红松子机械式自动开口机的研制

洪 庆，阮立强，马立峰，安殿军，刘 影

(1.黑龙江省牡丹江林业科学研究所，黑龙江 牡丹江 157009；2.黑龙江林业职业技术学院，黑龙江 牡丹江 157011；3.黑龙江省柴河林业局，黑龙江 海林 157131)

研究与设计

红松子机械式自动开口机的研制

洪 庆1，阮立强2，马立峰3，安殿军3，刘 影1

(1.黑龙江省牡丹江林业科学研究所，黑龙江 牡丹江 157009；2.黑龙江林业职业技术学院，黑龙江 牡丹江 157011；3.黑龙江省柴河林业局，黑龙江 海林 157131)

研制出一种红松子机械式自动开口机，该机采用机械方式一次完成红松子自动开口，具有传动简单，结构紧凑，生产率高等特点。

红松子；机械式；自动开口机；研制

松子为名贵树种红松的种子，具有“长生果”、“果中仙品”的美誉。红松主要分布在我国东北的长白山脉及小兴安岭地区，野生红松需生长50年以后才开始结子。松子因富含维生素E、亚油酸和皮诺敛酸等不饱和脂肪酸，以及棕榈碱、挥发油等成分而具有抗衰老、预防心血管疾病、滋阴润肺、滑肠通便等多种功效。随着生活水平的提高，人们开始越来越重视保健与养生，松子因其具有的独特营养价值而备受推崇，但其坚硬的外壳却阻碍了市场的开发和价格的提升。松子剥壳有撞击法、挤压法、碾搓法、撕搓法、刀片切割法等，但由于限制条件多，要求高，实际应用受到限制，更重要的是松子剥壳后会使种仁完全暴露在空气中，这样不符合食品的卫生要求。松子开口技术可弥补剥壳的不足，其既能容易地去除外壳，又能保证种仁卫生干净，符合人们的食用习惯。传统的化学开口方法存在二氧化硫超标、酸、碱污染等缺陷，破坏了松子的营养价值，同时各种化学元素也会对人体健康造成损害；物理开口法采用纯人工操作方式，工人用手工开口钳夹裂松子使其开口，工作效率低、人工成本高，不能满足规模化生产的市场需求。目前已有的小型开口机械是将松子撒落在槽型轨道中，通过压板直接挤压，常常导致松子破碎率超标[1-2]。为了保证开口效果良好，降低破碎率，需要开发更先进的松子开口机。黑龙江省是红松子的主产区，有天然的地域优势，2014年4月森工林区进入全面禁伐阶段，使得林产品深加工成为拉动经济的主要途径[3-4]。据调查，森工林区内，红松子丰产年时，牡丹江林区产量约2.4万吨/年、松花江林区产量约为1.6万吨/年、合江产量约1.2万吨/年、伊春约4.8万吨/年，其中十分之一留作种子，其余的剥壳、开口各占一半，也有约4.5万吨需要开口。在如此丰富的原料优势下，急需一种安全、高效、无污染的红松子开口设备。要求采用机械自动化开口加工技术，并具有减轻劳动强度、提高生产效率及开口松子的产量、降低生产成本的优势。

1 开口机基本结构及工作原理

1.1 基本结构

红松子机械式自动开口机主要由机架、转盘、预紧及压裂装置、分粒送料装置及操作控制系统等组成，其基本结构如图1所示。

图1 开口机基本结构1.机架；2.转盘；3.分粒送料装置；4.预紧、压裂装置；5.操作控制系统

(1)机架：机架为箱型结构，除完成整机的独立支撑外连接整机电气箱。

(2)转盘：转盘设置在转轴上完成分料、送料动作，侧边立起。

(3)分粒送料装置：该装置由机架、供料箱、分粒转盘、输料导管组成，能准确地将每一粒红松子送到转盘内的指定穴位上，可大大提高生产效率和加工质量。

(4)预紧、压裂装置：该装置同转盘配合完成松子预紧、压裂、开口动作。

(5)操作控制系统：采用PLC控制系统，应用电脑显示器展示单机及整条生产线的操作。

1.2 工作原理

首先将分级选好的1号红松子(或2号红松子)投入两侧分粒送料装置的料箱里，由马达经过减速器驱动分粒轴每转分出20粒自动滑入转盘的对应孔内，转盘由马达分割器控制每0.5 s转180°，旋转过程中由于转盘的外固定环由宽逐渐变窄使落入转盘的松子都能在各自的穴内形成侧立状态。再在3 s内由上预压装置把每粒松子分别压紧后，下挤压装置再将20粒松子全部压裂，上下装置同时回位。转盘在下一旋转过程中使压裂的松子落入下面滑板并输出到收集装置，称重、装袋、封口。

