土豆去皮机设计

土豆去皮机设计

去皮（peeling）用于多种水果和蔬菜的加工中以除去不需要或不可食的物质，并改善成品的外观。主要的考虑因素包括通过尽可能减少去掉的部分以及可能降低能源、劳力和物质成本来降低总成本。这里，介绍摩擦去皮方法：食品被放置在金刚砂滚轴上或内壁排列着金刚砂的转筒中，在磨损力的表面除去食品的表皮后又被大量的水冲洗干净。该方法的优点是由于过程是在温室下进行而具有的能源成本低以及资本成本低、无热损伤，食品外观良好的优点，不规则食品表面（如土豆上的“孔眼”）会破坏去皮产品的外观，需要手工去除[1]。

1 前言

综观食品加工业对加工技术的要求，食品加工技术的发展趋势大致如下：第一，提高原料的利用率。由于食品生产企业利润较低，提高原料的利用率是企业降低生产成本的重要途径。第二，提高工作效率，便于实现大规模生产。第三，营养性和稳定性高，现在人们对食品的要求越来越高，大家都很关注食品的营养功效。

中国的薯类产量占世界总产量的28%，居世界第一位。近年来薯类的生产和加工发展十分迅速，尤其是美国、英国、德国和日本等国以发展优质专用化的薯类品种，先进适用的技术装备，高质量的加工制品和规模化生产经营方式等，推动着当今世界薯类加工业的发展。中国在薯类的种植和深加工上也加大了开发力度，形成了产前、产后良性循环的发展优势。尤其是加工后的薯类食品更是受到许多消费者的青睐，且在食品工业中所占的比例也越来越大。

土豆属块茎类作物，土豆块茎中富含淀粉、维生素和糖，其块茎中的主要物质如下：（1）淀粉和糖分，土豆淀粉由直链淀粉与支链淀粉组成，糖分占土豆块茎总质量的1.5%左右，主要为葡萄糖、果糖、蔗糖。（2）含氮物，土豆块茎中的含氮物包括蛋白质和非蛋白质两部分，以蛋白质为主，富含球蛋白，这是全价蛋白质，几乎含有所有的必需氨基酸，在营养上具有重要意义。（3）脂肪，在土豆块茎中，脂肪含量为0.04%-0.94%。（4）有机酸（5）维生素，土豆中含有多种维生素。（6）酶类，土豆中含有淀粉酶、蛋白酶、氧化酶等。

鉴于土豆的很多特点，土豆得到了广泛的利用。a.土豆可鲜食，鲜食用土豆主要用作家庭餐馆烹调，我国主要用来制作菜肴、面点小吃等大众食品。果外除蒸烤鲜土豆作主食外，还有咖哩饭、炖薯快以及色拉凉拌菜。土豆可制成方便食品、快餐食品、休闲食品，如土豆粉、土豆全粉、脱水土豆片（条）、速冻薯条（薯泥）、蒸薯条、罐

装和去皮土豆、土豆脆片、土豆膨化小食品等；b，加工成淀粉及相关产品：由于土豆淀粉的优良特性，不仅是制作高级方便面、面类最为理想的添加淀粉，而且还是肉制品、鱼糜制品等的添加剂或原料。土豆淀粉也是粉条的优质原料。出土豆淀粉外，也可得到相关产品，包括各种变性淀粉、饴糖、葡萄糖、膳食纤维制品等。C,其他制品：土豆提取淀粉后的残渣可制成土豆发酵饲料、提取蛋白等。因此，对土豆进行深加工具有重要价值。

2 薯类去皮机工作原理

2.1去皮清理的原理

水果及块根、块茎类蔬菜的外皮在加工成食品之前，大多需要除去表皮。由于原料的种类不同，皮层与果肉结合的牢固程度不同，生产的产品不同，对原料的去皮要求也各异，果蔬去皮的基本要求是去皮完全、彻底、原料损耗少。目前，果蔬加工中常用的去皮方法有机械去皮和化学去皮。

机械去皮应用较广，既有简易的手工去皮又有特种去皮机。按去皮原理不同可分为机械切削去皮、机械磨削去皮和机械摩擦去皮。

(1)机械切削去皮是采用锋利的刀片表面皮层。去皮速度较快，但不完全，且果肉损失较多，一般需用手工加以修整，难以实现完全机械作业，适用于果大、皮薄、肉质较硬的果蔬。目前，苹果、梨、柿等常使用机械切削去皮，常用的形式为旋皮机。旋皮机是将待去皮的水果插在能旋转的插轴上，靠近水果一侧安装（或手持）一把刀口弯曲的刀，使刀口贴在果面上。插轴旋转时，刀就从旋转的水果表面将皮车去。旋皮机插轴的转动有手摇、脚踏和电动几种动力形式。在旋车去皮之前应有选果工序，以保证水果大小基本一致。

