白莲通芯机械发展研究

农业资讯NONGYEZIXUN　农业信息白莲通芯机械发展研究冯 艳 吴鹏辉 涂晓峰（江西省农业机械研究所，江西南昌 330044）摘 要 通芯白莲品质优良，营养丰富、药用价值高，是传统的滋补保健食品。

近年来，随着白莲需求的不断增加，价格节节升高，各地扩大了种植面积来提高总产量。

而由于大量农村劳动力的转移使得白莲加工出现劳动力短缺问题，于是在传统的手工加工方法以外，机械化加工白莲的需求日益提升，这便促进了莲子通芯机械的发展。

基于此，本文介绍近年来莲子通芯常用的几种加工方式及几种典型的莲子通芯设备，归纳莲子通芯存在的问题，并对白莲通芯的机械化发展进行分析。

关键词 莲子；通芯；穿心；机械莲子，是睡莲科植物莲的成熟种子，也叫莲实、莲米、莲肉。

我国大部分地区均有出产，主产湖南、湖北、福建、江苏、浙江和江西等省区。

江西省广昌县种植加工白莲历史悠久，据考至今已有1 300多年，享有“通芯白莲之乡”的美誉。

通芯白莲具有色白、粒大、味甘清香、营养丰富、药用价值高、炖煮易烂和汤清肉绵等特点，高蛋白、低脂肪，具有多种维生素、糖和钙、磷、铁、锌、钼、锰、钛等多种营养元素，氨基酸含量丰富。

此外，通芯白莲还具有广泛的药用价值，富含“莲眯”和“氧化黄心树宁碱”等成分[1]。

众所周知，莲子含有莲芯。

莲芯味苦，一起食用严重影响莲子口感，通常人们在食用前都会将莲芯取出，将莲芯晾干制成莲芯茶，有清心去热、止血涩精的功效，还有去心火的功效，可以治疗口舌生疮，有助于睡眠，且具有显著的强心作用，能扩张外周血管，降低血压[2-3]。

近年来，我国莲子产业发展迅速，种植面积呈增长趋势，产量也基本为增长趋势。

市场调查研究发现，2000年以来市场上对莲子及其副产品如荷叶、莲芯、莲须、荷梗、莲藕等的需求量每年都在增加，价格每年也都在上涨[4]。

为提高莲子产业的劳动生产率，促进莲子加工机械化发展势在必行。

目前，我国已经设计研究出一些莲子加工机械，但是白莲机械化通芯加工技术有待优化。

１　莲子通芯发展现状莲子通芯有手工加工、半机械加工和机械化加工3种方式。

手工通芯需要大量劳动力，工作效率低、操作安全性低、加工成本高。

半机械通芯方式是将莲子放置于沟槽中，用手将莲子推到高速旋转的通芯钻头上以去除莲芯，由于莲子个体差异，存在莲芯去除不彻底、获得的莲芯完整性不好等缺点，而且安全性和效率也不高[5]。

近年来，由于莲子产业化发展的要求，人们加大了对莲子穿心机构的研发力度，经过反复的试验改进，研究出了一些莲子穿心机构。

利用穿心机构来去芯，可以有效提高莲子通芯的生产效率和安全性，缺点是莲子容易破损破碎、莲芯去除不干净、机器损耗率高等。

常用的莲子穿心机构主要有钢针穿心和自动对心穿心2种方法。

钢针穿心机构是莲子穿心脱壳机的穿心部件，对分级处理好的莲子去芯效果非常好；自动对心穿心机采用了自动对中机构，是一种由曲柄滑块机构与平行四边形机构组合而成的自适应定心装置，工作时凸轮、杠杆和连杆机构的组合与联动，结构紧凑、精巧，穿心准确率高，并且高速旋转的钻头使穿心更轻快，效果更好，莲芯去净率也更高，同时免去莲子分级工序，适应性强[6-10]。

