摘要：对于马铃薯来说，将其制作成美味佳肴需要多个步骤，然而去皮是第一个而是最重要的一环。经过多年的发展，现在已经形成多种对马铃薯去皮的方法。主要包括人工法、化学法、辐射法、机械法以及蒸汽法。但是使用最为广泛的还是机械去皮。
本文通过对马铃薯研究现状进行分析，发现其存在的不足，并根据市场需求，设计出一款满足市场需要的新型马铃薯去皮机。通过对关键部件的设计与校核，确保其运行安全性。
关键字：去皮机；摩擦；设计；马铃薯
Abstract：For potatoes, making them into a delicious dish requires multiple steps, but peeling is the first and most important part. After years of development, various methods of peeling potatoes have now been developed. Including artificial method, chemical method, radiation method, mechanical method and steam method. But the most widely used is mechanical peeling.
This paper analyzes the current situation of potato research, finds its shortcomings, and designs a new type of potato peeling machine that meets the needs of the market according to market demand. Through the design and verification of key components to ensure their operational safety.
Keyword：Peeler; friction; design; potato
1 绪论
1.1 课题研究的目的及意义
马铃薯的食用在我国乃至世界是非常广泛的，无处不见马铃薯的身影。通常情况下，人们也将其称之为土豆，是一种常见的家常菜之一。而且马铃薯这种美食的做法多种多样，在形状上，既可以将其切成丝状，也可以将其切成片状或者是块状，在做法上，既可以炒着吃，还可以蒸着吃或者是炸着吃。受到人们的普遍欢迎。
不管做成什么样式，马铃薯的口感都获能得人们的一致赞赏，是人们日常生活中不可或缺的美食之一。马铃薯在商业还有工业方面也发挥着巨大的作用。被我们熟知的麦当劳、肯德基里面的美食之一薯条的原身便是马铃薯，被全世界人们所喜爱，我们每次去超市，都不免会看到各个架子上一袋又一袋的膨化食品，都是各式各样的薯片，但我们知道，其主要成分就是土豆，土豆还可以用来制造淀粉，也是厨房必备品之一。除此之外，我们去餐厅吃饭吃到的各种美味的土豆粉，也都是马铃薯做成的。所以说马铃薯在我们日常生活中是必不可少的。
随着我国马铃薯生产的产量不断提高，马铃薯的加工量也就相应的增加了许多，对马铃薯加工技术的水平要求也在不断的提高。在被制作成产品之前，经过大量农业生产情况调研，知道马铃薯在生产过程中需要进行去皮清洗。去皮的程度和好坏直接影响到马铃薯的食用口感，目前已有的去皮方法都不够完善，去皮过程中对马铃薯的浪费也有待改善，在马铃薯产量不断增加的社会条件下，制造一种优良高效并且对环境友好的马铃薯去皮机械，提高马铃薯产品的生产率，满足市场需求，同时秉承不浪费可食用部分的原则，已经是马铃薯加工和生产过程中迫切需要的。
1.2 国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
最初在美国，人们是通过简单的设备将土豆去皮，由于去皮时容易将土豆弄脏，因此，他们大多都在河边进行加工。在这样的生产需要下，18世纪初出现了新型的马铃薯去皮机，1765年，第一台土豆去皮机由来自德国的费伦斯研制成功，尽管该产品是一台半自动机器，但是在那时却可以有效降低人工成本，经过6年的努力，他又研制出一款先进的去皮机械，该机械依靠回转动力进行去皮。不仅提高了加工效率，其适用范围也进一步扩大。马铃薯去皮机的发明和发展，也促进了与马铃薯外形相似食品机械的发展。在19世纪，该去皮机基本是是当时唯一可以对马铃薯进行去皮的机械[15]。
对于马铃薯来说，将其制作成美味佳肴需要多个步骤，然而去皮是第一个而是最重要的一环，经过多年的发展，现在已经形成多种对马铃薯去皮的方法。主要包括人工法、化学法、辐射法、机械法以及蒸汽法。
