Diseño y experimento de una peladora combinada de castaña de agua.

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 2393 (2023) Citar este artículo

972 Accesos

Detalles de métricas

La castaña de agua es una verdura acuática característica de China y su demanda de fruta fresca pelada está aumentando rápidamente. Atendiendo a los problemas existentes de alta intensidad de mano de obra y baja eficiencia del pelado manual, se diseñó una máquina peladora combinada de castañas de agua, que utilizaba una cuchilla giratoria para eliminar las yemas y las raíces, y correas de fricción diferencial para eliminar las pieles laterales. El rendimiento de la máquina peladora se probó con castañas de agua de Xiaogan, Hubei Provence. En condiciones de 200 g de masa de alimentación y velocidad de rotación de 10 r/min, la prueba de factor único se llevó a cabo con la velocidad de corte como factor influyente y la velocidad de corte de yema y raíz como índice de evaluación. Los resultados mostraron que la tasa de corte de fruto fresco de yema y raíz de castaño de agua fue de 79,04% y 83,77% respectivamente cuando la velocidad de corte de la cuchilla giratoria fue de 1,2 m/s. En las correas de fricción diferencial se tomaron como factores influyentes las velocidades lineales altas y bajas y como índice de evaluación se utilizó la tasa de eliminación de peladuras laterales. La tasa de eliminación de la cáscara lateral fue del 84,93 % a la velocidad lineal de alta velocidad de 2,1 m/s y a la velocidad lineal de baja velocidad de 1,58 m/s. Se evaluó el rendimiento de toda la máquina y los resultados mostraron que la pérdida de trabajo de la máquina peladora de castañas de agua combinada fue del 43,03% y la tasa de pelado integral fue del 77,43%, lo que cumplió con los requisitos de diseño. Este estudio puede proporcionar una referencia para la investigación y el desarrollo de dispositivos para pelar castañas de agua.

La castaña de agua, también conocida como Eleocharis, es uno de los vegetales acuáticos importantes en China. Se planta ampliamente en Hubei, Guangxi, Zhejiang, Hunan y otros lugares, con una superficie total de 50.000 hm2, y la producción anual de frutos frescos de castaña de agua es de 600.000 a 800.000 toneladas1,2. En la actualidad, centrándose en la implementación de la estrategia nacional de revitalización rural y las necesidades del desarrollo económico del condado de "un condado, un producto", la plantación de castaña de agua en Guangxi, Hubei y otros lugares se está desarrollando rápidamente3,4,5. La castaña de agua dulce, una vez pelada, se puede utilizar para el procesamiento de frutas confitadas y enlatadas, lo que puede lograr un mayor valor económico6,7. Sin embargo, el pelado de castañas de agua todavía se realiza principalmente de forma manual, con una alta intensidad de mano de obra, baja eficiencia y altos costos de producción, lo que es difícil de cumplir con los requisitos del desarrollo industrial. La tecnología de pelado se ha convertido en uno de los obstáculos en el desarrollo de la industria de la castaña de agua.

Académicos nacionales y extranjeros han estudiado tecnologías comunes de pelado de frutas y verduras8,9,10,11, que incluyen principalmente pelado químico, pelado con vapor, pelado mecánico, etc.12,13,14,15. El pelado al vapor hará que las castañas de agua se cocinen y pierdan su sabor fresco16,17, por lo que este método no es factible. El peeling químico se empapa en lejía, que está altamente contaminada por líquidos residuales y es propensa a generar residuos de lejía y tiene un impacto en la seguridad alimentaria18,19,20. El pelado mecánico es el método de pelado más antiguo y aplicado para frutas y verduras, y también es un método más eficiente y respetuoso con el medio ambiente21,22,23. El pelado químico y el pelado con vapor pueden introducir una gran cantidad de frutas objetivo a la vez, por lo que puede lograr una alta eficiencia en el trabajo. Sin embargo, en la actualidad no se puede solucionar el problema de la maduración de la pulpa o de los residuos líquidos nocivos. El pelado mecánico no causará riesgos potenciales para la seguridad y la salud de las frutas y cumple con los requisitos alimentarios. Por lo tanto, la industria del pelado generalmente se centra en maquinaria, como Cao Chengmao, quien diseñó una máquina peladora de brotes de bambú que corta con cuchillo y alimenta por fricción, pelado mecanizado de brotes de bambú24; Zeng Rong diseñó una máquina descascaradora integrada multicanal para semillas de loto frescas. La rueda de ranura de perfilado multicanal se utilizó para realizar la descarga única de semillas de loto frescas, el corte circular de cortadores internos y externos y la separación de cáscaras y granos rodantes, para realizar el descascarado de semillas de loto frescas25; Yu Guohong diseñó un pelador de batatas de perfil adaptable flexible basado en las características físicas de las batatas para lograr un mejor rendimiento de pelado de batatas26. Xu Xieqing diseñó una máquina peladora de semillas de loto frescas basada en el método de pelado con chorro de agua para reducir el trabajo manual y mejorar la eficiencia del pelado27.

