鲜莲子剥壳机的设计
余群，易启伟，张永林
（武汉工业学院机械学院，湖北武汉430023）
摘要针对我国鲜莲子剥壳设备落后、效率低下、不能满足企业需求这一现象，在深入分析鲜莲子剥壳机理的基础上，设计了一种高效。，，，，。的莲子剥壳机该机剥壳率高破损率低结构紧凑性能稳定可满足相关企业扩大生产的需求
关键词莲子剥壳；食品加工技术；设计中图分类号S226．4文献标识码A文章编号0517－6611（2011）03－01839－03DesigninLotusSeedsSheller
YUQunetal（MechanicalCollege，WuhanPolytechnicUniversity，Wuhan，Hubei430023）
AbstractInordertosolvetheproblemthattheexistinglotusseedsdecladdingequipmentisinefficientandcannotmeetthedemandofenter-hullingrateandlowbrokenratewasdesignedonthebaseofresearchingthetheoryoflo-prise，anewefficientlotusseedsshellerwithhighde-tusseeddecladding．Thisnewshelleriscompactinstructureandstableinperformance．Anditcanfilltheenterprise＇srequirementofexpan-dingproduction．
KeywordsLotusseedsdecladding；Foodprocessingtechnology；Design
莲子作为一种口感好、营养高、绿色保健的食品，颇受大众的喜爱
［1－2］
力而处于滚动状态，在滚动过程中，莲子逐步调整滚动姿势至长轴方向与滚动方向基本垂直，达到理想的切割姿势，随后进入由切割滑道与主动轮构成的切割通道，莲子在此通道内继续受到切割滑道与主动轮的压力以及主动轮的切向摩滑道导轨的中间镶有切割刀片，当莲擦力而处于滚动状态，
子滚过切割通道时被切割刀片连续环切从而完成剥壳
。
。随着人们生活水平的提高，相关产业的不断
扩大与延伸，以及鲜莲子保鲜技术的不断完善，对鲜莲子（仁）的需求越来越大。然而目前我国莲子加工主要还停留这种方式效率低下，人工成本高，不卫生在手工阶段，
［3－4］
；
而市场上的一些莲子剥壳机效率偏低，这些都不能满足企业大规模生产的需求。为此，笔者联合相关莲子加工企业进行了高效鲜莲子剥壳机的研制工作。1
鲜莲子剥壳的基本原理
莲子是一种有规则几何形状的、颗粒较为均匀的果实。通过对湖北莲子主产区（武汉、洪湖市及周边市县等）的新鲜莲子的测定，发现莲子的直径一般在12～20mm，壳厚0．5～1．0mm，其中以直径为16mm左右的莲子数量最多，其壳厚莲壳只有外表面的1/3左在0．9mm左右。相关资料表明，
右稍坚韧，其余部分较脆，只要外层1/3～1/2坚韧的部分被
［4］
切开，较脆部分稍加挤压就会自然裂开。为了测试鲜莲子
将裁纸刀片镶在平板内，刀锋仅仅露出0．5～壳的切割性能，
0．7mm（根据莲子直径大小调整），结果表明只需将莲子稍加用力地按在刀锋上滚动就可以整圈将莲子壳切开而不伤仁。因而可以根据莲子壳这一切割性能进行莲子剥壳技术的研究。
同时，由于莲子直径差别较大，为了简化剥壳机的设计并保证剥壳的质量，在莲子剥壳前应该按照莲子直径的大小进行分级处理。在设计中，按直径将莲子分成5个级别：＜13mm，13～16mm，16～18mm，18～20mm，＞20mm。2
剥壳机的工作原理
剥壳机的主要结构如图1所示，其主要工作原理为：经在主动轮的带动下进入由分级的鲜莲子从给料机进入料斗，