尽管马铃薯去皮方法多种多样，但是使用最为广泛的还是机械去皮，然而，根据需求不同，机械去皮也分为多个种类，既有家庭使用的简单机械工具，又有批量加工使用的特种去皮机。对于特种去皮机械而言，目前国内也有多家企业在生产。并且其型号也多种多样，已经发展成为系列产品。
机械去皮之所以受到市场广泛好评，其主要原因是他存在以下优点：
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能够有效提高生产效率；
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能够有效降低生产成本；
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基本不存在环境污染；
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所去除的马铃薯外皮可以被再次利用，例如做成饲料，用于喂养家畜；
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结构简单，便于操作；
然而，机械去皮机械也存在一定的不足之处：那就是对马铃薯外形有一定要求。
另外，蒸汽去皮也是一种常见的去皮方法，该去皮方式存在以下优点：
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效率高；
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成本低；
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污染小；
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去皮较为完整；
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可以保持马铃薯的理化性能；
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所去除的马铃薯外皮同样可以被再次利用，例如做成饲料，用于喂养家畜；
然而，蒸汽去皮也存在一定的不足之处：那就是需要对蒸汽温度进行严格控制，如果蒸汽温度过低，可能会导致去皮不彻底，如果蒸汽温度过高，会使马铃薯的熟化层过厚，影响其口味。
1.2.2国内研究现状
在国内，王健是最早开始研究马铃薯去皮机的人员之一，经过多年的努力，王健终于在2002来研制出第一款马铃薯去皮机，从而将国内的手工去皮带入了机械去皮时代[2]。随后，王健并没有止步于此，而是不断地进行研究改进，并研发出一款多功能去皮机。颜洪森以王健设计的去皮机为基础，进行设计研发了多款马铃薯去皮机，其最为典型的两款为四连杆传动机构的去皮机及六连杆传动机构的去皮机。而查建中则设计出一款凸轮传动机构的去皮机。总之，在大批科研人员的不懈努力下，国内在马铃薯去皮机上面的研究也越来越深入，其使用性能也更加符合市场需求，极大的促进了该行业的发展[1]。
由于最初人们对该机械产品的关注度不高，因此目前已无从查起究竟是谁最先获得该项专利，只是欧洲在19世纪设计出一款去皮机械，该去皮机采用了齿轮及连杆机构，但是却没有实物加以证明。进入20世纪后，有人再次采用齿轮及连杆机构，制造出一款新型马铃薯去皮机，不幸的是对于该机械的资料描述少之又少[2]。几乎是在同一时期，以麦吉为首的科研团队一改以往的做法，而是设计出一款全程由计算机控制的自动马铃薯去皮机。彻底解放的劳动力。在随后的发展过程中，运行操纵理论不断被运用到该机器。又进一步促进了其发展。
到了上世九十年代纪末，以布朗为首的科研团队又将液压技术应用到马铃薯去皮机，并通过直流电机提供动力。同样促进了马铃薯去皮机的发展[3]。
根据市场反应，使用者最关注的是去皮机的整体使用稳定性以及加工效率。在此基础上，科研人员也是下足了功夫不断进行改进。好产品一旦出现，便会很快被市场所认可，到目前为止，各式各样的马铃薯去皮机已经进入普通家庭，为家庭带来了许多便利[4]。
