Conception et expérimentation d'une machine à éplucher combinée pour châtaigne d'eau - Groupe Cie., Ltd de couleurs d'arc-en-ciel de Kunming

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2393 (2023) Citer cet article

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La châtaigne d'eau est un légume aquatique caractéristique en Chine, et sa demande pour éplucher les fruits frais augmente rapidement. Visant les problèmes existants de forte intensité de travail et de faible efficacité de l'épluchage manuel, une machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée a été conçue, qui utilisait un couteau rotatif pour enlever les bourgeons et les racines, et des courroies à friction différentielle pour enlever la peau latérale. Les performances de la machine à éplucher ont été testées avec de la châtaigne d'eau de Xiaogan, Hubei Provence. Dans les conditions d'une masse d'alimentation de 200 g et d'une vitesse de rotation de 10 tr/min, le test à facteur unique a été effectué avec la vitesse de coupe comme facteur d'influence et la vitesse de coupe des bourgeons et des racines comme indice d'évaluation. Les résultats ont montré que le taux de coupe des fruits frais du bourgeon et de la racine de la châtaigne d'eau était respectivement de 79,04 % et 83,77 % lorsque la vitesse de coupe du couteau rotatif était de 1,2 m/s. Dans les courroies à friction différentielle, les vitesses linéaires élevées et faibles ont été prises comme facteurs d'influence, et le taux d'élimination du pelage latéral a été utilisé comme indice d'évaluation. Le taux d'élimination du pelage latéral était de 84,93 % à la vitesse linéaire à grande vitesse de 2,1 m/s et à la vitesse linéaire à basse vitesse de 1,58 m/s. Les performances de l'ensemble de la machine ont été évaluées et les résultats ont montré que la perte de travail de la machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée était de 43,03 % et le taux d'épluchage complet était de 77,43 %, ce qui a atteint les exigences de conception. Cette étude peut fournir une référence pour la recherche et le développement de dispositif d'épluchage de châtaigne d'eau.

La châtaigne d'eau, également connue sous le nom d'Eleocharis, est l'un des légumes aquatiques importants en Chine. Il est largement planté dans le Hubei, le Guangxi, le Zhejiang, le Hunan et d'autres endroits, avec une superficie totale de 50 000 hm2, et la production annuelle de fruits frais de châtaigne d'eau est de 600 000 à 800 000 tonnes1,2. À l'heure actuelle, centrée sur la mise en œuvre de la stratégie nationale de revitalisation rurale et les besoins de développement économique du comté "un comté, un produit", la plantation de châtaignes d'eau dans le Guangxi, le Hubei et d'autres endroits se développe rapidement3,4,5. La châtaigne d'eau douce après épluchage peut être utilisée pour la transformation de fruits confits et de fruits en conserve, ce qui peut atteindre une valeur économique plus élevée6,7. Cependant, l'épluchage des châtaignes d'eau est encore principalement opéré manuellement, avec une forte intensité de main-d'œuvre, une faible efficacité et un coût de production élevé, ce qui est difficile à répondre aux exigences du développement industriel. La technologie d'épluchage est devenue l'un des goulots d'étranglement dans le développement de l'industrie de la châtaigne d'eau.