Los dispositivos de pelado anteriores han realizado la función de pelado de materiales agrícolas en sus respectivos campos, pero no se pueden aplicar a castañas de agua. Con base en el status quo, en este artículo se estudió la tecnología de pelado mecánico de castañas de agua, diseñamos una especie de máquina peladora combinada de castañas de agua, utilizando el cuchillo giratorio para eliminar las yemas y las raíces, y correas de fricción diferencial para eliminar la cáscara lateral. A través del análisis teórico de la ruta técnica principal como el supresión, posicionamiento y transmisión. Se determinó la estructura y el rango de parámetros de los componentes clave y se llevó a cabo la prueba de rendimiento para proporcionar una referencia para la investigación y el desarrollo de la máquina peladora de castañas de agua.

La forma general de la castaña de agua es similar a la de una linterna, pero su forma es irregular. Hay una yema en la parte superior, que sobresale hacia arriba y hacia afuera, y una raíz en la parte inferior, con la yema y la raíz hundidas en la pulpa (Fig. 1). Considerando la forma de la castaña de agua, se propuso el siguiente esquema técnico: todo el proceso de pelado de la fruta se puede dividir en la eliminación de la yema y la raíz, y la fricción para quitar la cáscara lateral en dos fases en combinación, para usar una cuchilla giratoria con el eje central perpendicular a La castaña de agua, al mismo tiempo cerca de la yema y la raíz, se eliminó la yema y la raíz, luego se quitó la cáscara lateral mediante fricción, para maximizar la pulpa de la castaña de agua. Cuando se quitaron la yema y la raíz, se retuvo el espesor máximo de pulpa de acuerdo con el tamaño h que se muestra en la Fig. 1. Al frotar la cáscara lateral, se retuvo el diámetro máximo de pulpa de acuerdo con el tamaño φ como se muestra en la Fig. 1.

Sección transversal de castaño de agua; h0 es la altura total de la castaña de agua; h es el espesor máximo de pulpa después de cortar la yema y la raíz; Φ0 es el diámetro transversal; Φ es el diámetro máximo de la pulpa después de retirar la piel lateral.

La máquina peladora combinada de castañas de agua consiste principalmente en alimentación, posicionamiento, corte, transmisión, fricción, descarga, etc. Para mejorar la eficiencia de trabajo, la máquina adopta una operación de doble canal al mismo tiempo (Fig. 2).

Estructura tridimensional de la peladora combinada de castañas de agua; (1) Mecanismo de supresión; (2) Mecanismo de posicionamiento; (3) Mecanismo de corte; (4) Mecanismo de transmisión; (5) Mecanismo de fricción; (6) Mecanismo de descarga.

Cuando la máquina peladora funciona, la castaña de agua ingresa al embudo de alimentación a través del mecanismo de alimentación y el extremo de descarga del embudo es un cepillo. La castaña de agua se puede centralizar y mover hacia el orificio de posicionamiento del mecanismo de posicionamiento; el mecanismo de posicionamiento está provisto de una placa de soporte ajustable y la fuente de vibración está instalada debajo de la placa de soporte. Cuando el mecanismo de posicionamiento gira la castaña de agua, la vibración de la placa de soporte hace que la yema suba y la raíz baje. Después de la alineación, la castaña de agua se mueve al lugar de corte impulsada por el disco de posicionamiento, y la cuchilla giratoria gira para quitar la yema y la raíz de la castaña de agua al mismo tiempo; Después de quitar la yema y la raíz, la castaña de agua con cáscara lateral, similar a un tambor, ingresa al mecanismo de transmisión y luego ingresa al canal de transporte compuesto por correas de fricción diferencial y una correa plana de transporte bajo su guía. Luego, bajo la acción del roce diferencial de las correas de fricción en ambos lados, se retira la cáscara lateral de la castaña de agua y la castaña de agua pelada se recicla uniformemente en el lugar de descarga. El proceso de trabajo de toda la máquina se muestra en la Fig. 3.

Flujo de trabajo de la peladora combinada de castañas de agua.

El mecanismo de posicionamiento de la máquina peladora se muestra en la Fig. 4. Su proceso de trabajo es el siguiente: la castaña de agua cae a la superficie superior del disco de posicionamiento con el orificio de apertura a través de la tolva de alimentación, y el disco de posicionamiento gira bajo el impulso de el motor. Bajo la acción de la fricción sobre la superficie del disco de posicionamiento y la tracción auxiliar del cepillo en el fondo de la tolva, la castaña de agua cae a su vez en el orificio de posicionamiento. El diámetro del orificio de posicionamiento está diseñado para garantizar que solo pueda entrar una castaña de agua, por lo que el cepillo enviará la castaña de agua redundante alimentada por la tolva posterior a lo largo de la superficie del disco de posicionamiento y hará que se deslice a lo largo de la superficie del disco hacia el siguiente orificio de posicionamiento.

