1、哈爾濱華德學(xué)院機(jī)電工程系 彭景春 2、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司 劉罡

1 前言

紅姑娘學(xué)名酸漿，其根、莖、葉、花、果實(shí)都是藥材，莖葉搗碎后,外敷可治療皰瘡；果肉在青果時(shí)，性寒，可降暑、解熱、明目、解毒，在成果時(shí)，性溫，養(yǎng)血滋肝脾，可治療痢疾；籽可壯陽(yáng)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(fā)炎最佳；漿果富含維生素C，對(duì)再生障礙性貧血有一定療效。同時(shí)果實(shí)中含有人體必須的十幾種氨基酸和礦物質(zhì)，具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。社會(huì)上，人們對(duì)紅姑娘的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值越來(lái)越熟知，因此對(duì)其的需求越來(lái)越大。

無(wú)論將姑娘兒用來(lái)食用、做成飲品，還是用于藥用，在使用之前首先需要將果實(shí)與宿萼分離，傳統(tǒng)的紅姑娘果皮分離方式主要以人工脫皮為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)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(guī)模生產(chǎn)的需要。因此，本文提出了一種新型紅姑娘自動(dòng)脫皮裝置，提高了紅姑娘的脫皮效率。

2 紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)-脫皮機(jī)理分析

如要將果實(shí)和果皮分離，從力學(xué)角度分析，必須在果實(shí)和果皮之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖1(a)所示，將紅姑娘放在兩個(gè)脫皮羅拉上，兩個(gè)脫皮羅拉以相同的轉(zhuǎn)數(shù)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(huì)受到羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力F、扭矩T和支撐力N的作用。當(dāng)果皮任意部位被脫皮羅拉卷進(jìn)其縫隙內(nèi)時(shí)，由于兩個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的羅拉夾持果皮，在果皮和果實(shí)之間便產(chǎn)生了一個(gè)拉力，而果實(shí)始終浮于羅拉的上方，因此果皮會(huì)逐漸被羅拉卷進(jìn)縫隙，直至與果實(shí)分離，從而達(dá)到了脫皮的目的。

圖1 脫皮機(jī)理及受力分析

3 紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)-機(jī)械系統(tǒng)分析

紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)-機(jī)械系統(tǒng)主要由料斗、溜槽、分揀機(jī)構(gòu)、果皮分離機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成，如圖2所示。工作時(shí)，以人工方式將紅姑娘倒進(jìn)料斗中，料斗被隔板分成數(shù)槽，通過(guò)分揀機(jī)構(gòu)分揀輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，紅姑娘被撥進(jìn)分揀輪的輪齒中。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的齒形及大小，每個(gè)輪齒中只能包含一個(gè)紅姑娘，從而使料斗中雜亂無(wú)章的紅姑娘按順序進(jìn)入溜槽。經(jīng)分揀后的紅姑娘在重力作用下，沿著溜槽下滑進(jìn)入果皮分離機(jī)構(gòu)。此時(shí)紅姑娘的姿態(tài)是不確定的，具有任意性，這也給分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。為了使紅姑娘任意方向上的果皮都有機(jī)會(huì)被羅拉卷進(jìn)縫隙中，紅姑娘在分離的過(guò)程中必須能夠自轉(zhuǎn)。分離機(jī)構(gòu)主要由兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的脫皮羅拉組成，羅拉大小與轉(zhuǎn)速是脫皮的關(guān)鍵。該機(jī)械系統(tǒng)的輸送機(jī)構(gòu)主要由兩條轉(zhuǎn)數(shù)不同的皮帶組成，每條皮帶在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中都會(huì)帶動(dòng)紅姑娘移動(dòng)，但由于兩條皮帶的速度不同，紅姑娘發(fā)生自轉(zhuǎn)。這樣，紅姑娘在分離機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)的共同作用下實(shí)現(xiàn)了果皮分離，并且被輸送皮帶拖動(dòng)到分離機(jī)構(gòu)的出口處，從兩個(gè)羅拉尾端的大縫隙中落入分離機(jī)構(gòu)下方的果實(shí)收集箱中，待收集箱中裝滿果實(shí)后，以人工方式將收集箱移出，再放入空的果實(shí)收集箱待用。除了上料和卸料，整個(gè)脫皮過(guò)程不需要人工干預(yù)，大大降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了脫皮的效率。

圖2 脫皮機(jī)械系統(tǒng)組成

4 實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試紅姑娘自動(dòng)脫皮裝置的功能，將冷凍的紅姑娘放入自動(dòng)脫皮機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，紅姑娘脫皮完好率達(dá)到85%，用時(shí)短，大大提高了紅姑娘的脫皮效率。在實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)部分紅姑娘存在以下現(xiàn)象：（1）果實(shí)破皮。由于脫皮羅拉在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中對(duì)紅姑娘產(chǎn)生了擠壓力和摩擦力，因此使得一些脫皮后的紅姑娘果實(shí)被磨破了外皮；（2）果實(shí)擠碎，個(gè)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(jìn)羅拉的縫隙中，造成了吃果現(xiàn)象；(3)果實(shí)留根，引起果實(shí)留根的原因主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)羅拉之間的間隙較小，使得果實(shí)根部無(wú)法被卷進(jìn)羅拉間隙中，另一個(gè)是果實(shí)根部和羅拉產(chǎn)生了相對(duì)打滑現(xiàn)象，致使果實(shí)的根部存于羅拉縫隙中無(wú)法被拉斷。

從上述分析中可知，紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有幾方面關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)，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(zhuǎn)速，脫皮羅拉的布置、分揀輪的轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的皮帶的運(yùn)動(dòng)速度設(shè)定等，其設(shè)計(jì)結(jié)果直接影響紅姑娘果皮分離的效果。

5 結(jié)論

本文提出了一種紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)，填補(bǔ)了紅姑娘自動(dòng)脫皮設(shè)備的空白。所研制的紅姑娘自動(dòng)脫皮機(jī)具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)、使用方便、脫皮效果好、生產(chǎn)率高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，并可與后續(xù)研制的一些設(shè)備進(jìn)行配合使用，完成投料、脫皮、清洗、烘干、裝箱等全自動(dòng)流水線作業(yè)。

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