Des chercheurs nationaux et étrangers ont étudié les technologies courantes d'épluchage des fruits et légumes8,9,10,11, notamment l'épluchage chimique, l'épluchage à la vapeur, l'épluchage mécanique, etc.12,13,14,15. L'épluchage à la vapeur fera cuire la châtaigne d'eau et perdra sa saveur fraîche16,17, donc cette méthode n'est pas faisable. Le pelage chimique est imbibé de lessive, qui est fortement polluée par les déchets liquides et sujette aux résidus de lessive et a un impact sur la sécurité alimentaire18,19,20. L'épluchage mécanique est la méthode d'épluchage la plus ancienne et la plus ancienne pour les fruits et légumes, et c'est aussi une méthode plus efficace et plus respectueuse de l'environnement21,22,23. L'épluchage chimique et l'épluchage à la vapeur peuvent entrer un grand nombre de fruits cibles à la fois, ce qui permet d'atteindre une efficacité de travail élevée. Cependant, à l'heure actuelle, le problème du mûrissement de la pâte ou des résidus liquides nocifs ne peut être résolu. L'épluchage mécanique ne causera pas de risques potentiels pour la sécurité et la santé des fruits et répond aux exigences alimentaires. Par conséquent, l'industrie de l'épluchage se concentre généralement sur les machines, comme Cao Chengmao, qui a conçu une machine à éplucher les pousses de bambou à coupe au couteau et à roulement par friction, l'épluchage mécanisé des pousses de bambou24 ; Zeng Rong a conçu une décortiqueuse intégrée multicanaux pour les graines de lotus fraîches. La roue à rainures de profilage multicanaux a été utilisée pour réaliser la décharge unique des graines de lotus fraîches, la coupe circulaire des couteaux internes et externes et la séparation des coques et des noyaux roulants, afin de réaliser le décorticage des graines de lotus fraîches25 ; Yu Guohong a conçu un éplucheur de patates douces à profil adaptatif flexible basé sur les caractéristiques physiques des patates douces pour obtenir de meilleures performances d'épluchage des patates douces26. Xu Xieqing a conçu une machine à éplucher les graines de lotus fraîches basée sur la méthode d'épluchage au jet d'eau pour réduire le travail manuel et améliorer l'efficacité de l'épluchage27.

Les dispositifs d'épluchage ci-dessus ont réalisé la fonction d'épluchage des matériaux agricoles dans leurs domaines respectifs, mais ne peuvent pas être appliqués aux châtaignes d'eau. Sur la base du statu quo, la technologie d'épluchage mécanique des châtaignes d'eau a été étudiée dans cet article, nous avons conçu une sorte de machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée, utilisant le couteau rotatif pour enlever les bourgeons et les racines, des courroies à friction différentielle pour enlever la peau latérale. Grâce à l'analyse théorique de la voie technique principale telle que le masquage, le positionnement et la transmission. La structure et la gamme de paramètres des composants clés ont été déterminées, et le test de performance a été effectué, pour fournir une référence pour la recherche et le développement de la machine à éplucher les châtaignes d'eau.

La forme générale de la châtaigne d'eau ressemble à celle d'une lanterne, mais sa forme est irrégulière. Il y a un bourgeon sur la partie supérieure, faisant saillie vers le haut et vers l'extérieur, et une racine sur le bas, avec le bourgeon et la racine enfoncés dans la chair (Fig. 1). Compte tenu de la forme de la châtaigne d'eau, a proposé le schéma technique suivant : l'ensemble du processus d'épluchage des fruits peut être divisé en élimination du bourgeon et de la racine, et friction pour éliminer la peau latérale deux phases en combinaison, pour utiliser un axe central de couteau rotatif perpendiculaire à la châtaigne d'eau, en même temps près du bourgeon et de la racine, a obtenu l'élimination du bourgeon et de la racine, puis pour enlever la peau latérale par friction, afin de maximiser la pulpe de la châtaigne d'eau. Lorsque le bourgeon et la racine ont été retirés, l'épaisseur maximale de la pulpe a été conservée en fonction de la taille h indiquée sur la Fig. 1. Lors du frottement de la peau latérale, conservez la pulpe de diamètre maximal en fonction de la taille φ comme indiqué sur la Fig. 1.

Coupe transversale de la châtaigne d'eau ; h0 est la hauteur totale de la châtaigne d'eau ; h est l'épaisseur maximale de la pulpe après la coupe du bourgeon et de la racine ; Φ0 est le diamètre transversal ; Φ est le diamètre maximal de la chair après élimination de la peau latérale.

La machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée consiste principalement en l'alimentation, le positionnement, la coupe, la transmission, la friction, le déchargement, etc. Pour améliorer l'efficacité de travail, la machine adopte un fonctionnement à double canal en même temps (Fig. 2).

Structure tridimensionnelle de la machine à éplucher les châtaignes d'eau combinées ; (1) mécanisme de masquage ; (2) Mécanisme de positionnement ; (3) mécanisme de coupe ; (4) mécanisme de transmission ; (5) mécanisme de friction ; (6) Mécanisme de décharge.