调整滑道和主动轮形成的一个渐变空间的调整通道，在此通道中，莲子受到滑道和主动轮的压力以及主动轮的切向摩擦
注：1．切割刀片；2．调节螺钉；3．导向槽；4．调节弹簧；5．切割滑道；6．调整滑道；7．主动轮；8．进料斗；9．微型电磁振动给料机；10．莲子；11．机架及其他固定件；12．皮带；13．电机。
Note：1．Cuttingblade；2．Adjustingscrew；3．Guidegroove；4．Ad-justingspring；5．Cuttingslide；6．Adjustingslide；7．Drivinggear；8．Hopper；9．Minielectromagneticvibrationfeedingma-chine；10．Lotusseeds；11．Fixedfacilities；12．Belt；13．E-lectricmachine．
图1
湖北省教育厅2010重点科研项目（D20101709）；国家科技
人员服务企业项目（2009GJD10024）。
作者简介余群（1976－），男，湖北武汉人，讲师，硕士，从事机械设计
研究。2010-11-01收稿日期基金项目
Fig．1
剥壳机结构示意
Thestructureoflotusseedssheller
3核心机构的设计
剥壳机的核心机构主要包括进料系统、主动轮、调整滑
道及切割组件。
3．1进料系统的设计良好的进料系统是保证莲子剥壳质
其应当保证莲子进料顺畅、量特别是剥壳效率的重要环节，
均匀、不堵塞。仅使用进料斗作为进料装置时，莲子很容易在设计过程中曾运用搅拌在调整通道进口处结拱形成堵塞，
破拱和进料斗振动破拱技术来防止莲子结拱堵塞并取得良但是仍不能彻底解决，并且莲子的进料不够均匀，在好效果，
一定程度上影响了剥壳效率和质量。因此该机最终运用微彻底解决了堵塞现象，并型电磁振动给料机作为喂料机构，且能保证莲子进料均匀。3．2
主动轮的结构设计
主动轮是带动莲子滚动的唯一
图3
Fig．3
调整滑道结构示意
Thediagramofadjustmentslideway
其带动莲子由进料斗依次进入调整通道和切割通主动部件，
道，其截面的形状结构对莲子滚动、调姿及切割均会产生影响，对轮子的轮槽宽度、深度、形状都有相应的要求。其结构如图2所示
。
3．4
切割组件的结构设计切割组件主要由切割通道、导
向槽以及切割刀片等组成（图4），其共同完成对莲子的切割
。
注：1．莲子示意；2．主动轮。Note：1．Lotusseeds；2．Drivinggear．
图2
Fig．2
主动轮结构示意Thediagramofdrivingwheel
注：1．导向槽；2．调节螺钉；3．调节弹簧；4．切割滑道；5．紧定螺钉；6．橡皮；7．切割刀片；8．锁紧螺母。
Note：1．Guidegroove；2．Adjustingscrew；3．Adjustingspring；4．
Cuttingslide；5．Setscrew；6．Rubber；7．Cuttingblade；8．Lockingbolt．
图4
Fig．4
切割组件示意
Thediagramofcuttingsubassembly
为了防止莲子在滚动过程中左右移动，造成切割位置和角度的较大偏差，影响切割质量，槽宽应稍大于莲子宽度，槽深接近于莲子的半径，同时轮槽底面（面1）加工成略带弧面，并贴上一层橡皮，这样可以更好地将莲子包裹住使其更好地滚动，调整姿势，利于切割。3．3
整理滑道的设计
调整滑道的作用就是使莲子进行
切割之前调整好切割姿势，使切割刀片垂直于莲子的长轴方向以确保切割质量。为了实现这一功能，整理通道设计成为以切割直径16～18mm这一级莲子为例，一个变半径曲面，