下一旋转过程0.5 s 后到位每盘又落入20粒松子，如此循环作业。

2 主要工作部件设计

松子放入供料箱中，电机按顺时针方向转动通过传动带带动转轴转动，转轴带动分料勺转动，分料勺经过供料箱时每个分料勺均盛一粒松子，当分料勺转动到接近输料导管时松子自动落入到喇叭形接料口，然后滑到输料导管中，经输料导管进入到转盘的压裂槽中。

分料勺深16 mm，直径13 mm，中轴线与水平线呈60°夹角。这种设计可以保证分料勺每次经过供料箱时分料勺中可以且只能盛一粒松子。

供料箱内设置40个分料勺，分料勺分成4组呈十字形分布，每组10个，分料勺与分料勺之间距离为30 mm，相临两组间夹角为90°。输料导管上端设有一个喇叭形接料口，输料导管的轴线与水平线夹角为40°。

预紧、压裂装置由固定盘、转动盘、固定盘上挡圈组成，转动盘由马达通过减速器驱动，转动盘每次转动180°用时1s，旋转到位后停止4 s，这段时间，送料装置送入20粒待压松子(2 s，侧面立着)；以前送入侧面立着的20粒待压松子由上压紧装置压紧、下压裂装置压裂，然后上下装置一并回位，转盘再转动180°到下一工位等待入料，旋转中将压裂完成的松子送入固定盘的长弧型孔内落到底板的输送带上送出(2 s)，如此循环作业。

松子即使在同一级别尺寸也不尽相同，所以必须每粒分别预紧然后再压裂，为了提高作业效率，采用对称双圆盘旋转式送料方式，在盘中侧立位置进行各20粒预紧挤压使松子开裂，该预紧挤压开裂机构已申请国家发明专利(专利申请公示号201610565437.9)

3 松子开裂生产线主要设备及工艺流程

为了提高松子开裂的机械化作业生产效率，选用了现有红松子剥壳所用的7级分级筛选机。该生产线的分粒输送及预紧压裂装置为此次开发的重点样机，其余的如排出输送、干燥、称重、装袋、封口、装箱等工序均选用现有设备加以改造，形成一条生产线。其工艺流程为：分级→入料→分粒→进圆盘穴→圆盘旋转到挤压位置(同时使穴内松子侧立)→上压紧→下挤裂→落下排出→称重→装袋→封口→装箱→出货。

整个作业过程均采用PLC控制，时间匹配快慢可调，作业时间取决于预紧及定位后挤压再全部回位工序，其他工序都可在此时间内同步完成。

4 结束语

由于红松子形状比较复杂，即使通过松子脱粒机筛选出同一级别的松子其大小形状还是有所不同，为了实现自动化作业，20多年来业界人士经过了不断的努力，但目前仍然没有彻底解决这一问题，这次开发的样机也还需要在使用中不断地进行改进完善。

[1] 贾生平.松子仁的加工[J].中国农村科技，2007(1)：22-23.

[2] 刘德君，段慧达，陈广大.自动松子破壳机设计与研究[J].中国农机化学报，2016，37(12)：116-121.

[3] 郭志越，王伟，庄煜，等.基于SolidWorks的农业信息采集系统设计[J].森林工程，2015，31(4)：92-97.

[4] 雷倩，杨永发.便携式变径球形刺梨采摘器的设计[J].林业机械与木工设备，2017，45(3)：26-28.

(责任编辑 张雅芳)

Research and Development of a Mechanical Automatic Opening Machine for Korean Pine Seeds

HONG Qing1，RUAN Li-qiang2，MA Li-feng3，AN Dian-jun3，LIU Ying1

(1.Heilongjiang Mudanjiang Forestry Science Research Institute，Mudanjiang Heilongjiang 157009，China；2.Heilongjiang Forestry Vocational-Technical College，Mudanjiang Heilongjiang 157011，China；3.Heilongjiang Chaihe Forestry Bureau，Hailing Heilongjiang 157131，China)

A mechanic automatic opening machine for Korean pine seeds is developed and it can realize the automatic opening of Korean pine seeds at a time，featuring simple transmission，compact structure and high productivity，etc.

Korean pine seed；mechanical；automatic opening machine；development

2017-03-28

黑龙江省森林工业总局2014年重点应用研究项目(sgzjY2014001)

洪 庆(1960-)，男，黑龙江虎林人，享受国务院政府津贴高级工程师，工学学士，主要从事林业机械及自动化技术的研究，E-mail：hq@htjmzdh.com。

TS642

A

2095-2953(2017)06-0038-03