基于電子檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)蓮子分級(jí)、剝殼和穿心一體化

1、基于電子檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)蓮子分級(jí)、剝殼和穿心一體化引言蓮子果實(shí)是由蓮殼、蓮仁和蓮心組成，主要為橢圓形，經(jīng)過分級(jí)、剝殼及穿心，再經(jīng)過一系列的加工后形成市場(chǎng)上的蓮仁，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上具有廣闊的前景。但是，蓮子在分級(jí)、剝殼和穿心的機(jī)械化過程中，還未實(shí)現(xiàn)蓮子的自動(dòng)化生產(chǎn)，而是分級(jí)、剝殼和穿心 3個(gè)獨(dú)立或者是兩兩結(jié)合的機(jī)械加工，且無法進(jìn)行檢測(cè)，還需大量的勞動(dòng)人員參與。目前，電子檢測(cè)在農(nóng)產(chǎn)品上的應(yīng)用越來越廣泛: 展慧等根據(jù)基于 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與板栗圖像特征的板栗分級(jí); 程洪等利用機(jī)器視覺對(duì)多個(gè)玉米籽粒胚部特征進(jìn)行檢測(cè)，得出該檢測(cè)方法的可行性; 孫彥龍等用機(jī)器視覺對(duì)馬鈴薯的質(zhì)量和形狀分選，得出質(zhì)量分選準(zhǔn)確率為 9

2、5 3% ，形狀分選準(zhǔn)確率為 96% ，且可滿足實(shí)際應(yīng)用; 周竹等運(yùn)用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的自動(dòng)分級(jí); 張志強(qiáng)等研究機(jī)器視覺對(duì)淡水魚質(zhì)量分級(jí); 汪強(qiáng)等用計(jì)算機(jī)視覺對(duì)煙草葉成熟度判定，為煙葉的收割提供依據(jù)。為此，為實(shí)現(xiàn)蓮子分級(jí)、剝殼及穿心技術(shù)的一體化，引入電子檢測(cè)技術(shù)，利用電子檢測(cè)技術(shù)把蓮子分級(jí)、剝殼和穿心三大主要加工系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，為蓮子加工向自動(dòng)化、規(guī)?；较虬l(fā)展提供一定的參考。1 蓮子分級(jí)機(jī)根據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者的測(cè)量計(jì)算，紅蓮子和白蓮子的大小不一，產(chǎn)地不同等，蓮子的尺寸也不一致，但大體上與下面介紹的尺寸相差不大。劉燁進(jìn)行了蓮子物理機(jī)械特性試驗(yàn)研究，測(cè)得紅蓮子平均球度為0 73，白蓮子平均球度為

3、0 84。紅蓮子平均中徑大小值范圍為 9 62 11 86mm，最大中徑與最小中徑極差是2 24mm，其中徑大小 92% 分布在 9 50 11 50mm 的范圍之間。白蓮子平均中徑大小范圍 11 18 13 74mm，極差為 2 56mm，其中徑大小 95% 分布在 11 50 13 50mm 范圍之間。由此可知，在對(duì)蓮子進(jìn)行剝殼之前必須對(duì)蓮子的中徑大小進(jìn)行分級(jí)，否則可能會(huì)引起蓮子剝殼率低、破損率高。1 1 圓孔滾筒分級(jí)圓孔滾筒分級(jí)是一種簡(jiǎn)單的機(jī)械分級(jí)方式，分級(jí)篩筒由不同大小直徑的篩板轉(zhuǎn)成圓柱型滾筒，圓柱型滾筒按一定的傾斜角度安裝。分級(jí)時(shí)，滾筒在電機(jī)的帶動(dòng)下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蓮子由滾筒一端進(jìn)入，在

4、滾筒內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。在重力、摩擦力及離心力共同作用下，蓮子由滾筒的進(jìn)入端向輸出端運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)到合適大小的篩孔處時(shí)，自行掉落到收集處，收集后，同一級(jí)大小蓮子將從同一個(gè)出料口排出。圓孔滾筒分級(jí)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低; 但分級(jí)尺寸精度差，生產(chǎn)效率低，分級(jí)過程易出現(xiàn)篩孔堵塞現(xiàn)象。1 2 柵欄式滾筒分級(jí)柵欄式滾筒分級(jí)與圓孔筒篩分級(jí)的方式原理一樣，只是把圓孔筒篩換成柵欄式滾筒。而且柵欄式滾筒分級(jí)把傳統(tǒng)圓形篩板結(jié)構(gòu)給取代了，采用的是三級(jí)節(jié)柵欄結(jié)構(gòu)，柵欄主要由并排的鐵棍焊接而成，焊接沿篩筒軸線平行方向，每節(jié)筒體柵欄的間隙沿蓮子運(yùn)動(dòng)的方向逐節(jié)變大。蓮子通過柵欄的旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行分級(jí)，在分級(jí)篩筒的旋轉(zhuǎn)過程中，由于重力的作用，不同尺

