基于电子检测技术实现莲子分级、剥壳和穿心一体化

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基于电子检测技术实现莲子分级、剥壳和穿心

一体化

引言

莲子果实是由莲壳、莲仁和莲心组成，主要为椭圆形，经过分级、剥壳及穿心，再经过一系列

的加工后形成市场上的莲仁，在国内外市场上具有广阔的前景。但是，莲子在分级、剥壳和穿

心的机械化过程中，还未实现莲子的自动化生产，而是分级、剥壳和穿心 3个独立或者是两两

结合的机械加工，且无法进行检测，还需大量的劳动人员参与。目前，电子检测在农产品上的

应用越来越广泛: 展慧等根据基于 BP 神经网络与板栗图像特征的板栗分级; 程洪等利用机器视

觉对多个玉米籽粒胚部特征进行检测，得出该检测方法的可行性; 孙彦龙等用机器视觉对马铃

薯的质量和形状分选，得出质量分选准确率为 95 ．3% ，形状分选准确率为 96% ，且可满足

实际应用; 周竹等运用机器视觉实现马铃薯的自动分级; 张志强等研究机器视觉对淡水鱼质量分

级; 汪强等用计算机视觉对烟草叶成熟度判定，为烟叶的收割提供依据。为此，为实现莲子分

级、剥壳及穿心技术的一体化，引入电子检测技术，利用电子检测技术把莲子分级、剥壳和穿

心三大主要加工系统进行有机地结合，为莲子加工向自动化、规模化方向发展提供一定的参

考。

1 莲子分级机

根据国内学者的测量计算，红莲子和白莲子的大小不一，产地不同等，莲子的尺寸也不一致，

但大体上与下面介绍的尺寸相差不大。刘烨进行了莲子物理机械特性试验研究，测得红莲子平

均球度为 0 ．73 ，白莲子平均球度为 0 ．84 。红莲子平均中径大小值范围为 9 ．62 ～11 ．

86mm，最大中径与最小中径极差是 2 ．24mm ，其中径大小 92% 分布在 9 ．50 ～11 ．50mm

的范围之间。白莲子平均中径大小范围 11 ．18 ～13 ．74mm ，极差为 2 ．56mm，其中径大

小95% 分布在 11 ．50 ～13 ．50mm 范围之间。由此可知，在对莲子进行剥壳之前必须对莲子

的中径大小进行分级，否则可能会引起莲子剥壳率低、破损率高。

1 ．1 圆孔滚筒分级

圆孔滚筒分级是一种简单的机械分级方式，分级筛筒由不同大小直径的筛板转成圆柱型滚筒，

圆柱型滚筒按一定的倾斜角度安装。分级时，滚筒在电机的带动下做旋转运动。莲子由滚筒一

端进入，在滚筒内转动。在重力、摩擦力及离心力共同作用下，莲子由滚筒的进入端向输出端

运动，移动到合适大小的筛孔处时，自行掉落到收集处，收集后，同一级大小莲子将从同一个

出料口排出。圆孔滚筒分级设备简单，生产成本低; 但分级尺寸精度差，生产效率低，分级过

程易出现筛孔堵塞现象。

1 ．2 栅栏式滚筒分级

栅栏式滚筒分级与圆孔筒筛分级的方式原理一样，只是把圆孔筒筛换成栅栏式滚筒。而且栅栏

式滚筒分级把传统圆形筛板结构给取代了，采用的是三级节栅栏结构，栅栏主要由并排的铁棍

焊接而成，焊接沿筛筒轴线平行方向，每节筒体栅栏的间隙沿莲子运动的方向逐节变大。莲子

通过栅栏的旋转来进行分级，在分级筛筒的旋转过程中，由于重力的作用，不同尺寸大小的莲

子能通过栅栏中铁棍间的间隙落到下面不同的接莲斗中，从而实现不同尺寸莲子的分级目的。

这种栅栏分级解决了圆孔筒筛莲子易堵住筛孔的现象，但分级的精度还是不高。

1 ．3 莲子螺杆分级

如图1 所示，莲子螺杆分级主要采用一对分级螺杆轴组对干壳莲子进行分级。该螺杆轴组主要

由螺杆辊和锥辊组成，其中分级螺杆辊上设计有螺纹，锥辊是有一定锥度的光辊，螺杆辊和锥

辊安装在同一个水平面上; 在电机的带动下，螺杆辊和锥辊按一定的方向转动，莲子经过进料

斗进入到螺杆辊与锥辊之间的间隙中，并在螺杆辊的螺纹推动下，沿着锥辊间隙变大的方向移

动; 当移动到合适莲子大小的间隙时，在重力作用下，莲子将落到分级斗内，从而实现莲子的

分级。莲子分级过程稳定顺畅是因为其遵循最小能量法则，莲子均能按长轴水平取向排列，并