Mecanismo de obturación (1) Tolva de obturación; (2) cepillo; (3) Disco de posicionamiento; (4) cuchilla giratoria; (5) Mecanismo motriz; (6) Placa de soporte; (7) Viga de soporte.

Además, el cepillo también puede ajustar la postura de la castaña de agua. Según las características de la forma, solo hay dos formas de colocar la castaña de agua: ① Cuando la yema está hacia arriba y la parte inferior hacia abajo, la castaña de agua es relativamente estable y no se verá afectada por el cepillo; ② Cuando el cogollo está hacia abajo, la castaña de agua es extremadamente inestable. Bajo el efecto del cepillo, éste se girará automáticamente para colocar el cogollo hacia arriba.

El mecanismo de corte se muestra en la Fig. 5. Se dispuso una placa de soporte de acero inoxidable en el lado inferior del disco de posicionamiento para sujetar la castaña de agua que cae en el orificio de posicionamiento. Había un espacio δ entre la placa de soporte y el disco, que se puede ajustar ajustando la posición de instalación de la placa de soporte. Al trabajar, la cuchilla inferior giró cerca de la superficie inferior del disco de posicionamiento para quitar la raíz de la castaña de agua, mientras que la cuchilla superior giró cerca de la superficie superior del disco de posicionamiento para quitar la parte de la yema de la castaña de agua; Se puede ver en la Fig. 1 que tanto la yema como la raíz del castaño de agua tienen depresión, y la velocidad de corte de la yema (raíz) se puede controlar ajustando el espacio δ y el espesor del disco h1. Para tener en cuenta una mayor tasa de corte de yemas (raíces) y un espesor de pulpa h, este estudio se centró en el tamaño promedio de la castaña de agua, el espacio se estableció en 3 mm y el espesor del disco en 15 mm.

Mecanismo de corte (1) Centro de rotación de la cuchilla giratoria; (2) cuchilla giratoria; (3) Disco; (4) Placa de soporte; δ es el espacio entre el disco y la placa de soporte; h1 es el espesor del disco de posicionamiento.

Luego de retirar la yema y la raíz, la pulpa pasó al siguiente procedimiento; La yema y la raíz abandonaron el área del disco bajo el impacto y la fricción del cuchillo, cayeron naturalmente y se reciclaron uniformemente. Para compactar la estructura y reducir el tamaño externo de toda la máquina, el diámetro del disco de posicionamiento se fijó en 380 mm, el número de orificios de posicionamiento en el disco fue 8 y la distancia desde el centro de cada orificio de posicionamiento hasta el centro. del eje de rotación era de 140 mm.

Después de que la cuchilla giratoria cortó la yema y la raíz, la castaña de agua continuó moviéndose en un movimiento circular con el disco de posicionamiento, y cuando se movió hacia la abertura de la placa de soporte, cayó en el dispositivo de pelado por fricción por gravedad. Para garantizar que la castaña de agua pueda caer suavemente desde la abertura hasta entrar en el siguiente elemento del mecanismo de fricción, se analizó el proceso. El modelo de movimiento del proceso se establece como se muestra en la Fig. 6.

Análisis del proceso de caída de la castaña de agua (1) Disco de posicionamiento; (2) Placa de soporte; (3) Transportador; La pista de circulación de castañas de agua es A → B → C, A indica la posición inicial de las castañas de agua, B indica que las castañas de agua acaba de caer por la abertura y C indica que las castañas de agua están en contacto con el transportador de castañas de agua; h2 es el espesor de la placa de soporte, h3 es la distancia entre la placa de soporte y el mecanismo de transporte, L1 es la distancia de A a B, L2 es la distancia de A a C, H1 es la altura de A a B para el castaño de agua, H2 es la altura de caída del castaño de agua de A a C, d1 es el diámetro del orificio ciego del castaño de agua, d2 es el mecanismo de transporte y la separación del orificio ciego de la placa de soporte.

El proceso de caída de la castaña de agua es un movimiento de lanzamiento plano y su velocidad horizontal v es:

La fórmula para calcular el tamaño d1 en la apertura de la placa vibratoria es la siguiente:

La fórmula de cálculo para el tamaño de instalación del mecanismo de transferencia de castañas de agua es la siguiente:

donde v es la velocidad lineal de la castaña de agua en el orificio de posicionamiento en un movimiento circular con el disco de posicionamiento, m/s; ω es la velocidad angular del disco, rad/s; n es la velocidad de rotación del disco, r/min; r es el radio de rotación del orificio de posicionamiento, m; t1 es el tiempo necesario para que la castaña de agua pase de A a B, s; t2 es el tiempo necesario para que la castaña de agua pase de A a C.