5、寸大小的蓮子能通過柵欄中鐵棍間的間隙落到下面不同的接蓮斗中，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸蓮子的分級(jí)目的。這種柵欄分級(jí)解決了圓孔筒篩蓮子易堵住篩孔的現(xiàn)象，但分級(jí)的精度還是不高。1 3 蓮子螺桿分級(jí)如圖 1 所示，蓮子螺桿分級(jí)主要采用一對(duì)分級(jí)螺桿軸組對(duì)干殼蓮子進(jìn)行分級(jí)。該螺桿軸組主要由螺桿輥和錐輥組成，其中分級(jí)螺桿輥上設(shè)計(jì)有螺紋，錐輥是有一定錐度的光輥，螺桿輥和錐輥安裝在同一個(gè)水平面上; 在電機(jī)的帶動(dòng)下，螺桿輥和錐輥按一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，蓮子經(jīng)過進(jìn)料斗進(jìn)入到螺桿輥與錐輥之間的間隙中，并在螺桿輥的螺紋推動(dòng)下，沿著錐輥間隙變大的方向移動(dòng); 當(dāng)移動(dòng)到合適蓮子大小的間隙時(shí)，在重力作用下，蓮子將落到分級(jí)斗內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)蓮子的

6、分級(jí)。蓮子分級(jí)過程穩(wěn)定順暢是因?yàn)槠渥裱钚∧芰糠▌t，蓮子均能按長(zhǎng)軸水平取向排列，并位姿保持一致性，并發(fā)現(xiàn)蓮子的中徑是影響分級(jí)精度的重要因素。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)杜錚經(jīng)正交試驗(yàn)法得到蓮子螺桿分級(jí)機(jī)分級(jí)準(zhǔn)確率最優(yōu)因素水平組合為: 螺桿轉(zhuǎn)速為 84r/min，螺桿輥在錐輥的左側(cè)，且螺桿輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)，錐輥順時(shí)針轉(zhuǎn)，螺桿輥的螺紋升角為 4 915° 分級(jí)產(chǎn)量最優(yōu)因素水平組合為: 螺桿轉(zhuǎn)速為 196r/min，螺桿錕在錐輥的右側(cè)，且多為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋升角為14 413°。2 蓮子剝殼機(jī)蓮子經(jīng)分級(jí)后，須對(duì)蓮子進(jìn)行剝殼處理。研究人員測(cè)定，蓮子殼的厚度范圍為 0 61 0 86mm，且蓮殼只有外表面的

7、1/3 較堅(jiān)韌，其余部分則較脆。所以，蓮子剝殼機(jī)只需要切開蓮殼堅(jiān)韌部分，剩下的較脆部分經(jīng)適度的擠壓就會(huì)自然裂開，實(shí)現(xiàn)蓮子與蓮殼分離的剝殼技術(shù)。2 1 多聯(lián)輥刀式剝殼多聯(lián)輥刀式剝殼機(jī)主要由進(jìn)料斗、電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)、分粒供料螺桿、剝殼頭、集總式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及出料口等部分組成。蓮子經(jīng)分級(jí)后，進(jìn)入到剝殼機(jī)相對(duì)應(yīng)的各個(gè)不同級(jí)的進(jìn)料斗內(nèi)，在送料機(jī)構(gòu)的螺桿和光輥同向轉(zhuǎn)動(dòng)作用下，蓮子從機(jī)座上的出料孔按序推出; 蓮子一經(jīng)排出就進(jìn)入剝殼通道，剝殼通道由雙托輥和螺旋輥刀構(gòu)成，雙托輥平行安裝且轉(zhuǎn)向相同，而螺旋輥刀安裝在雙托輥中心的正上方。張永林、易啟偉等設(shè)計(jì)的多聯(lián)滾刀式剝殼機(jī)雙托輥的輥面切制螺旋槽并滾花處理，蓮子由雙