经过马铃薯去皮机多年的发展，它不仅形成了一个新的行业，同样为亿万家庭做出了贡献。随着人们对美食要求的越来越高，而马铃薯作为一种重要的美食，进而也会进一步促进马铃薯扒皮机的进一步发展[5]。在资质认定方面，。。。。已经对马铃薯扒皮机进行了授权。马铃薯扒皮机的适用范围越来越广泛。随着该技术被广泛应用于其他行业，该机械已经得到市场的普遍认可。它是一种动力，看来像它会导致一个新的行业。马铃薯扒皮机研发情况固然都在被上述所整理，然而这些仍然是显示出要把马铃薯扒皮机推向消费者[6-8]。欧美等发达国家成立有相应计划，本国也需求更好的战略，才能够有效促进该产业的积极健康发展。到目前为止，全球所生产的性能最好的马铃薯扒皮机来自于日本[9-10]。不过，其他各国技术也比较先进，并在不断追赶。为了能够取得领先地位，美国已经将其列为国家级科研项目，欧洲也不例外，对其给定了较高的定位，为了不至于落后其他国家，国内也必须尽快指定相关政策，并给与相关扶持，只有这样，才能够更好的促进该行业的发展[11]。
1.3马铃薯原料加工预处理工艺流程简介
1.3.1马铃薯的分级
对于马铃薯而言，根据其不同的特征，可以将其按照不同的方法进行分级。例如根据马铃薯的大小对其进行大小分级，根据其成熟的程度对其进行成熟度分级，根据其外表色泽进行色泽分级。与其他水果蔬菜类似，大小分级是其最常见的分级方式，通常可以根据外观观察进行人工分级，也可以根据其重量进行机械分级。
1.3.2马铃薯的清洗
由于马铃薯生长在地下，并且在其生长过程中需要使用农药，因此，为了能够有效去除其表面的泥土以及农药，确保其表面的干净度，需要对其进行表面清洗。对于表面的泥土，只需要使用清水便可以将其清洗干净，但是对于其表面的化学药品，通常需要使用洗涤剂才可以将其去除。一般而言，对于果蔬类产品，其清洗方法多种多样，实际操作时应当根据其外形以及污染程度、污染类型选择合适的清洗方式。根据清洗的自动化程度，一般将其分为机械清洗与手工清洗两大类型。手工清洗是指纯粹依靠人工进行清洗，而机械清洗则需要配置相应的清洗设备。
1.3.3马铃薯的去皮
为了有效提高马铃薯的品质，通常需要对其进行去皮处理，经过多年的发展，马铃薯的去皮方法已经多种多样，但将其进行归纳总结后，一般可以分为以下几种：
（1）手工去皮：对于手工去皮而言，一般是指使用献公的刀具对其外表面进行一圈一圈的削皮，该方法的去皮效果较好，并且损失也比较小，其最大的不足在于效率太低，只适合于家庭使用。
（2）机械去皮：主要用于比较常规的果蔬原料。
（3）碱液去皮：由于碱液具有较强的腐蚀性，因此通过将马铃薯在碱液中浸泡，可以有效达到皮肉分离的目的。对于去皮所使用的碱液，一般使用的是氢氧化钠溶液。需要注意的是，在进行碱液去皮时，需要严格控制碱液的浓度以及浸泡的时间，如果碱液浓度过高或者是浸泡时间过长，则会损害其果肉，如果碱液浓度过低或者是浸泡时间过短，则无法达到应有的去皮效果。
（4）热力去皮：热力去皮主要是依靠高温蒸汽进行去皮。在高温蒸汽作用下，马铃薯表面温度迅速上升，使其表皮与果肉进行分离，随后快速冷却，外皮即可有效去除。通过该方法进行去皮，不仅果肉损失较小，而且不影响其色泽及风味。
（5）酶法去皮：该方法主要是指通过果胶酶进行去皮，但是需要注意的是，需要严格控制果胶酶的温度和酸碱度。
（6）冷冻去皮：与热力去皮相反，该方法是指将马铃薯置于冷冻装置，将其在一定低温环境下存放一定时间，然后将其快速解冻，从而使皮松弛，然后再进行去皮。其去皮效果较好，但是该方法所需费用较高。
（7）真空去皮：该方法需要先对马铃薯进行加热，加热后皮肉部分分离，然后将其置入具有一定真空度的环境，再真空环境下，皮下液体快速“沸腾”，从而促使皮肉分离。最后经过清洗后便可有效去皮。
1.3.4马铃薯的护色
在对马铃薯进行去皮过程中，由于环境以及所使用溶剂的原因，有可能会导致其发生化学变化，从而导致颜色发生变化，因此，为了保证马铃薯的原有颜色，一般需要对其进行相应处理。
1.3.5 马铃薯去皮设备简介
目前，在全球发内，一般可以将马铃薯的去皮方法分为：机械法、蒸汽法以及化学法。下面对这三种方法分别进行介绍。
1、机械法。机械法主要是指首先将马铃薯置于一个筒形容器内，然后通过容器内部滚轮的快速旋转不断地摩擦马铃薯外表面，从而实现去皮的效果。
2、蒸汽法。蒸汽法同样需要先将马铃薯置于一个筒形容器内，然后将高温蒸汽注入容器，使得马铃薯表面温度快速上升，然后快速释放容器内部压力，便可以是西安皮肉分离。
3、化学法。化学法需要先将碱性溶液置于一个筒形容器内，然后再放入马铃薯，待到碱性溶液将马铃薯外表面腐蚀到一定程度后，再用水将其外表面冲洗干净，然后再次将马铃薯放入机械去皮机，实现快速去皮。
综上所述机械去皮应用范围最广，方便，效率最高，本次设计的是依靠摩擦原理的机械去皮装置。他的主要结构包括电动机、传动件、转盘以及圆筒。电机通过转轴以及齿轮带动转轴使工作转盘旋转，然后不断地将马铃薯送入其内。再圆筒不断旋转过程中，马铃薯再离心力作
用下也不断翻滚，表皮被均匀的磨蚀，再打入清水，打开机筒侧门，马铃薯从侧门中排出，皮屑从周围的间隙中排出。
1.4 课题主要研究内容
（1）撰写文献综述，了解国内外自动马铃薯去皮机械现状及发展水平；