El rango de diseño de velocidad de rotación del disco fue de 10 a 60 r/min; El espesor de la placa de soporte no tuvo influencia directa en el proceso de trabajo, por lo que el espesor fue de 2 mm, que era la placa de acero inoxidable comúnmente utilizada; Para compactar toda la estructura de la máquina, la distancia entre la placa de soporte y el mecanismo de transmisión h3 fue de 100 mm; Según las Ecs. (2) y (3), la dimensión de la abertura d1 ≥ 82 mm, y la distancia entre la posición de instalación del mecanismo de transmisión y el extremo izquierdo de la abertura de la placa de soporte d2 ≤ 43 mm.

Después de que la castaña de agua entró en el orificio de posicionamiento, para que gire de manera constante con el disco de posicionamiento en el orificio de posicionamiento y evitar que se salga del orificio durante el corte, se diseña un bloque de posicionamiento de perfilado. El proceso de diseño estructural fue el siguiente.

Establecido el eje x a lo largo del punto medio transversal horizontal de la castaña de agua, y el eje y vertical longitudinal establecido (Fig. 7), la dimensión de la castaña de agua se midió a lo largo del contorno de la sección longitudinal, midiendo al azar 20 tamaños cercanos al promedio de la castaña de agua, midiendo El tamaño del contorno, la curva del contorno exterior de la castaña de agua se obtuvo mediante datos de simulación de MATLAB, establecidos de acuerdo con la pieza de localización del contorno de la curva del contorno, puede hacer que la castaña de agua y su interior encajen estrechamente.

Ajuste de contorno exterior de castaño de agua. a) Establecimiento del sistema de coordenadas de la castaña de agua; (b) Curva de ajuste del contorno externo de castaña de agua. El rectángulo rojo es la selección final para establecer el bloque de posicionamiento del perfilado.

Los parámetros de contorno del bloque de posicionamiento del perfil se tomaron de una parte de la curva de contorno de la castaña de agua, como se muestra en el rectángulo rojo en la Fig. 7. Debido a su compleja forma curva, el bloque del perfil de posicionamiento se fabricó mediante impresión 3D. y su superficie cilíndrica exterior se pegó y fijó en la pared interior del orificio de posicionamiento, como se muestra en la Fig. 8, con la superficie superior al ras con el disco de posicionamiento. Cuando la castaña de agua entró en el orificio de posicionamiento, su lado estaba equipado con el bloque de posicionamiento bajo la acción de la fuerza centrífuga, en comparación con el orificio pasante cilíndrico, el bloque de posicionamiento de perfilado diseñado no solo aumentó el área de contacto de la fuerza, sino que también facilitó la formación de Corte de soporte estable.

Diagrama esquemático del dispositivo de perfilado (1) Placa de soporte; (2) Disco de posicionamiento; (3) castaña de agua; (4) Bloque de perfilado.

Después de cortar la yema y la raíz, la castaña de agua cayó en el puerto de alimentación en forma de Y en el orificio ciego de la placa de soporte, como se muestra en la Fig. 9, y se continuó con el proceso de eliminación de la cáscara lateral. Una cinta transportadora está dispuesta debajo del puerto de alimentación en forma de Y, y la castaña de agua se alimenta a las correas de fricción diferencial mediante la acción conjunta de las placas guía en ambos lados. Para garantizar que la castaña de agua se importe mejor desde el puerto en forma de Y, la cinta transportadora está diseñada en un estado inclinado. Después de varias pruebas, el ángulo de inclinación se estableció en 10° y el efecto de la castaña de agua al entrar en la cinta transportadora fue el mejor.

Diagrama esquemático del dispositivo guía (1) puerto en forma de Y; (2) Cinta transportadora; (3) Correa de fricción I; (4) Correa de fricción II; d3 es la distancia interior de la banda de fricción.

El espacio de la correa de fricción d3 se puede ajustar mediante la posición de instalación del eje de la correa síncrona, y su tamaño era el mismo que el Φ mostrado en la Fig. 1, establezca el espacio de la correa de fricción d3 = 40 mm de acuerdo con el tamaño del objeto de prueba. . La castaña de agua es exprimida y frotada por dos correas de fricción diferenciales y gira hacia adelante en el canal para pelarla por todos lados. El principio se muestra en la Fig. 10.

Principio del pelado por fricción (1) Correa de fricción I; (2) castaña de agua; (3) Correa de fricción II; VI > VI; vI es la dirección de la velocidad de la correa de fricción I; viI es la dirección de la velocidad de la correa de fricción II; VIII es la dirección de marcha real de la castaña de agua; ωIII es la dirección de velocidad angular real de la castaña de agua.

La castaña de agua giraba y avanzaba bajo el efecto de sujeción de dos correas de fricción diferencial, y su velocidad era ωIII, la velocidad de avance era vIII; vI y viI fueron la velocidad lineal de la correa de alta velocidad y la correa de baja velocidad respectivamente, que fueron controladas por la velocidad del motor y ajustables; Cuando la diferencia entre la velocidad lineal de la correa de fricción diferencial vI y viI era mayor, la velocidad de avance de la castaña de agua vIII era mayor; Durante la prueba, la velocidad lineal de la correa diferencial se controló ajustando la velocidad del motor y luego se cambió la velocidad de avance de la castaña de agua para explorar la velocidad de trabajo correspondiente para obtener el mejor efecto de pelado.

