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桃子去皮机的设计
06机械设计制造及其自动化：段开元
指导老师： 李慧
关键词：桃子去皮机；摩擦；去皮；传动
近年来，我国的果蔬加工业取得了巨大的成就，果蔬速冻食品机械在我国农产品贸易中占据了重要地位。目前，我国的果蔬加工业已具备了一定的技术水平和较大的生产规模，外向型果蔬加工产业布局已基本形成。
我国的脱水果蔬加工主要分布在东南沿海省份及宁夏、甘肃等西北地区，而果蔬罐头、速冻果蔬加工主要分布在东南沿海地区。在浓缩汁、浓缩浆和果浆加工方面，我国的浓缩苹果汁、番茄酱、浓缩菠萝汁和桃浆的加工占有非常明显的优势，形成非常明显的浓缩果蔬加工带，建立了以环渤海地区（山东、辽宁、河北）和西北黄土高原（陕西、山西、河南）两大浓缩苹果汁加工基地；以西北地区（新疆、宁夏和内蒙）为主的番茄酱加工基地和以华北地区为主的桃浆加工基地；以热带地区（海南、云南等）为主的热带水果（菠萝、芒果和香蕉）浓缩汁与浓缩浆加工基地。而直饮型果蔬及其饮料加工则形成了以北京、上海、浙江、天津和广州等省市为主的加工基地。
果蔬汁加工领域：高效榨汁技术、高温短时杀菌技术、无菌包装技术、酶液化与澄清技术、膜技术等在生产中得到了广泛应用。果蔬加工装备，如苹果浓缩汁和番茄酱的加工设备基本是从国外引进的最先进的设备。在直饮型果蔬汁的加工方面，中国的大企业集成了国际上最先进的技术装备，如从瑞士、德国、意大利等著名的专业设备生产商，引进利乐、康美包、PET瓶无菌灌装等生产线，具备了国际先进水平。
果蔬罐头领域：低温连续杀菌技术和连续化去囊衣技术在酸性罐头（如橘子罐头）中得到了广泛应用；引进了电脑控制的新型杀菌技术，如板栗小包装罐头产品；包装方面EVOH材料已经应用于罐头生产；纯乳酸菌的接种使泡菜的传统生产工艺发生了变革，推动了泡菜工业的发展。
脱水果蔬领域：尽管常压热风干燥是蔬菜脱水最常用的方法，但我国能打入国际市场的高档脱水蔬菜大都采用真空冻干技术生产。另外，微波干燥和远红外干燥技术也在少数企业中得到应用。我国研制的真空冻干技术设备取得了可喜的进步，一些国内知名冻干设备生产厂家的技术水平已达到国际20世纪90年代同类产品的先进水平。
速冻果蔬领域：近些年，我国的果蔬速冻工艺技术有了许多重大发展。首先是速冻果蔬的形式由整体的大包装转向经过加工鲜切处理后的小包装；其次是冻结方式开始广泛应用以空气为介质的吹风式冻结装置、管架冻结装置、可连续生产的冻结装置、流态化冻结装置等，使冻结的温度更加均匀，生产效益更高；第三是作为冷源的制冷装置也有新的突破，如利用液态氮、液态二氧化碳等直接喷洒冻结，使冻结的温度显著降低，冻结速度大幅度提高，速冻蔬菜的质量全面提升。在速冻设备方面，我国已开发出螺旋式速冻机、流态化速冻机等设备，满足了国内速冻行业的部分需求。
尽管我国的果蔬加工产业无论是加工能力、技术水平、装备硬件以及国内外市场都取得了较大的进步和快速的发展，但是与国外发达国家相比仍然存在一定的差距。
我国在果蔬加工原料的选育方面取得了一定的进步，但是适合加工的果蔬品种仍然很少，制约了果蔬加工业的良性发展。例如，浓缩苹果汁加工长期以来以鲜食品种为原料进行加工，制约了产品质量的进一步提高，产品的出口价格低，经济效益不高。又如，在脱水果蔬及速冻果蔬方面，加工企业多数没有自己的优质蔬菜加工原料基地，如国际贸易中占主导地位的脱水马铃薯、洋葱、胡萝卜及速冻豌豆、马铃薯等大品种，我国加工量较少。
尽管高新技术在我国果蔬加工业得到了逐步应用，加工装备水平也得到了明显提高，但由于缺乏具有自主知识产权的核心关键技术与关键制造技术，造成了我国果蔬加工业总体加工技术与加工装备制造技术水平偏低。
果蔬汁加工领域：无菌大罐技术、PET瓶和纸盒无菌灌装技术、反渗透浓缩技术等没有突破；关键加工设备的国产化能力差、水平低，特别是在榨汁机、膜过滤设备、蒸发器、PET瓶和纸盒无菌灌装系统等关键设备的国产化方面难度大，国内难以生产能够在设备性能方面相似的加工设备。
罐头加工领域：加工过程中的机械化、连续化程度低，对先进技术的掌握、使用、引进、消化能力差。在泡菜产品方面，沿用老的泡渍盐水的传统工艺，发酵质量不稳定，发酵周期相对较长，生产力低下，难以实现大规模及标准化工业生产。
脱水果蔬加工领域：目前我国生产脱水蔬菜大多仍采用热风干燥技术，设备则为各种隧道式干燥机，而国际上发达国家基本上不再采用隧道式干燥机，而常用效率较高、温度控制较好的托盘式干燥机、多级输送带式干燥机和滚筒干燥机。在喷雾干燥设备方面，我国研发的干燥塔的体积蒸发强度和国外同类产品的体积蒸发强度相比差距很大。
果蔬速冻加工领域：我国果蔬速冻工业，在加工机理和工艺方面的研究不足。尤其值得注意的是，国外在深温速冻对物料的影响方面，已有较深入的研究，对一些典型物料“玻璃态”温度的研究通过建立数据库，已转入实用阶段。解冻技术对速冻蔬菜食用质量有重要影响，在发达国家，随着一些新技术逐渐应用于冷冻食品的解冻，对微波解冻、欧姆解冻、远红外解冻等机理研究和技术开发较为热门。在速冻设备方面，目前国产速冻设备仍以传统的压缩制冷机为冷源，其制冷效率有很大限制，要达到深冷就比较困难。国外发达国家为了提高制冷效率和速冻品质，大量采用新的制冷方式和新的制冷装置。以液态氮、液态二氧化碳等直接喷洒的制冷装置自20世纪80年代以后就逐渐运用到速冻机中，这些制冷装置可以使温度下降到比氨压缩机低得多的深冷程度。
果蔬物流加工领域：我国在鲜切果蔬技术研究方面的工作才刚刚起步，如在鲜切后蔬菜的生理与营养变化及防褐保鲜技术方面开展了一些初步研究，但尚未形成成熟技术。在无损检测技术方面，我国尚处于初始研究阶段，与世界先进水平存在巨大差距。在整个冷链建设方面，预冷技术的落后已经成为制约性问题。现代果蔬流通技术与体系尚处于空白阶段。目前，我国进入流通环节的蔬菜商品未实现标准化，基本上是不分等·非常高，与发达国家相比平均高20个百分点。
中国已发展成为世界果蔬和加工品的最大出口国，但很多是以半成品的形式出口，到国外后仍要进行深加工或灌装，产品附加值较低。高附加值产品少，特别是对原料的综合利用程度低，皮渣中果胶、果蔬天然香精、膳食纤维、色素、籽油等精深加工产品的产业化核心技术没有突破。
更重要的是，我国果蔬加工企业的研发与创新能力十分薄弱，核心竞争力实质只是所谓的“低价格优势”。在国外，绝大部分企业都设有企业的研发部门或研发中心，进行新产品的开发，一般企业的研发费用占销售收入2％—3％以上。但是，国内的大部分加工企业不重视产品的研发和科技投入，不注重企业人才培养与引进，造成企业研发人才和研发设施缺乏，从而导致企业研发与创新能力差、技术水平落后、产品难以满足市场需求。
