水生蔬菜种植、收获及加工机械研究进展(2)

　　3 水生蔬菜加工机械

　　3.1 莲籽脱粒机

　　传统的莲籽加工工艺分为脱粒、剥壳、脱膜、通心、烘烤等五道工序。 在莲籽脱粒机方面，黄小从[37]最早设计了一种莲蓬脱粒机，利用多个驳壳弯钩的锋利尖端钩住莲蓬外壳，在不停地旋转、撕扯过程中，莲蓬的外壳被撕碎。 该设备能够快速地获取莲籽，但需要摇动手柄，机械化程度不高，且完好率相对较低。 在此基础上，黄小从[38,39]改良出电动式莲蓬脱粒机，优化了驱动方式和结构，既能快速脱粒又能保证莲籽的完好率，大幅提高工作效率。

　　3.2 莲籽剥壳机

　　常见的莲籽剥壳机有冲击式、剪切（切割）式、挤压式和搓辊式等。①冲击式剥壳机 莲籽在高速运动时突然遇阻而受到冲击力，使外壳破碎实现脱壳，比较有代表性的是台湾嘉义大学与中兴大学研发的莲籽剥壳脱膜机，主要由供料机构、同向差速滚筒、拨杆及四只水刀喷嘴组成[40]. 莲籽在同向且具差速的滚筒间滚动，并在喷嘴高压喷头产生的水刀作用下破膜。②剪切（切割）式剥壳机 莲籽受到剪切（切割）力的作用，外壳被切裂并打开，实现外壳与莲籽分离的装置。 浙江大学设计了一种实用的高效莲籽脱壳机，利用高速刀具对莲籽外壳进行切割和挤压使其脱壳，将莲籽按大小进行分类脱壳，使莲籽脱壳实现机械化，并且设备的操作维护简单，脱壳率可达 90%,整仁率也达 80%以上[41].③挤压式脱壳机 莲籽通过小于其尺寸的间隙时受挤压而破壳分离。 福建农林大学对莲籽挤压式机械脱壳机理进行了研究，表明在莲籽根部切割出适当的割痕后进行挤压就可以实现莲籽的机械脱壳，脱壳效果好、果仁完好率高[42].④搓辊式剥壳机 采用搓辊的方式使莲籽壳与莲籽仁产生相对位移，实现莲壳与莲仁分离。 刘洪纲设计了一种搓辊式自动莲籽剥壳机，将莲籽压在搓辊之间，各搓辊的转速不同，对莲籽在差速搓辊间形成揉搓作用，使莲籽壳与莲籽仁分离。 该设备结构简单、成本低、产量高，不损伤莲肉[43]. 赵小广设计的干壳莲籽剥壳机、福建文鑫莲业食品有限公司研制的板刀式莲籽剥壳机、武汉工业学院开发的 BK25 型莲籽剥壳机都属于搓辊式剥壳机[44~46].

　　3.3 莲籽脱膜机

　　在莲籽脱膜机方面，建宁县闽昌机械开发有限公司设计了一种莲籽剥壳去膜机的去膜结构，该去膜结构是在动力传动箱顶板上安装一套高压水泵和喷嘴，正对莲籽出口端，当莲籽由出口端引出从传送带下落前喷嘴喷流扫射在莲粒上，将莲膜环周吹扫剥离[47].

　　3.4 莲籽通心机

　　莲籽通心机又称为莲籽穿心机、 莲籽除心机、莲籽去心机等。 刘立耘[48]发明的弹性滚筒式莲籽除心机，通过滚筒的转动把莲籽摆正，等转到与另一滚筒相互配合时就把莲籽的长轴方向固定住，随着滚筒的转动与其配合的通心机构也随之工作从而达到去心的目的。 该机结构简单、安装方便、成本较低。 湖北农学院设计开发了 6CB-5.4 型莲籽穿心脱壳机，应用电、液、机相结合的控制方式，采用动态夹紧定心、电液控制切壳力和各部件运动关系的办法，实现先穿心后脱壳，穿心效率可达 5.0~5.4 kg/h,破碎率小于 5%,不仅提高了莲籽加工的生产效率，而且提升了莲籽加工后的品质[49]. 由谭云虎发明的全自动莲籽通心机、武汉工业学院研制的具有自动对心功能的莲籽穿心机、湘潭大学设计的莲籽机械自动去心样机，都较好地实现了莲籽自动通心、除心的要求[50~52].