La correa de fricción fue desarrollada por el equipo y constaba de una correa síncrona, una capa de esponja y partículas de fricción (Fig. 11). La correa síncrona y la polea del motor están conectadas y desempeñan un papel impulsor; En combinación con el tamaño del contorno exterior de castaño de agua se ajustó el espesor de la capa de esponja h4 = 4 mm. Al agregar la capa de esponja, puede desempeñar un papel de amortiguación y descompresión, reduce efectivamente el daño por aplastamiento de la correa de fricción en las castañas de agua durante el pelado, reduce la pérdida de pulpa y garantiza una alta calidad del pelado. Las partículas de fricción están compuestas de partículas de arena de diferentes tamaños. Para garantizar un mejor efecto de exfoliación, el tamaño promedio de las partículas de fricción h5 = 2 mm, que se establece según el experimento real, y la forma de las partículas es poliédrica con bordes y esquinas afilados, para eliminar rápidamente la exfoliación lateral del agua. castaña.

Diagrama esquemático de la banda de fricción (1) Partículas de fricción; (2) Capa esponjosa; (3) cinturón síncrono; h4 es el espesor de la capa esponjosa; h5 es el tamaño medio de grano de arena.

El material de prueba fue la variedad tradicional local de castaña de agua ampliamente cultivada en la ciudad de Xiaogan, provincia de Hubei. El tamaño y las especificaciones fueron relativamente consistentes después de la clasificación y selección antes de la prueba. La masa promedio de un solo fruto fue 29.03 g, el diámetro transversal máximo promedio Φ0 fue 44.99 mm, la altura promedio de la pulpa total h0 fue 29.66 mm y el contenido de humedad promedio de la base húmeda fue 83.32%. El equipo de prueba incluyó un instrumento para medir el contenido de agua, una balanza electrónica, un instrumento de calibración de velocidad, un calibrador a vernier, un cortador de cajas, papel cuadriculado, rotulador, etc.

Según la prueba previa, se puede garantizar una alimentación continua cuando la alimentación única fue de 200 gy la velocidad de rotación del disco fue de 10 r/min. En estas condiciones, se tomó la velocidad de rotación de la cuchilla como factor de influencia, el rango de velocidad de rotación de la cuchilla n se estableció de 100 a 300 r/min, y la velocidad de corte de yema y raíz se tomó como índice de evaluación para llevar a cabo la evaluación. Experimento de un solo factor sobre la velocidad de corte óptima de la máquina peladora para cortar raíces y yemas.

Se descubrió que las castañas de agua se cortaban repetidamente cuando se cortaban a alta velocidad (Fig. 12). El corte repetido da como resultado una reducción del espesor de la castaña de agua (Fig. 12b) o su fragmentación (Fig. 12c), lo que aumentó las pérdidas adicionales por pelado.

Castaña de agua después de cortes repetidos (a) Corte normal; (b) Corte repetido 1; (c) Corte repetido 2.

El análisis de la razón fue que la velocidad de corte era grande, el disco de posicionamiento no envió la castaña de agua después de cortar fuera del rango de corte a tiempo, lo que provocó un corte secundario. Los principales factores que influyeron fueron la velocidad de la cuchilla, la velocidad de rotación del disco de posicionamiento, la distancia entre centros del orificio de posicionamiento, etc. En este estudio, la velocidad de rotación de la cuchilla y el disco se tomó como factor de influencia.

La velocidad de corte v1 es la suma de la velocidad lineal del disco de posicionamiento y de la cuchilla:

donde ω es la velocidad angular del disco, rad/s; r es el radio de rotación del orificio de posicionamiento, m; ω1 es la velocidad angular de la cuchilla, rad/s; r1 es la longitud del cuchillo, m.

La tasa de corte de la yema (raíz) del castaño de agua se calculó mediante la siguiente fórmula:

donde y1 es la tasa de corte de yema (raíz), %; Sa es el área de sección después de la escisión de la yema (raíz), mm2; Sr es el área de yema residual (raíz), mm2.

El resultado de la prueba se muestra en la Fig. 13. Se realizó un análisis de varianza para la prueba de escisión de yemas y raíces de castaño de agua como se muestra en la Tabla 1. Se puede observar que la velocidad de corte no tiene un efecto significativo en el corte de yemas y raíces de castaña de agua en el rango de prueba, y la diferencia en la velocidad de corte es pequeña con el aumento de la velocidad de corte.

Resultado de la resección de yema y raíz.

Dentro del rango de prueba, según el análisis del valor medio, cuando la velocidad de corte fue de 1,2 m/s, el efecto de eliminación de las yemas y raíces del castaño de agua fue relativamente mejor.

