新鲜莲子剥皮去衣机的研制

王旺平 谈易腾

WANG Wang－pingTAN Yi－teng

（武汉轻工大学机械工程学院，湖北 武汉 430024）

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

莲子是睡莲科水生草本植物莲的种子，主要由莲皮（壳）、莲衣、莲仁、莲心等组成［1，2］。新鲜莲子由于其营养价值高，味道鲜美，口感爽脆，深受人们喜爱［3］。传统的新鲜莲子剥皮、去衣主要是采用人工方式，工人劳动强大度，产品质量参差不齐。

新鲜莲子和干壳莲子的差异性较大，新鲜莲子外皮松软，莲衣包裹在莲仁外部，食用之前一般需清理外衣，否则口感生涩，影响食用品质。干壳莲子外壳非常坚硬，壳仁之间间隙小，抗压强度较高，莲衣一般通过磨削的方式去除。现有的干壳莲子剥壳技术和设备不能适用于新鲜莲子的剥皮去衣［4－8］。余群等［9，10］研制了一种鲜莲子剥皮机，该机采用半圆形刀具对莲子进行环切，并采用了柔性环形通道设计，可保证莲子剥皮率与莲仁完整率，但该机采用单通道设计，产量较低，且不能对莲子进行去衣处理，功能单一。

基于对新鲜莲子的几何、物理机械性能的研究，研发了一种新鲜莲子剥皮去衣机，该机采用滚切的方法对莲子进行切割剥皮，采用高压水喷射去除莲衣，生产效率高，适应性强，可以满足当前新鲜莲子加工中机械剥皮的应用需要。

1 主体结构与工作原理

要实现新鲜莲子的剥皮去衣，必须完成莲子的供料、切割、剥皮以及去衣4个环节。所设计的新鲜莲子剥皮机主要由传动机构、进料机构、位姿调整结构、输送结构、切割机构、剥皮机构、去衣机构及机架等组成。莲子位姿调整机构与去衣机构分别位于传送机构的两端，切割机构与剥皮机构依次并排位于传送机构的传送带作业面的上方。该机的总体结构见图1。

图1 新鲜莲子剥皮机总体结构图Figure 1 The structure of fresh lotus seed peeler

该机的主要工作原理：待剥皮的新鲜莲子置于进料斗1中，在位姿调整机构和输送机构2的作用下，莲子遵循最小势能原则，以长轴为滚动中心，进入切割机构3。当莲子以滚动的方式通过柔性割壳刀架4时，其莲皮被切割刀至少环切一周且被分成两半。莲子在传送带的作用下，继续滚动至剥皮机构5，在剥皮机构5挤压力的作用下，莲皮与莲仁分离。剥皮后的莲子在继续滚动的同时，去衣机构6中的高压喷水枪将莲仁的白色外衣切开、冲洗使其剥落。剥皮去衣之后的莲子从出料口7排出。

2 主要机构设计

2.1 传动机构设计

根据结构设计，主动轴与电机的中心距为450～500 mm，其转速根据产量等计算为180 r／min。综合考虑，本传动系统采用链传动，选用减速电机传动。传动机构简图见图2。

图2 传动机构简图Figure 2 The structure of transmission mechanism

2.2 供料与输送机构设计

为保证莲子沿短轴直径的切割，莲子输送时，必须实现莲子以其长轴进行滚动。莲子从进料口排出之后，根据最小势能原则，莲子必然会以长轴为轴线进行滚动。为了防止莲子在进料斗底部发生堵料现象，将进料斗设计成上大下小的结构，可以有效降低进料口下方出口的压力。同时，电机工作时的横向振动也可在一定程度上松动料层，能有效防止莲子的堵料，实现连续输送。

莲子由进料斗，通过输送带进入输送机构的过程中，大部分莲子完成了长轴方向的取向，但由于莲子粒度的差异，不能完全保证其短轴直径的最大界面与切割刀片在同一平面，因此，必须对其进行位姿调整。