２　莲子通芯机械采用机械化通芯可以提高莲子加工的劳动生产率，促进莲子产业的发展。

目前，我国一些科研机构及相关企业已经研发出几款针对于干莲子通芯的莲子通芯机。

早在1987年张超回发明了一种莲子通芯机，能对成熟的或者较软的已脱壳连子进行加工[11]。

该机利用2个相对的喇叭形开口圆柱形冲模对莲子进行位置定正，再利用冲头将莲芯插出，但是存在莲子定位难、莲肉损失较大的缺点。

2001年，刘立耘发明了弹性滚筒式莲子除芯机[12]。

机器工作时，莲子从落料斗掉下后进入弹性滚筒的凹槽中，经设计的凹糟大小每次只能容下一个莲子，经过滚筒的旋转作用把莲子摆正，运动到与滚筒相互配合的另一弹性滚筒时把莲子的长轴方向固定住。

与此同时，通芯机构也配合工作完成去芯，去芯后的莲子随着滚筒继续旋转在重力的作用下自行落入收集斗中。

该机结构简单，制作、安装、使用方便，性能稳定，去芯速度快、效率高，是深受莲农喜爱的莲子除芯机械。

2003年，我国台湾地区的余銘仁、林慶福发明的莲子去芯装置是一种能识别子长短轴方向的装置，莲子进料部分能实现转向，对排序错误的莲子进行转向，转向之后的莲子才会进入下一个通芯环节进行挟持定位并完成去除芯蕊之动作。

此设备具有可以修正莲子摆置方向及通芯准确度高的优点，但是转向部分复杂[13]。

湘潭大学的马秋成致力于莲子加工机械的开发研究，在莲子通芯机械研究方面也卓有建树。

2009年与黄伟川等发明的全自动莲子去芯机不仅可以对较软的肉莲进行去芯加工，而且对干燥莲子也能进行去芯加工，同时具有莲芯钻位准确、莲子破损率小、效率高、动作可靠和操作安全等优点，可完全替代手工劳动，实现莲子生产企业大规模、全自动的莲子加工[14]。

2013年与卢安舸等发明的一种可自适应连子大小的莲子去芯机对于各种大小莲子都可以进行高效、准确的去芯作业，不会出现钻芯钻偏现象，提高了莲子钻芯的质量[15]。

同时，此装置操作安全可靠，多组钻芯机构组合，生产能力DOI:10.19394/ki.issn1674-4179.2019.06.100JIANGXI AGRICULTURE122农业资讯NONGYEZIXUN 农业信息相当于多台机器的组合，大幅提高了生产效率，降低了生产用地面积，适合于莲子加工企业大批量、全自动、高品质的莲子去芯作业。

2016年与李华胜等发明的一种全自动鲜莲子通芯机能实现鲜莲子的自动送料、自动识别，只对通芯区域的鲜莲子进行夹紧，不会对莲子表面造成损伤，省去了加工前期对莲子分级的繁重工作。

对于不同大小的鲜莲子，本设备都可以对其进行高效、准确的通芯作业，不会出现莲芯取芯不完整、莲子被压碎现象，提高了莲子的通芯加工质量，通芯后莲子和莲芯分开落料收集无需再进行莲子和莲芯分选加工[16]。

2012年，武汉工业学院机械工程学院的张永林等发明了一种小型莲子穿心机[17]。

这是一款具有自动对心功能的莲子穿芯机，采用的自动对心机构可以针对横径大小不同级别莲子自动调节通芯钻头的位置，实现莲子自动对中，穿心准确率高；采用高速旋转的钻头穿心，通芯效果好，去净率也更高，并且在很大程度上避免了以往频繁出现钻头断裂的现象。

该机的优点是设计自动对中调节装置，能适应未经分级的莲子通芯加工，适应性强，可靠性高，并且价格低廉，结构紧凑，体积小，主要用于干莲子的批量加工。

由于莲芯的药用保健功能，近年来人们对莲芯的回收利用也更加重视，针对鲜莲子通芯加工机械的研究日益增多。

2012年，浙江大学城市学院的张世民、李登辉等设计了一种小型家用莲子去芯机，是集剥壳去皮通芯于一体的一个简单的工具[18]。

使用时，利用推动按钮推出一端的刀片划在莲子的外表皮上剥下莲子皮，再利用刀片切除去皮后的莲子的褐色部分，最后从莲芯根部利用另一端的插尖把莲芯插出，完成了莲子去皮去芯的工作。