Dado que actualmente no existe un estándar de evaluación de la calidad para el pelado de castañas de agua, se propuso un método de evaluación basado en la situación actual de la investigación. La tasa de eliminación de la cáscara lateral de castaña de agua se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

donde y2 es la tasa de eliminación de la piel lateral, %; S1 es la zona cuticular de la castaña de agua antes de retirar la piel lateral, mm2; S2 es el área epidérmica del castaño de agua después de retirar la cáscara lateral, mm2.

Para investigar el efecto de los parámetros de trabajo en la eliminación de la cáscara lateral por fricción, se llevó a cabo un experimento de factor completo con castaña de agua con yema y raíz eliminadas como objeto y la velocidad de la correa diferencial como factor de influencia. La función principal de la correa síncrona es guiar suavemente la castaña de agua hacia el puerto en forma de Y y garantizar que la castaña de agua esté siempre entre las dos correas durante el pelado por fricción, según la prueba real, al retirar la cáscara lateral, la castaña de agua se ve afectado principalmente por la fricción entre las dos correas de fricción y no está en contacto con la correa síncrona inferior, por lo que la velocidad de la misma no tuvo efecto, por lo que no la tomó como factor de prueba.

Los factores y niveles de esta prueba se muestran en la Tabla 2. Según el tamaño de la estructura, la velocidad de rotación de la correa de fricción se convirtió a velocidad lineal. El cinturón I era el cinturón de alta velocidad y el cinturón II era el cinturón de baja velocidad. Los resultados de la prueba se muestran en la Fig. 14.

Tasa de eliminación de la piel lateral de la castaña de agua.

La apariencia de la castaña de agua después del pelado se muestra en la Fig. 15. Los resultados del análisis de varianza se muestran en la Tabla 3. La velocidad de las dos correas de fricción no tuvo una influencia significativa en el efecto de pelado (P > 0,05), pero con alta La velocidad de la correa de velocidad aumentó, la tasa de eliminación de la cáscara lateral tuvo una tendencia a la baja, principalmente debido a: Cuando se eliminó la cáscara lateral de castaña de agua entre los canales diferenciales de las dos correas de fricción, la distancia de deslizamiento relativa entre la cáscara lateral y las correas de fricción Siempre fue más largo que la circunferencia exterior de la castaña de agua, y se puede quitar una cierta cantidad de cáscara lateral. Sin embargo, con el aumento de la velocidad de la correa de alta velocidad, la distancia de deslizamiento relativa entre la castaña de agua y las correas de fricción disminuyó ligeramente, por lo que la tasa de eliminación disminuyó. En el rango de prueba, según el análisis del valor medio de los datos de la prueba, cuando vI = 2,1 m/s y viI = 1,58 m/s, la tasa de eliminación más alta de la cáscara lateral de castaña de agua fue del 84,93%.

Castaña de agua después del pelado por fricción (a). Vista en alzado; (b). Vista superior.

La máquina peladora de castañas de agua combinada se muestra en la Fig. 16. Los parámetros de la máquina se ajustaron de acuerdo con las pruebas anteriores y el rendimiento de toda la máquina se evaluó bajo la combinación óptima de parámetros de cada proyecto. El experimento se repitió 20 veces y se obtuvieron respectivamente la tasa de pérdida de pelado y la tasa de pelado integral.

Peladora combinada de castaña de agua.

La tasa de pérdida por descamación se calculó mediante la siguiente fórmula:

donde y3 es la tasa de pérdida,%; m1 es la masa total de castaña de agua antes de pelarla, g; m2 es la masa de castaña de agua después de pelarla, g.

La tasa de pelado integral se calculó mediante la siguiente fórmula:

donde y4 es la tasa de pelado integral, %; y1 es la tasa de corte de yema (raíz), %; y2 es la tasa de eliminación de la piel lateral, %.

Para evitar la variación de masa de la castaña de agua debido a la pérdida de agua, se utilizó una balanza electrónica para pesar la castaña de agua inmediatamente después de la prueba. Los resultados mostraron que bajo los parámetros óptimos, la eficiencia de trabajo de la máquina superó los 6 kg/min, mucho mayor que la del pelado manual; En cuanto a la calidad del pelado, la tasa de pérdida de pelado de la máquina peladora combinada de castañas de agua fue del 43,03% y la tasa de pelado integral fue del 77,43%. La velocidad de pelado de toda la máquina fue diferente de la de la prueba de pelado de un solo brote, raíz y lateral. La razón principal fue que el proceso de pelado de toda la máquina se completaba automáticamente, por lo que puede haber desviaciones en la transferencia de castañas de agua en diferentes procesos, lo que resultaba en un efecto deficiente.

Los datos mostraron que la cáscara de la castaña de agua madura representaba una alta proporción, alrededor del 20-25% de la masa total del fruto28,29,30. Teniendo en cuenta que la forma irregular de la castaña de agua provocará una pérdida por corte excesivo31,32 durante el pelado mecánico, combinado con la investigación real, la pérdida de masa del pelado manual es de aproximadamente el 40%. Esta máquina peladora puede lograr una pérdida de pelado del 43,03% y una tasa de pelado integral del 77,43% respectivamente, logrando el objetivo de diseño de reemplazo inicial del manual. Sin embargo, la superficie de la castaña de agua después de pelarla es rugosa y la percepción es mala, lo que debe mejorarse.

