全自動椰子去殼絞絲設(shè)備的研制

劉艷明

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系安徽·宿州234101）

全自動椰子去殼絞絲設(shè)備的研制

劉艷明

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系安徽·宿州234101）

基于對椰子的幾何、物理機械特性的研究，設(shè)計、試制了一種剖開絞絲式椰子去殼機，實現(xiàn)椰子的機械剝殼。椰肉的絞絲損耗率不大于3%。所研制的自動椰子去殼絞絲機，綜合性能優(yōu)、可靠性高、適應(yīng)性強，操作簡易，調(diào)節(jié)方便，提高生產(chǎn)效率的同時減少人員傷殘事故的發(fā)生。

椰子 絞絲 伺服電機

椰子是一種重要的熱帶經(jīng)濟作物,全身都有利用開發(fā)價值。對成熟的椰子進行深加工,主要包括兩方面的處理過程,一是機械加工部分,即剝衣、去殼、絞絲、榨汁等；二是生物工程技術(shù)處理部分,比如椰子水發(fā)酵后制作食用纖維。絞絲是椰子榨汁前必需的工序,本設(shè)計中的椰子自動去殼絞絲生產(chǎn)線,對降低椰子深加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本,提高椰子深加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率,改善生產(chǎn)環(huán)境,提高椰子產(chǎn)品附加值,都具有重要意義。本生產(chǎn)線的另一大特色是將椰殼一切為二后保留下來,可用作工藝品初級材料,從而進一步提高椰子產(chǎn)品深加工附加值。

一、工作原理

先把椰子從中間切開,然后把兩半椰子拉開一定距離,進入下道工序,此時有兩把椰絲刀從切開的面進入,對椰肉進行刮切,把兩個半塊椰子刮切完畢后機器就完成工作。為提高該設(shè)備的生產(chǎn)效率,設(shè)備采用了六個生產(chǎn)工位循環(huán)工作,這六個生產(chǎn)工位裝在輸送鏈上,作腰圓形軌跡運動,這些工位上的零部件,在PLC和伺服電機的共同作用下,柔性機械手夾持著椰子完成直線運動,椰絲刀完成自身旋轉(zhuǎn)和X、Y進給運動,該工位的工作內(nèi)容完成后運行到下一工位。第一道工位主要是用柔性機械手夾持椰子,第二道工位對椰子進行剖分,第三道工位對椰肉進行刮削,第四道工位松放椰殼。在第二道和第三道工位處都有旋轉(zhuǎn)刀具,分別對椰子進行剖分和刮削（見圖Ⅰ）。

圖Ⅰ 工作過程簡圖

二、上料機構(gòu)

通過上料機構(gòu)把大小不等的椰子1準(zhǔn)確地送至柔性機械手的夾持范圍。在上料前,調(diào)整支架4和滑軌8之間的相對位置,使上下夾持臂的中心和柔性機械手的中心等高,然后通過手搖或伺服電機（可選配）,打開上下夾持臂2和3,通過人工或上料機械手（可選配）把椰子放到上下夾持臂的中間,然后搖動手柄5,帶動凸輪6旋轉(zhuǎn),使上下夾持臂在拉簧5的作用下夾持住椰子,由于上下夾持臂是同時往椰子中心運動,因而無論椰子大小,椰子的中心與柔性機械手的中心始終等高,此時通過人工或電機推動滑軌8（可選配）,把椰子送入左右柔性機械手的中間（見圖Ⅱ）。

圖Ⅱ

三、柔性機械手機構(gòu)

在本設(shè)計中采用了柔性機械手,它的工作原理是,在圓周方向有三個夾持臂4,圓錐推座2在氣缸1的帶動下控制夾持臂的開合,在傳感器的檢測下,當(dāng)有椰子進入機械手的夾持工位時,PLC傳遞指令給電磁閥,使氣缸帶動圓錐推座2朝前運動,夾持臂4在其作用下,開始朝中間合攏,夾緊椰子。如果氣缸1做退回運動,夾持臂在復(fù)位彈簧5的拉力下,松開椰子。它的創(chuàng)新之處在于兩個方面,第一,柔性機械手在圓周方向有三個爪組成,使用同一動力,而每個爪的動作可以獨立運動,當(dāng)其中的一個爪被椰子擋住時,另外兩個爪可以繼續(xù)動作,直到抓住不規(guī)則的椰子。第二,柔性機械手的前部由機械機構(gòu)組成,后部的動力由氣動系統(tǒng)提供,這樣既可以保證動作的柔和,又可以保證大小椰子所需要的行程。（見圖Ⅲ）