(2)机械磨削去皮是利用覆有磨料的工作面除去表面皮层。可高速作业，易于实现完全机械操作，所得碎皮细小，便于用水或气流清除，但去皮后表面较粗糙，适用于质地坚硬、皮薄、外形整齐的果蔬。胡萝卜、番茄等块根类蔬菜原料去皮大多采用机械磨削去皮机。

(3)机械摩擦去皮是利用摩擦因数大、接触面积大的工作构件而产生的摩擦作用使表皮发生撕裂破坏而被去除。所得产品表面质量好，碎皮尺寸大，去皮死角少，但作用强度差，适用于果大、皮薄、皮下组织松散的果蔬，一般需要首先对果蔬进行必要的预处理来弱化皮下组织。常见到的机械摩擦去皮机如采用橡胶板作为工作构件的干法去皮机。

(4)化学去皮又称碱液去皮，即将果蔬在一定温度的碱液中处理适当的时间，果

皮即被腐蚀，取出后，立即用清水冲洗或搓擦，外皮即脱落，并洗去碱液。此法适用于桃、李、杏、梨、苹果等的去皮及橘瓣脱囊衣。桃、李、苹果等的果皮由角质、半纤维素等组成，果肉由薄壁细胞组成，果皮与果肉之间为中胶层，富含原果胶及果胶，将果皮与果肉连接。当果蔬与碱液接触时，果皮的角质、半纤维素被碱腐蚀而变薄乃至溶解，果胶被碱水溶解而失去胶凝性，果肉薄壁细胞膜较能抗碱。因此，用碱液处理后的果实，不仅果皮容易去除，而且果肉的损伤较少，可以提高原料的利用率。但是，化学去皮用水量较大，去皮过程产生的废水多，尤其是产生大量含有碱液的废水[2]。

2.2去皮设备：

离心擦皮机,离心擦皮机是一种小型间歇式去皮机械。依靠旋转的工作构件驱动原料旋转，使得物料在离心力的作用下，在机器内上下翻滚并与机器构件产生摩擦，从而使物料的皮层被擦离。用擦皮机去皮对物料的组织有较大的损伤，而且其表面粗糙不光滑，一般不适宜整只果蔬罐头的生产，只用于加工生产切片或制酱的原料。常用去皮机处理土豆、胡萝卜、番茄等块根类蔬菜原料[1]。

1—机座 2—电机安装支座 3—电动机 4—主动齿轮 5—从动齿轮 6—轴

7—轴承座 8、9、10—轴承 11—圆盘 12—圆筒 13—排污口 14—卸料口

图1 去皮机结构

Fig.1 The structure of the peelers

去皮机（如图1）由工作圆筒12、旋转圆盘11、卸料口14、排污口13及传动装置等部分组成。

工作圆筒内表面是粗糙的，内表面焊有直径10mm的钢棒，然后植金刚砂；圆盘采用风扇叶片式结构设计，采用金刚砂黏结表面，具体会在后面零件介绍中讲解。圆盘这种结构特点除兼有去皮功能外，主要用来抛起物料，当物料从加料口落到旋转圆盘凹凸表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与筒壁粗糙表面摩擦达到去皮的目的。去皮工作时，水通过喷嘴送入圆筒内部，卸料口的闸门由把手锁紧，擦下的皮用水从排污口排去，已去皮的物料靠离心力的作用从打开闸门的卸料口自动排去。

为了保证正常的工作效果，这种去皮机在工作时，不仅要求物料能够完全抛起，在擦皮室内呈翻滚状态，不断改变与工作构件间的位置关系和方向关系，便于各块物

料的不同部位的表面被均匀去皮，并且要保证物料能被抛至筒壁。因此，必须保证足够高的

圆盘转速，同时擦皮室内物料不得填充过多，一般选用物料充满系数为0.5~0.65，依次进行生产率的计算[3]

。 3．轴的设计

一切作回转运动的传动零件（例如本设计中的齿轮和圆盘），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。

轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难度。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算，多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。

3．1轴的材料

轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉、对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常见的是45。钢应力水平很低的轴，从经济上考虑，一般多选用强度等级较差的普通碳素钢

合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴径的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

查《机械设计》表11.1“轴的常用材料及其主要机械性能”，可选择轴的材料为45钢，热处理方法采用正火。相关机械性能如下：毛坯直径≤100mm ，硬度170～217HBS ，抗拉强度极限

σb 为590M p a ，屈服强度极限σs 为295M p a ，弯曲疲劳极限σ1-为255M p a 。

3．2轴的强度计算

进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应根据扭转强度条件计算。

对只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴，应按扭转强度条件计算轴的直径。若有弯矩作用，可用降低许用应力的方法来考虑其影响。轴的结构尺寸设计完成，是否能用，