果蔬的分级可按照不同的加工品的要求，采用不同的分级方式分级，包括大小分级、成熟度分级和色泽分级等几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行，而大小分级是分级的主要内容，几乎所有的加工果蔬均需大小分级，分级的方法有手工分级和机械分级。
果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的化学农药，保证产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。
凡是果蔬原料果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质，只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下：
（1）手工去皮:用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效率低。
（2）机械去皮:主要用于比较常规的果蔬原料。
（3）碱液去皮:利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解，从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱味为止。
（4）热力去皮:果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂，与内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮，适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。
（5）酶法去皮:在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、PH值等。
（6）冷冻去皮:将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松弛后去皮，此法质量好但费用高。
（7）真空去皮:将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉分离，然后破除真空，冲洗或搅动去皮。
果品在加工过程中，将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促进化学变化，生成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对果品进行护色保护。
国内外桃子去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学去皮，三种去皮方法的工作原理为：
机械去皮:在圆筒形容器中，依靠带有磨料的圆盘、滚轮或依靠特制的橡胶辊在中速或高速旋转中摩擦块茎的表面而达到去皮目的。
蒸汽去皮:在高压容器内，通入高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容器盖，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。
化学去皮:在耐碱容器内，加入强碱溶液并加温，后加入块茎，经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐蚀，经高压水反复冲洗干净后，在将块茎放入机械去皮机中剥去表皮。
目前，国内主要使用机械摩擦去皮机。
如图1所示，该机由机盖、机筒、机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力，通过减速齿轮带动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互碰撞作用，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被砂盘均匀的摩蚀，去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门自动排出，皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出，该机为间歇生产。
国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂，造价昂贵，小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对马铃薯片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。
图为一般食堂、饭店常用的蒸煮装置结构示意图。
在一个大型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后，将小车连同笼屉推入容器中，密封大门，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。
蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀们，上部有排气管。容器框架由角钢制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。
在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液，溶液浓度为15%—25%。加热溶液，温度达到87—95 C，加入块茎搅拌使温度保持在70 C左右；经过2—6分钟，块茎的表皮开始变松变软；捞出块茎，用高压水反复冲洗，知道表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。
本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，去皮快，不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。
