甘蔗削皮机构的研究现状分析

王成明，罗哲，夏余平，顾晓猛

摘要：本文针对甘蔗削皮机的现状展开分析与研究，通过不同角度的刀片刃口对甘蔗上、中、下三节进行去皮实验，分析甘蔗的切削特性，并就甘蔗切削机构的分类进行了探讨，论述了纵向切削机构与旋转切削机构的组成与特点，为甘蔗削皮机的进一步优化设计提供了参考。

关键词：甘蔗削皮机；切削特性；削皮形式；优化设计

中图分类号：TH122 文献标识码：A

1 引言

2010年中央一号文件指出我国要稳定发展粮食等大宗农产品生产，并首次将糖与油、棉、粮一同视为大宗农产品^[1]。可见国家对糖类农产品的重视程度，正是因为糖类农产品在国民生活中占据重要位置，糖类产业也随着社会发展不断进步。甘蔗是制糖的重要原料，是我国最主要的糖类农产品^[2]。我国面积辽阔，亚热带和热带地区面积占了四分之一，为甘蔗种植提供了很好的地理条件。中国、巴西和印度的甘蔗面积位居于世界前列，在我国主要的产蔗区是广西、云南以及广东^[3]。据数据表明，2017年中国的甘蔗产量已达到10440.4万吨，而广西、云南和广东三省的产蔗量就占到了全国产蔗量的95.7%。

据有关记载，在公元前3世纪中国已经开始用甘蔗制糖，在唐朝就已经有蔗糖出口，从印度传来的炼糖术只是对我们自己练糖方法的改进^[4]。甘蔗作为一种草本植物，除了最早是制糖的原料，还可以作为一种水果新鲜食用。当然两种甘蔗不一样，一种是水果蔗，一种是制糖蔗。甘蔗有一定的药用价值，可以清热下气、止咳消痰、除烦醒酒、助脾健胃等。现代医学研究表明，甘蔗除了富含丰富的糖类和水分外，还含有对人体新陈代谢有益的各种维生素、蛋白质、脂肪、有机酸等物质，有着独特的营养价值^[5]。正因为这些功效和作用，甘蔗成了一种经济作物，有着巨大的经济价值，我国南方地区大面积种植甘蔗、人们通过甘蔗制糖谋生致富。

甘蔗为秸秆类作物，外形大体上是长圆形，但也有着不一样的弯曲程度，外表有一层坚硬的纤维。在我们食用甘蔗，或者榨甘蔗汁的时候，都需要把这个表皮去除。去除表皮可以通过人工实现，但是人工削皮工作强度大，费时间，效率低，且会存在卫生问题^[6]。正因为存在的这些问题，加上现在科学技术的发展和人类日益增长的生活需求，就有了各种各样的甘蔗削皮机的诞生。虽然目前已经研制了很多种类的甘蔗削皮机，但是还是存在着不同的问题。因此，对甘蔗削皮机研究现状展开分析，进而设计出一种符合社会需求的甘蔗削皮机具有十分重要的价值与意义。

2 国内外研究现状

2.1 甘蔗削皮机的研究现状

自十九世纪七八十年代以来，美国便开始对甘蔗削皮机进行研究和生产，HUGER公司将新开发的甘蔗剥皮切断机投入到市场，经过几年运行后，获得了非常大的经济效益。正因为看到了利润所在，德国的DESTO公司也开始研发甘蔗削皮机，并在二十世纪开始投放于北美等市场。当今，各大机械公司都在进行甘蔗削皮机的研发工作，投入了大量的人力、物力，以期增强产品的竞争力。