Lorsque la machine à éplucher fonctionne, la châtaigne d'eau entre dans l'entonnoir d'alimentation par le mécanisme d'alimentation et l'extrémité de décharge de l'entonnoir est une brosse. La châtaigne d'eau peut être centralisée et déplacée dans le trou de positionnement du mécanisme de positionnement; le mécanisme de positionnement est pourvu d'une plaque de support réglable, et la source de vibration est installée sous la plaque de support. Lorsque la châtaigne d'eau est tournée par le mécanisme de positionnement, la vibration de la plaque de support fait monter le bourgeon et la racine vers le bas. Après l'alignement, la châtaigne d'eau se déplace vers le lieu de coupe entraîné par le disque de positionnement, et le couteau rotatif tourne pour retirer le bourgeon et la racine de la châtaigne d'eau en même temps ; Une fois le bourgeon et la racine retirés, la châtaigne d'eau avec une peau latérale semblable à un tambour entre dans le mécanisme de transmission, puis entre dans le canal de transport composé de courroies à friction différentielle et d'une courroie plate de transport sous sa direction. Ensuite, sous l'action du frottement différentiel des courroies de friction des deux côtés, la peau latérale de la châtaigne d'eau est retirée et la châtaigne d'eau pelée est uniformément recyclée au lieu de déchargement. Le processus de travail de l'ensemble de la machine est illustré à la Fig. 3.

Flux de travail de la machine à éplucher les châtaignes d'eau combinées.

Le mécanisme de positionnement de la machine à éplucher est illustré à la Fig. 4. Son processus de fonctionnement est le suivant : la châtaigne d'eau tombe sur la surface supérieure du disque de positionnement avec le trou d'ouverture à travers la trémie d'alimentation, et le disque de positionnement tourne sous l'entraînement du moteur. Sous l'action du frottement sur la surface du disque de positionnement et de la traction auxiliaire de la brosse au fond de la trémie, la châtaigne d'eau tombe à son tour dans le trou de positionnement. Le diamètre du trou de positionnement est conçu pour garantir qu'une seule châtaigne d'eau puisse entrer, de sorte que la brosse enverra la châtaigne d'eau redondante alimentée par la trémie suivante le long de la surface du disque de positionnement et la fera glisser le long de la surface du disque dans le prochain trou de positionnement.

Mécanisme d'obturation (1) Trémie d'obturation ; (2) Brosse ; (3) Disque de positionnement ; (4) couteau rotatif ; (5) Engin de conduite ; (6) plaque de support ; (7) Poutre de support.

De plus, la brosse peut également ajuster la posture de la châtaigne d'eau. Selon les caractéristiques de forme, il n'y a que deux façons de placer la châtaigne d'eau : ① Lorsque le bourgeon est vers le haut et le bas vers le bas, la châtaigne d'eau est relativement stable et ne sera pas affectée par la brosse ; ② Lorsque le bourgeon est tourné vers le bas, la châtaigne d'eau est extrêmement instable. Sous l'effet du pinceau, il se retournera automatiquement pour placer le bourgeon face vers le haut.

Le mécanisme de coupe est illustré à la Fig. 5. Une plaque de support en acier inoxydable a été disposée sur le côté inférieur du disque de positionnement pour maintenir la châtaigne d'eau tombant dans le trou de positionnement. Il y avait un espace δ entre la plaque de support et le disque, qui peut être réglé en ajustant la position d'installation de la plaque de support. Lors du travail, le couteau inférieur tournait près de la surface inférieure du disque de positionnement pour retirer la racine de châtaigne d'eau, tandis que le couteau supérieur tournait près de la surface supérieure du disque de positionnement pour retirer la partie bourgeon de châtaigne d'eau ; On peut voir sur la figure 1 que le bourgeon et la racine de la châtaigne d'eau ont une dépression, et le taux de coupe du bourgeon (racine) peut être contrôlé en ajustant l'écart δ et l'épaisseur du disque h1. Pour tenir compte du taux de coupe des bourgeons (racines) et de l'épaisseur h de la chair plus élevés, cette étude s'est concentrée sur la taille moyenne de la châtaigne d'eau, l'écart a été fixé à 3 mm et l'épaisseur du disque a été fixée à 15 mm.

Mécanisme de coupe (1) Centre de rotation du couteau rotatif ; (2) couteau rotatif ; (3) Disque ; (4) plaque de support ; δ est l'espace entre le disque et la plaque de support ; h1 est l'épaisseur du disque de positionnement.

