關(guān)于工業(yè)化剝蒜機(jī)的研究和改進(jìn)

管　邦,胡繼忠,王　秋,羅勛樂(lè),魏　倩（湖北民族學(xué)院理學(xué)院,湖北恩施445000）

關(guān)于工業(yè)化剝蒜機(jī)的研究和改進(jìn)

管邦,胡繼忠,王秋,羅勛樂(lè),魏倩
（湖北民族學(xué)院理學(xué)院,湖北恩施445000）

在食用和藥用方面具有巨大價(jià)值的大蒜因具有濃烈的刺激性氣味而阻礙其市場(chǎng)。雖然工業(yè)化的剝蒜機(jī)已經(jīng)存在，但是他的弊端依然是無(wú)法解決的。本文主要講解如何利用機(jī)械自動(dòng)化和plc進(jìn)行精確控制，從而可以有效地避免現(xiàn)在剝蒜機(jī)存在的脫皮率低和蒜瓣損壞率高的弊端。在自動(dòng)化和工業(yè)化剝蒜領(lǐng)域具有一定的參考性和借鑒性。

機(jī)械自動(dòng)化；剝蒜機(jī)；plc；工業(yè)化

0　引言

被稱(chēng)為“天然藥物之王”的大蒜因?yàn)槠洫?dú)特的物質(zhì)成分，具有非常好的抗癌，抗衰老，抗疲勞和保護(hù)心血管的作用。但是也因?yàn)樗哂袕?qiáng)烈的刺激性氣味而使人容易感到眼干和眼酸脹，這大大的阻礙大蒜市場(chǎng)的發(fā)展。雖然市場(chǎng)上已經(jīng)有了家庭版和企業(yè)版的剝蒜機(jī)，但是都各有弊端：家庭版無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且在過(guò)摩擦的過(guò)程中容易使大蒜的營(yíng)養(yǎng)成分流失和影響口感。然而企業(yè)版雖然可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但是依然存在脫皮率低，損傷率高等缺點(diǎn)?；谶@類(lèi)現(xiàn)象，我們查閱了大量的圖書(shū)和文獻(xiàn)，進(jìn)行了想法交流，從而決定了在目前大蒜剝皮機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，主要是增加了機(jī)械自動(dòng)化機(jī)構(gòu)和plc精準(zhǔn)控制系統(tǒng)。

1　方案簡(jiǎn)介

現(xiàn)在比較流行的大蒜剝皮機(jī)的原理是運(yùn)用電機(jī)旋轉(zhuǎn)力學(xué)干扒原理或者是利用大功率空壓機(jī)氣流的力度強(qiáng)力脫皮。雖然兩者都可以達(dá)到相同的目的，但是兩者也同時(shí)具有相同的弊端：脫皮率和大蒜質(zhì)量跟機(jī)器硬件有直接關(guān)系，并且存在脫皮率低，效率低和損傷率高等缺點(diǎn)。我們會(huì)加入轉(zhuǎn)速可控的旋轉(zhuǎn)搖擺機(jī)構(gòu)來(lái)提高目前大蒜剝皮機(jī)的脫皮率和plc精確控制大蒜脫皮后的完好性。新型加入的旋轉(zhuǎn)搖擺機(jī)構(gòu)可以快速的度過(guò)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)階段，快速進(jìn)入到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，在之階段中機(jī)構(gòu)雖然會(huì)有一定幅度的周期性的波動(dòng)，但是在plc的調(diào)控下進(jìn)入到可以接受甚至是理想的幅值下。這樣的設(shè)計(jì)比以往的機(jī)器更加的節(jié)約時(shí)間和能量。

