台南區農業改良場技術專刊 88-7 (No.93) |
文/圖 施清田、鄭榮瑞
審稿/ 中興大學 欒家敏
大蒜可分為青蒜及蒜頭，為國人重要的食品調味佐料，蒜頭之淬取成分也可提供製藥或作健康食品，蒜頭精即是其一，國內、外市場需求極大。台灣地區86年大蒜年種植面積達9,205公頃，其中青蒜1,824公頃，蒜頭7,381公頃，年產量分別為35,167公噸及79,031公噸，主要產區雲林、嘉義、台南等地區。大蒜栽培不論青蒜或蒜頭，其種苗皆使用蒜球剝瓣之蒜瓣。根據資料顯示，青蒜栽培每公頃蒜種使用量需1,317公斤，蒜頭每公頃蒜種的用量為1,026公斤，全年蒜種使用量約9,975公噸。蒜頭年產量79,031公噸，扣掉種子量9,975公噸，還有69,056公噸，這些蒜頭大部份提供食用，食用蒜頭經過剝瓣選別分級及去膜以後送到市場銷售。目前蒜瓣去膜方式有水洗去膜及蒜瓣先加溫再利用高壓氣流去膜，水洗去膜在浸水醱酵過程稍不注意可能整批腐爛壞掉，而且水洗過程會造成搓傷，因此本場設計研製利用熱風先將蒜瓣加溫，再利用高壓氣流去膜之機械，減少水洗去膜醱酵所造成的蒜瓣品質變劣。鑑於農民對蒜瓣去膜機械化作業的迫切需求，本場先後完成種子用蒜頭剝瓣選別分級機及去膜機，根據台灣省農業試驗所性能測定結果顯示，蒜瓣去膜機作業能力為100㎏/hr以上，去膜率96％以上，去膜損傷率1％以下，已通過性能測定，正申請列入89年度新型農機補助機種，促使蒜瓣去膜機械化作業，來解決農村勞力之不足及有效降低生產成本。
蒜瓣去膜機作業流程規劃與機構設計
蒜瓣去膜機的研發主要配合蒜頭剝瓣選別分級機作業後的蒜瓣，進行去膜後再送到市場銷售，因此必需作業能量大，蒜瓣損傷率低及省時省工。圖一所示，為對蒜瓣加溫與高壓氣流去膜作業的流程，其各項作業步驟必須使用空壓機、氣壓閥、電磁閥、氣動缸、氣油壓缸、儲料預熱裝置、雙邊進料裝置、等分自動旋轉轉盤裝置、去膜裝置、排膜裝置、出料裝置、電氣裝置、不銹鋼材料、軸承等設備與機械元件，進行蒜瓣去膜雛型機規劃設計與製造。
蒜 瓣→儲料預熱→進料定量控制→雙邊進料
→等分自動旋轉轉盤→高壓氣流去膜→排膜
↓
出 料
圖一.蒜瓣加溫與高壓氣流去膜機作業流程
蒜瓣去膜機主要由儲料預熱裝置、雙邊進料裝置、等分自動旋轉轉盤裝置、去膜裝置、電氣裝置、排膜裝置及出料裝置等所構成，其作業機構及功能簡述如下：
一、儲料預熱裝置：儲料預熱筒底端為一出料口，緊鄰於雙邊進料裝置之分岐接管頂端。其作用是將蒜瓣儲放在筒內，先預熱再進行去膜作業。
二、雙邊進料裝置：雙邊進料裝置頂端接儲料預熱筒出料口，內部上方設一分岐接管(雙邊進料)，用以承接儲料預熱筒落下之蒜瓣物料，且於分岐接管上方之落料分岐端設一閥門，閥門由一作動氣缸作動，得以向上遮蔽儲料預熱筒之出料口，及藉閥門之開啟角度來控制入料量。入料量由電磁閥定時(0.1∼0.3sec)控制作動氣缸，使蒜瓣進料量為每次150∼300g之間。利用電磁閥控制氣動缸定時開啟雙邊進料裝置之分岐接管端點之閥門，達到進料定時定量的目的。
三、等分自動旋轉轉盤裝置：利用氣動缸每次60度六等分自動旋轉，旋轉次數以去膜時間需求配合電磁閥定時控制，旋轉速度則受氣油壓缸控制。轉盤定距轉動時帶動去膜筒旋轉一定距，等於轉盤旋轉600，使去膜筒在旋轉後即分別對應於雙邊進料裝置之分岐接管及壓掣組件之下方；另外對應之去膜筒則對合固定板底方適當處接設之出料管。轉盤周邊等距(60度)設有突塊，在突塊應對處設一近接開關，對照後去膜機開始作動。
四、去膜裝置：去膜裝置設置在機台內部之分岐接管下方，包含1轉盤、6個去膜筒，筒的尺寸為D160㎜xH200㎜xT3.5㎜、2組壓掣組件。去膜筒環繞排列穿套於轉盤，其下方有固定板，且壓掣組件對應於分岐接管處的去膜筒入料孔。轉盤係由一等分自動分刈裝置之傳動軸穿透固定板帶動旋轉盤定距旋轉，而傳動軸則由另一作動氣油缸連接驅動。壓掣組件設於頂板入料孔之鄰位，由一組作動氣缸作動，可向下壓掣去膜筒，其壓力為5∼6㎏/㎝2，且壓掣板側邊設一排膜管；另此處之作動氣缸藉頂桿抵壓壓掣板，且壓掣組件於去膜筒下方處之固定板設5個噴嘴。
五、電氣裝置：空壓機作動氣缸及噴嘴，藉由電氣裝置供給動力及調控，當蒜瓣落到去膜筒後，其定距旋至對合之壓掣組件，壓掣組件作動下壓壓掣板，同時噴嘴以7.5∼8.5㎏/㎝2(如圖八)的壓力強力吹氣產生亂流，使其互相碰撞而達到去膜目的，且蒜瓣膜片隨著風向進入排膜管得以收集，之後又定距旋轉，使去膜完成之蒜瓣由出料管而出，完成全自動去膜之加工流程。如此反覆入料、去膜、出料一貫作業，增加去膜效益。該機機體小，不佔空間，去膜效率高。