位姿保持一致性，并发现莲子的中径是影响分级精度的重要因素。华中农业大学杜铮经正交试

验法得到莲子螺杆分级机分级准确率最优因素水平组合为: 螺杆转速为84r/min，螺杆辊在锥辊

的左侧，且螺杆辊逆时针转，锥辊顺时针转，螺杆辊的螺纹升角为 4 ．915°; 分级产量最优因

素水平组合为: 螺杆转速为196r/min，螺杆锟在锥辊的右侧，且多为逆时针转动，螺纹升角为

14 ．413°。【图1】

2 莲子剥壳机

莲子经分级后，须对莲子进行剥壳处理。研究人员测定，莲子壳的厚度范围为 0 ．61 ～0 ．

86mm ，且莲壳只有外表面的 1/3 较坚韧，其余部分则较脆。所以，莲子剥壳机只需要切开莲

壳坚韧部分，剩下的较脆部分经适度的挤压就会自然裂开，实现莲子与莲壳分离的剥壳技术。

2 ．1 多联辊刀式剥壳

多联辊刀式剥壳机主要由进料斗、电机及传动系统、分粒供料螺杆、剥壳头、集总式调节机

构、机架及出料口等部分组成。莲子经分级后，进入到剥壳机相对应的各个不同级的进料斗

内，在送料机构的螺杆和光辊同向转动作用下，莲子从机座上的出料孔按序推出; 莲子一经排

出就进入剥壳通道，剥壳通道由双托辊和螺旋辊刀构成，双托辊平行安装且转向相同，而螺旋

辊刀安装在双托辊中心的正上方。张永林、易启伟等设计的多联滚刀式剥壳机双托辊的辊面切

制螺旋槽并滚花处理，莲子由双托辊摩擦带动边转边前行，并逐渐被辊刀所切割; 螺旋辊刀完

成莲子环切后，又带动莲子转动翻滚并不断向出料口移动，在双托辊表面滚花的摩擦下，最终

莲仁和莲壳从出料口排出。

2 ．2 滚切式脱壳

滚切式脱壳整机结构主要由机架、料斗、供料机构、溜槽、大链轮、输送机构、拔轮轴、脱壳

机构及传动系统等组成。莲子由料斗进入输送机构，在电机带动下，通过传动机构驱动大链轮

上的搓辊轴转动，拨杆轴使槽轮的拨杆驱动槽轮带动输送机构作间歇运动。

槽轮机构作用是使莲子在切割和脱壳独立进行，从而使得莲子切割和脱壳更充分有效。进莲口

处于供料斗位置时输送机构即停止，以利于莲子得进入。在供料机构中，把莲子带进切割通道

和脱壳通道且莲子进行位姿调整，在搓辊转动的带动下，进入输送机构的莲子经摩擦力作用再

次进行位姿调整，当输送机构将莲子输送到切割机构位置时输送机构停歇，莲子被限定在由输

送辊、搓辊、连接板、套筒组成的切割通道内进行环切; 莲壳环切后，由输送机构将莲子输送

到脱壳通道时再次停歇，脱壳机构与切割机构的结构基本相同，只是刀片的位置换成了脱壳

辊。莲子在脱壳通道中受脱壳辊的挤压和搓辊的摩擦力作用做滚动，旋转的莲子带动脱壳辊旋

转，搓辊和旋转脱壳辊对莲子产生挤压使环切后的莲壳和莲仁分离，完成莲子脱壳过程。

2 ．3 挤压式脱壳

图2 为挤压式脱壳示意图。挤压式脱壳由挤压杆和脱壳阶梯孔套膜组成。挤压杆挤压端有R10

圆弧，用来增加挤压杆挤压莲子时的接触面积，避免莲子仁因被挤压而受损伤，脱壳阶梯孔套

由柔性高阻尼聚四氟材料制作而成的。其中，大的阶梯孔D1 比小的阶梯孔D2 大4mm，且大

的阶梯孔D1 比未脱壳莲子的直径 d 大2 ．5 ～3mm。工作时，先把经过分级的同级未脱壳的

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摘要：

基于电子检测技术实现莲子分级、剥壳和穿心一体化引言莲子果实是由莲壳、莲仁和莲心组成，主要为椭圆形，经过分级、剥壳及穿心，再经过一系列的加工后形成市场上的莲仁，在国内外市场上具有广阔的前景。但是，莲子在分级、剥壳和穿心的机械化过程中，还未实现莲子的自动化生产，而是分级、剥壳和穿心3个独立或者是两两结合的机械加工，且无法进行检测，还需大量的劳动人员参与。目前，电子检测在农产上的应用越来越广泛:展慧等根据基于BP神经网络与板栗图像特征的板栗分级;程洪等利用机器视觉对多个玉米籽粒胚部特征进行检测，得出该检测方法的可行性;孙彦龙等用机器视觉对马铃薯的质量和形状分选，得出质量分选准确率为95．3%，形状分...

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