一種塊根類作物儲存前置處理裝置的設計

徐穎梅

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

0 引言

塊根是植物學名詞術語，塊根是由營養繁殖的植株不定根或實生苗側根[1]膨大形成的，一株上可形成多個塊根。塊根全部由根構成，不含下胚軸和莖，甘薯、木薯、何首烏等都屬于塊根類農作物。紅薯、木薯等塊根類農作物作為生物質能源、工業淀粉原料和潛在的糧食資源，對我國糧食安全和經濟發展具有舉足輕重的作用[2]。農業科研人員對塊根類農作物的種植技術和儲存方法等進行了大量研究[3-6]，此外，與塊根作物相關的農業機械也得以發展，包括塊根作物的存貯設備、輸送分離機、清雜去土裝置等等[7-11]。

紅薯等塊根類作物在收獲時尤其是遇到雨天時，其表面濕泥巴多，需要晾曬幾天以蒸發泥巴水分，等泥巴變干后便很容易從塊根類作物的表面清除掉。表面干燥且無泥巴的紅薯在儲存過程中不容易出現腐爛的現象，而且食用時口感更甘甜。目前，對于紅薯等塊根類作物在儲存前的去泥、干燥等處理工作大多是由人工完成的，需在天氣較好的時候進行晾曬，如遇陰雨天此項工作進度變慢，因此人工處理紅薯等塊根類作物表面泥巴費時費力且效率極低。筆者針對上述情況，設計了一種塊根類作物儲存前置處理裝置，以對紅薯等塊根類作物的表面進行干燥，并清除表面泥巴，提高儲存前置處理工作的效率，以便后續更好地儲存。

1 塊根類作物儲存前置處理裝置的設計

1.1 技術方案

筆者設計的紅薯等塊根類作物儲存前置處理裝置包括進料干燥單元、去泥單元和出料單元，如圖1所示。進料干燥單元包括進料筒、設置于進料筒中部的干燥機構，主要功能是干燥紅薯等塊根類作物表面濕潤的泥巴。去泥單元設計在進料筒出料口的正下方，其結構包括外殼、搓泥板及設在其正下方的皮帶傳送機構，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機和篩網，其中風機和篩網用于吹去和抖落塊根作物表面的泥土。

圖1 塊根類作物儲存前置處理裝置的結構示意圖

1.2 結構設計及工作原理

1.2.1 進料干燥單元

進料干燥單元中，干燥機構的主體為一暖風機，暖風機的溫度可調節，具體工作溫度根據人工晾曬時的氣溫而設定。干燥機構對進料筒內的塊根物料進行通風，從而去除其表面水分、干燥泥巴。另外，進料筒內還設有攪拌機構，包括攪拌電機、攪拌軸及安裝于其上的柔性螺旋葉片，如圖2所示。攪拌電機帶動螺旋葉片轉動進而使進料筒內的物料翻滾、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時其表面不易出現破損的現象。

圖2 進料干燥單元的結構示意圖

1.2.2 去泥單元

去泥單元的主體結構為外殼、搓泥板和皮帶傳送機構，如圖3所示。去泥裝置內兩側各布置一搓泥板，它們轉向相反、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、搓泥電機等，如圖4所示。底座是一設有空腔的圓形殼體，并在其內腔安裝一內齒圈。搓泥盤，數量若干，均勻周布于底座表面，如圖5所示，每一個搓泥盤包括安裝盤、小齒輪和橡膠手指。小齒輪設在底座內腔里并與其內部的齒圈嚙合傳動，如圖6所示。小齒輪安裝在中心軸上，中心軸的一端通過軸承安裝于底座殼體內（與底座殼體轉動連接）、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。每個安裝盤上均布置有一對傾斜的橡膠手指，如圖7所示，其表面均勻布滿若干柔性的摩擦顆粒；手指內部為空心結構，裝有一復位彈簧。搓泥電機位于底座背面，如圖4所示，并與底座驅動連接。搓泥電機驅動底座及其上內齒圈轉動，內齒圈通過嚙合帶動小齒輪轉動，進而驅動安裝盤及其上的橡膠手指一起自轉；同時，橡膠手指還隨底座的旋轉而做周轉運動。橡膠手指在自轉的同時也周轉，再加上橡膠手指的伸縮和表面摩擦顆粒，可不斷地翻動和揉搓紅薯等塊根類作物，以達到高效清除其表面泥巴的目的。

