红姑娘自动脱皮机的研制

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。

5 结论

本文提出了一种红姑娘自动脱皮机，填补了红姑娘自动脱皮设备的空白。所研制的红姑娘自动脱皮机具有体积小、性能稳定可靠、使用寿命长、使用方便、脱皮效果好、生产率高、质量好等优点，并可与后续研制的一些设备进行配合使用，完成投料、脱皮、清洗、烘干、装箱等全自动流水线作业。

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