洪 慶，阮立強，馬立峰，安殿軍，劉 影

(1.黑龍江省牡丹江林業(yè)科學研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，黑龍江 牡丹江 157011；3.黑龍江省柴河林業(yè)局，黑龍江 海林 157131)

研究與設計

紅松子機械式自動開口機的研制

洪 慶1，阮立強2，馬立峰3，安殿軍3，劉 影1

(1.黑龍江省牡丹江林業(yè)科學研究所，黑龍江 牡丹江 157009；2.黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，黑龍江 牡丹江 157011；3.黑龍江省柴河林業(yè)局，黑龍江 海林 157131)

研制出一種紅松子機械式自動開口機，該機采用機械方式一次完成紅松子自動開口，具有傳動簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高等特點。

紅松子；機械式；自動開口機；研制

松子為名貴樹種紅松的種子，具有“長生果”、“果中仙品”的美譽。紅松主要分布在我國東北的長白山脈及小興安嶺地區(qū)，野生紅松需生長50年以后才開始結(jié)子。松子因富含維生素E、亞油酸和皮諾斂酸等不飽和脂肪酸，以及棕櫚堿、揮發(fā)油等成分而具有抗衰老、預防心血管疾病、滋陰潤肺、滑腸通便等多種功效。隨著生活水平的提高，人們開始越來越重視保健與養(yǎng)生，松子因其具有的獨特營養(yǎng)價值而備受推崇，但其堅硬的外殼卻阻礙了市場的開發(fā)和價格的提升。松子剝殼有撞擊法、擠壓法、碾搓法、撕搓法、刀片切割法等，但由于限制條件多，要求高，實際應用受到限制，更重要的是松子剝殼后會使種仁完全暴露在空氣中，這樣不符合食品的衛(wèi)生要求。松子開口技術(shù)可彌補剝殼的不足，其既能容易地去除外殼，又能保證種仁衛(wèi)生干凈，符合人們的食用習慣。傳統(tǒng)的化學開口方法存在二氧化硫超標、酸、堿污染等缺陷，破壞了松子的營養(yǎng)價值，同時各種化學元素也會對人體健康造成損害；物理開口法采用純?nèi)斯げ僮鞣绞?，工人用手工開口鉗夾裂松子使其開口，工作效率低、人工成本高，不能滿足規(guī)?；a(chǎn)的市場需求。目前已有的小型開口機械是將松子撒落在槽型軌道中，通過壓板直接擠壓，常常導致松子破碎率超標[1-2]。為了保證開口效果良好，降低破碎率，需要開發(fā)更先進的松子開口機。黑龍江省是紅松子的主產(chǎn)區(qū)，有天然的地域優(yōu)勢，2014年4月森工林區(qū)進入全面禁伐階段，使得林產(chǎn)品深加工成為拉動經(jīng)濟的主要途徑[3-4]。據(jù)調(diào)查，森工林區(qū)內(nèi)，紅松子豐產(chǎn)年時，牡丹江林區(qū)產(chǎn)量約2.4萬噸/年、松花江林區(qū)產(chǎn)量約為1.6萬噸/年、合江產(chǎn)量約1.2萬噸/年、伊春約4.8萬噸/年，其中十分之一留作種子，其余的剝殼、開口各占一半，也有約4.5萬噸需要開口。在如此豐富的原料優(yōu)勢下，急需一種安全、高效、無污染的紅松子開口設備。要求采用機械自動化開口加工技術(shù)，并具有減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率及開口松子的產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢。

1 開口機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

紅松子機械式自動開口機主要由機架、轉(zhuǎn)盤、預緊及壓裂裝置、分粒送料裝置及操作控制系統(tǒng)等組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開口機基本結(jié)構(gòu)1.機架；2.轉(zhuǎn)盤；3.分粒送料裝置；4.預緊、壓裂裝置；5.操作控制系統(tǒng)

(1)機架：機架為箱型結(jié)構(gòu)，除完成整機的獨立支撐外連接整機電氣箱。

(2)轉(zhuǎn)盤：轉(zhuǎn)盤設置在轉(zhuǎn)軸上完成分料、送料動作，側(cè)邊立起。

(3)分粒送料裝置：該裝置由機架、供料箱、分粒轉(zhuǎn)盤、輸料導管組成，能準確地將每一粒紅松子送到轉(zhuǎn)盤內(nèi)的指定穴位上，可大大提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

(4)預緊、壓裂裝置：該裝置同轉(zhuǎn)盤配合完成松子預緊、壓裂、開口動作。

(5)操作控制系統(tǒng)：采用PLC控制系統(tǒng)，應用電腦顯示器展示單機及整條生產(chǎn)線的操作。

1.2 工作原理

首先將分級選好的1號紅松子(或2號紅松子)投入兩側(cè)分粒送料裝置的料箱里，由馬達經(jīng)過減速器驅(qū)動分粒軸每轉(zhuǎn)分出20粒自動滑入轉(zhuǎn)盤的對應孔內(nèi)，轉(zhuǎn)盤由馬達分割器控制每0.5 s轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)盤的外固定環(huán)由寬逐漸變窄使落入轉(zhuǎn)盤的松子都能在各自的穴內(nèi)形成側(cè)立狀態(tài)。再在3 s內(nèi)由上預壓裝置把每粒松子分別壓緊后，下擠壓裝置再將20粒松子全部壓裂，上下裝置同時回位。轉(zhuǎn)盤在下一旋轉(zhuǎn)過程中使壓裂的松子落入下面滑板并輸出到收集裝置，稱重、裝袋、封口。