Après avoir retiré le bourgeon et la racine, la pulpe est entrée dans la procédure suivante; le bourgeon et la racine ont quitté la zone du disque sous l'impact et le frottement du couteau, sont tombés naturellement et ont été recyclés uniformément. Pour compacter la structure et réduire la taille externe de l'ensemble de la machine, le diamètre du disque de positionnement a été fixé à 380 mm, le nombre de trous de positionnement sur le disque était de 8 et la distance entre le centre de chaque trou de positionnement et le centre de l'axe de rotation était de 140 mm.

Après que le bourgeon et la racine aient été coupés par le couteau rotatif, la châtaigne d'eau a continué à se déplacer dans un mouvement circulaire avec le disque de positionnement, et lorsqu'elle s'est déplacée vers l'ouverture de la plaque de support, elle est tombée dans le dispositif d'épluchage par friction par gravité. Pour s'assurer que la châtaigne d'eau puisse tomber en douceur de l'ouverture pour entrer dans l'élément suivant du mécanisme de friction, le processus a été analysé. Le modèle de mouvement du processus est établi comme le montre la Fig. 6.

Analyse du processus de chute de la châtaigne d'eau (1) Disque de positionnement ; (2) plaque de support ; (3) Convoyeur ; La piste de course de la châtaigne d'eau est A → B → C, A indique la position initiale de la châtaigne d'eau, B indique que la châtaigne d'eau vient de tomber dans l'ouverture et C indique que la châtaigne d'eau est en contact avec le convoyeur de châtaigne d'eau ; h2 est l'épaisseur de la plaque de support, h3 est la distance entre la plaque de support et le mécanisme de transport, L1 est la distance de A à B, L2 est la distance de A à C, H1 est la hauteur de A à B pour la châtaigne d'eau, H2 est la hauteur de chute de la châtaigne d'eau de A à C, d1 est le diamètre du trou d'obturation de la châtaigne d'eau, d2 est le mécanisme de transport et l'espacement du trou d'obturation de la plaque de support.

Le processus de chute de la châtaigne d'eau est un mouvement de lancer à plat, et sa vitesse horizontale v est :

La formule de calcul de la taille d1 à l'ouverture de la plaque vibrante est la suivante :

La formule de calcul pour la taille d'installation du mécanisme de transfert de châtaigne d'eau est la suivante :

où v est la vitesse linéaire de la châtaigne d'eau dans le trou de positionnement dans un mouvement circulaire avec le disque de positionnement, m/s ; ω est la vitesse angulaire du disque, rad/s ; n est la vitesse de rotation du disque, r/min ; r est le rayon de rotation du trou de positionnement, m ; t1 est le temps nécessaire à la châtaigne d'eau pour passer de A à B, s ; t2 est le temps nécessaire à la châtaigne d'eau pour passer de A à C.

La plage de conception de la vitesse de rotation du disque était de 10 à 60 tr/min ; L'épaisseur de la plaque de support n'avait aucune influence directe sur le processus de travail, de sorte que l'épaisseur était de 2 mm, ce qui était la plaque en acier inoxydable couramment utilisée ; Pour compacter toute la structure de la machine, la distance entre la plaque de support et le mécanisme de transmission h3 était de 100 mm; Selon les Éqs. (2) et (3), la dimension de l'ouverture d1 ≥ 82 mm, et la distance entre la position d'installation du mécanisme de transmission et l'extrémité gauche de l'ouverture de la plaque de support d2 ≤ 43 mm.

Une fois que la châtaigne d'eau est entrée dans le trou de positionnement, pour la faire tourner régulièrement avec le disque de positionnement dans le trou de positionnement et l'empêcher de sortir du trou pendant la coupe, un bloc de positionnement de profilage est conçu. Le processus de conception structurelle était le suivant.

Établi l'axe x le long du point médian horizontal de la châtaigne d'eau et l'axe y vertical longitudinal établi (Fig. 7), la dimension de la châtaigne d'eau a été mesurée le long du contour de la section longitudinale, mesurant au hasard 20 tailles proches de la châtaigne d'eau moyenne, mesurant la taille du contour, la courbe de contour externe de la châtaigne d'eau a été obtenue par les données de simulation MATLAB, établies en fonction de la pièce de localisation du contour de la courbe de contour, peut faire la châtaigne d'eau et son ajustement interne étroitement.