En este estudio, se diseñó una máquina peladora combinada de castañas de agua, que utilizaba un cuchillo giratorio para eliminar la yema y la raíz y un grupo de correas de fricción diferencial para eliminar la cáscara lateral. Se adoptó el modo de operación combinado para eliminar la yema, la raíz y la cáscara lateral de la castaña de agua a su vez. Mediante el análisis teórico del proceso de posicionamiento y transmisión del ciego, se determinó la forma estructural y el rango de parámetros del dispositivo.

Se llevaron a cabo pruebas de banco sobre la fricción del esqueje de yemas y raíces y la fricción lateral de la castaña de agua. Los resultados mostraron que cuando la velocidad de corte era de 1,2 m/s, la tasa de corte de yema y raíz de castaña de agua podía alcanzar 79,04% y 83,77%; Cinta de alta velocidad vI = 2,1 m/s, cinta de baja velocidad viI = 1,58 m/s, y la tasa de eliminación de la cáscara lateral de castaña de agua fue del 84,93%. El rendimiento de toda la máquina se evaluó bajo la combinación óptima de parámetros de cada enlace. Los resultados mostraron que la eficiencia de trabajo de la máquina puede exceder los 6 kg/min, y la tasa de pérdida de pelado de toda la máquina fue del 43,03% y la tasa de limpieza integral es del 77,43%. Los índices de trabajo de toda la máquina básicamente cumplen con el objetivo de diseño de reemplazar el trabajo manual. Sin embargo, la castaña de agua pelada tiene una superficie rugosa y una gran pérdida, lo que debe mejorarse en el próximo estudio.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y todos los datos incluidos en este estudio están disponibles previa solicitud contactando al autor correspondiente.

Li, F. y col. Selección de evaluaciones sobre las principales características agronómicas y económicas de los recursos de germoplasma de castaña de agua china. Vegetales chinos. 4, 48–52 (2017).

CAS Google Académico

O, K. y col. Estado actual del desarrollo industrial de la castaña de agua de Guangxi y sus sugerencias de desarrollo. J. Sur. Agrícola. 44(2), 356–359 (2013).

Google Académico

Liu, X. & Meng, X. Progreso de la investigación sobre el desarrollo de recursos y la utilización de la castaña de agua. Res. alimentaria. Desarrollo. 42(3), 212–217 (2021).

CAS Google Académico

M, G. & Duan, Y. Revisión y perspectivas del comercio internacional de castañas de agua: un estudio empírico basado en el paradigma ESCP y datos comerciales de 1988 a 2007. Issues Agric. Economía. 12, 86–92 (2008).

Google Académico

Wu, M., Zong, Y. & Zhao, B. Patrón comercial y perspectivas de la raíz de loto y la castaña de agua en el mundo. Agrícola. Perspectivas 15(3), 66–72 (2019).

Google Académico

Chen, Z., Xia, J. y Zhan, P. Investigación de la característica de compresión de la castaña de agua. J. Anhui Agrícola. Univ. 44(1), 171-176 (2017).

Google Académico

Chen, L. y col. Características de nuevas variedades de castaña de agua y técnicas clave para un cultivo de alto rendimiento y alta eficiencia. J. Changjiang vegetales. 16, 117-119 (2011).

Google Académico

Chen, H. y col. Optimización de los parámetros del proceso del dispositivo pelador de doble rodillo para la máquina peladora de mandarinas satsuma. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 31(4), 293–298 (2015).

Google Académico

Li, C. y col. Diseño y experimento de máquina desnucleadora y decorticadora de litchi. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Mach. 45(8), 93-100 (2014).

Google Académico

Gong, X., Wang, G. & Liu, H. Prueba de mejora y regresión del pelador de melón hami tipo doble cuchillo. J. China Agric. Mec. 42(8), 115-120 (2021).

Google Académico

Xu, M. & Zhang, Y. El estudio del pelador de caña de azúcar basado en el PLC. J. Agrícola. Mec. Res. 11, 115-118 (2014).

Google Académico

Gong, X. y col. Diseño y experimento de peladora automática de doble cuchilla para melón hami. J. Agrícola. Mec. Res. 44(6), 176–181 (2022).

Google Académico

He, X. & Wang, D. Propiedad de tracción de la corteza del tallo de maíz basada en el análisis de la morfología de la fibra. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 31(10), 92–98 (2015).

CAS Google Académico

Chen, W. y col. Estudio experimental y análisis de parámetros en descascaradora de trigo sarraceno. J. China Agric. Univ. 22(7), 107-114 (2017).

Google Académico

Liu, M. y col. Estado de la investigación de tecnologías y dispositivos clave para el procesamiento de subproductos de nueces. J. China Agric. Mec. 42(05), 55–74 (2021).