我国在1953年开始研究和生产甘蔗削皮机。1970年福建的金明公司花费大量资金引进人才，全身心的投入到甘蔗削皮切断机研发工作中去，并在同年12月取得成果。公司研发了多种支持不同直径的甘蔗削皮切断机，产生了重要的社会价值与经济价值。江西省机械工业设计研究院提出建设无菌去皮食用甘蔗生产线，处理过程包括清理、杀菌、去皮、包装等工序，让甘蔗削皮技术得到了较大的发展。据了解，目前市面上已经有很多自动甘蔗削皮切断机，如图1、图2所示，其基本原理是靠电机代替人工，传动系统送料到削皮装置，削皮过后再切断处理。利用弹簧张紧结构，可以支持不同直径的甘蔗削皮，但是还是存在很多问题，如切削效果不够理想、功率较大、市场定位不准确等等，甘蔗削皮机的研发还有待进一步加强。

图1 A型甘蔗削皮切断机

图2 B型甘蔗削皮切断机

2.2 甘蔗切削特性

对甘蔗切削特性的研究是甘蔗削皮机研制的理论基础。以下是用不同角度的刀片刃口对甘蔗上、中、下三节进行去皮的实验结果：甘蔗去皮过程力学分析如图3所示，刀片受力情况如图4所示^[7-8]：

（1）当刀片刃口角度逐渐增大时，削皮过程中刀片受到的阻力也随之变大，也就是所需载荷变大，实验结果表明刀片刃口角度越小，刀片所受的阻力越小，削皮过程所需的载荷越小。

（2）刀片所受载荷是先增大后减小，且不同角度的刀片刃口相差不大，实验结果表明刀片载荷随着甘蔗皮位移的增加呈现增加再减小再增加再减小的趋势。

（3）在对甘蔗下节进行削皮时，刀片所需载荷最大，中节次之，上节所需最小，且变化规律与刀片刃口角度关系不大。

图3 甘蔗去皮过程力学分析

图4 甘蔗去皮过程中载荷变化

2.3 甘蔗削皮机构分类

目前国内外比较常见的削皮机构分为纵向削皮机构和旋转削皮机构，下面分别就这两种削皮机构情况进行简单叙述。

（1）纵向削皮机构

纵向削皮方式是一种仿照人工削皮的削皮方式。十二把刀具围成一个多边形，这个多边形近似于甘蔗截面的形状，十二把刀具根据甘蔗的形状均匀的分布在甘蔗的移动方向上，多把刀具构成了切削刀架，切削刀架来回运动就可以仿照人工削皮，完成甘蔗削皮。切削刀架如图5所示^[9]。

图5 切削刀架

（2）旋转削皮机构

①东北大学姜世杰等人提出一种旋转式甘蔗去皮机^[10]。该甘蔗削皮机的削皮机构为笼式结构，刀具分为上下两部分，中间有一个弹簧，用于调节刀具的伸长长度。针对不同直径的甘蔗，通过高速旋转的方式带动刀具做横向削皮。笼式旋转削皮机构如图6所示。

图6 笼式旋转削皮机构

②塔里木大学李宇杰等人提出一种较小型的削皮机构^[11]。该削皮机构由刀具、弹簧、支撑杆、切削轮、圆弧挡板、滚轮组成。当甘蔗进入到削皮机构时，圆弧挡板会将甘蔗夹紧，刀具在削皮轮的带动下进行旋转削皮，弹簧的张紧也支持不同直径的甘蔗。螺旋削皮机构如图7所示。

图7 螺旋削皮机构

3 总结

甘蔗是我国主要农产品之一，产量巨大且销路广。它不但是制糖的原料，还可以作为水果新鲜食用，深受人们喜爱，但是不管甘蔗如何使用，都需要削去表皮。目前市面上使用的甘蔗削皮机存在效率低、结构复杂、体积大、市场定位不准确等缺点，所以基本上还是依靠人工削皮的方式实现甘蔗的去皮。但随着科技的不断发展，对于甘蔗削皮机构的设计也将不断创新完善，未来甘蔗削皮切断一体机将成为主要研究趋势，即集甘蔗自动削皮、切断、给进于一体，不断优化设计甘蔗削皮及对于满足甘蔗销售市场，提升甘蔗经济价值具有非常重要的意义。

参考文献：

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