Raccord de contour extérieur en châtaignier d'eau. a) Établissement du système de coordonnées de la châtaigne d'eau ; (b) Courbe d'ajustement du contour externe de la châtaigne d'eau. Le rectangle rouge est la sélection finale pour établir le bloc de positionnement du profilage.

Les paramètres de contour du bloc de positionnement de profilage ont été tirés d'une partie de la courbe de contour de la châtaigne d'eau, comme indiqué dans le rectangle rouge de la Fig. 7. En raison de sa forme de courbe complexe, le bloc de profilage de positionnement a été fabriqué par impression 3D, et sa surface cylindrique extérieure a été collée et fixée sur la paroi interne du trou de positionnement, comme illustré à la Fig. 8, avec la surface supérieure affleurée avec le disque de positionnement. Lorsque la châtaigne d'eau est entrée dans le trou de positionnement, son côté équipé du bloc de positionnement sous l'action de la force centrifuge, par rapport au trou traversant cylindrique, le bloc de positionnement de profilage conçu a non seulement augmenté la zone de contact de force, mais a également facilité la formation d'une coupe de support stable.

Schéma de principe du dispositif de profilage (1) Plaque de support ; (2) Disque de positionnement ; (3) Châtaigne d'eau; (4) Bloc de profilage.

Après avoir coupé le bourgeon et la racine, la châtaigne d'eau est tombée dans l'orifice d'alimentation en forme de Y au niveau du trou d'obturation de la plaque de support, comme illustré à la Fig. 9, le processus d'élimination de la peau latérale a été poursuivi. Une bande transporteuse est disposée sous l'orifice d'alimentation en forme de Y, et la châtaigne d'eau a été acheminée vers les bandes à friction différentielle par l'action conjointe des plaques de guidage des deux côtés. Pour s'assurer que la châtaigne d'eau était mieux importée du port en forme de Y, la bande transporteuse est conçue dans un état incliné. Après plusieurs tests, l'angle d'inclinaison a été réglé à 10°, et l'effet de la châtaigne d'eau entrant dans le tapis roulant était le meilleur.

Schéma de principe du dispositif de guidage (1) Orifice en forme de Y ; (2) Bande transporteuse ; (3) Courroie de friction I ; (4) Courroie de friction II ; d3 est la distance intérieure de la bande de frottement.

L'espacement de la courroie de friction d3 peut être ajusté par la position d'installation de l'axe de la courroie synchrone, et sa taille était la même que celle Φ illustrée à la Fig. 1, réglez l'espacement de la courroie de friction d3 = 40 mm en fonction de la taille de l'objet à tester. La châtaigne d'eau a été pressée et frottée par deux courroies à friction différentielle et pivote vers l'avant dans le canal pour réaliser un pelage tout autour. Le principe a été illustré à la Fig. 10.

Principe du pelage par friction (1) Courroie de friction I ; (2) Châtaigne d'eau; (3) Courroie de friction II ; VI > VI ; vI est la direction de la vitesse de la courroie de friction I ; vII est la direction de la vitesse de la courroie de friction II ; vIII est le sens de marche réel de la châtaigne d'eau ; ωIII est la direction réelle de la vitesse angulaire de la châtaigne d'eau.

La châtaigne d'eau tournait et avançait sous l'effet de serrage de deux courroies à friction différentielle, et sa vitesse était ωIII, la vitesse d'avancement était vIII ; vI et vII étaient la vitesse linéaire de la courroie à grande vitesse et de la courroie à basse vitesse respectivement, qui étaient contrôlées par la vitesse du moteur et réglables ; Lorsque la différence entre la vitesse linéaire de la courroie de friction différentielle vI et vII était plus grande, la vitesse d'avancement de la châtaigne d'eau vIII était plus grande; pendant le test, la vitesse linéaire de la courroie différentielle a été contrôlée en ajustant la vitesse du moteur, puis la vitesse d'avancement de la châtaigne d'eau a été modifiée pour explorer la vitesse de travail correspondante pour le meilleur effet de pelage.