CAS Google Académico

Chen, H., Liu, Q. & Zeng, S. Tecnológico sobre pelado de kiwis mediante escaldado al vapor. Ciencia de los alimentos. Tecnología. 41 (6), 117-120 (2016).

CAS Google Académico

Sui, W. y col. Investigación sobre el estado de utilización y gestión de clasificación de residuos sólidos en el procesamiento de frutas en China. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 34(S1), 172–180 (2018).

Google Académico

Xiang, J. & Hu, T. Estudio sobre el pelado de castañas de agua y la extracción del pigmento rojo. Ciencia. Tecnología. Food Ind. 28(7), 159-161 (2007).

CAS Google Académico

Wang, F. y col. Efecto de los métodos de pelado sobre las características de secado y las propiedades fisicoquímicas del durazno amarillo preparado mediante deshidratación osmótica y secado combinados. J. Chin. Inst. Ciencia de los alimentos. Tecnología. 21(9), 121–129 (2021).

Google Académico

Wang, L. y col. Efecto de diferentes métodos de pelado sobre la eficiencia y calidad del pelado de tomates. Ciencia de los alimentos. 38(5), 26–31 (2017).

Google Académico

Du, Y. et al. Diseño de dispositivo pelador de mazorcas de maíz basado en ingeniería basada en el conocimiento. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Mach. 51 (S02), 249–260 (2020).

Google Académico

Shi, N. y col. Ensayo de desempeño mecánico de pelado y corte de tallos de algodón en estado de extrusión. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 33(18), 51–58 (2017).

Google Académico

Cao, J. y col. Diseño y prueba de dispositivo pelador de patatas con placa cortadora. Agrícola. Ing. 10(10), 48–54 (2020).

Google Académico

Cao, C. y col. Diseño y experimento de una máquina peladora de brotes de bambú con alimentación por fricción de rodadura basada en el método de corte con cuchillo. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Mach. 53(09), 142-150 (2022).

Google Académico

Zeng, R. y col. Diseño y experimento de un mecanismo de descascarado integrado multicanal para semillas de loto frescas. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Mach. 53(04), 79–88 (2022).

Google Académico

Guo, Z. Diseño y prueba de una máquina peladora de castañas de agua combinada (Universidad Agrícola de Huazhong, 2020).

Google Académico

Xu, X. y col. Diseño y optimización de parámetros de máquina peladora de semillas de loto frescas. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Mach. 52(01), 338–349 (2021).

Google Académico

Xie, L. y col. Estudio sobre las características de acumulación de metales pesados de cadmio, mercurio, cobre y plomo en castaña de agua. Sudoeste de China J. Agric. Ciencia. 31 (8), 1712-1716 (2018).

Google Académico

Feng, B. Estudio sobre las características físicas y el daño de los tubérculos de papa en la etapa de cosecha (Universidad Agrícola de Gansu, 2018).

Google Académico

Liang, F. y col. Diseño y experimento de pelador de castañas de agua. J. Huazhong Agric. Univ. 39(4), 163–168 (2020).

CAS Google Académico

Wang, F. y col. Desarrollo de máquina desbrozadora y cortadora superior de hojas tipo peine para remolacha. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 37(4), 69–79 (2021).

CAS Google Académico

Chen, H. y col. Estudio experimental sobre las propiedades mecánicas y características de separación de la cáscara de cítricos blancos reticulados con sujeción de la cáscara en movimiento. Trans. Mentón. Soc. Agrícola. Ing. 33(14), 25–31 (2017).

CAS Google Académico

Descargar referencias

La financiación fue proporcionada por un proyecto de subvención especial del sistema tecnológico nacional característico de la industria vegetal.

Estos autores contribuyeron igualmente: Guozhong Zhang y Liming Chen.

Facultad de Ingeniería, Universidad Agrícola de Huazhong, Wuhan, 430070, China

Guozhong Zhang, Liming Chen, Zhou Guo, Haopeng Liu, Zhao Dong y Fang Liang

Laboratorio clave de equipos agrícolas en la parte media baja del río Yangtze, Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales, Wuhan, 430070, China

Guozhong Zhang, Liming Chen, Zhou Guo, Haopeng Liu, Zhao Dong y Fang Liang

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

GZ proporcionó ideas y orientación para la redacción; LC realizó un experimento y escribió el primer borrador; ZG montó la máquina; LH y DZ proporcionaron soporte de equipos; LF aportó ideas de diseño; Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Guozhong Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado a los autores originales y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Zhang, G., Chen, L., Guo, Z. et al. Diseño y experimento de una máquina peladora combinada de castaña de agua. Informe científico 13, 2393 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28472-9

Descargar cita

Recibido: 16 de mayo de 2022

Aceptado: 18 de enero de 2023

Publicado: 10 de febrero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28472-9

Cualquier persona con la que comparta el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, actualmente no hay un enlace para compartir disponible para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenidos Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.