ISSN 1557-4571
2010 學術期刊公司
水果蔬菜擦絲和削皮機械的設計與研發
摘要：為節約水果擦絲和削皮的時間，在水果加工時需要水果擦絲器和削皮器。特別是在制作沙拉或裝飾（如果盤裝飾）時，擦絲器顯得尤為重要。在具體裝飾過程中，需要壹種合適的擦絲器。這對於食品（加工）企業以最小的成本運轉公司非常重要。手工削皮浪費時間，可能需要幾個工人來執行這項工作，從而增加公司運營成本。因此，在本研究項目中，設計了壹種同時包含擦絲和削皮功能的機器設備。這種新機器設備適合家用，它形制小、重量輕，方便攜帶和儲存。它的零部件包含夾鉗、擦絲刀、削皮刀片、移動手把以及壹對終端切割刀。通過對經挑選的水果進行機器自動擦絲削皮和手工擦絲削皮的實驗，結果表明該機器能對多種水果和蔬菜進行擦絲，且與手工削皮相比，能節約94%的時間。
關鍵詞：水果擦絲削皮機，擦絲，削皮，水果，蔬菜
前言
水果或者蔬菜的擦絲對於獲得優良的粉碎產品很重要，在當前的市場上，擦絲器多種多樣，形狀大小不壹，每種擦絲器都含有幾種不同的刀片。選擇大小合適的刀片對於機器的具體使用目的是關鍵的。根據Sharon和Christine2000年發表的觀點來看，圓孔越大，工作效果最好。然而，CIA2007年的報告認為，圓孔越小，終端產品越好。機器最好的那面用來擦絲，且應該被運用來擦那些結實而質地堅硬有紋理的食物（原材料）。目前市場上可得到的擦絲器設計是盒子型的擦絲器，它有大小不壹的四個面，每個面形狀也不盡相同。平板型擦絲器對於直接制作鍋燴或沙拉是壹個很好的選擇。表面有數排切割面的平板擦絲器或曲線擦絲器是廣泛熟知的擦絲器型號。壹般說這種工具表面為金屬層，打有很多鋒利的孔，或者裝有切割槽，把食物材料切割成碎片（Better Homes和Gardens, 2003）。市場上用來加工水果和蔬菜的擦絲器通常都是手動型的。
水果削皮即把通常起保護作用的皮與果肉分離開。傳統方法是用鋒利的刀，刀鋒在果肉與皮之間用力，然後分開他們。不同的水果形狀大小有差異，需要不同種類的機器分別來加工這些水果。因此，加工特定的水果需要使用特定的機器，以最大限度地提高加工效率，例如給橘子削皮。削皮機要把殼（會有些果肉）削下來。眾所周知，在削皮的工藝中，用兩塊對應的刀片來確保和循環移動以保證水果切片的平均大小。用來削蘋果、梨等水果的機器設備在很久前就為人熟知，他們是不同形制的。如今市場上可買到的水果削皮機是用來為皮層光滑的水果去皮的，如橘子和西瓜。
根據馬丁的研究（2000），壹些削皮機器內裝置可移動螺絲鉗，它有壹對鉗子，用來夾緊水果或蔬菜，呈杯狀的刀片在水果的輪廓上移動，把皮削掉。阿斯卡裏（2005）說道，盡管大多數水果果皮的厚度都大致相同，但也有些果皮厚度不壹，例如橘子，外果皮的厚度和中果皮的厚度從果蒂處開始到其相對應的極點花蒂處逐漸變化，這種厚度的變化可能達到2-4毫米。
已經有很多設計方案使削皮機械化，主要是運用機床裝置加工水果：水果被置於夾板中間，壹個或多個固定或者轉動的工具在水果表面來面做削皮工作，就像人工削皮壹樣，把皮分離開來。在工業用途中有很多類似的機器發明，適用於柑橘類水果的削皮，如橘子。壹些發明適用於菠蘿、瓜和芒果的削皮。還有壹些發明不僅僅為某種特定的水果削皮，而是還適用於多種水果的削皮。