整理通道进口处的高度为22mm，这样既可以保证莲子能够顺利地进入整理通道，又能够防止多个莲子层叠着进入整理通道从而影响整理效果。出口处的高度为14mm。这样，整理通道和主动轮之间就形成了一个渐变空间的剥壳通道，如图3所示。莲子在进入整理通道后就开始受到主动轮和整理通道的挤压，在这种挤压力和主动轮切向分力的共同作用下，莲子基本处于纯滚动状态，根据趋稳性原则，莲子自然就调整到长轴方向垂直于滚动方向，平躺着进入切割通道。
由于在此通道内的大部分时间莲子都要受到挤压，为了防止将莲子挤破，与莲子接触的面应该是柔性的并且有一定的弹性。为此，将调整滑道的内曲面（面1）上的区域1处挖空，并在整个面1上贴上富有弹性的软橡皮。这样，当莲子进入调整滑道后，就不会因为受压而破损，同时，橡皮还可以增大摩擦力而使莲子更好地滚动，调整姿势
。
由图4可以看出，切割滑道可以在导向槽内沿径向移动。滑道导轨的内圆弧面（图4中面1）的初始位置设计成如图1所示，这样可使与调整滑道内曲面（图3中面1）相切，
莲子平滑地由调整滑道过渡到切割滑道，减小莲子因跳动而产生切割位置的改变影响剥壳质量，同时，由于切割通道的莲子进入切割通道后就向下挤压切空间高度小于莲子直径，
割滑道以获得继续滚动前行所必需的压力和摩擦力。压力的大小可以通过调整导向槽里的调节弹簧的预压缩量来调确保莲子获得合适的压力以保证既能够切割莲子又不会整，
由于均布的3个独立调节的弹簧，不仅可压碎莲子。同时，
以保证莲子在整个切割通道都可以获得合适的切割力和切割空间，还可以保证切割通道内可以同时容纳多个莲子共同切割以提高效率。
莲子进入切割通道后就在面1上滚动，最初的设计是将该面设计成圆柱面，但在试验中发现少部分莲子虽然被切割
开，但是却并没有在中部以垂直于莲子长轴方向被切割，而甚至个别莲子沿着长轴方向被切割，这说明是被斜着切开，
莲子在滚动和切割时的姿势不够稳定，影响了莲子剥壳的质防止莲子在切割时的晃动，量。为了稳定莲子的切割姿势，
保证切割质量，该面加工成略带弧面，试验结果十分理想，几乎所有的莲子都是从中部垂直于长轴方向切割。同时在该面贴上1mm厚的软橡皮，这样既可避免压碎莲子，又能增大摩擦以利滚动。
切割刀片用1mm厚的锋钢制成，内圆弧面开15°～20°的刃口，整个刀片镶在切割滑道正中的圆弧槽内，刀刃高出0．5～1．0mm，这样莲子通过切割通道时就能够进行连续切割并能够有效控制切入深度而不伤及莲仁。刀片两边用紧定螺钉固定，可以很方便地调整和更换刀片。4
样机剥壳效果检测
根据设计制造了样机进行剥壳效果的检测，初步确定主动轮的转速为45r/min，这样既可以保证较高的剥壳效率，又能够获得较稳定的剥壳质量，并且方便样机的调试。
切割刀露出的高度十分关键，多一点就伤仁，少一点就经过多次试验发现刀刃露出0．8mm对于不能将莲子切开，
直径中等以上（≥16mm）的莲子效果比较好，对于直径较小的莲子0．6mm效果较好。
莲子的新鲜程度对切割效果的影响十分明显。刚采摘（采摘后不超过12h）的新鲜莲子外壳嫩且脆，具有一定的刚性，十分适宜切割，这种莲子绝大部分均能进行完整环切，切
剥壳率高且伤仁率很低；采摘后一两天的莲割质量非常好，
此时切割性能有所下降；而对于存放了2子的外壳变得稍硬，
d以上的莲子（莲壳颜色由翠绿完全变为深绿），此时其外壳剥壳性能急剧下降，不适变得很硬（用手指甲也不易剥开），
应用此种机型剥壳。此外，莲子不适宜经过冷藏保鲜后再进因为解冻后的莲子会变得比较柔软，受压即产生较行剥壳，
大变形，不易切割。
最后进行连续试机来评估剥壳性能，在整个运行过程中出莲的连续性良好，经测算，生产率不小于机器运行平稳，100kg/h。
整机的剥壳效果令人满意，经抽样，剥壳率＞90%，破损率＜2%，伤仁率＜4%。该样机已经应用于武汉市蔡甸区相关莲子加工企业使用，反映良好，并已申报专利。5
