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桃子去皮機(jī)設(shè)計(jì)
06機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化：段開元
指導(dǎo)老師： 李慧
摘要 :主要介紹了以摩擦原理為基礎(chǔ)的、適合食品加工工廠等場(chǎng)所使用的桃子去皮機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工作原理和設(shè)備組成。桃子去皮機(jī)主要有動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、料倉(cāng)和機(jī)架部分組成。通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較和有關(guān)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，完成了桃子去皮機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算。
關(guān)鍵詞：桃子去皮機(jī)；摩擦；去皮；傳動(dòng)
1 引言
1.1 中國(guó)果蔬加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)
近年來(lái)，我國(guó)的果蔬加工業(yè)取得了巨大的成就，果蔬速凍食品機(jī)械在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中占據(jù)了重要地位。目前，我國(guó)的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)規(guī)模，外向型果蔬加工產(chǎn)業(yè)布局已基本形成。
我國(guó)的脫水果蔬加工主要分布在東南沿海省份及寧夏、甘肅等西北地區(qū)，而果蔬罐頭、速凍果蔬加工主要分布在東南沿海地區(qū)。在濃縮汁、濃縮漿和果漿加工方面，我國(guó)的濃縮蘋果汁、番茄醬、濃縮菠蘿汁和桃漿的加工占有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，形成非常明顯的濃縮果蔬加工帶，建立了以環(huán)渤海地區(qū)（山東、遼寧、河北）和西北黃土高原（陜西、山西、河南）兩大濃縮蘋果汁加工基地；以西北地區(qū)（、寧夏和內(nèi)蒙）為主的番茄醬加工基地和以華北地區(qū)為主的桃漿加工基地；以熱帶地區(qū)（海南、云南等）為主的熱帶水果（菠蘿、芒果和香蕉）濃縮汁與濃縮漿加工基地。而直飲型果蔬及其飲料加工則形成了以北京、上海、浙江、天津和廣州等省市為主的加工基地。
果蔬汁加工領(lǐng)域：高效榨汁技術(shù)、高溫短時(shí)殺菌技術(shù)、無(wú)菌包裝技術(shù)、酶液化與澄清技術(shù)、膜技術(shù)等在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。果蔬加工裝備，如蘋果濃縮汁和番茄醬的加工設(shè)備基本是從國(guó)外引進(jìn)的最先進(jìn)的設(shè)備。在直飲型果蔬汁的加工方面，中國(guó)的大企業(yè)集成了國(guó)際上最先進(jìn)的技術(shù)裝備，如從瑞士、德國(guó)、意大利等著名的專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)商，引進(jìn)利樂(lè)、康美包、PET瓶無(wú)菌灌裝等生產(chǎn)線，具備了國(guó)際先進(jìn)水平。
果蔬罐頭領(lǐng)域：低溫連續(xù)殺菌技術(shù)和連續(xù)化去囊衣技術(shù)在酸性罐頭（如橘子罐頭）中得到了廣泛應(yīng)用；引進(jìn)了電腦控制的新型殺菌技術(shù)，如板栗小包裝罐頭產(chǎn)品；包裝方面EVOH材料已經(jīng)應(yīng)用于罐頭生產(chǎn)；純?nèi)樗峋慕臃N使泡菜的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝發(fā)生了變革，推動(dòng)了泡菜工業(yè)的發(fā)展。
脫水果蔬領(lǐng)域：盡管常壓熱風(fēng)干燥是蔬菜脫水最常用的方法，但我國(guó)能打入國(guó)際市場(chǎng)的高檔脫水蔬菜大都采用真空凍干技術(shù)生產(chǎn)。另外，微波干燥和遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)也在少數(shù)企業(yè)中得到應(yīng)用。我國(guó)研制的真空凍干技術(shù)設(shè)備取得了可喜的進(jìn)步，一些國(guó)內(nèi)知名凍干設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平已達(dá)到國(guó)際20世紀(jì)90年代同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
