引言
蓮子果實是由蓮殼、蓮仁和蓮心組成，主要為橢圓形，經過分級、剝殼及穿心，再經過一系列的加工后形成市場上的蓮仁，在國內外市場上具有廣闊的前景。但是，蓮子在分級、剝殼和穿心的機械化過程中，還未實現蓮子的自動化生產，而是分級、剝殼和穿心 3個獨立或者是兩兩結合的機械加工，且無法進行檢測，還需大量的勞動人員參與。目前，電子檢測在農產品上的應用越來越廣泛: 展慧等根據基于 BP 神經網絡與板栗圖像特征的板栗分級; 程洪等利用機器視覺對多個玉米籽粒胚部特征進行檢測，得出該檢測方法的可行性; 孫彥龍等用機器視覺對馬鈴薯的質量和形狀分選，得出質量分選準確率為 95． 3% ，形狀分選準確率為 96% ，且可滿足實際應用; 周竹等運用機器視覺實現馬鈴薯的自動分級; 張志強等研究機器視覺對淡水魚質量分級; 汪強等用計算機視覺對煙草葉成熟度判定，為煙葉的收割提供依據。為此，為實現蓮子分級、剝殼及穿心技術的一體化，引入電子檢測技術，利用電子檢測技術把蓮子分級、剝殼和穿心三大主要加工系統進行有機地結合，為蓮子加工向自動化、規?；较虬l展提供一定的參考。
1 蓮子分級機
根據國內學者的測量計算，紅蓮子和白蓮子的大小不一，產地不同等，蓮子的尺寸也不一致，但大體上與下面介紹的尺寸相差不大。劉燁進行了蓮子物理機械特性試驗研究，測得紅蓮子平均球度為0． 73，白蓮子平均球度為 0． 84。紅蓮子平均中徑大小值范圍為 9． 62 ～11． 86mm，最大中徑與最小中徑極差是2． 24mm，其中徑大小 92% 分布在 9． 50 ～ 11． 50mm 的范圍之間。白蓮子平均中徑大小范圍 11． 18 ～ 13． 74mm，極差為 2． 56mm，其中徑大小 95% 分布在 11． 50 ～13． 50mm 范圍之間。由此可知，在對蓮子進行剝殼之前必須對蓮子的中徑大小進行分級，否則可能會引起蓮子剝殼率低、破損率高。
1． 1 圓孔滾筒分級
圓孔滾筒分級是一種簡單的機械分級方式，分級篩筒由不同大小直徑的篩板轉成圓柱型滾筒，圓柱型滾筒按一定的傾斜角度安裝。分級時，滾筒在電機的帶動下做旋轉運動。蓮子由滾筒一端進入，在滾筒內轉動。在重力、摩擦力及離心力共同作用下，蓮子由滾筒的進入端向輸出端運動，移動到合適大小的篩孔處時，自行掉落到收集處，收集后，同一級大小蓮子將從同一個出料口排出。圓孔滾筒分級設備簡單，生產成本低; 但分級尺寸精度差，生產效率低，分級過程易出現篩孔堵塞現象。
1． 2 柵欄式滾筒分級
柵欄式滾筒分級與圓孔筒篩分級的方式原理一樣，只是把圓孔筒篩換成柵欄式滾筒。而且柵欄式滾筒分級把傳統圓形篩板結構給取代了，采用的是三級節柵欄結構，柵欄主要由并排的鐵棍焊接而成，焊接沿篩筒軸線平行方向，每節筒體柵欄的間隙沿蓮子運動的方向逐節變大。蓮子通過柵欄的旋轉來進行分級，在分級篩筒的旋轉過程中，由于重力的作用，不同尺寸大小的蓮子能通過柵欄中鐵棍間的間隙落到下面不同的接蓮斗中，從而實現不同尺寸蓮子的分級目的。這種柵欄分級解決了圓孔筒篩蓮子易堵住篩孔的現象，但分級的精度還是不高。
1． 3 蓮子螺桿分級
如圖 1 所示，蓮子螺桿分級主要采用一對分級螺桿軸組對干殼蓮子進行分級。該螺桿軸組主要由螺桿輥和錐輥組成，其中分級螺桿輥上設計有螺紋，錐輥是有一定錐度的光輥，螺桿輥和錐輥安裝在同一個水平面上; 在電機的帶動下，螺桿輥和錐輥按一定的方向轉動，蓮子經過進料斗進入到螺桿輥與錐輥之間的間隙中，并在螺桿輥的螺紋推動下，沿著錐輥間隙變大的方向移動; 當移動到合適蓮子大小的間隙時，在重力作用下，蓮子將落到分級斗內，從而實現蓮子的分級。蓮子分級過程穩定順暢是因為其遵循最小能量法則，蓮子均能按長軸水平取向排列，并位姿保持一致性，并發現蓮子的中徑是影響分級精度的重要因素。華中農業大學杜錚經正交試驗法得到蓮子螺桿分級機分級準確率最優因素水平組合為: 螺桿轉速為 84r/min，螺桿輥在錐輥的左側，且螺桿輥逆時針轉，錐輥順時針轉，螺桿輥的螺紋升角為 4． 915°; 分級產量最優因素水平組合為: 螺桿轉速為 196r/min，螺桿錕在錐輥的右側，且多為逆時針轉動，螺紋升角為14． 413°?！緢D1】