圖Ⅲ

四、分切機構(gòu)

當(dāng)左右機械手夾持住椰子2后,在輸送鏈的驅(qū)動下,運行到下一工位即分切工位,鋸片刀5由電機帶動自轉(zhuǎn),同時由伺服電機帶動鋸片刀5和電機上下移動,當(dāng)切刀朝上移動時,把椰子2從中切開,從而完成分切動作（見圖Ⅳ）。

圖Ⅳ

五、絞絲機構(gòu)

當(dāng)分切完成后,椰子在輸送帶6的帶動下,進入絞絲工位,同時柔性機械手5在槽型凸輪10的作用下,兩半的椰子拉開一定的距離,椰絲刀3在電機1的帶動下高速旋轉(zhuǎn)（1440n/min）,同時電機1在電機固定架2的帶動下,沿X軸和Y軸進給,而電機固定架2的X、Y軸的運動,其動力來自于X軸伺服電機和Y軸伺服電機（圖中未標(biāo)出）,此時柔性機械手5夾持著椰子4,以支座7為支撐,在伺服電機11（直線型）推動下,沿Z軸方向運動,即把椰子2送向旋轉(zhuǎn)的椰絲刀,椰肉在椰絲刀的作用下,變成椰絲落入椰絲槽13,并由之導(dǎo)出,以上動作是兩側(cè)同時進行。柔性機械手5的中心軸與椰絲刀的中心是重合的,當(dāng)椰子和椰絲刀接觸時,椰絲刀首先切除的是椰子的中心部位,當(dāng)椰絲刀進入椰肉的一定深度后,椰絲刀在X軸伺服電機和Y軸伺服電機帶動下,開始做圓周運動,以后的圓周運動總比前一次的圓周運動的直徑要大,直至椰子的外殼,當(dāng)椰絲刀碰到椰子的外殼時,由于椰子的殼較硬,會發(fā)出較大的噪音,噪音傳感器12會被觸發(fā),PLC接到信號并給X、Y軸伺服電機發(fā)出指令,停止做圓周運動,同時PLC也給伺服電機11發(fā)出指令,沿z軸方向繼續(xù)運動,運動的距離即一個椰絲刀刃區(qū)的長度,然后椰絲刀繼續(xù)做由小到大的圓周運動,如此做循環(huán)運動,直至伺服電機11沿Z軸朝前進給,聽到較大噪音時,說明椰肉被切削干凈,即完成了一個椰子的絞絲過程。究其原理,就如機械制造行業(yè)中的加工中心在加工一個球面一樣,通過X、Y、Z伺服電機三軸聯(lián)動,來完成半個球面的加工。（見圖Ⅴ）

圖Ⅴ

六、椰殼脫離

從絞絲工位運動至椰殼脫離工位,圓錐推座2在氣缸3的帶動下,朝后運動,夾持臂1在復(fù)位彈簧6的作用下,朝上運動,此時,椰子7從柔性機械手脫離,落入椰殼槽5,由此導(dǎo)出。（見圖Ⅵ）

圖Ⅵ

七、主要參數(shù)與性能指標(biāo)

每小時對椰子處理量：220～240公斤；設(shè)備消耗功率：4.5KW；設(shè)備耗氣量：45L/min；壓縮空氣壓力：0.5～0.6MPa；整機外形尺寸（長X寬X高）：3060X2200X1770（mm）；整機照片見圖Ⅶ

圖Ⅶ

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TH 122

A

1009-8534（2014）04-0087-03

2014-04-16

劉艷明（1968—）,男,安徽宿州人,宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副研究員。研究方向：機電一體化。