就中小型號削皮機而言，水果或者蔬菜的兩端被卡在回旋支撐點和基座之間，由電動機牽引來回轉動。支架臂上的旋轉刀片也由這個同壹的發動機牽引。而且，刀片在水果或蔬菜的表面來回運動，使得刀鋒和水果或蔬菜的表面接觸（以便削掉皮）。此種削皮機削皮、粉碎時不能把水果或蔬菜的兩端切掉，使用者需人工用刀將其切除，因而增加了勞動量。更實用的做法就是，裝置壹對水果或蔬菜的末端切割刀片，在削皮完成之後不需要再單獨把削果皮的蔬菜或水果拿下來進行末端切割。此外，這種類型的削皮機並不包含任何特殊結構的擦絲裝置。壹種外來水果火龍果日益流行，這種水果的皮呈鱗紋狀結構，市場上的削皮機不易把它的皮削掉。由於這種水果引起了不少消費者的關註，這種水果的加工和該水果的飲料生產正變得流行起來。因此，需要壹種合適的削皮機來保證完成火龍果的削皮工作。
這項科技研究的目標是研發出壹種適合家庭使用的擦絲削皮機，它體積小，重量輕，便於攜帶和儲存。同時也是為了研發出壹種廉價但用途深遠的機器設備，用於中小型水果或蔬菜的系統加工過程。
材料和方法
這項研發設計始於2008年，2009年完成。
設計方法和原理
該機器設備設計來為水果或蔬菜擦絲和削皮，它形制小，質地輕，方便攜帶和儲存，適合在家用。
設計理念
這項發明是關於水果或蔬菜擦絲削皮機器的，它是壹種多功能的機器，可以擦絲、削皮和切割水果或蔬菜。這三種功能的結合使其不同於市場上其他的擦絲機或者削皮機。不管瓜果的皮層有無鱗紋刺丁，也不管瓜果的形狀是球形還是橢圓形，這種機器都能把它的皮削下來，而且不是用手工工具，節約了時間和精力。
特殊的機器組成部件被設計來為水果或蔬菜，或同時為水果和蔬菜擦絲，可以用它來分別制作粉碎狀或絲狀的水果和蔬菜，如胡蘿蔔絲、木瓜絲，對於沙拉和食物裝飾搭配的制作很有用。除了它有水果和蔬菜擦絲和削皮的功能外，這種機器設備還廉價且有深遠的用途，用於中小型水果或蔬菜的系統加工過程。
擦絲、削皮和切割三種功能的融合有利於減少加工時間，把這幾種加工程序聯合成壹道處理工序，其目的是減少運營成本。
概念選擇過程
表格壹闡釋了聯合三種功能的具體設計方式。
機器裝備研發和操作性研究
在這種機器的研發中，需要建立兩種重要的研究步驟。壹是機器設備的制造裝配，二是裝配好的機器的運營研究。
設備的組裝
該機器設備的正視圖見圖1，其零部件包括三叉器、推桿、擦絲片、削皮刀、手柄和終端切割刀。這些主要零部件的詳細設計說明見表1，整個機器由不銹鋼（SUS316）制作而成。下面簡要地介紹了它的結構：
表壹：組合工序的詳細設計說明
所需工序 零部件 功能作用
擦絲 擦絲機 為瓜果擦絲
削皮 削皮刀 為瓜果削皮
切割 末端切割刀 摩擦削皮後切割瓜果
圖壹：機器正視圖（正面圖 ） 1：推桿 2：三叉器 3：磨皮機 4：削皮刀 5：末端切割刀 6：開關 7：安全蓋 8：臂桿
三叉架：三叉器置於機身內，三叉架托起將被磨皮和削皮的瓜果，然後使瓜果在三叉架上轉動。
推桿：推桿和三叉架位於同壹軸柱上，它位於與三叉架相對的另壹軸柱端，通過螺母調節器，推桿可以上下移動。推桿將水果推送與三叉架靠近，以確保水果在三叉架上正常旋轉。
擦絲器：擦絲器安裝在壹跟可移動桿上，其功能之壹是將水果或蔬菜，或水果和蔬菜擦成絲，用作食物的裝飾點綴。
削皮刀：削皮刀裝在臂桿上，其功能是削掉水果和蔬菜的皮。
臂桿：臂桿位於壹個滑動柱上，與水果旋轉軸平行移動。臂桿壹端裝著削皮刀，用來為瓜果削皮。用彈性機制作用於臂桿，讓臂桿輕輕挨著水果，使得削皮刀靠近水果。臂桿確保了削皮刀在水果的外輪廓上移動，因此水果的皮可以完全被削掉。
末端切割刀：末端切割刀安裝在另壹個操作桿上，它的功能是切掉水果的末端。
動力裝置：本機器使用使用電動機動力。
操作性研究
水果被置於三叉架中心，推桿抵在水果上端的中心點，護住水果。然後，打開開關，啟動機器。左擰開關按鈕，啟動擦絲機；右擰開關按鈕，啟動削皮機。壹旦機器啟動，下夾持器會轉到水果，同時擦絲刀或者削皮刀開始與水果直立軸平行移動，確保刀片和水果皮層接觸。