　　长沙昌合机械有限公司开发生产了全系列莲籽加工机械，其中莲籽脱蓬机利用旋转孔径结合莲蓬大小旋转力学干脱原理，快速对莲籽脱蓬，剥净率 95%以上[53];莲籽大小筛选机利用机械曲轴联动配合机器拉动不同孔径筛选莲籽，快速准确地归类不同大小的莲籽，效率可达 400 kg/h;莲籽剥壳机利用旋转孔径结合莲籽大小旋转力学干剥原理，快速对莲籽剥壳，剥净率 98%以上，效率可达 15 kg/h. 莲籽磨皮机利用高速旋转力学对不同大小的莲籽实现脱皮，效率可达 70 kg/h;莲籽半自动去心机采用电机钻头粉碎莲心（莲心是碎的），效率达 5~8 kg/h;莲籽全自动去心机采用旋转孔径结合莲籽大小、电机钻孔仿形钻心原理， 快速对莲籽钻心， 钻穿率99%以上，正钻率 95%以上，效率可达 5~8 kg/h.

　　3.5 莲藕去皮机、切片机

　　湖北长江大学对莲藕机械去皮展开研究并试制了去皮机样机。 该机主要由传送带、导藕斗、喂入辊、仿形支撑弹簧、动静刷轮和机架组成，通过刷轮旋转搓刷掉莲藕表皮，生产效率 720 kg/h、去皮率95%以上、损伤率 2%以下，并在荆州、荆门等地进行试验，可大幅节省工时和费用，降低劳动强度[54,55]. 莲藕切片机械主要以盘式切片机为主，切割方式有滑切和砍切[56]. 长江大学开发了一种盘式砍切型莲藕切片机，把莲藕放在竖直的导向管内，底部由挡板顶住，在导向筒和挡板之间装有旋转托盘，托盘上沿径向安装若干把切片刀，切片刀随托盘旋转横向切割莲藕，切出的藕片被刀片底面后部的藕片刷推到落料槽内，该机切割速度快、生产效率高，但破碎率较高，粘刀藕片难清理且细藕切片厚薄不均。 机械工业食品装备设计研究所研制了一种滑切型莲藕切片机，有效降低了破碎率，但由于刀盘的高速旋转，与藕片急剧摩擦，使藕片淀粉大量渗出，降低了产品质量，且加工出来的为斜藕片，有一定的局限性。 江苏大学设计了一种离心平台式荷藕切片机，能调节切削藕片厚度，实现连续切削[57]. 山东诸城市利特食品机械有限公司开发的莲藕加工设备包括莲藕清洗机、去皮机、切片机、漂烫机、冷却机、包装机、杀菌冷却等整条生产线，实现了莲藕深加工的流水化作业[58].

　　3.6 芋头加工机械

　　日本农民采用去侧芽机、分选机流水线对挖掘到的芋头进行初加工，作业精度高，芋头无损伤，作业效率 13.5 h/1 000 m2,是手工作业的 3 倍左右[2]. 福州大学针对芋头皮厚且多皱褶、不易去除的特点研制出滚筒式卧式离心去皮机，通过滚筒带动芋头和磨块绕着滚筒轴心转动，在离心力、重力和摩擦力的共同作用下，让芋头表皮与磨块及滚筒的粗糙内表面、滚筒轴的粗糙外表面摩擦，使芋头表皮磨损脱落以达到去皮的目的，总去皮率达 90%以上[59].福建省新润食品有限公司发明的芋头切片机和切块机，是利用气缸推动压块，压迫芋头通过一个包含多个刀片的刀具组，实现芋头切片、切块的机械化加工，效率高且无需人工用刀，提高了作业安全性[60,61].