La courroie de friction a été développée par l'équipe et se composait d'une courroie synchrone, d'une couche d'éponge et de particules de friction (Fig. 11). Courroie synchrone et poulie motrice connectées et jouant un rôle moteur ; en combinaison avec la taille du contour externe de la châtaigne d'eau, l'épaisseur de la couche d'éponge h4 = 4 mm a été définie. En ajoutant la couche d'éponge, elle peut jouer un rôle de tampon et de décompression, réduire efficacement les dommages d'écrasement de la courroie de friction sur la châtaigne d'eau pendant l'épluchage, réduire la perte de pulpe et assurer une qualité d'épluchage élevée. Les particules de friction sont composées de particules de sable de différentes tailles. Afin d'assurer un meilleur effet de pelage, la taille moyenne des particules de friction h5 = 2 mm, qui est définie sur la base de l'expérience réelle, et la forme des particules est polyédrique avec des arêtes et des coins pointus, pour éliminer rapidement la peau latérale de la châtaigne d'eau.

Diagramme schématique de la bande de friction (1) Particules de friction ; (2) Couche spongieuse ; (3) Courroie synchrone ; h4 est l'épaisseur de la couche spongieuse ; h5 est la taille moyenne des grains de sable.

Le matériel d'essai était la variété traditionnelle locale de châtaigne d'eau largement cultivée dans la ville de Xiaogan, province du Hubei. La taille et les spécifications étaient relativement cohérentes après la classification et le dépistage avant le test. La masse moyenne d'un seul fruit était de 29,03 g, le diamètre transversal maximal moyen Φ0 était de 44,99 mm, la hauteur totale moyenne de la pulpe h0 était de 29,66 mm et la teneur moyenne en humidité de la base humide était de 83,32 %. L'équipement de test comprenait un instrument de mesure de la teneur en eau, une balance électronique, un instrument d'étalonnage de la vitesse, un pied à coulisse, un cutter, du papier quadrillé, un marqueur, etc.

Selon le pré-test, une alimentation continue peut être garantie lorsque l'alimentation unique était de 200 g et la vitesse de rotation du disque était de 10 tr/min. Dans ces conditions, la vitesse de rotation du couteau a été prise comme facteur d'influence, la plage de vitesse de rotation du couteau n a été fixée de 100 à 300 tr/min, et la vitesse de coupe du bourgeon et de la racine a été prise comme indice d'évaluation pour réaliser l'expérience à facteur unique sur la vitesse de coupe optimale de la machine à éplucher pour couper la racine et le bourgeon.

Il a été constaté que la châtaigne d'eau serait coupée à plusieurs reprises lors de la coupe à grande vitesse (Fig. 12). La coupe répétée entraîne une réduction de l'épaisseur de la châtaigne d'eau (Fig. 12b) ou une fragmentation de la châtaigne d'eau (Fig. 12c), ce qui augmente les pertes supplémentaires par pelage.

Châtaigne d'eau après coupe répétée (a) Coupe normale; (b) Coupe répétée 1 ; (c) Coupe répétée 2.

L'analyse de la raison était que la vitesse de coupe était grande, le disque de positionnement n'a pas envoyé la châtaigne d'eau après avoir coupé la plage de coupe à temps, ce qui a conduit à une coupe secondaire. Les principaux facteurs d'influence étaient la vitesse du couteau, la vitesse de rotation du disque de positionnement, l'entraxe du trou de positionnement, etc. Dans cette étude, la vitesse de rotation du couteau et du disque a été prise comme facteur d'influence.

La vitesse de coupe v1 est la somme de la vitesse linéaire du disque de positionnement et du couteau :

où ω est la vitesse angulaire du disque, rad/s ; r est le rayon de rotation du trou de positionnement, m ; ω1 est la vitesse angulaire du couteau, rad/s ; r1 est la longueur du couteau, m.

Le taux de coupe du bourgeon de châtaignier d'eau (racine) a été calculé par la formule suivante :

où y1 est le taux de coupe du bourgeon (racine), % ; Sa est la surface de coupe après l'excision du bourgeon (racine), mm2 ; Sr est la surface résiduelle du bourgeon (racine), mm2.

Le résultat du test a été présenté à la Fig. 13. Une analyse de la variance a été effectuée pour le test d'excision des bourgeons et des racines de la châtaigne d'eau, comme indiqué dans le tableau 1. On peut voir que la vitesse de coupe n'a pas d'effet significatif sur la coupe du bourgeon et de la racine de la châtaigne d'eau dans la plage de test, et la différence de vitesse de coupe est faible avec l'augmentation de la vitesse de coupe.