此工具可以提高莲子加工的劳动生产效率，使用方便可靠、操作简单，但依然是人工操作，需要大量劳动力。

2013年，江西农业大学的刘木华、裴圣华等发明的鲜莲子自动定心气动通芯机，主要由传动系统、通芯装置、莲子定位装置、送料装置和机架等组成[19]。

采用气压通芯的原理，通芯刀具采用空心刀具，既可减少对莲肉的压力，减小去芯驱动力，又可降低对莲子的损伤。

而与空心刀具中间连接的压力气体将残留的莲芯吹出，达到通芯的目的。

该机采用独特的进料方式，可以减轻手工劳动强度，提高莲子去芯效率，降低莲子破损率。

但是，由于莲子个体的大小差异，存在定位不准、定位难现象。

2017年，金华市农业机械研究所的陈长卿、朱建锡等针对现有的莲子穿芯设备用于夹持莲子的部件不具备自动正确摆向的功能研发出了一种全自动莲子穿芯机[20]。

该机的进料装置上设有一检测换位装置，包括第一机器视觉系统、换位管、用于驱动换位管环绕其中截面直径线进行180°转动的换位驱动装置、挡片及用于驱动挡片进行移动的开合驱动装置等。

当第一机器视觉系统检测到莲子的头尾朝向错误后会发送信号给换位驱动装置使其驱动换位管进行180°旋转换位，能自动对莲子的朝向进行摆正，使莲子穿芯不需要人工手动预摆向处理，十分方便。

2018年，王方荣设计了一种新鲜莲子自动通芯装置[21]。

该装置的进料桶的中部设置搅动盘，搅动盘与进料桶内壁之间的料腔底部开有均匀分布的出料孔，挡板设在出料孔的上方与进料桶桶壁固接；加工桶的中部设置输料盘，输料盘的侧壁为内凹弧形，加工桶内壁与输料盘侧壁之间形成送料通道，送料通道前端位于进料桶的出料孔正下方，送料通道的上方设置托架，托架上安装有旋转刀及压力吹气管，旋转刀由控制器控制旋转及在托架上下运动，压力吹气管与高压气源相接，出料口设在送料通道的末端，压力吹气管在托架的靠出料口端。

该装置在进料桶的周围设置多个加工桶可同时进行去莲芯，其自动化程度高，能有效降低人们的劳动强度，极大地提高工作效率。

３　莲子通芯设备存在的问题（1）我国莲子种植分布广泛，不同地区莲子品种各不相同，形状、大小各有差异，对莲子通芯设备的要求也不尽相同，在设计上也是因地制宜，因此通芯设备全国推广压力大[22]。

（2）莲子形状特殊，大多为椭圆形，莲芯被两瓣莲仁包裹，一端闭合一端开口，通常从闭合端穿入通芯效果更好。

目前，大部分莲子通芯设备多存在对心困难、易偏心使得莲芯去除不干净及穿心方向不易识别等问题。

（3）莲芯具有清心去热、涩精、止血、止渴等功效，是我国传统的一味中药，极具药用保健价值。

在干莲子通芯机械中，高速旋转的钻头在去芯时会直接钻碎莲芯，得不到完整的莲芯，且莲仁易破碎影响销售，降低了莲子整体价值；在鲜莲子通芯机械中，由于莲肉鲜嫩脆弱，对莲子的夹具设计上要求更为精准、穿心方向识别要求也更高，这些都增加了鲜莲子通芯设备的研发难度。

（4）鲜莲子通芯机械化程度不高，大部分依然是人工通芯或半机械化通芯，劳动强度高，生产效率低，生产安全性也低[23]。

机械化通芯设备多处于实验研究阶段，存在设备结构较复杂、机构较多、故障点多、维修困难等问题，实际推广应用少。

４　结语近年来，我国的莲子通芯机械发展迅速，研发出来的通芯设备形式多样，但都各有长短、各具特色。

目前，随着高新科技的迅猛发展，大家可以将一些新技术运用到莲子通芯技术中，设计出性能更好、适应性更强的莲子通芯机械。

譬如，借助光电传感器等识别装置识别莲子方向，从闭合端进入通芯，提高莲子去芯率及莲芯完整性等。

随着人们生活水平的提高，人们更加注重养生，对莲子的市场需求也逐年提高，莲子产业得到了蓬勃发展。

推进莲子加工机械化发展势在必行，在莲子通芯机械的设计、研究、制造等方面依然大有可为。