速凍果蔬領(lǐng)域：近些年，我國(guó)的果蔬速凍工藝技術(shù)有了許多重大發(fā)展。首先是速凍果蔬的形式由整體的大包裝轉(zhuǎn)向經(jīng)過(guò)加工鮮切處理后的小包裝；其次是凍結(jié)方式開始廣泛應(yīng)用以空氣為介質(zhì)的吹風(fēng)式凍結(jié)裝置、管架凍結(jié)裝置、可連續(xù)生產(chǎn)的凍結(jié)裝置、流態(tài)化凍結(jié)裝置等，使凍結(jié)的溫度更加均勻，生產(chǎn)效益更高；第三是作為冷源的制冷裝置也有新的突破，如利用液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑凍結(jié)，使凍結(jié)的溫度顯著降低，凍結(jié)速度大幅度提高，速凍蔬菜的質(zhì)量全面提升。在速凍設(shè)備方面，我國(guó)已開發(fā)出螺旋式速凍機(jī)、流態(tài)化速凍機(jī)等設(shè)備，滿足了國(guó)內(nèi)速凍行業(yè)的部分需求。
盡管我國(guó)的果蔬加工產(chǎn)業(yè)無(wú)論是加工能力、技術(shù)水平、裝備硬件以及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)都取得了較大的進(jìn)步和快速的發(fā)展，但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然存在一定的差距。
我國(guó)在果蔬加工原料的選育方面取得了一定的進(jìn)步，但是適合加工的果蔬品種仍然很少，制約了果蔬加工業(yè)的良性發(fā)展。例如，濃縮蘋果汁加工長(zhǎng)期以來(lái)以鮮食品種為原料進(jìn)行加工，制約了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高，產(chǎn)品的出口價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)效益不高。又如，在脫水果蔬及速凍果蔬方面，加工企業(yè)多數(shù)沒(méi)有自己的優(yōu)質(zhì)蔬菜加工原料基地，如國(guó)際貿(mào)易中占主導(dǎo)地位的脫水馬鈴薯、洋蔥、胡蘿卜及速凍豌豆、馬鈴薯等大品種，我國(guó)加工量較少。
盡管高新技術(shù)在我國(guó)果蔬加工業(yè)得到了逐步應(yīng)用，加工裝備水平也得到了明顯提高，但由于缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵制造技術(shù)，造成了我國(guó)果蔬加工業(yè)總體加工技術(shù)與加工裝備制造技術(shù)水平偏低。
果蔬汁加工領(lǐng)域：無(wú)菌大罐技術(shù)、PET瓶和紙盒無(wú)菌灌裝技術(shù)、反滲透濃縮技術(shù)等沒(méi)有突破；關(guān)鍵加工設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化能力差、水平低，特別是在榨汁機(jī)、膜過(guò)濾設(shè)備、蒸發(fā)器、PET瓶和紙盒無(wú)菌灌裝系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化方面難度大，國(guó)內(nèi)難以生產(chǎn)能夠在設(shè)備性能方面相似的加工設(shè)備。
罐頭加工領(lǐng)域：加工過(guò)程中的機(jī)械化、連續(xù)化程度低，對(duì)先進(jìn)技術(shù)的掌握、使用、引進(jìn)、消化能力差。在泡菜產(chǎn)品方面，沿用老的泡漬鹽水的傳統(tǒng)工藝，發(fā)酵質(zhì)量不穩(wěn)定，發(fā)酵周期相對(duì)較長(zhǎng)，生產(chǎn)力低下，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)。
脫水果蔬加工領(lǐng)域：目前我國(guó)生產(chǎn)脫水蔬菜大多仍采用熱風(fēng)干燥技術(shù)，設(shè)備則為各種隧道式干燥機(jī)，而國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家基本上不再采用隧道式干燥機(jī)，而常用效率較高、溫度控制較好的托盤式干燥機(jī)、多級(jí)輸送帶式干燥機(jī)和滾筒干燥機(jī)。在噴霧干燥設(shè)備方面，我國(guó)研發(fā)的干燥塔的體積蒸發(fā)強(qiáng)度和國(guó)外同類產(chǎn)品的體積蒸發(fā)強(qiáng)度相比差距很大。