结论
该研究针对我国的国情，在分析了鲜莲子剥壳机理的基础上，设计了自动化鲜莲子剥壳设备，该设备产量高，剥壳质量好，性能稳定，解决了企业期望扩大莲子产量的问题，同时降低了企业的生产成本，提高了企业的效益。参考文献
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108．
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
（上接第1833页）
险公司和农户参与，使农民实现收入稳定的目标，也可增强农户融资的可获得性。参考文献
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鲜莲子剥壳机的设计
余群，易启伟，张永林
（武汉工业学院机械学院，湖北武汉430023）
摘要针对我国鲜莲子剥壳设备落后、效率低下、不能满足企业需求这一现象，在深入分析鲜莲子剥壳机理的基础上，设计了一种高效。，，，，。的莲子剥壳机该机剥壳率高破损率低结构紧凑性能稳定可满足相关企业扩大生产的需求
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莲子作为一种口感好、营养高、绿色保健的食品，颇受大众的喜爱
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力而处于滚动状态，在滚动过程中，莲子逐步调整滚动姿势至长轴方向与滚动方向基本垂直，达到理想的切割姿势，随后进入由切割滑道与主动轮构成的切割通道，莲子在此通道内继续受到切割滑道与主动轮的压力以及主动轮的切向摩滑道导轨的中间镶有切割刀片，当莲擦力而处于滚动状态，
子滚过切割通道时被切割刀片连续环切从而完成剥壳
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［3－4］
；
而市场上的一些莲子剥壳机效率偏低，这些都不能满足企业大规模生产的需求。为此，笔者联合相关莲子加工企业进行了高效鲜莲子剥壳机的研制工作。1
鲜莲子剥壳的基本原理
莲子是一种有规则几何形状的、颗粒较为均匀的果实。通过对湖北莲子主产区（武汉、洪湖市及周边市县等）的新鲜莲子的测定，发现莲子的直径一般在12～20mm，壳厚0．5～1．0mm，其中以直径为16mm左右的莲子数量最多，其壳厚莲壳只有外表面的1/3左在0．9mm左右。相关资料表明，
右稍坚韧，其余部分较脆，只要外层1/3～1/2坚韧的部分被
［4］
切开，较脆部分稍加挤压就会自然裂开。为了测试鲜莲子
将裁纸刀片镶在平板内，刀锋仅仅露出0．5～壳的切割性能，
0．7mm（根据莲子直径大小调整），结果表明只需将莲子稍加用力地按在刀锋上滚动就可以整圈将莲子壳切开而不伤仁。因而可以根据莲子壳这一切割性能进行莲子剥壳技术的研究。
同时，由于莲子直径差别较大，为了简化剥壳机的设计并保证剥壳的质量，在莲子剥壳前应该按照莲子直径的大小进行分级处理。在设计中，按直径将莲子分成5个级别：＜13mm，13～16mm，16～18mm，18～20mm，＞20mm。2
剥壳机的工作原理
剥壳机的主要结构如图1所示，其主要工作原理为：经在主动轮的带动下进入由分级的鲜莲子从给料机进入料斗，
调整滑道和主动轮形成的一个渐变空间的调整通道，在此通道中，莲子受到滑道和主动轮的压力以及主动轮的切向摩擦
注：1．切割刀片；2．调节螺钉；3．导向槽；4．调节弹簧；5．切割滑道；6．调整滑道；7．主动轮；8．进料斗；9．微型电磁振动给料机；10．莲子；11．机架及其他固定件；12．皮带；13．电机。
