮被切割刀至少環切一周且被分成兩半。蓮子在傳送帶的作用下，繼續滾動至剝皮機構5，在剝皮機構5擠壓力的作用下，蓮皮與蓮仁分離。剝皮后的蓮子在繼續滾動的同時，去衣機構6中的高壓噴水槍將蓮仁的白色外衣切開、沖洗使其剝落。剝皮去衣之后的蓮子從出料口7排出。

2 主要機構設計

2.1 傳動機構設計

根據結構設計，主動軸與電機的中心距為450～500 mm，其轉速根據產量等計算為180 r／min。綜合考慮，本傳動系統采用鏈傳動，選用減速電機傳動。傳動機構簡圖見圖2。

圖2 傳動機構簡圖Figure 2 The structure of transmission mechanism

2.2 供料與輸送機構設計

為保證蓮子沿短軸直徑的切割，蓮子輸送時，必須實現蓮子以其長軸進行滾動。蓮子從進料口排出之后，根據最小勢能原則，蓮子必然會以長軸為軸線進行滾動。為了防止蓮子在進料斗底部發生堵料現象，將進料斗設計成上大下小的結構，可以有效降低進料口下方出口的壓力。同時，電機工作時的橫向振動也可在一定程度上松動料層，能有效防止蓮子的堵料，實現連續輸送。

蓮子由進料斗，通過輸送帶進入輸送機構的過程中，大部分蓮子完成了長軸方向的取向，但由于蓮子粒度的差異，不能完全保證其短軸直徑的最大界面與切割刀片在同一平面，因此，必須對其進行位姿調整。

輸送機構的結構簡圖見圖3。輸送機構主要由主動軸、輸送帶、搓輥、浮動支架等組成。蓮子在輸送帶和輸送滾輪的作用下，進入輸送機構。在搓輥摩擦力以及兩側擋板的作用下，蓮子完成沿長軸方向的取向。

2.3 切割機構設計

切割機構簡圖見圖4。為了滿足不同短軸直徑的蓮子的剝皮要求，切割機構必須設計成浮動結構。切割刀安裝在安裝座上，安裝座通過一組彈簧進行預壓，安裝在其上方的導桿，可以允許其在機架上上下滑動。當蓮子尺寸較大時，刀架可以向上滑動，避免了對蓮子的擠壓，減小了蓮子的破損率。當蓮子尺寸較小時，刀架桿上的彈簧也可保證蓮子與切割刀接觸。蓮子在滾動的過程中，蓮皮被切割刀環切至少一周，且被分成兩半。

圖3 供料與輸送機構簡圖Figure 3 The structure ofconveying mechanism

圖4 切割機構示意圖Figure 4 The structure ofcutting mechanism

本設計選用條形刀片，在切割時要求刀片薄而鋒利，且在切割時不能切傷蓮仁。所設計的刀片厚度為1 mm，刀刃角度為30°～45°，刀刃高度為1 mm，材料為9Cr WMn或9CrSi，表面真空淬火處理，刀片表面硬度為HRC55～60。安裝時切割刀刀刃高出安裝座0.6～0.8 mm，這樣既能有效的切割蓮皮又不傷及蓮仁。

2.4 剝皮機構設計

切割之后的蓮子被輸送機構送到剝皮機構進行剝皮分離處理。其機構簡圖見圖5。在剝皮機構的上方安裝帶有毛氈條且可以調節高度的固定架，其高度可根據蓮子大小進行調節。在輸送帶的下方安裝有浮動支架，通過調節彈簧拉力，可以得到合適的擠壓力。若此力較大，則可能壓碎蓮子，增加蓮子的破損率；太小則不能完全將蓮皮和蓮仁分開。

3 主要參數與性能指標

（1）處理量：30 kg／h；

（2）一次剝殼率：≥92%；

（3）蓮仁破損率：≤5%；

（4）仁殼分離率：≥90%；

（5）動力配備：0.22 k W。

圖5 剝皮機構示意圖Figure 5 The structure of peeling mechanism

4 結論

所研制的多功能新鮮蓮子剝皮機主要有以下特點：

（1）采用了獨特的柔性切割機構，能對不同粒度尺寸的對蓮子進行脫皮處理。剝皮效率與質量較以往的蓮子剝皮（殼）設備高。

（2）將剝皮與去衣結合在一起，功能全面。通過切割機構、剝皮機構、去衣機構的依次分列布置，可同時完成蓮子的剝皮去衣。

（3）在實現多功能的前提下，傳動系統結構簡單，成本低，且采用雙通道并聯設計，提高了生產率。

1 鄭寶東，鄭金貴，曾紹校.我國主要蓮子品種營養成分的分析［J］.營養學報，2003，25（2）：153～156.

2 趙小廣，宗力，謝麗娟.干殼蓮子物理參數試驗研究［J］.食品與機械，2006，22（2）：53～55.

3 李卓瓦.蓮子的營養價值及加工利用［J］.農產品加工，2008（6）：42～43.

4 王旺平，杜先鋒，周均生.BK25型蓮子剝殼機的研制［J］.食品與機械，2009，25（2）：103～105.

5 王飛，陳義厚.蓮子穿心脫殼機的設計與研究［J］.機械研究與應用，2006，19（5）：79～80.

6 鄭傳祥.蓮子脫殼機設計與試驗［J］.農業機械學報，2003，34（5）：106～108.

7 黃興元，熊偉明，京玉海，等.滾切式蓮子剝殼機及其試驗研究［J］.食品與機械，2012，28（4）：139～142.

8 張永林，易啟偉，余群，等.多聯輥刀式蓮子剝殼機的結構與工作原理［J］.農業工程學報，2008，24（12）：76～79.

9 余群，易啟偉.鮮蓮子自動化剝殼技術及設備［J］.農機化研究，2010，32（6）：140～142.

10 王旺平，張永林，易啟偉.新鮮蓮子脫皮機的研制［J］.農業機械，2011（6）：149～151.