2　方案詳解

2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)，剝皮機(jī)利用利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)力學(xué)干扒原理脫皮，脫皮率只有50%左右，大蒜碰傷嚴(yán)重。然后再結(jié)合聚離子復(fù)合脫皮材料，脫皮率就可以達(dá)到90%左右。損傷率60-70%左右，最后配以空壓機(jī)脫皮率可以達(dá)到90-98%左右。損傷率低于8%以下。但是最大的問(wèn)題是機(jī)器的效率很低，無(wú)法滿(mǎn)足高需求的市場(chǎng)。我們對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)造成問(wèn)題的原因是機(jī)器的內(nèi)部空間不足，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的脫皮。所以，我們將采用高度貼合的鐘型接觸裝置來(lái)擴(kuò)大內(nèi)部空間，鐘型的表面接觸材料采用高粘性的硅橡膠，鐘型與鐘型的理想間距略小于一個(gè)蒜瓣的寬度，這樣在裝置旋轉(zhuǎn)的情況下可以做到充分的摩擦而使打算皮和蒜瓣脫離，同時(shí)在自身的重力的影響下緩慢的下降，在下降的過(guò)程中由于與硅橡膠不斷的摩擦，在達(dá)到出料口時(shí)已經(jīng)很好地完成了大蒜的剝皮的過(guò)程。機(jī)械的旋轉(zhuǎn)搖擺機(jī)構(gòu)采用四桿機(jī)構(gòu)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，利用它的距離可控和可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)等。在此機(jī)構(gòu)中我們將以曲柄為原動(dòng)件，這是可將曲柄的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。在裝置的出料口的下方有一個(gè)篩選蒜皮和蒜瓣的裝置，采用一份小型的鼓風(fēng)裝置對(duì)出出料口進(jìn)行鼓風(fēng)從而將蒜皮吹走而留下蒜瓣。

2.2Plc精確控制

Plc最為一種專(zhuān)業(yè)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可以利用相應(yīng)的程序來(lái)對(duì)操作對(duì)象進(jìn)行精確地控制，它使用也非常的方便，程序撰寫(xiě)簡(jiǎn)單。同時(shí)它的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。是各種工業(yè)化生產(chǎn)的首選控制儀器。我們主要是運(yùn)用plc對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的連接桿的距離進(jìn)行控制，從而達(dá)到搖擺幅度的可控性。然后搖擺幅度作為反饋信息輸入到plc中，在對(duì)反饋信號(hào)與設(shè)定量進(jìn)行相應(yīng)的比較，再次對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的連接桿進(jìn)行必要的距離調(diào)整。在蒜瓣和硅橡膠進(jìn)行摩擦式，距離如果太小可能會(huì)對(duì)蒜瓣有所損傷，只是營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)破壞，如果距離太大就會(huì)無(wú)法起到脫皮的作用。我們將利用壓力傳感器接受到蒜瓣表面的壓力值，也是作為反饋信號(hào)輸入到plc中，在利用負(fù)反饋的原理對(duì)蒜瓣和硅橡膠的摩擦力進(jìn)行控制，使其在理想的范圍。我們通過(guò)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的搖擺幅度來(lái)控制蒜瓣在加工空間的停留時(shí)間，可以讓蒜瓣充分脫皮，通過(guò)對(duì)摩擦力的控制已達(dá)到蒜瓣的完整性，最大程度保留其營(yíng)養(yǎng)和口感。

3　總結(jié)

隨著大蒜需求量的不斷增加，解決工業(yè)化蒜瓣脫皮過(guò)程中存留的不足，我們通過(guò)在現(xiàn)有大蒜剝皮機(jī)的基礎(chǔ)上還將引入結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，距離可控的四桿機(jī)構(gòu)。同時(shí)對(duì)機(jī)械的外形進(jìn)行必要的改進(jìn)，這樣就可以提高大蒜脫皮的效率。為了調(diào)高脫皮率，加入了plc控制裝置，對(duì)連接桿和蒜瓣表面的壓力進(jìn)行反饋控制來(lái)達(dá)到工業(yè)化大蒜脫皮的各種要求。具有非常好的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)價(jià)值。

[1]王利飛.大蒜加工配送小生意大市場(chǎng)[J].農(nóng)村新技術(shù),2009(01).

[2]王月芹.基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2011(09).

[3]任冠佼，陳偉海，陳斌，王建華.基于雙四桿機(jī)構(gòu)的蟑螂機(jī)器人設(shè)計(jì)與分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(11).

[4]劉衛(wèi)東，韓建友，譚曉蘭.一種直線(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)綜合方法[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,25(03).

[5]王紅梅，方貴盛.基于PLC與步進(jìn)電機(jī)的氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手控制[J].液壓與氣動(dòng),2009(11).

本文為湖北民族學(xué)院2014年大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目校級(jí)項(xiàng)目論文（項(xiàng)目編號(hào)：2014Z038）

指導(dǎo)老師：魏倩（1988—），女，山東濟(jì)南人，碩士，助教，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

管邦（1992—），男，湖北仙桃人，湖北民族學(xué)院理學(xué)院大三學(xué)生，研究方向：機(jī)械電子工程。