Note：1．Cuttingblade；2．Adjustingscrew；3．Guidegroove；4．Ad-justingspring；5．Cuttingslide；6．Adjustingslide；7．Drivinggear；8．Hopper；9．Minielectromagneticvibrationfeedingma-chine；10．Lotusseeds；11．Fixedfacilities；12．Belt；13．E-lectricmachine．
图1
湖北省教育厅2010重点科研项目（D20101709）；国家科技
人员服务企业项目（2009GJD10024）。
作者简介余群（1976－），男，湖北武汉人，讲师，硕士，从事机械设计
研究。2010-11-01收稿日期基金项目
Fig．1
剥壳机结构示意
Thestructureoflotusseedssheller
3核心机构的设计
剥壳机的核心机构主要包括进料系统、主动轮、调整滑
道及切割组件。
3．1进料系统的设计良好的进料系统是保证莲子剥壳质
其应当保证莲子进料顺畅、量特别是剥壳效率的重要环节，
均匀、不堵塞。仅使用进料斗作为进料装置时，莲子很容易在设计过程中曾运用搅拌在调整通道进口处结拱形成堵塞，
破拱和进料斗振动破拱技术来防止莲子结拱堵塞并取得良但是仍不能彻底解决，并且莲子的进料不够均匀，在好效果，
一定程度上影响了剥壳效率和质量。因此该机最终运用微彻底解决了堵塞现象，并型电磁振动给料机作为喂料机构，且能保证莲子进料均匀。3．2
主动轮的结构设计
主动轮是带动莲子滚动的唯一
图3
Fig．3
调整滑道结构示意
Thediagramofadjustmentslideway
其带动莲子由进料斗依次进入调整通道和切割通主动部件，
道，其截面的形状结构对莲子滚动、调姿及切割均会产生影响，对轮子的轮槽宽度、深度、形状都有相应的要求。其结构如图2所示
。
3．4
切割组件的结构设计切割组件主要由切割通道、导
向槽以及切割刀片等组成（图4），其共同完成对莲子的切割
。
注：1．莲子示意；2．主动轮。Note：1．Lotusseeds；2．Drivinggear．
图2
Fig．2
主动轮结构示意Thediagramofdrivingwheel
注：1．导向槽；2．调节螺钉；3．调节弹簧；4．切割滑道；5．紧定螺钉；6．橡皮；7．切割刀片；8．锁紧螺母。
Note：1．Guidegroove；2．Adjustingscrew；3．Adjustingspring；4．
Cuttingslide；5．Setscrew；6．Rubber；7．Cuttingblade；8．Lockingbolt．
图4
Fig．4
切割组件示意
Thediagramofcuttingsubassembly
为了防止莲子在滚动过程中左右移动，造成切割位置和角度的较大偏差，影响切割质量，槽宽应稍大于莲子宽度，槽深接近于莲子的半径，同时轮槽底面（面1）加工成略带弧面，并贴上一层橡皮，这样可以更好地将莲子包裹住使其更好地滚动，调整姿势，利于切割。3．3
整理滑道的设计
调整滑道的作用就是使莲子进行
切割之前调整好切割姿势，使切割刀片垂直于莲子的长轴方向以确保切割质量。为了实现这一功能，整理通道设计成为以切割直径16～18mm这一级莲子为例，一个变半径曲面，
整理通道进口处的高度为22mm，这样既可以保证莲子能够顺利地进入整理通道，又能够防止多个莲子层叠着进入整理通道从而影响整理效果。出口处的高度为14mm。这样，整理通道和主动轮之间就形成了一个渐变空间的剥壳通道，如图3所示。莲子在进入整理通道后就开始受到主动轮和整理通道的挤压，在这种挤压力和主动轮切向分力的共同作用下，莲子基本处于纯滚动状态，根据趋稳性原则，莲子自然就调整到长轴方向垂直于滚动方向，平躺着进入切割通道。