　　3.7 荸荠加工机械

　　荸荠加工机械主要包括荸荠去皮机、切片机和清洗机等。①传统的荸荠手工去皮劳动强度大、效率低且容易伤手。 袁祖六设计了一种荸荠去皮机，利用上夹指、下夹指将荸荠夹住，代替人的手指，摆动时用去皮刀去皮[62]. 郭元焜[63]

　　发明了一种荸荠削皮机，固定荸荠后，利用弹刀片沿荸荠圆周削皮。 这两种手工荸荠去皮机结构简单实用，适合家庭使用。 曹英明设计的新型荸荠削皮机械， 采用电动机驱动，通过传动、自动异步定位、削蒂、去屑、自动离合器等步骤，削皮后荸荠外表光滑，适用于各种不同大小规格荸荠削皮[64]. 武汉市江夏区夕阳红工艺装备厂研发的荸荠削皮机，采取多组电机，通过公转和自转结合的方式完成荸荠自动削皮[65]. 左志平[66]设计了一种荸荠去皮机，采用注水搅拌加多个去皮球的方式，使荸荠和去皮球之间相互挤压摩擦，去皮球上的金属凸起将荸荠皮刮掉。②在荸荠切片机方面，安徽省屯溪罐头食品厂开发了荸荠自动进料切片机， 能使荸荠竖立自动进料，分断面切片和成型切片，破碎率小，工作效率高，但易产生歪切横切现象，且只能切手工削好皮煮熟后的荸荠[67]. 罗金传发明的荸荠自动进料削皮切片机，解决了上述问题[68]. 另外，黄岩市特种泵厂、黄岩八一通用机械厂等单位都设计和研制了相应的荸 荠切片机[69,70].③在荸荠清洗机方面，安徽理工大学设计了一种荸荠清洗机，主要利用了旋转式清洗原理，具有结构简单、使用控制方便、制造成本低等优点[71]. 湖南精华农产品股份有限公司则研发了一套荸荠自动清洗、分级设备，荸荠通过浸泡池、毛刷清洗机、多个喷淋嘴喷淋，滚落到达两级吹干机的传送带，吹干后的荸荠沿光滑斜面滚落到分拣机中，实现全自动清洗、分级，工作效率高且保证品级[72]. 嘉兴职业技术学院[73]、左志平等[74]都设计、开发了类似的荸荠清洗机。

　　3.8 茭白加工机械

　　安徽安庆市岳西县益诚蔬菜保鲜有限责任公司研制了一种茭白加工切丝刀，其结构简单，在刀柄上增加一排或数排刀片，并且上下排之间刀片交错排列，在较低的转速下加工出来的茭白切丝粗细均匀，同时机械磨损低、寿命长、耗电少，降低了茭白生产加工成本[75].

　　3.9 菱角加工机械

　　李会扬[76]设计了一种半自动的菱角脱壳装置，其工作原理是在机架上平行设置两根转轴，从任一转轴输入动力，通过链条带动送料模具移动，菱角可由人工逐一放置在送料模具上的凹槽中，模具移动使凹槽上方的弹性压条压住菱角两侧，当菱角随送料模具移动到切脐刀下方时，切脐刀动作，在菱角的脐部切一刀，使其脐部破开；随着送料模具的继续移动，破壳刀接触到菱角的上部，并在菱角的上部切一刀，使菱角的上部破开一个口子，经上述两个动作后， 菱角坚韧封闭外壳的包裹结构被破坏；再通过人工剥壳，可快速取出果仁，降低了脱壳难度，提高了生产效率，但是至今市场上还未见菱角脱壳机的成熟产品。

　　3.10 芡实加工机械

　　芡实的机械化生产主要集中在种子脱壳环节，芡实脱壳机按结构形式分为盘式、转子叶片式等，按脱壳方式分为对辊或单辊挤压式、斜槽面挤压式、剪切式等[77]. 苏州水利农业科学研究所开发了一种芡实种子脱壳机，芡实种子由料斗喂入，经双刀辊的切割和揉搓，剥掉芡实种子壳，再经筛网进行壳、仁分离，初步实现了脱壳机械化， 但芡实需冷冻处理后解冻，影响芡实品质，未做大范围推广[78,79]. 江苏省苏州市农机技术推广站研制出 6B-30 型芡实脱壳机科研样机，确定“螺旋刀辊加螺旋凹板”结构形式为最佳剥壳组合刀具[80]. 江苏省苏州创德兴芡实有限公司设计了一种干芡实种子脱壳机，其利用高速旋转的圆柱形主刀辊上具有一定导程螺旋线排列的切削刃，对位于支承辊“V”形槽内的干芡实种子进行切削、撞击、挤压和揉搓，完成干芡实种子脱壳取仁作业[81].锦州世琪机械有限公司发明了盘式芡实脱壳机，其在动盘上表面边缘处设置开壳刀刃，在定盘的下表面设置与动盘开壳刀刃相配合的锥形斜面，锥形斜面及开壳刀刃构成芡实加工的工作面，芡实的内种皮在动盘开壳刀刃和定盘锥形斜面的共同作用下破裂，实现芡实脱壳的目的[82],加工整仁率可达 70%, 内种皮一次开壳率达到 56%.