果蔬速凍加工領(lǐng)域：我國(guó)果蔬速凍工業(yè)，在加工機(jī)理和工藝方面的研究不足。尤其值得注意的是，國(guó)外在深溫速凍對(duì)物料的影響方面，已有較深入的研究，對(duì)一些典型物料“玻璃態(tài)”溫度的研究通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，已轉(zhuǎn)入實(shí)用階段。解凍技術(shù)對(duì)速凍蔬菜食用質(zhì)量有重要影響，在發(fā)達(dá)國(guó)家，隨著一些新技術(shù)逐漸應(yīng)用于冷凍食品的解凍，對(duì)微波解凍、歐姆解凍、遠(yuǎn)紅外解凍等機(jī)理研究和技術(shù)開發(fā)較為熱門。在速凍設(shè)備方面，目前國(guó)產(chǎn)速凍設(shè)備仍以傳統(tǒng)的壓縮制冷機(jī)為冷源，其制冷效率有很大限制，要達(dá)到深冷就比較困難。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家為了提高制冷效率和速凍品質(zhì)，大量采用新的制冷方式和新的制冷裝置。以液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑的制冷裝置自20世紀(jì)80年代以后就逐漸運(yùn)用到速凍機(jī)中，這些制冷裝置可以使溫度下降到比氨壓縮機(jī)低得多的深冷程度。
果蔬物流加工領(lǐng)域：我國(guó)在鮮切果蔬技術(shù)研究方面的工作才剛剛起步，如在鮮切后蔬菜的生理與營(yíng)養(yǎng)變化及防褐保鮮技術(shù)方面開展了一些初步研究，但尚未形成成熟技術(shù)。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方面，我國(guó)尚處于初始研究階段，與世界先進(jìn)水平存在巨大差距。在整個(gè)冷鏈建設(shè)方面，預(yù)冷技術(shù)的落后已經(jīng)成為制約性問(wèn)題?，F(xiàn)代果蔬流通技術(shù)與體系尚處于空白階段。目前，我國(guó)進(jìn)入流通環(huán)節(jié)的蔬菜商品未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，基本上是不分等·非常高，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比平均高20個(gè)百分點(diǎn)。
中國(guó)已發(fā)展成為世界果蔬和加工品的最大出口國(guó)，但很多是以半成品的形式出口，到國(guó)外后仍要進(jìn)行深加工或灌裝，產(chǎn)品附加值較低。高附加值產(chǎn)品少，特別是對(duì)原料的綜合利用程度低，皮渣中果膠、果蔬天然香精、膳食纖維、色素、籽油等精深加工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)沒(méi)有突破。
更重要的是，我國(guó)果蔬加工企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力十分薄弱，核心競(jìng)爭(zhēng)力實(shí)質(zhì)只是所謂的“低價(jià)格優(yōu)勢(shì)”。在國(guó)外，絕大部分企業(yè)都設(shè)有企業(yè)的研發(fā)部門或研發(fā)中心，進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，一般企業(yè)的研發(fā)費(fèi)用占銷售收入2％—3％以上。但是，國(guó)內(nèi)的大部分加工企業(yè)不重視產(chǎn)品的研發(fā)和科技投入，不注重企業(yè)人才培養(yǎng)與引進(jìn)，造成企業(yè)研發(fā)人才和研發(fā)設(shè)施缺乏，從而導(dǎo)致企業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新能力差、技術(shù)水平落后、產(chǎn)品難以滿足市場(chǎng)需求[1]。
2 果蔬原料加工預(yù)處理工藝流程簡(jiǎn)介
2.1原料的分級(jí)
果蔬的分級(jí)可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級(jí)方式分級(jí)，包括大小分級(jí)、成熟度分級(jí)和色澤分級(jí)等幾種。在我國(guó)成熟度分級(jí)常用目視估測(cè)的方法進(jìn)行，而大小分級(jí)是分級(jí)的主要內(nèi)容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級(jí)，分級(jí)的方法有手工分級(jí)和機(jī)械分級(jí)。
2.2原料的清洗
果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附著的塵土、泥沙和大量的微生物以及部分的化學(xué)農(nóng)藥，保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生，從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。對(duì)于農(nóng)藥殘留的果蔬，洗滌時(shí)常在水中加化學(xué)洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時(shí)也用氫氧化鈉等強(qiáng)堿及漂白粉、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑。果蔬清洗的方法須根據(jù)果蔬形狀、質(zhì)地、表面狀態(tài)、污染程度、夾帶泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和機(jī)械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣式、漿葉式等設(shè)備[2]。