由于去皮方法不同，国内外马铃薯、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同，去皮差异较大，去皮率大致为7%-25%，其中机械去皮率为最大，蒸汽去皮率为最小。
国内外几种去皮设备的去皮性能比较表
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机型
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L离心式切屑去皮机
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机械去皮机
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蒸汽式去皮机
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化学法去皮机
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结构
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简单
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复杂
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复杂
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简单
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对块茎原料的要求
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卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕
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卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕
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无要求
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无要求
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产品质量
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表面光滑，无污染，无蒸煮层
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表面光滑，无污 染，淀粉损失大
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表 表面光滑，有蒸煮层，无污染
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表 表面光滑，无蒸煮层，有污染
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皮屑
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可利用
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部分利用
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部分利用
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不能利用
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有无加热设备
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无
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无
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需要（150-200度）
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需要（85-95度）
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通过上表的比较分析以及联系本次设计的任务要求，同时结合我国在去皮机上的实际水平考虑经济性，达到能以最少的投资获得较好的经济效益，决定以机械去皮机为设计研究方案。在果蔬原料的加工预处理工艺中主要进行去皮的处理加工。
2桃子去皮机的结构设计
该机采用立式机型，主要包括工作圆筒，工作转盘，机架和传动部分，见装配图
工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊而成（采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐摩性，特别是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳）。筒内壁为粗糙表面，以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作用下甩出来，碰在出料门的内壁上并改变方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。
工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据胡萝卜、马铃薯的生物学特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，大概20mm厚，经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。转盘下方设有随盘一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。
