红姑娘自动脱皮机的研制

2014-01-24哈尔滨华德学院机电工程系彭景春哈尔滨博实自动化股份有限公司刘罡

河北农机 2014年2期

1、哈尔滨华德学院机电工程系彭景春 2、哈尔滨博实自动化股份有限公司刘罡

1 前言

红姑娘学名酸浆，其根、茎、叶、花、果实都是药材，茎叶捣碎后,外敷可治疗疱疮；果肉在青果时，性寒，可降暑、解热、明目、解毒，在成果时，性温，养血滋肝脾，可治疗痢疾；籽可壮阳益气；根可清热、解毒；宿存花萼有清热解毒的功效，治咳嗽、咽喉肿痛、嗓子发炎最佳；浆果富含维生素C，对再生障碍性贫血有一定疗效。同时果实中含有人体必须的十几种氨基酸和矿物质，具有一定的营养价值。社会上，人们对红姑娘的营养价值和药用价值越来越熟知，因此对其的需求越来越大。

无论将姑娘儿用来食用、做成饮品，还是用于药用，在使用之前首先需要将果实与宿萼分离，传统的红姑娘果皮分离方式主要以人工脱皮为主，劳动强度大、产量低，随着红姑娘的需求量的增加，人工脱皮已不能满足大规模生产的需要。因此，本文提出了一种新型红姑娘自动脱皮装置，提高了红姑娘的脱皮效率。

2 红姑娘自动脱皮机-脱皮机理分析

如要将果实和果皮分离，从力学角度分析，必须在果实和果皮之间产生相对运动。如图1(a)所示，将红姑娘放在两个脱皮罗拉上，两个脱皮罗拉以相同的转数相对转动。红姑娘的受力情况如图1(b)所示，红姑娘除了受到自重力的作用外，还会受到罗拉转动产生的摩擦力F、扭矩T和支撑力N的作用。当果皮任意部位被脱皮罗拉卷进其缝隙内时，由于两个相对转动的罗拉夹持果皮，在果皮和果实之间便产生了一个拉力，而果实始终浮于罗拉的上方，因此果皮会逐渐被罗拉卷进缝隙，直至与果实分离，从而达到了脱皮的目的。

图1 脱皮机理及受力分析

3 红姑娘自动脱皮机-机械系统分析

红姑娘自动脱皮机-机械系统主要由料斗、溜槽、分拣机构、果皮分离机构、输送机构和机架组成，如图2所示。工作时，以人工方式将红姑娘倒进料斗中，料斗被隔板分成数槽，通过分拣机构分拣轮的转动，红姑娘被拨进分拣轮的轮齿中。通过设计合理的齿形及大小，每个轮齿中只能包含一个红姑娘，从而使料斗中杂乱无章的红姑娘按顺序进入溜槽。经分拣后的红姑娘在重力作用下，沿着溜槽下滑进入果皮分离机构。此时红姑娘的姿态是不确定的，具有任意性，这也给分离机构的设计带来了极大挑战。为了使红姑娘任意方向上的果皮都有机会被罗拉卷进缝隙中，红姑娘在分离的过程中必须能够自转。分离机构主要由两个转向相反的脱皮罗拉组成，罗拉大小与转速是脱皮的关键。该机械系统的输送机构主要由两条转数不同的皮带组成，每条皮带在转动的过程中都会带动红姑娘移动，但由于两条皮带的速度不同，红姑娘发生自转。这样，红姑娘在分离机构和输送机构的共同作用下实现了果皮分离，并且被输送皮带拖动到分离机构的出口处，从两个罗拉尾端的大缝隙中落入分离机构下方的果实收集箱中，待收集箱中装满果实后，以人工方式将收集箱移出，再放入空的果实收集箱待用。除了上料和卸料，整个脱皮过程不需要人工干预，大大降低了人工劳动强度，提高了脱皮的效率。

图2 脱皮机械系统组成

4 实验分析

为了测试红姑娘自动脱皮装置的功能，将冷冻的红姑娘放入自动脱皮机进行实验研究。从实验结果看，红姑娘脱皮完好率达到85%，用时短，大大提高了红姑娘的脱皮效率。在实验中，我们还发现部分红姑娘存在以下现象：（1）果实破皮。由于脱皮罗拉在转动的过程中对红姑娘产生了挤压力和摩擦力，因此使得一些脱皮后的红姑娘果实被磨破了外皮；（2）果实挤碎，个别冷冻的红姑娘的硬度低，受到脱皮罗拉的挤压作用被挤碎，从而被卷进罗拉的缝隙中，造成了吃果现象；(3)果实留根，引起果实留根的原因主要有两点，一个是相对转动的两个罗拉之间的间隙较小，使得果实根部无法被卷进罗拉间隙中，另一个是果实根部和罗拉产生了相对打滑现象，致使果实的根部存于罗拉缝隙中无法被拉断。

从上述分析中可知，红姑娘自动脱皮机-机械系统设计中有几方面关键参数设计，如：脱皮罗拉直径尺寸大小、脱皮罗拉表面光洁度、脱皮罗拉的转速，脱皮罗拉的布置、分拣轮的转速、分拣轮的齿形及尺寸大小、溜槽倾斜角度，分拣轮与脱皮罗拉的布置、输送机构的皮带的运动速度设定等，其设计结果直接影响红姑娘果皮分离的效果。