圖3 去泥單元的結構示意圖

圖4 搓泥板的結構示意圖

圖5 搓泥板的正視示意圖

圖6 底座內齒圈和小齒輪的嚙合傳動

圖7 橡膠手指的結構示意圖

此外，去泥單元中還設有推拉結構，該結構包括底板、固定板和氣缸，用以調整一對相向布置的搓泥板之間的距離。底板用于安裝搓泥電機，其安裝于固定板上并與之滑動配合；固定板水平安裝于去泥單元的兩側，與外殼固接；氣缸固接于固定板的外側，其輸出軸與底板固接。因此，底板在氣缸驅動下可沿固定板來回移動，進而可實現一對搓泥板同時相向或反向移動，以達到調節兩者間距的目的。

在去泥單元內腔底部安裝有一皮帶傳送機構，位于一對搓泥板的正下方，如圖3所示。皮帶設計為鏤空結構，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、風機、收集箱等。如圖8所示，風機安裝于出料箱頂部；篩網設在出料箱底部，并通過彈簧安裝于收集箱的上部；出料箱的底部為敞口結構，方便紅薯等塊根類農作物落于收集箱中。

圖8 出料單元的結構示意圖

2 塊根類作物儲存前置處理裝置的工作過程分析

2.1 干燥

1）預熱。打開進料筒內的風機，并設定合適的溫度，風機向進料筒內吹入熱風，以進行預熱。2）干燥。將剛從地里拔出來、表面帶有濕泥巴的紅薯等塊根類作物置于進料筒內，利用筒內的熱風對塊根類作物表面的泥巴、水分進行干燥。3）攪拌。啟動攪拌電機，柔性螺旋葉片隨著攪拌軸轉動，輕輕翻動筒內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）調距、落料。啟動推拉結構，使一對搓泥板進行相向或反向移動，根據紅薯等塊根作物的數量調節它們之間的距離，確保物料填滿一對搓泥板間的空間；然后將進料筒內干燥好的紅薯等塊根作物送入去泥單元底部皮帶傳送機構的皮帶上。2）去泥。啟動兩搓泥電機，帶動底座旋轉，其上的內齒圈與小齒輪嚙合，帶動中性軸旋轉，進而帶動安裝盤及其上的橡膠手指自轉；同時，橡膠手指與安裝盤隨底座轉動而周轉。因此，相向布置的兩搓泥板反向配合旋轉，其上的橡膠手指一邊周轉一邊自轉，同時在復位彈簧的作用下可實現伸縮抖動，再加上橡膠手指表面的柔性摩擦顆粒，對干燥后的紅薯等塊根作物進行翻動揉搓、抖動，有效去除其表面泥巴。3）泥巴處理。一對搓泥板在對紅薯等塊根作物進行揉搓、去泥的同時，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，便于后續清理。4）送入出料箱。啟動皮帶傳送機構，皮帶上的紅薯等塊根作物隨著皮帶的移動落至導料板，如圖1所示，進而落入出料箱。

2.3 出料

1）篩網抖塵。干燥、去泥后的紅薯等塊根作物經導料板進入出料箱內，落在柔性材質制作的篩網上。作物的自重加上篩網底部彈簧的彈力作用，使得落在篩網上的紅薯等塊根作物發生彈跳，進而可抖落表面的塵土。塵土可經過篩網落入下方的收集箱，以便于后續的清理。2）風機吹塵。紅薯等塊根作物一落入出料箱，便受到出料箱頂部風機的烘、吹，浮在其表面的塵土可被吹落，同時干凈的表面可再次得到干燥處理。3）結束。最后，打開出料箱的拉門，取出篩網上表面無泥土且干燥的紅薯等塊根作物。

3 結論

本研究設計了一款對紅薯等塊根類農作物在儲存前進行干燥、去泥處理的裝置，該裝置包括進料干燥單元、去泥單元和出料單元三部分。塊根類農作物經過干燥單元內風機的通風干燥及柔性螺旋葉片的不斷翻動，去除了表面水分和泥巴；然后落入去泥單元，經一對搓泥板上橡膠手指的反復搓揉，去除表面泥巴；最后落入出料單元底部可上下抖動的篩網上，以進一步抖落表面塵土。筆者設計的裝置可解決紅薯等塊根類農作物的晾曬問題（尤其是遇到陰雨天氣），提高了其儲存前置處理工序的工作效率，便于后續的儲存。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存前置處理工作，應用十分廣泛。