2.3果蔬的去皮
凡是果蔬原料果皮粗糙、堅(jiān)硬，具有不良風(fēng)味的均應(yīng)去皮，以利于提高品質(zhì)，只有在加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時(shí)，因要打漿和壓榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下：
（1）手工去皮:用特別的刀、刨等工具人工削皮，去皮干凈、損失少，但勞動(dòng)效率低。
（2）機(jī)械去皮:主要用于比較常規(guī)的果蔬原料。
（3）堿液去皮:利用堿液的強(qiáng)腐蝕性來(lái)使蔬菜表面中膠層溶解，從而使果皮分離。堿液去皮常使用氫氧化鈉，腐蝕性強(qiáng)且廉價(jià)。堿液去皮時(shí)堿液的濃度、處理時(shí)間和堿液溫度，應(yīng)視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時(shí)間長(zhǎng)和溫度高都會(huì)增加皮層的松離及腐蝕程度。經(jīng)堿液處理后的果蔬必須立即在冷水中浸泡、清洗、反復(fù)換水直至表面無(wú)膩感，口感無(wú)堿味為止[2]。
（4）熱力去皮:果蔬用短時(shí)間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內(nèi)部果肉組織分離，然后迅速冷卻去皮，適合于成熟度高的桃、李、杏等。熱去皮的熱源主要有蒸汽和熱水。此法原料損失少，色澤好，風(fēng)味好。
（5）酶法去皮:在果膠酶的作用下，達(dá)到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫度、時(shí)間、PH值等。
（6）冷凍去皮:將果蔬在冷凍裝置中冷至達(dá)到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后去皮，此法質(zhì)量好但費(fèi)用高。
（7）真空去皮:將成熟的果蔬先行加熱，使其升溫后果皮和果肉分離，接著進(jìn)入有一定真空度的真空室內(nèi)，適當(dāng)處理，使果皮下的液體迅速“沸騰”，皮與肉分離，然后破除真空，沖洗或攪動(dòng)去皮。
2.4果蔬的護(hù)色
果品在加工過(guò)程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進(jìn)化學(xué)變化，生成有色粉質(zhì)。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的方式來(lái)對(duì)果品進(jìn)行護(hù)色保護(hù)。
3國(guó)內(nèi)外去皮設(shè)備簡(jiǎn)介
國(guó)內(nèi)外桃子去皮方法大致有三種，即機(jī)械去皮、蒸汽去皮和化學(xué)去皮，三種去皮方法的工作原理為：
機(jī)械去皮:在圓筒形容器中，依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速或高速旋轉(zhuǎn)中摩擦塊莖的表面而達(dá)到去皮目的。
蒸汽去皮:在高壓容器內(nèi)，通入高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器蓋，突然釋放壓力，塊莖的表皮和果肉即自行分離。
化學(xué)去皮:在耐堿容器內(nèi)，加入強(qiáng)堿溶液并加溫，后加入塊莖，經(jīng)一段時(shí)間后塊莖的表皮被堿溶液腐蝕，經(jīng)高壓水反復(fù)沖洗干凈后，在將塊莖放入機(jī)械去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥3]。
3.1摩擦去皮
目前，國(guó)內(nèi)主要使用機(jī)械摩擦去皮機(jī)。
如圖1所示，該機(jī)由機(jī)蓋、機(jī)筒、機(jī)座、電機(jī)、砂盤等部分組成。以電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)減速齒輪帶動(dòng)機(jī)筒底部的砂盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機(jī)筒內(nèi)，因其離心力和相互碰撞作用，在機(jī)筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門自動(dòng)排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機(jī)為間歇生產(chǎn)[4]。