下一旋轉(zhuǎn)過程0.5 s 后到位每盤又落入20粒松子，如此循環(huán)作業(yè)。

2 主要工作部件設計

松子放入供料箱中，電機按順時針方向轉(zhuǎn)動通過傳動帶帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動分料勺轉(zhuǎn)動，分料勺經(jīng)過供料箱時每個分料勺均盛一粒松子，當分料勺轉(zhuǎn)動到接近輸料導管時松子自動落入到喇叭形接料口，然后滑到輸料導管中，經(jīng)輸料導管進入到轉(zhuǎn)盤的壓裂槽中。

分料勺深16 mm，直徑13 mm，中軸線與水平線呈60°夾角。這種設計可以保證分料勺每次經(jīng)過供料箱時分料勺中可以且只能盛一粒松子。

供料箱內(nèi)設置40個分料勺，分料勺分成4組呈十字形分布，每組10個，分料勺與分料勺之間距離為30 mm，相臨兩組間夾角為90°。輸料導管上端設有一個喇叭形接料口，輸料導管的軸線與水平線夾角為40°。

預緊、壓裂裝置由固定盤、轉(zhuǎn)動盤、固定盤上擋圈組成，轉(zhuǎn)動盤由馬達通過減速器驅(qū)動，轉(zhuǎn)動盤每次轉(zhuǎn)動180°用時1s，旋轉(zhuǎn)到位后停止4 s，這段時間，送料裝置送入20粒待壓松子(2 s，側(cè)面立著)；以前送入側(cè)面立著的20粒待壓松子由上壓緊裝置壓緊、下壓裂裝置壓裂，然后上下裝置一并回位，轉(zhuǎn)盤再轉(zhuǎn)動180°到下一工位等待入料，旋轉(zhuǎn)中將壓裂完成的松子送入固定盤的長弧型孔內(nèi)落到底板的輸送帶上送出(2 s)，如此循環(huán)作業(yè)。

松子即使在同一級別尺寸也不盡相同，所以必須每粒分別預緊然后再壓裂，為了提高作業(yè)效率，采用對稱雙圓盤旋轉(zhuǎn)式送料方式，在盤中側(cè)立位置進行各20粒預緊擠壓使松子開裂，該預緊擠壓開裂機構(gòu)已申請國家發(fā)明專利(專利申請公示號201610565437.9)

3 松子開裂生產(chǎn)線主要設備及工藝流程

為了提高松子開裂的機械化作業(yè)生產(chǎn)效率，選用了現(xiàn)有紅松子剝殼所用的7級分級篩選機。該生產(chǎn)線的分粒輸送及預緊壓裂裝置為此次開發(fā)的重點樣機，其余的如排出輸送、干燥、稱重、裝袋、封口、裝箱等工序均選用現(xiàn)有設備加以改造，形成一條生產(chǎn)線。其工藝流程為：分級→入料→分?！M圓盤穴→圓盤旋轉(zhuǎn)到擠壓位置(同時使穴內(nèi)松子側(cè)立)→上壓緊→下擠裂→落下排出→稱重→裝袋→封口→裝箱→出貨。

整個作業(yè)過程均采用PLC控制，時間匹配快慢可調(diào)，作業(yè)時間取決于預緊及定位后擠壓再全部回位工序，其他工序都可在此時間內(nèi)同步完成。

4 結(jié)束語

由于紅松子形狀比較復雜，即使通過松子脫粒機篩選出同一級別的松子其大小形狀還是有所不同，為了實現(xiàn)自動化作業(yè)，20多年來業(yè)界人士經(jīng)過了不斷的努力，但目前仍然沒有徹底解決這一問題，這次開發(fā)的樣機也還需要在使用中不斷地進行改進完善。

[1] 賈生平.松子仁的加工[J].中國農(nóng)村科技，2007(1)：22-23.

[2] 劉德君，段慧達，陳廣大.自動松子破殼機設計與研究[J].中國農(nóng)機化學報，2016，37(12)：116-121.

[3] 郭志越，王偉，莊煜，等.基于SolidWorks的農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)設計[J].森林工程，2015，31(4)：92-97.

[4] 雷倩，楊永發(fā).便攜式變徑球形刺梨采摘器的設計[J].林業(yè)機械與木工設備，2017，45(3)：26-28.

(責任編輯 張雅芳)

Research and Development of a Mechanical Automatic Opening Machine for Korean Pine Seeds

HONG Qing1，RUAN Li-qiang2，MA Li-feng3，AN Dian-jun3，LIU Ying1

(1.Heilongjiang Mudanjiang Forestry Science Research Institute，Mudanjiang Heilongjiang 157009，China；2.Heilongjiang Forestry Vocational-Technical College，Mudanjiang Heilongjiang 157011，China；3.Heilongjiang Chaihe Forestry Bureau，Hailing Heilongjiang 157131，China)

A mechanic automatic opening machine for Korean pine seeds is developed and it can realize the automatic opening of Korean pine seeds at a time，featuring simple transmission，compact structure and high productivity，etc.

Korean pine seed；mechanical；automatic opening machine；development

2017-03-28

黑龍江省森林工業(yè)總局2014年重點應用研究項目(sgzjY2014001)

洪 慶(1960-)，男，黑龍江虎林人，享受國務院政府津貼高級工程師，工學學士，主要從事林業(yè)機械及自動化技術(shù)的研究，E-mail：hq@htjmzdh.com。

TS642

A

2095-2953(2017)06-0038-03