水果或蔬菜的擦絲是運用表面有孔的擦絲機完成，而削皮則是靠臂桿和削皮刀的功能結合，在水果整個外形輪廓上壹定完成的。在水果或蔬菜成功被削完皮或切成絲後，水果的兩端會被移動的末端切割刀片切下。要完成這道工序，擦絲器應與處於轉動狀態中的水果或蔬菜的表面接觸。
實驗測試
水果和蔬菜
在馬來西亞雪蘭莪州本地市場上能買到很多水果，如木瓜、蘋果、橘子、梨、檸檬、紅色或白色的火龍果，同時也能買到很多蔬菜，諸如黃瓜、土豆和胡蘿蔔。這些水果和蔬菜被進行了擦絲和削皮（實驗檢測），對削皮器（本文只削皮刀片）的功效進行了評估。
樣本大小
樣本是根據其高度（單位：厘米）和直徑（單位：厘米）來確定的。
削皮時間測試
通過該機器對經挑選後的水果和蔬菜削皮，測試了每壹樣本所需的削皮時間。同時，也使用了刀子進行手工削皮，目的是對兩種削皮方式所需的時間進行對比。所有的時間花費指數為三種測試的平均時間數。
機器測試
本水果機器經過了擦絲、削皮和切割的測試過程。
結果和論述
擦絲
這是壹種能自動將水果或蔬菜擦成絲的機器，不管這種水果的皮層有無鱗紋刺丁，圖3和4a-c展示了壹些能用這種機器擦絲的水果和蔬菜，如木瓜、胡蘿蔔和黃瓜。
圖三：黃瓜擦絲
圖四：擦絲：（a）黃瓜絲 （b）胡蘿蔔絲 （c）木瓜絲
圖五：削皮後的結果：（a）木瓜 （b）木瓜果肉 （c）木瓜皮
從圖三可以看出，這種機器能成功將黃瓜制成碎片狀或絲狀產品。擦絲的時間因原料的形狀和大小的不同而有所差異。如果原料的直徑在四到十厘米之間，擦絲時間在三到八秒（得看原料的高度）。擦絲程序可以根據需要持續下去。
削皮和削皮耗時
這是壹種能自動將水果或蔬菜擦削皮的機器，不管這種水果是圓形（球行）還是橢圓形。很多水果和蔬菜可以用它這種機器削皮，如木瓜。芒果和土豆。圖5a-c就是壹些削皮的例子。
測試結果顯示，與手工削皮相比，這種機器能節約94%的削皮時間（見圖六）。這對於水果和蔬菜的加工來說是非常有用的。當然，削皮時間還取決於皮層的大小和質地，小體積水果的削皮速度比大體積水果要快，比如，圖土豆的削皮比橘子的要快，因為土豆體積要小，如表二所示。水果和蔬菜的手工削皮比機器削皮要慢。因此，通過使用這種機器，蘋果、檸檬和土豆的節約的削皮時間比那些低於92%的要多，這可能是由於皮的硬度不同。和皮質明顯較軟火龍果相比，這種新機器為皮質較硬的水果削皮效率要高，比如蘋果。
機器特點
當前存在的水果和蔬菜的削皮和擦絲機的設計和發明都是兩種分開的機器。表三展示了壹些美國專利申請處公開的擦絲機和削皮機，表四描述了它們和這項新設計的機器對比時的壹些相似的科技特點。2008年，這項新設計在馬來西亞被列為專利存檔了。它表明，這項新的機器設計結合了擦絲機、削皮機和切割機的功能，目前市場上還找不到這樣的機器。這種新機器使得水果或蔬菜的削皮變得高效率。比如，水果在削皮完成後緊接著就擦絲，兩道工序都是在同壹機器中完成。表四也清楚地表明兩種機器的不同，這種新的擦絲削皮機簡化了其很多優點。
結論
新的水果和蔬菜的擦絲削皮機器被設計且裝配出來了，經檢測，該裝置具有為中小型水果和蔬菜擦絲削皮的功效，如蘋果、橘子、黃瓜、木瓜和土豆。用這種機器可以成功地自動將水果或蔬菜切成絲或片，也發現能將挑選後的水果和蔬菜滿意地削去皮。然而，有幾方面還有待提高，如在切割程序中添加敏感探測儀器，進壹步的改修和提高將使它在商業運作中發揮更新的潛力，作為萬能的擦絲削皮機，促進工序的提高。由於形制小、質地輕，這種新型機器也適合家用和食品供給行業使用，如酒店。
鳴謝
參考文獻