8、托輥摩擦帶動(dòng)邊轉(zhuǎn)邊前行，并逐漸被輥刀所切割; 螺旋輥刀完成蓮子環(huán)切后，又帶動(dòng)蓮子轉(zhuǎn)動(dòng)翻滾并不斷向出料口移動(dòng)，在雙托輥表面滾花的摩擦下，最終蓮仁和蓮殼從出料口排出。2 2 滾切式脫殼滾切式脫殼整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、料斗、供料機(jī)構(gòu)、溜槽、大鏈輪、輸送機(jī)構(gòu)、拔輪軸、脫殼機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。蓮子由料斗進(jìn)入輸送機(jī)構(gòu)，在電機(jī)帶動(dòng)下，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)大鏈輪上的搓輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，撥桿軸使槽輪的撥桿驅(qū)動(dòng)槽輪帶動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)作間歇運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)作用是使蓮子在切割和脫殼獨(dú)立進(jìn)行，從而使得蓮子切割和脫殼更充分有效。進(jìn)蓮口處于供料斗位置時(shí)輸送機(jī)構(gòu)即停止，以利于蓮子得進(jìn)入。在供料機(jī)構(gòu)中，把蓮子帶進(jìn)切割通道和脫殼通道且蓮子進(jìn)行位姿調(diào)

9、整，在搓輥轉(zhuǎn)動(dòng)的帶動(dòng)下，進(jìn)入輸送機(jī)構(gòu)的蓮子經(jīng)摩擦力作用再次進(jìn)行位姿調(diào)整，當(dāng)輸送機(jī)構(gòu)將蓮子輸送到切割機(jī)構(gòu)位置時(shí)輸送機(jī)構(gòu)停歇，蓮子被限定在由輸送輥、搓輥、連接板、套筒組成的切割通道內(nèi)進(jìn)行環(huán)切; 蓮殼環(huán)切后，由輸送機(jī)構(gòu)將蓮子輸送到脫殼通道時(shí)再次停歇，脫殼機(jī)構(gòu)與切割機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基本相同，只是刀片的位置換成了脫殼輥。蓮子在脫殼通道中受脫殼輥的擠壓和搓輥的摩擦力作用做滾動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的蓮子帶動(dòng)脫殼輥旋轉(zhuǎn)，搓輥和旋轉(zhuǎn)脫殼輥對(duì)蓮子產(chǎn)生擠壓使環(huán)切后的蓮殼和蓮仁分離，完成蓮子脫殼過程。2 3 擠壓式脫殼圖 2 為擠壓式脫殼示意圖。擠壓式脫殼由擠壓桿和脫殼階梯孔套膜組成。擠壓桿擠壓端有 R10 圓弧，用來增加擠壓桿擠壓蓮子

10、時(shí)的接觸面積，避免蓮子仁因被擠壓而受損傷，脫殼階梯孔套由柔性高阻尼聚四氟材料制作而成的。其中，大的階梯孔 D1比小的階梯孔 D2大 4mm，且大的階梯孔 D1比未脫殼蓮子的直徑d 大 2 5 3mm。工作時(shí)，先把經(jīng)過分級(jí)的同級(jí)未脫殼的蓮子削去根部厚度 1 5mm，并切出深度為 0 5mm、長(zhǎng)為 15mm 的一;或十;字切痕; 然后將處理好的蓮子置于模套階梯孔中，擠壓桿向下擠壓，使未脫殼的蓮子向下移動(dòng)，蓮子殼在橡膠階梯臺(tái)階的阻擋和孔壁的摩擦下，實(shí)現(xiàn)蓮子殼、仁分離。3 蓮子穿心機(jī)構(gòu)蓮心是蓮子的胚芽，帶有一種苦味，所以在制造成品蓮仁時(shí)，須去除蓮心，而且去心要干凈、徹底，否則會(huì)影響食用蓮仁的口感; 而

11、且在去心的同時(shí)不能破壞蓮仁本體，保證蓮仁的完整性。3 1 鋼針穿心鋼針穿心機(jī)構(gòu)是一種高效蓮子穿心脫殼機(jī)的穿心部件，整個(gè)鋼針穿心機(jī)構(gòu)是由穿心鋼針、穿心驅(qū)動(dòng)槽輪、回位彈簧、扶正支架、載料槽和載料輪組成，如圖 3所示。穿心鋼針與載料輪同步安裝，以保證穿心準(zhǔn)確。該穿心機(jī)構(gòu)工作時(shí)，經(jīng)過分級(jí)的同級(jí)蓮子經(jīng)由送料斗送進(jìn)載料槽，載料槽內(nèi)分布著對(duì)應(yīng)級(jí)別大小的穿心鋼針，穿心鋼針在穿心驅(qū)動(dòng)槽輪的推動(dòng)下開始對(duì)蓮子穿心; 穿心過程中穿心脫殼機(jī)的搓動(dòng)帶帶動(dòng)蓮子旋轉(zhuǎn)，而且穿心驅(qū)動(dòng)槽輪設(shè)計(jì)要合理，使其能帶動(dòng)穿心鋼針以較大的沖擊速度戳穿蓮子，并迅速退出蓮子，完成蓮子去心。該穿心機(jī)構(gòu)去心徹底，但是需對(duì)蓮子進(jìn)行分級(jí)處理。3 2 自動(dòng)