2 蓮子剝殼機
蓮子經分級后，須對蓮子進行剝殼處理。研究人員測定，蓮子殼的厚度范圍為 0． 61 ～ 0． 86mm，且蓮殼只有外表面的 1/3 較堅韌，其余部分則較脆。所以，蓮子剝殼機只需要切開蓮殼堅韌部分，剩下的較脆部分經適度的擠壓就會自然裂開，實現蓮子與蓮殼分離的剝殼技術。
2． 1 多聯輥刀式剝殼
多聯輥刀式剝殼機主要由進料斗、電機及傳動系統、分粒供料螺桿、剝殼頭、集總式調節機構、機架及出料口等部分組成。蓮子經分級后，進入到剝殼機相對應的各個不同級的進料斗內，在送料機構的螺桿和光輥同向轉動作用下，蓮子從機座上的出料孔按序推出; 蓮子一經排出就進入剝殼通道，剝殼通道由雙托輥和螺旋輥刀構成，雙托輥平行安裝且轉向相同，而螺旋輥刀安裝在雙托輥中心的正上方。張永林、易啟偉等設計的多聯滾刀式剝殼機雙托輥的輥面切制螺旋槽并滾花處理，蓮子由雙托輥摩擦帶動邊轉邊前行，并逐漸被輥刀所切割; 螺旋輥刀完成蓮子環切后，又帶動蓮子轉動翻滾并不斷向出料口移動，在雙托輥表面滾花的摩擦下，最終蓮仁和蓮殼從出料口排出。
2． 2 滾切式脫殼
滾切式脫殼整機結構主要由機架、料斗、供料機構、溜槽、大鏈輪、輸送機構、拔輪軸、脫殼機構及傳動系統等組成。蓮子由料斗進入輸送機構，在電機帶動下，通過傳動機構驅動大鏈輪上的搓輥軸轉動，撥桿軸使槽輪的撥桿驅動槽輪帶動輸送機構作間歇運動。
槽輪機構作用是使蓮子在切割和脫殼獨立進行，從而使得蓮子切割和脫殼更充分有效。進蓮口處于供料斗位置時輸送機構即停止，以利于蓮子得進入。在供料機構中，把蓮子帶進切割通道和脫殼通道且蓮子進行位姿調整，在搓輥轉動的帶動下，進入輸送機構的蓮子經摩擦力作用再次進行位姿調整，當輸送機構將蓮子輸送到切割機構位置時輸送機構停歇，蓮子被限定在由輸送輥、搓輥、連接板、套筒組成的切割通道內進行環切; 蓮殼環切后，由輸送機構將蓮子輸送到脫殼通道時再次停歇，脫殼機構與切割機構的結構基本相同，只是刀片的位置換成了脫殼輥。蓮子在脫殼通道中受脫殼輥的擠壓和搓輥的摩擦力作用做滾動，旋轉的蓮子帶動脫殼輥旋轉，搓輥和旋轉脫殼輥對蓮子產生擠壓使環切后的蓮殼和蓮仁分離，完成蓮子脫殼過程。
2． 3 擠壓式脫殼
圖 2 為擠壓式脫殼示意圖。擠壓式脫殼由擠壓桿和脫殼階梯孔套膜組成。擠壓桿擠壓端有 R10 圓弧，用來增加擠壓桿擠壓蓮子時的接觸面積，避免蓮子仁因被擠壓而受損傷，脫殼階梯孔套由柔性高阻尼聚四氟材料制作而成的。其中，大的階梯孔 D1比小的階梯孔 D2大 4mm，且大的階梯孔 D1比未脫殼蓮子的直徑d 大 2． 5 ～ 3mm。工作時，先把經過分級的同級未脫殼的蓮子削去根部厚度 1． 5mm，并切出深度為 0． 5mm、長為 15mm 的“一”或“十”字切痕; 然后將處理好的蓮子置于模套階梯孔中，擠壓桿向下擠壓，使未脫殼的蓮子向下移動，蓮子殼在橡膠階梯臺階的阻擋和孔壁的摩擦下，實現蓮子殼、仁分離?！緢D2】
3 蓮子穿心機構
蓮心是蓮子的胚芽，帶有一種苦味，所以在制造成品蓮仁時，須去除蓮心，而且去心要干凈、徹底，否則會影響食用蓮仁的口感; 而且在去心的同時不能破壞蓮仁本體，保證蓮仁的完整性。
3． 1 鋼針穿心