由于在此通道内的大部分时间莲子都要受到挤压，为了防止将莲子挤破，与莲子接触的面应该是柔性的并且有一定的弹性。为此，将调整滑道的内曲面（面1）上的区域1处挖空，并在整个面1上贴上富有弹性的软橡皮。这样，当莲子进入调整滑道后，就不会因为受压而破损，同时，橡皮还可以增大摩擦力而使莲子更好地滚动，调整姿势
。
由图4可以看出，切割滑道可以在导向槽内沿径向移动。滑道导轨的内圆弧面（图4中面1）的初始位置设计成如图1所示，这样可使与调整滑道内曲面（图3中面1）相切，
莲子平滑地由调整滑道过渡到切割滑道，减小莲子因跳动而产生切割位置的改变影响剥壳质量，同时，由于切割通道的莲子进入切割通道后就向下挤压切空间高度小于莲子直径，
割滑道以获得继续滚动前行所必需的压力和摩擦力。压力的大小可以通过调整导向槽里的调节弹簧的预压缩量来调确保莲子获得合适的压力以保证既能够切割莲子又不会整，
由于均布的3个独立调节的弹簧，不仅可压碎莲子。同时，
以保证莲子在整个切割通道都可以获得合适的切割力和切割空间，还可以保证切割通道内可以同时容纳多个莲子共同切割以提高效率。
莲子进入切割通道后就在面1上滚动，最初的设计是将该面设计成圆柱面，但在试验中发现少部分莲子虽然被切割
开，但是却并没有在中部以垂直于莲子长轴方向被切割，而甚至个别莲子沿着长轴方向被切割，这说明是被斜着切开，
莲子在滚动和切割时的姿势不够稳定，影响了莲子剥壳的质防止莲子在切割时的晃动，量。为了稳定莲子的切割姿势，
保证切割质量，该面加工成略带弧面，试验结果十分理想，几乎所有的莲子都是从中部垂直于长轴方向切割。同时在该面贴上1mm厚的软橡皮，这样既可避免压碎莲子，又能增大摩擦以利滚动。
切割刀片用1mm厚的锋钢制成，内圆弧面开15°～20°的刃口，整个刀片镶在切割滑道正中的圆弧槽内，刀刃高出0．5～1．0mm，这样莲子通过切割通道时就能够进行连续切割并能够有效控制切入深度而不伤及莲仁。刀片两边用紧定螺钉固定，可以很方便地调整和更换刀片。4
样机剥壳效果检测
根据设计制造了样机进行剥壳效果的检测，初步确定主动轮的转速为45r/min，这样既可以保证较高的剥壳效率，又能够获得较稳定的剥壳质量，并且方便样机的调试。
切割刀露出的高度十分关键，多一点就伤仁，少一点就经过多次试验发现刀刃露出0．8mm对于不能将莲子切开，
直径中等以上（≥16mm）的莲子效果比较好，对于直径较小的莲子0．6mm效果较好。
莲子的新鲜程度对切割效果的影响十分明显。刚采摘（采摘后不超过12h）的新鲜莲子外壳嫩且脆，具有一定的刚性，十分适宜切割，这种莲子绝大部分均能进行完整环切，切
剥壳率高且伤仁率很低；采摘后一两天的莲割质量非常好，
此时切割性能有所下降；而对于存放了2子的外壳变得稍硬，
d以上的莲子（莲壳颜色由翠绿完全变为深绿），此时其外壳剥壳性能急剧下降，不适变得很硬（用手指甲也不易剥开），
应用此种机型剥壳。此外，莲子不适宜经过冷藏保鲜后再进因为解冻后的莲子会变得比较柔软，受压即产生较行剥壳，
大变形，不易切割。
最后进行连续试机来评估剥壳性能，在整个运行过程中出莲的连续性良好，经测算，生产率不小于机器运行平稳，100kg/h。
整机的剥壳效果令人满意，经抽样，剥壳率＞90%，破损率＜2%，伤仁率＜4%。该样机已经应用于武汉市蔡甸区相关莲子加工企业使用，反映良好，并已申报专利。5
结论
该研究针对我国的国情，在分析了鲜莲子剥壳机理的基础上，设计了自动化鲜莲子剥壳设备，该设备产量高，剥壳质量好，性能稳定，解决了企业期望扩大莲子产量的问题，同时降低了企业的生产成本，提高了企业的效益。参考文献
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