Résultat de la résection des bourgeons et des racines.

Dans la plage de test, selon l'analyse de la valeur moyenne, lorsque la vitesse de coupe était de 1,2 m/s, l'effet d'élimination du bourgeon et de la racine de la châtaigne d'eau était relativement le meilleur.

Puisqu'il n'existe pas à l'heure actuelle de norme d'évaluation de la qualité de l'épluchage des châtaignes d'eau, une méthode d'évaluation a été proposée en fonction de l'état actuel de la recherche. Le taux d'élimination de la peau latérale de la châtaigne d'eau peut être calculé par la formule suivante :

où y2 est le taux d'élimination du pelage latéral, % ; S1 est la zone cuticulaire de la châtaigne d'eau avant d'enlever la peau latérale, mm2 ; S2 est la zone épidermique de la châtaigne d'eau après élimination de la peau latérale, mm2.

Afin d'étudier l'effet des paramètres de travail sur l'élimination de la peau latérale par frottement, une expérience à facteur complet a été réalisée avec la châtaigne d'eau avec le bourgeon et la racine enlevés comme objet et la vitesse de la courroie différentielle comme facteur d'influence. La fonction principale de la courroie synchrone est de guider en douceur la châtaigne d'eau dans le port en forme de Y et de s'assurer que la châtaigne d'eau est toujours entre les deux courroies pendant le pelage par friction, selon le test réel, lors du retrait du pelage latéral, la châtaigne d'eau est principalement affectée par le frottement entre les deux courroies de friction et n'est pas en contact avec la courroie synchrone inférieure, donc la vitesse de celle-ci n'a eu aucun effet, donc ne l'a pas pris comme facteur de test.

Les facteurs et les niveaux de ce test ont été présentés dans le tableau 2. Selon la taille de la structure, la vitesse de rotation de la courroie de friction a été convertie en vitesse linéaire. La courroie I était la courroie à grande vitesse et la courroie II était la courroie à basse vitesse. Les résultats des tests ont été présentés à la Fig. 14.

Taux d'élimination de la peau latérale de la châtaigne d'eau.

L'apparition de la châtaigne d'eau après épluchage est illustrée à la Fig. 15. Les résultats de l'analyse de variance sont présentés dans le tableau 3. La vitesse des deux courroies de friction n'a pas eu d'influence significative sur l'effet d'épluchage (P > 0,05), mais avec l'augmentation de la vitesse de la courroie à grande vitesse, le taux d'élimination de l'épluchage latéral avait une tendance à la baisse, principalement en raison de : la châtaigne d'eau, et une certaine quantité de peau latérale peut être enlevée. Cependant, avec l'augmentation de la vitesse de la courroie à grande vitesse, la distance de glissement relative entre la châtaigne d'eau et les courroies de friction a légèrement diminué, de sorte que le taux d'élimination a diminué. Dans la plage de test, selon l'analyse de la valeur moyenne des données de test, lorsque vI = 2,1 m/s et vII = 1,58 m/s, le taux d'élimination le plus élevé de la peau latérale de la châtaigne d'eau était de 84,93 %.

Châtaigne d'eau après pelage par friction (a). Vue en élévation; (b). Vue de dessus.

La machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée a été illustrée à la Fig. 16. Les paramètres de la machine ont été ajustés en fonction des tests ci-dessus et les performances de l'ensemble de la machine ont été évaluées selon la combinaison de paramètres optimale de chaque projet. L'expérience a été répétée 20 fois, et le taux de perte de pelage et le taux de pelage complet ont été obtenus respectivement.

Machine à éplucher combinée pour châtaigne d'eau.

Le taux de perte de pelage a été calculé par la formule suivante :

où y3 est le taux de perte, % ; m1 est la masse totale de châtaigne d'eau avant épluchage, g ; m2 est la masse de châtaigne d'eau après épluchage, g.

Le taux de pelage complet a été calculé par la formule suivante :

où y4 est le taux de pelage global, % ; y1 est le taux de coupe du bourgeon (racine), % ; y2 est le taux d'élimination du pelage latéral, %.