鋼針穿心機構是一種高效蓮子穿心脫殼機的穿心部件，整個鋼針穿心機構是由穿心鋼針、穿心驅動槽輪、回位彈簧、扶正支架、載料槽和載料輪組成，如圖 3所示。穿心鋼針與載料輪同步安裝，以保證穿心準確。該穿心機構工作時，經過分級的同級蓮子經由送料斗送進載料槽，載料槽內分布著對應級別大小的穿心鋼針，穿心鋼針在穿心驅動槽輪的推動下開始對蓮子穿心; 穿心過程中穿心脫殼機的搓動帶帶動蓮子旋轉，而且穿心驅動槽輪設計要合理，使其能帶動穿心鋼針以較大的沖擊速度戳穿蓮子，并迅速退出蓮子，完成蓮子去心。該穿心機構去心徹底，但是需對蓮子進行分級處理?！緢D3】
3． 2 自動對心穿心
自動對心穿心機的設計與使用可以大大提高蓮子加工過程中穿心的生產效率，降低工人勞動強度。武漢工業學院莊文星等成功設計出具有自動對心功能的蓮子穿心機。具有自動對心功能的蓮子穿心機設計采用平行四邊形機構結合調心壓蓮機構實現蓮子壓緊的同時，使得穿心鉆中心與蓮心隨動而實現自動對中，從而達到蓮子去心目的。該設備主要由傳動系統、進料裝置、調心壓蓮機構及自動對心機構等組成。
該去心機構實現了蓮子自動對心，免去蓮子分級工序，提高效率，而且去心鉆頭高速旋轉，保證去心干凈、徹底。生產試驗表明，該自動對心功能的蓮子穿心機綜合性能優良、可靠性高、調節使用方便，能滿足蓮子加工過程中機械穿心的生產要求，已在湖北仙桃、洪湖等地的蓮子加工企業推廣應用。
3． 3 蓮子分級剝殼穿心一體機工藝流程設計
蓮子分級剝殼穿心一體機就是將蓮子分級系統、蓮子剝殼系統及蓮子穿心系統三大主要系統部件進行有機的組合，從而實現蓮子從分級到蓮仁的自動化加工的過程，保證蓮子在較短的時間內，加工成蓮仁，并降低蓮仁氧化時間，避免蓮仁色澤變差、營養流失及質量下降等。因此，在理論上設計一種基于電子檢測技術，把蓮子分級、剝殼和穿心 3 個主要系統有機結合起來，實現蓮子分級、剝殼及穿心全自動一體化高效生產蓮仁的工藝流程，如圖 4 所示?！緢D4】
圖 4 為一種基于電子檢測技術而設計的蓮子分級剝殼穿心一體工藝理論流程: 采摘的蓮子經過清洗去除表面雜質，送入分級機，把蓮子的大小進行等級分類; 分類后的蓮子在相應的等級類別電子尺寸檢測下，不符合相應等級的蓮子會被再次送入分級機，而破損的蓮子送入破損蓮子收集器內，合格的蓮子被送入相對應等級的剝殼機，進行剝殼; 剝殼后的蓮子在電子蓮仁檢測裝置的檢測下，未剝殼或者是剝殼不全的蓮子，將再次送入剝殼機進行剝殼，而破損的蓮子直接送入破損蓮子收集器內，去殼合格的蓮子會被送入下一級穿心機內進行蓮子穿心處理; 穿心后的蓮子經電子蓮心檢測，將未穿心和穿心不全的蓮子剔出，再次送入穿心機，破損的蓮子直接送入破損蓮子收集器，而最后得到的合格去心蓮仁被放入收料箱內，等待進一步處理。整個蓮子分級剝殼穿心過程全自動化，效率高，大大降低人的勞動強度，提高蓮仁質量。
4 結論
伴隨著科技發展，電子檢測技術不斷深入各行各業，利用電子檢測技術，對蓮子的尺寸、蓮殼及蓮仁進行檢測，把蓮子分級、剝殼和穿心系統有機的結合在一起，使得蓮子加工自動化，提高加工效率，降低工人的勞動強度，提高蓮仁的質量，從而實現蓮子加工向自動化、規?；较虬l展。
參考文獻:
［1］ 謝麗娟，宗力，李小昱． 蓮子機械特性的測試研究［J］． 農業工程學報，2005，21\\( 7\\) : 11－14．
［2］ 展慧，李小昱，王為，等． 基于機器視覺的板栗分級檢測方法［J］． 農業工程學報，2010，26\\( 4\\) : 327－331．
［3］ 程洪，史智興，尹輝娟，等． 基于機器視覺的多個玉米籽粒胚部特征檢測［J］． 農業工程學報，2013，29\\( 19\\) : 145－151．
［4］ 孫彥龍，高曉陽，李紅玲，等． 基于機器視覺的馬鈴薯質量和形狀分選方法［J］． 農業工程學報，2012，28\\( 17\\) :143－148．