六、排膜裝置：在兩組壓掣板側邊各設一排膜管，再經過三通管連接到收集網，當壓掣組件由作動氣缸作動向下壓掣兩個去膜筒，同時噴嘴在筒內以7.5∼8.5㎏/㎝2的壓力強力吹氣產生亂流，使蒜瓣互相碰撞而達到去膜目的(如圖八及圖九)，在去膜時蒜膜同時隨著風向進入排膜管得以收集。
七、出料裝置：在去膜筒底處的固定板設一出料管，當去膜筒對合出料管，蒜瓣順著出料管落入盛料箱。
蒜瓣去膜機之作業性能試驗結果
蒜瓣去膜機之作業性能測試(如圖二至圖十一)，其作業能力與精度在連續試驗
作業中已可為農友接受及肯定。蒜瓣去膜機作業性能受蒜瓣含水率、預熱溫度、預熱時間、噴嘴孔徑大小、噴嘴角度及噴嘴氣流壓力的影響。
一、去膜時可依蒜瓣含水率高低，配合預熱時間及溫度做適當調整。去膜作業前之蒜瓣含水率在52∼62％之間(如圖二)，預熱溫度設定在40~50℃(如圖三及圖四)，預熱時間20∼30分鐘較理想。
二、噴嘴孔徑1.2㎜最理想(如圖五及圖六)，氣流壓力7.5∼8.5㎏/㎝2，噴嘴穿設於壓掣組件對應下方之固定板，噴嘴與固定板之間夾角以45∼60度交叉錯開排列為最佳，去膜時間10∼20Sec/次，去膜量150∼300g/次x2筒，去膜作業能量100㎏/hr以上，去膜率96％以上，去膜損傷率1％以下。根據試驗結果噴嘴與固定板之間夾角以50度損傷率最低，作業能力最高，最理想(如圖七)。
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經濟效益分析
一、機械作業成本評估
機械作業成本之估計，包括固定成本與變動成本，其考慮因子有機械年作業蒜瓣去膜量、農機購入價格、耗電量常數、機械折舊殘存比、操作人員工資、機械總修理係數、操作人員數、作業能力、總作業時數與機械馬達馬力等。機械作業成本採用估算式如下：
Ca = P(1-α＋Cr)/FC╳TH + i/2(1+α)P/A+(1.3╳K╳HP + Lc╳PPM)1/FC
Ca：每公斤作業成本
A：年作業蒜瓣去膜量187,200公斤(估計12個月x26天/月x6小時x100公斤/小時)
i：年利率4.5％
P：農機價格220,000元(農機廠商定價，不含空壓機)
k：耗電量常數1.56元(基本農業用電)
α：折舊殘存比，通常為農機價格的10％
Lc：工資100元/小時(800元/天X8小時/天)
Cr：總修理係數，為農機價格的50％
PPM：操作人員1人
Fc：作業能力100公斤/小時
TH：總作業時數18,720小時( 6小時/天X26天/月X12個月/年X10年)
HP：機械馬達馬力15 馬力(空氣壓縮機)。
將上述資料代入公式，可得每公斤作業成本為：
Ca＝0.1645＋2.9086＋1.3042＝4.3773(元/公斤)
二、機械作業與人工作業之比較
根據上述作業試驗結果，使用本機進行蒜瓣去膜作業每人每小時作業能量100公斤，據以計算機械作業成本每公噸需4,377元。另根據前述，人工蒜瓣去膜作業每人每小時平均0.125公斤，若以每天工資800元計算，則每公噸所需的蒜瓣去膜作業費用800,000元。因此機械作業與人工作業方式比較，在作業工時方面，每公噸可節省7,990小時，即可節省99.8％以上工時；在作業成本方面，以人工作業費用每公噸需800,000元，機械作業費用每公噸需4,377元，使用本機可較人工作業每公噸節省795,663元，即可節省約99.4％。
示範推廣
本機於87年12月4日辦理技術移轉吉利機械工廠(台南縣善化鎮成功路387號。電話：06-5837722)商品化生產，並於88年3月23日經台灣省農業試驗所性能測定通過，正申請列入國產新型農機補助機種，以減輕農民購置成本負擔。
綜合結果
本蒜瓣去膜機可依蒜瓣含水率及蒜瓣大小適當調整儲料預熱筒溫度(40∼50℃)及預熱時間(20∼30分鐘)，操作簡單靈活又方便。
清洗本機去膜筒之蒜油垢拆裝容易。
本機經實際去膜試驗結果顯示，去膜作業能力100㎏/hr以上，去膜率96％以上，去膜損傷率1％以下。
機械去膜作業與人工去膜作業比較，在作業工時方面，每公噸可節省7,990小時，即可節省99.8％以上；在作業成本方面人工去膜作業費用每公噸800,000元，機械去膜作業費用每公噸4,377元，比較作業費用每公噸可節省795,663元，即可節省99.4％。
