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Sunday, March 11, 2007

菱角清洗選別機

菱角清洗選別機之研製

.農委會台南場 鍾瑞永、鄭榮瑞、張振厚.

一、前言

台灣菱角栽培面積約有800公頃,年產量達9,000餘公噸,主要栽培區域有嘉義縣民雄鄉、新港鄉;台南縣官田鄉、柳營鄉、下營鄉;高雄縣仁武鄉、大寮鄉及屏東縣林邊鄉等地,而以台南縣官田鄉栽培面積最大。早期一般栽培品種以果實具兩個角刺的晚生種大角及大肚菱為主。

近年來,具有4個角刺的早生品種鬼菱因可趕在五月中旬上市,栽培面積漸有增加。菱角由於含有蛋白質、脂肪、碳水化合物、粗纖維、灰分、礦物質及維生素等養分又具特殊風味,產品除可充當糧食,也加鹽可蒸煮熟後,直接剝殼充當休閒食品或選取新鮮菱角剝殼後供炒食、煮湯,進一步加工則可製作菱角酒、菱角醬等,使菱角的用途趨於多元化。

菱角已成為地方特產,除有共同運銷至都會區外,更結合觀光舉辦活動;如臺南縣官田鄉在菱角盛產期推出菱角節系列活動及菱角大餐等吸引遊客參與活動,皆使菱角產業的發展益受重視,相對地生產技術提昇的要求益為殷切。

傳統菱角清洗選別處理方式(圖一)是將採收後之菱角置於7分滿大水桶或方型水池中,並在其下方置一有孔棧板,用以過濾沉澱清洗後雜質。作業時以人手持木棍搓弄翻洗,使比重較輕之菱角幼果往上浮,再利用器具撈起,如此往復動作直到沒有上浮菱角為止。一般沉入下層者屬比重較大的結實果體為特級品;中層為優級品,上層為良級品,經分別撈起分開堆放,陰乾後以每袋30公斤分別裝入PE袋中送往市場出售。

由於菱角生產期長達二個月之久,通常於開始採收期後約每隔兩週採收一次,全期循環採收約6~7次。每批採收後皆需經處理,因此以人工作業方式既浪費工時且辛苦,其處理也易因人為疏忽或處理環境衛生條件差異而影響產品品質及衛生。

為有效降低生產成本,提高產業競爭優勢,菱角採收後處理機械化以達到省時、省力及省工的效益勢在必行。

二、機械構造與性能

菱角清洗選別機分為清洗及分級兩大部份(圖二)簡述如下:

(一) 清洗機

主要目的是將菱角表面之污物加以清洗去除,由於菱角形狀奇特且表面略有凹凸不平,因此,設計上採用刷滾輪對向轉動達到翻動、搓洗效果並配合螺旋設計達到輸送移動功能,主要由進料輸送機、進料口、螺旋輸送清洗圓筒、迴轉滾刷清洗軸、儲水槽、排料口、機架及動力系統等裝置所構成。

1.螺旋輸送清洗圓筒(圖三)以不銹鋼網板輾軋成圓筒型,圓筒外800mm,長度1200mm,網板孔徑8mm,讓清洗的水流入筒內及將清洗後之雜質排出。在其外緣焊有環齒輪及支持導環,作業時藉由馬達的驅動以反時針方向旋轉,筒內裝置螺距240mm之螺旋板及尼龍清洗刷,用以輸送及番動刷洗菱角。在圓筒末端則配合排料出口於圓筒末端300mm內緣安裝有軸向隔板以利排出清洗後之菱角。




圖二、菱角清洗選別機全圖



圖三、滾筒刷輪式菱角清洗機

2.迴轉滾刷清洗軸裝置於螺旋輸送清洗圓筒的中心,為一不銹鋼材質的迴轉軸,並於軸面加裝清洗用尼龍刷,作業時以順時針方向旋轉,配合上述反向轉動之螺旋輸送清洗圓筒的作用,達到菱角清洗及輸送目的。

3.儲水槽裝置於螺旋輸送清洗圓筒的下方,為一半圓弧形長槽,用以盛裝清洗用水,作業時其水量維持在迴轉滾刷清洗軸的中心線,在槽下端設置有排水口,可將清洗後之污水排出。

(二)選別機

菱角果仁的比重、硬度具有隨果實的成熟度而增加的特性,即老熟果比重大,硬度亦高,幼果的比重小,其硬度亦較軟。一般成熟果比重可達到1.2,但以比重在1.0-1.08間不論其硬度及風味皆較易被接受,比重低於1.0果仁硬度太軟,不適於蒸煮;而比重高於1.08則其果仁的穿刺硬度可達到2.5kg以上,影響食用的方便性。

因此,本機設計時即根據上述特性採用比重水選法作為分級方式,成熟果因比重較大而下沉,幼果比重較輕而上浮,再配合不同輸送機構將分級後之菱角分別輸出。本機主要由選別水槽、下層輸送帶、上層輸送帶、集料括送板、分級排料口、機架及動力系統等裝置所構成。
1.選別水槽(圖四):為不銹鋼水槽,其選別有效長度2000mm,寬度600mm,高度540mm,有效儲水量640公升。其上方裝有1吋進水口,底部則設有1.5吋排水口。





圖四、選別水槽及集料括送板

2.下層輸送帶(圖五):為一塑鋼材質間隔板型輸送帶,裝置於選別水槽的底層,其前半段與水槽底層平行,中段則安裝成一傾斜角,後段又恢復為水平,用以承接選別後比重較重而下沉之菱角並將其輸送至第一出料口。
3.上層輸送帶:為一塑鋼材質間隔板型輸送帶,設置於下層輸送帶的上方,其前段傾斜伸入選別水槽的半高位置,後段為平行,用以承接選別後比重較輕而上浮之菱角並將其輸送至第二出料口。
4.集料括送板:為改善上浮菱角會在選別水槽上任意漂浮影響及上層輸送帶的輸送效果而設計,由兩條無端點鏈條及括板組成,裝置於清洗排料口與上層輸送帶間,可將上浮之菱角集中括送導入上層輸送帶中。


(三) 作業性能:

本機於設計製造完成後,即配合菱角採收期間,進行作業性能測試,試驗品種為晚生大肚菱。試驗時以清水為選別液(即比重1.0),根據試驗結果顯示,菱角清洗及選別分級之作業能力達720 kg/hr以上,清洗後之洗淨率可達97%以上。

機械清洗造成的損傷率及殘留率合計在1.5%以下;而兩級比率視採收期菱角成熟度而定。一般於盛產期時比重大於1.0者約佔92.5%,比重小於1.0者約佔7.5%,兩者選別分級精度平均可達99%以上,選別分級所致的損傷率低於1%。

三、經濟效益分析

採用本機進行清洗選別分級一貫化作業每小時作業能量為720公斤,以2人共同作業,若以每公頃產量12,000公斤計算則約需4.17人日,據以計算機械作業成本每公斤為0.823元,每公頃為9,872元。

人工清洗、分級每人工每小時工作量約75公斤,則每公頃需20人日,據以計算每公斤清洗、分級成本約為1.67元,折算每公頃費用約為20,000元。因此,採用機械化作業與人工作業方式比較,在作業效率上可提高4.8倍,在處理作業成本上可降低50%以上。

(作者聯絡電話:06-2608962)