（2）对这种自动马铃薯去皮机械进行结构组成分析；
（3）确定自动马铃薯去皮机械结构尺寸参数；
（4）对自动马铃薯去皮机械的总装图及零件图的绘制。
（5）撰写设计说明书。
2 马铃薯去皮机结构做成及原理
马铃薯去皮机械多种多样，但是能够完全满足市场相应需求的种类却不多，因此，本次设计根据市场具体需求，确保所设计的机器在将马铃薯去皮后能够保持无污染、无破坏。另外，为了能够促使该机器的应用范围，还要确保其经济性。
2.1 去皮机整体机构组成部分
本次设计的去皮机主要由机筒、进水管、进水管、传动齿轮、电机、磨盘、出料口等组成。
图2.1去皮机三维结构图（略）
2.2 工作原理
作为一种典型的机械设备，本次所设计的马铃薯去皮机同样以电机作为动力来源，工作时，电机通过齿轮带动磨盘不断地进行旋转运动，而马铃薯进入磨盘后在离心力作用下不断地进行翻滚，并且在弹板作用下再次被弹回，和磨盘进行相互摩擦，在不断摩擦过程中被去皮。随后打入清水，经过一定时间后打开机筒侧门，马铃薯从侧门中排出，皮屑随水从出水管排出。本机器的一大优点是可以实现在不停机的情况下排料。打开出料口后，在不断旋转的离心力作用下，物料被排出机器。需要注意的是，为防止出料时水被溅出，应当在卸料前及时停止注水。
3马铃薯去皮机结构设计
3.1 去皮机整体机构的设计
整体的结构要求安全、可靠、简单、方便、易于操作并且节省原材料为主要目的，下面介绍马铃薯去皮机各个零部件的设计：
3.1.1 去皮机材料的选择
去皮机的筒壁和机体采用不锈钢钢板，机架使用常规铸铁，圆盘使用。。。。#钢，另外，为了有效增加摩擦系数，在转盘表面及机筒内壁涂上一层金刚砂，从而可以有效增加去皮效率。
3.1.2 去皮机机筒的设计
根据机筒的工作原理，马铃薯在圆筒内进行旋转、跳动，但是在旋转跳动的过程中要保证马铃薯不能够旋转出圆筒外面，所以要保证圆筒的足够的高度。在旋转过程中，还要保证最下层的马铃薯能够有机会旋转跳动到圆筒筒壁上。为满足以上要求，本次所设计马铃薯去皮机的机筒内径取。。。。，高度取。。。。。另外，为了方便入料，机器入料口设置了一个开口。此外，为了使马铃薯在去皮完成后能够及时从圆筒能排出，还必须在圆筒的周围设置一个出口门，来保证马铃薯的及时排出。另外，还要考虑马铃薯的皮屑，在马铃薯去皮后，产生的皮屑要随着水流及时排出圆筒外，所以我在设计圆筒的时候机筒的下部要设计排水管，将皮屑水流排出。通过计算，设计水管的直径为。。。。，用来保证脏水可以有效地从排水口处排出。
3.1.3 去皮机机架的设计
由于经济成本的原因，机架选用铸铁，用来支撑电动机、转盘、轴、马铃薯的重量，具体的设计见装配图。
3.2 转盘的设计
作为马铃薯去皮机的核心部件，转盘的设计对去皮效果有着重要影响，根据去皮机整体设计结构，将转盘设计为圆形，另外，为将马铃薯有效弹起，其表面设置有凸起波纹，为有效增加摩擦系数，还在其机筒内壁涂上一层金刚砂[2]。转盘表面上有6条波纹状凸起，并均匀的分布在表面上。转盘转动时，会产生一个向上的分速度，从而把马铃薯抛起，达到去皮目的。转盘的结构图如下图2-1所示。
............略
4 总结
对于马铃薯来说，将其制作成美味佳肴需要多个步骤，然而去皮是第一个而是最重要的一环。经过多年的发展，现在已经形成多种对马铃薯去皮的方法。主要包括人工法、化学法、辐射法、机械法以及蒸汽法。但是使用最为广泛的还是机械去皮，其中去皮效率以及去皮过程中对果肉的影响程度是去皮机的重要指标。因此，在对马铃薯去皮机进行设计时，在满足结构要求的前提下，还应当注重其加工效率以及经济性。
本次所设计的马铃薯去皮机以电机作为动力来源，工作时，电机通过齿轮带动磨盘不断地进行旋转运动，而马铃薯进入磨盘后在离心力作用下不断地进行翻滚，并且在弹板作用下再次被弹回，和磨盘进行相互摩擦，在不断摩擦过程中被去皮。随后打入清水，经过一定时间后打开机筒侧门，马铃薯从侧门中排出，皮屑随水从出水管排出。本机器的一大优点是可以实现在不停机的情况下排料。打开出料口后，在不断旋转的离心力作用下，物料被排出机器。需要注意的是，为防止出料时水被溅出，应当在卸料前及时停止注水。
本次设计的马铃薯去皮机涉及到机械原理与设计、材料学等多个学科，本文首先对马铃薯做了简单介绍，描述了马铃薯去皮方法以及对应的优缺点，并对国内外马铃薯去皮机的发展历史及研究现状做了详细分析。在此基础上，结合现有马铃薯去皮机的不足，根据市场需求，设计出一款满足市场需要的新型马铃薯去皮机。通过对关键部件的设计与校核，确保其运行安全性。
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