Pour éviter la variation de masse de la châtaigne d'eau due à la perte d'eau, une balance électronique a été utilisée pour peser la châtaigne d'eau immédiatement après le test. Les résultats ont montré que sous les paramètres optimaux, l'efficacité de travail de la machine dépassait 6 kg/min, ce qui était bien supérieur à celui du pelage manuel ; en ce qui concerne la qualité d'épluchage, le taux de perte d'épluchage de la machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée était de 43,03 % et le taux d'épluchage complet était de 77,43 %. Le taux de pelage de l'ensemble de la machine était différent de celui du test de pelage unique sur les bourgeons, les racines et les côtés. La raison principale était que le processus d'épluchage de l'ensemble de la machine était terminé automatiquement, de sorte qu'il pouvait y avoir une déviation dans le transfert de la châtaigne d'eau dans différents processus, ce qui entraînait un mauvais effet.

Les données ont montré que la peau de la châtaigne d'eau mature représentait une proportion élevée, environ 20 à 25 % de la masse totale du fruit28,29,30. Considérant que la forme irrégulière de la châtaigne d'eau entraînera une perte de surcoupe31,32 lors du pelage mécanique, combinée à l'enquête proprement dite, la perte de masse du pelage manuel est d'environ 40 %. Cette machine à éplucher peut réaliser une perte d'épluchage de 43,03 % et un taux d'épluchage complet de 77,43 % respectivement, atteignant l'objectif de conception du remplacement initial du manuel. Cependant, la surface de la châtaigne d'eau après épluchage est rugueuse et la perception est mauvaise, ce qui doit être amélioré.

Dans cette étude, une machine à éplucher les châtaignes d'eau combinée a été conçue, qui utilisait un couteau rotatif pour enlever les bourgeons et les racines et un groupe de courroies à friction différentielle pour enlever la peau latérale. Le mode de fonctionnement combiné a été adopté pour éliminer tour à tour le bourgeon, la racine et la peau latérale de la châtaigne d'eau. Grâce à l'analyse théorique du processus de positionnement et de transmission de la suppression, la forme structurelle et la plage de paramètres du dispositif ont été déterminées.

Des bancs d'essai ont été réalisés sur la coupe des bourgeons et des racines et le frottement latéral de la peau de la châtaigne d'eau. Les résultats ont montré que lorsque la vitesse de coupe était de 1,2 m/s, le taux de coupe du bourgeon et de la racine de la châtaigne d'eau pouvait atteindre 79,04 % et 83,77 % ; Bande à grande vitesse vI = 2,1 m/s, bande à basse vitesse vII = 1,58 m/s et le taux d'élimination de la peau latérale de la châtaigne d'eau était de 84,93 %. Les performances de l'ensemble de la machine ont été évaluées sous la combinaison de paramètres optimale de chaque lien. Les résultats ont montré que l'efficacité de travail de la machine peut dépasser 6 kg/min, et le taux de perte de pelage de l'ensemble de la machine était de 43,03 %, et le taux de nettoyage complet est de 77,43 %. Les index de travail de l'ensemble de la machine répondent essentiellement à l'objectif de conception de remplacer le travail manuel. Cependant, la châtaigne d'eau pelée a une surface rugueuse et une perte élevée, qui doit être améliorée dans la prochaine étude.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié et toutes les données incluses dans cette étude sont disponibles sur demande en contactant l'auteur correspondant.

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Le financement a été fourni par le projet de subvention spéciale du système national de technologie de l'industrie des légumes caractéristique.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Guozhong Zhang et Liming Chen.

Collège d'ingénierie, Université agricole de Huazhong, Wuhan, 430070, Chine

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

Key Laboratory of Agricultural Equipment in Mid-lower Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan, 430070, Chine

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

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GZ a fourni des idées et des conseils de rédaction ; LC a mené l'expérience et rédigé le premier projet ; ZG a assemblé la machine ; LH et DZ ont fourni un soutien matériel ; LF a fourni des idées de conception ; Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Guozhong Zhang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Zhang, G., Chen, L., Guo, Z. et al. Conception et expérimentation d'une machine à éplucher combinée pour châtaigne d'eau. Sci Rep 13, 2393 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28472-9

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Reçu : 16 mai 2022

Accepté : 18 janvier 2023

Publié: 10 février 2023

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

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