3.2蒸煮裝置
國(guó)內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機(jī)和高壓蒸煮鍋，機(jī)體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進(jìn)使用有一定困難。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)馬鈴薯片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。
圖為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
在一個(gè)大型蒸煮容器內(nèi)鋪設(shè)軌道，道軌通到容器大門外切片機(jī)附近。道軌上置放平板小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。
蒸煮容器為長(zhǎng)方形，下部設(shè)有進(jìn)氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作，外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫[3]。
3.3化學(xué)去皮裝置
在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為15%—25%。加熱溶液，溫度達(dá)到87—95C，加入塊莖攪拌使溫度保持在70C左右；經(jīng)過(guò)2—6分鐘，塊莖的表皮開始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復(fù)沖洗，知道表面無(wú)殘留物為止。撈出的塊莖也可放入機(jī)械式去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?
本法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專門設(shè)備。缺點(diǎn)是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。
由于去皮方法不同，國(guó)內(nèi)外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮差異較大，去皮率大致為7%-25%，其中機(jī)械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。
國(guó)內(nèi)外幾種去皮設(shè)備的去皮性能比較表
機(jī)型
L離心式切屑去皮機(jī)
機(jī)械去皮機(jī)
蒸汽式去皮機(jī)
化學(xué)法去皮機(jī)
結(jié)構(gòu)
簡(jiǎn)單
復(fù)雜
復(fù)雜
簡(jiǎn)單
對(duì)塊莖原料的要求
卵 卵圓形，芽眼淺，無(wú)傷痕
卵 卵圓形，芽眼淺，無(wú)傷痕
無(wú)要求
無(wú)要求
產(chǎn)品質(zhì)量
表面光滑，無(wú)污染，無(wú)蒸煮層
表面光滑，無(wú)污 染，淀粉損失大
表 表面光滑，有蒸煮層，無(wú)污染
表 表面光滑，無(wú)蒸煮層，有污染
皮屑
可利用
部分利用
部分利用
不能利用
有無(wú)加熱設(shè)備
無(wú)
無(wú)
需要（150-200度）
需要（85-95度）
通過(guò)上表的比較分析以及聯(lián)系本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，同時(shí)結(jié)合我國(guó)在去皮機(jī)上的實(shí)際水平考慮經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到能以最少的投資獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，決定以機(jī)械去皮機(jī)為設(shè)計(jì)研究方案。在果蔬原料的加工預(yù)處理工藝中主要進(jìn)行去皮的處理加工[5]。
參考文獻(xiàn)
[1]天津輕工業(yè)學(xué)院編著．食品工廠機(jī)械與設(shè)備[M]．北京輕工業(yè)出版社，1981
[2]溫詩(shī)鑄，黃平著．摩擦學(xué)原理[M]．清華大學(xué)出版社，2002
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[4]王景彬等．試論國(guó)內(nèi)外果蔬脫皮方法與設(shè)備．農(nóng)牧與食品機(jī)械[J]，1991(2)
[5]吳慶章．馬鈴薯食品加工技術(shù)．農(nóng)牧與食品機(jī)械[J]，1986(3)
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