　　张福明[83]研发了一种新鲜芡实脱壳机，能实现进料、壳米分离、出壳、排渣同步进行，效率可达 25~40 kg/h,脱壳后经过漂洗、人工挑选后，成品率可达 95%~98%,每台机器每天可节省 15~20 个劳动力。 周红卫[84]设计的转子叶片式湿芡实脱壳分离机通过转子高速旋转对芡实的撞击、揉搓作用，进行芡实的脱壳处理，并借由芡实壳仁密度的不同，实现壳仁自动分离，加工效率达 200~300 kg/h, 脱净率 95%以上， 整仁率 95%~98%.锦州俏牌机械有限公司生产出 TFQS400 型干芡实脱壳分选机，由上料斗、提升机、脱壳机组、皮仁分选机组及电控柜组成，集清理分级脱壳、仁壳分离、芡实分选等功能于一体，未脱壳籽粒可自动返回进行二次脱壳，自动化程度较高。 该设备适用于 6~13 mm 籽粒，效率达 200~300 kg/h,整仁率 65%~80%,半仁率10%~15%,已在江苏高邮、安徽亳州等地推广应用。 另外，江苏、安徽等地许多个人和企业也开展了芡实脱壳机的设计或研制工作。

　　4 存在问题及建议

　　近些年，水生蔬菜产业呈加速增长态势，但由于水生蔬菜的研究起步较晚，生产的组织化、规模化程度低，对机械化作业需求不够强烈，政府与种植户不够重视，研发人员和经费投入不足，缺少持续的研发计划与资金扶持，导致水生蔬菜机械装备的研究发展缓慢，而且许多成果还停留在设计方案和试验样机阶段，实用性较差。 为此建议：一是加大对水生蔬菜生产机械研究的投入， 重点开展省力、高效、优质的水生蔬菜机械装备研制，并将生产急需的一些实用机械纳入农机补贴；二是发展水生蔬菜生产机械应以作业高效化、 收益最大化为目的，以轻简化、自动化、通用化、信息化、智能化为特征，应有助于推动传统水生蔬菜产业向现代化农业发展；三是加强政府引导，科学规划产区，农机与农艺联合创新，改变现有的水生蔬菜生产方式，发展规模化种植和利于机械化作业的种植模式，建立水生蔬菜机械化生产体系标准；四是在建立农机服务体系、扶持规模化水生蔬菜生产基地、建设和完善水生蔬菜产业链的成套设施装备等方面加大政策倾斜力度。

　　参考文献

　　[1] 柯 卫东 ,刘义满 ,黄新芳。水 生蔬菜安全生产技术指南 .2版[M].北京：中国农业出版社，2014.

　　[2] 赵长英 ,彭巧慧 ,林英杰。日本芋头生产的全程机械化体系[J].河北农机，2014（12）：63-64.

　　[3] 郭 志 东 . 一 种 转 筒 式 芋 头 穴 播 机 :201410087236.3 [P].2014-06-04.

　　[4] 康立业，姜韶华，吴宇，等。小型根茎类作物播种机的设计[J].安徽农业科学，2014,40（20）：10 717-10 718.

　　[5] 史 春杨，蒋 梦蝶。农 民脚不着地 ,开着 “行车 ”种水芹[N].无锡日报，2014-12-02（2）。

　　[6] 王磊，黄海东，汲文峰，等。藜蒿扦插机扦插装置的设计与扦插轨迹分析[J].湖北农业科学 ,2013,22（52）：5 592-5 595.

　　[7] 何达力，王磊，黄海东，等。藜蒿扦插机分苗取苗机构的设计与运动分析[J].华中农业大学学报，2013,32（4）：116-121.