输送机构的结构简图见图3。输送机构主要由主动轴、输送带、搓辊、浮动支架等组成。莲子在输送带和输送滚轮的作用下，进入输送机构。在搓辊摩擦力以及两侧挡板的作用下，莲子完成沿长轴方向的取向。

2.3 切割机构设计

切割机构简图见图4。为了满足不同短轴直径的莲子的剥皮要求，切割机构必须设计成浮动结构。切割刀安装在安装座上，安装座通过一组弹簧进行预压，安装在其上方的导杆，可以允许其在机架上上下滑动。当莲子尺寸较大时，刀架可以向上滑动，避免了对莲子的挤压，减小了莲子的破损率。当莲子尺寸较小时，刀架杆上的弹簧也可保证莲子与切割刀接触。莲子在滚动的过程中，莲皮被切割刀环切至少一周，且被分成两半。

图3 供料与输送机构简图Figure 3 The structure ofconveying mechanism

图4 切割机构示意图Figure 4 The structure ofcutting mechanism

本设计选用条形刀片，在切割时要求刀片薄而锋利，且在切割时不能切伤莲仁。所设计的刀片厚度为1 mm，刀刃角度为30°～45°，刀刃高度为1 mm，材料为9Cr WMn或9CrSi，表面真空淬火处理，刀片表面硬度为HRC55～60。安装时切割刀刀刃高出安装座0.6～0.8 mm，这样既能有效的切割莲皮又不伤及莲仁。

2.4 剥皮机构设计

切割之后的莲子被输送机构送到剥皮机构进行剥皮分离处理。其机构简图见图5。在剥皮机构的上方安装带有毛毡条且可以调节高度的固定架，其高度可根据莲子大小进行调节。在输送带的下方安装有浮动支架，通过调节弹簧拉力，可以得到合适的挤压力。若此力较大，则可能压碎莲子，增加莲子的破损率；太小则不能完全将莲皮和莲仁分开。

3 主要参数与性能指标

（1）处理量：30 kg／h；

（2）一次剥壳率：≥92%；

（3）莲仁破损率：≤5%；

（4）仁壳分离率：≥90%；

（5）动力配备：0.22 k W。

图5 剥皮机构示意图Figure 5 The structure of peeling mechanism

4 结论

所研制的多功能新鲜莲子剥皮机主要有以下特点：

（1）采用了独特的柔性切割机构，能对不同粒度尺寸的对莲子进行脱皮处理。剥皮效率与质量较以往的莲子剥皮（壳）设备高。

（2）将剥皮与去衣结合在一起，功能全面。通过切割机构、剥皮机构、去衣机构的依次分列布置，可同时完成莲子的剥皮去衣。

（3）在实现多功能的前提下，传动系统结构简单，成本低，且采用双通道并联设计，提高了生产率。

1 郑宝东，郑金贵，曾绍校.我国主要莲子品种营养成分的分析［J］.营养学报，2003，25（2）：153～156.

2 赵小广，宗力，谢丽娟.干壳莲子物理参数试验研究［J］.食品与机械，2006，22（2）：53～55.

3 李卓瓦.莲子的营养价值及加工利用［J］.农产品加工，2008（6）：42～43.

4 王旺平，杜先锋，周均生.BK25型莲子剥壳机的研制［J］.食品与机械，2009，25（2）：103～105.

5 王飞，陈义厚.莲子穿心脱壳机的设计与研究［J］.机械研究与应用，2006，19（5）：79～80.

6 郑传祥.莲子脱壳机设计与试验［J］.农业机械学报，2003，34（5）：106～108.

7 黄兴元，熊伟明，京玉海，等.滚切式莲子剥壳机及其试验研究［J］.食品与机械，2012，28（4）：139～142.

8 张永林，易启伟，余群，等.多联辊刀式莲子剥壳机的结构与工作原理［J］.农业工程学报，2008，24（12）：76～79.

9 余群，易启伟.鲜莲子自动化剥壳技术及设备［J］.农机化研究，2010，32（6）：140～142.

10 王旺平，张永林，易启伟.新鲜莲子脱皮机的研制［J］.农业机械，2011（6）：149～151.