12、對(duì)心穿心自動(dòng)對(duì)心穿心機(jī)的設(shè)計(jì)與使用可以大大提高蓮子加工過程中穿心的生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。武漢工業(yè)學(xué)院莊文星等成功設(shè)計(jì)出具有自動(dòng)對(duì)心功能的蓮子穿心機(jī)。具有自動(dòng)對(duì)心功能的蓮子穿心機(jī)設(shè)計(jì)采用平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)合調(diào)心壓蓮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)蓮子壓緊的同時(shí)，使得穿心鉆中心與蓮心隨動(dòng)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，從而達(dá)到蓮子去心目的。該設(shè)備主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)料裝置、調(diào)心壓蓮機(jī)構(gòu)及自動(dòng)對(duì)心機(jī)構(gòu)等組成。該去心機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了蓮子自動(dòng)對(duì)心，免去蓮子分級(jí)工序，提高效率，而且去心鉆頭高速旋轉(zhuǎn)，保證去心干凈、徹底。生產(chǎn)試驗(yàn)表明，該自動(dòng)對(duì)心功能的蓮子穿心機(jī)綜合性能優(yōu)良、可靠性高、調(diào)節(jié)使用方便，能滿足蓮子加工過程中機(jī)械穿心的生產(chǎn)要求，已在湖北仙桃、

13、洪湖等地的蓮子加工企業(yè)推廣應(yīng)用。3 3 蓮子分級(jí)剝殼穿心一體機(jī)工藝流程設(shè)計(jì)蓮子分級(jí)剝殼穿心一體機(jī)就是將蓮子分級(jí)系統(tǒng)、蓮子剝殼系統(tǒng)及蓮子穿心系統(tǒng)三大主要系統(tǒng)部件進(jìn)行有機(jī)的組合，從而實(shí)現(xiàn)蓮子從分級(jí)到蓮仁的自動(dòng)化加工的過程，保證蓮子在較短的時(shí)間內(nèi)，加工成蓮仁，并降低蓮仁氧化時(shí)間，避免蓮仁色澤變差、營(yíng)養(yǎng)流失及質(zhì)量下降等。因此，在理論上設(shè)計(jì)一種基于電子檢測(cè)技術(shù)，把蓮子分級(jí)、剝殼和穿心 3 個(gè)主要系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)蓮子分級(jí)、剝殼及穿心全自動(dòng)一體化高效生產(chǎn)蓮仁的工藝流程，如圖 4 所示。圖 4 為一種基于電子檢測(cè)技術(shù)而設(shè)計(jì)的蓮子分級(jí)剝殼穿心一體工藝?yán)碚摿鞒? 采摘的蓮子經(jīng)過清洗去除表面雜質(zhì)，送入分級(jí)機(jī)，

14、把蓮子的大小進(jìn)行等級(jí)分類; 分類后的蓮子在相應(yīng)的等級(jí)類別電子尺寸檢測(cè)下，不符合相應(yīng)等級(jí)的蓮子會(huì)被再次送入分級(jí)機(jī)，而破損的蓮子送入破損蓮子收集器內(nèi)，合格的蓮子被送入相對(duì)應(yīng)等級(jí)的剝殼機(jī)，進(jìn)行剝殼; 剝殼后的蓮子在電子蓮仁檢測(cè)裝置的檢測(cè)下，未剝殼或者是剝殼不全的蓮子，將再次送入剝殼機(jī)進(jìn)行剝殼，而破損的蓮子直接送入破損蓮子收集器內(nèi)，去殼合格的蓮子會(huì)被送入下一級(jí)穿心機(jī)內(nèi)進(jìn)行蓮子穿心處理; 穿心后的蓮子經(jīng)電子蓮心檢測(cè)，將未穿心和穿心不全的蓮子剔出，再次送入穿心機(jī)，破損的蓮子直接送入破損蓮子收集器，而最后得到的合格去心蓮仁被放入收料箱內(nèi)，等待進(jìn)一步處理。整個(gè)蓮子分級(jí)剝殼穿心過程全自動(dòng)化，效率高，大大降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高蓮仁質(zhì)量。4 結(jié)論伴隨著科技發(fā)展，電子檢測(cè)技術(shù)不斷深入各行各業(yè)，利用電子檢測(cè)技術(shù)，對(duì)蓮子的尺寸、蓮殼及蓮仁進(jìn)行檢測(cè)，把蓮子分級(jí)、剝殼和穿心系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，使得蓮子加工自動(dòng)化，提高加工效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高蓮仁的質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)蓮子加工向自動(dòng)化、規(guī)?；较虬l(fā)展。參考文獻(xiàn):1 謝麗娟，宗力