氣動(dòng)排沖式紅棗自動(dòng)去核機(jī)的研究

張玉峰

（山西省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣總站，山西太原 030002）

氣動(dòng)排沖式紅棗自動(dòng)去核機(jī)的研究

張玉峰

（山西省農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣總站，山西太原 030002）

通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)氣缸傳輸動(dòng)力，由氣缸推動(dòng)沖核桿對(duì)紅棗進(jìn)行去核。紅棗由料箱掉入夾持模具內(nèi)，然后通過(guò)主要部件沖核管、退棗管和紅棗旋轉(zhuǎn)扶正器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行去核工作，實(shí)現(xiàn)良好的去核效果，從而解決了紅棗大小和形狀的工藝，解決了紅棗的定位問(wèn)題。與現(xiàn)有單一紅棗去核機(jī)相比，去核破碎少，漏沖少，一個(gè)行程可沖一排棗，大大提高了紅棗的沖核效率，同時(shí)具有自動(dòng)化程度高、沖核品質(zhì)好、使用故障低等優(yōu)點(diǎn)。

紅棗；氣動(dòng)沖核

0 引言

核果類水果的去核技術(shù)和裝備在我國(guó)已有許多企業(yè)和科研院校進(jìn)行了多年的開(kāi)發(fā)，但是取得的成果并不理想，很少有較好的自動(dòng)控制系統(tǒng)能進(jìn)行大范圍的推廣，研究成果也是寥寥無(wú)幾。目前，國(guó)內(nèi)的果核去除工具及技術(shù)大多仍然是停留在手工去核或者簡(jiǎn)陋的工具去核的層次，投入的勞力大，強(qiáng)度也大，而且不能達(dá)到衛(wèi)生水平的要求。人工去核效率低、成本高，有時(shí)還會(huì)刺傷手指，現(xiàn)有機(jī)械去核破碎高、漏核率高，核中果肉殘留大，造成很大的浪費(fèi)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，人們生活水平不斷提高，勞動(dòng)力成本在生產(chǎn)過(guò)程中所占的比例越來(lái)越大，人們對(duì)食品安全衛(wèi)生的要求也越來(lái)越高，因此實(shí)現(xiàn)核類水果的自動(dòng)去核對(duì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)意義。

山西是紅棗種植大省，產(chǎn)量在全國(guó)名列前茅，紅棗深加工是未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的出路，如制作紅棗飲料、紅棗雪糕、紅棗月餅、紅棗干、紅棗糕、紅棗茶等。去核紅棗是紅棗深加工的主要原料來(lái)源，研發(fā)一種去核率高、自動(dòng)化程度高和破碎率低的紅棗去核機(jī)是紅棗開(kāi)展精深加工的需要，對(duì)推動(dòng)紅棗產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)效發(fā)展、確保農(nóng)民種植收入，具有積極的幫助作用。

1 氣動(dòng)排沖式紅棗去核機(jī)主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線

1.1 主要研究?jī)?nèi)容

裝有紅棗夾持器的輸送帶的設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)鏈、料斗、夾棗模具等；去核裝置的設(shè)計(jì)，包括去核管、退棗桿、旋轉(zhuǎn)扶正器等；清理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括掃核鋼絲、氣吹式掃核管路等；自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.2 技術(shù)路線

2 主要組成及工作原理

氣動(dòng)排沖式紅棗自動(dòng)去核機(jī)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 氣動(dòng)排沖式紅棗自動(dòng)去核機(jī)控制系統(tǒng)

氣動(dòng)排沖式紅棗去核機(jī)主要是由機(jī)架、儲(chǔ)料斗、裝有紅棗夾持器的輸送帶、定位系統(tǒng)、去核裝置、清理系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及氣缸等組成。其中，去核機(jī)的核心是去核部分，由旋轉(zhuǎn)扶正器、沖核管、頂棗桿組成。

工作時(shí)，首先啟動(dòng)空壓機(jī)，將紅棗倒入儲(chǔ)料斗內(nèi)之后，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)料斗的紅棗進(jìn)入裝有紅棗夾持器的輸送帶，輸送帶靠轉(zhuǎn)動(dòng)輪和鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)輪和鏈條由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，紅棗掉入輸送帶上面的孔內(nèi)，隨之被向上運(yùn)送至去核裝置進(jìn)行去核，在相應(yīng)的位置安裝接近傳感器，當(dāng)定位傳感器采集到輸送帶到位信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)輸送帶的步進(jìn)電機(jī)停止一段時(shí)間。在該停留時(shí)間內(nèi)，用于推動(dòng)去核裝置氣缸運(yùn)動(dòng)的電磁閥和用于旋轉(zhuǎn)扶正器運(yùn)行的電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，一次完成一排扶正、一排沖核、一排頂棗工作。當(dāng)去核裝置工作到位時(shí)，去核裝置工作到位接近開(kāi)關(guān)采集到信號(hào)，單片機(jī)控制推動(dòng)去核裝置氣缸運(yùn)動(dòng)的電磁閥斷電以及驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)扶正器運(yùn)行的電機(jī)停止工作，去核裝置返回。當(dāng)去核裝置停止到位時(shí)，去核裝置停止到位接近開(kāi)關(guān)采集到信號(hào)，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)接受到信號(hào)后，控制清理?xiàng)椇藲飧坠ぷ鳎ぷ魍瓿珊?，清理?xiàng)椇藲飧追祷?，與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸送帶的步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，進(jìn)行下一個(gè)運(yùn)行周期工作。去核之后的紅棗直接進(jìn)入后面的成品槽中，由氣體輸送到成品箱內(nèi)，被清除的棗核落入廢料箱內(nèi)。

4 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

紅棗自動(dòng)去核機(jī)控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)、傳感器、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)與電磁閥等元件組成。

4.1 主控元件

單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行程序的編寫(xiě)，使其指揮電機(jī)、電磁閥各個(gè)裝置按照所需要的方式運(yùn)行，得到預(yù)期的結(jié)果。單片機(jī)采用ATMEL公司的8位系列中的ATmega128型，穩(wěn)定性高，應(yīng)用廣泛。

4.2 傳感器

接近傳感器，負(fù)責(zé)控制輸送帶的停止、運(yùn)行，去核裝置前進(jìn)、后退。接近傳感器型號(hào)是LJ18A3-8-Z/BY，其主要技術(shù)參數(shù)如下：檢測(cè)距離8 mm，電源電壓10-30VDC。

4.3 驅(qū)動(dòng)元件

主要是步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)與電磁閥。輸送帶的電機(jī)選擇德弗步進(jìn)電機(jī)，主要參數(shù)如下：電壓40-60V，電流4-6A，步距角1.8°；驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)扶正器運(yùn)行的直流電機(jī)，主要參數(shù)如下：輸出30 W，電壓DC24V，轉(zhuǎn)速1 800 r/min，絕緣等級(jí)B級(jí)；電磁閥選用是4V210-08型號(hào)的五口二位氣動(dòng)電磁閥。

5 機(jī)器創(chuàng)新點(diǎn)

氣動(dòng)排沖式紅棗去核機(jī)與現(xiàn)有紅棗去核設(shè)備相比其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有以下3個(gè)方面：即紅棗夾持模具、旋轉(zhuǎn)扶正器、去核管和去核桿的應(yīng)用。去核裝置的旋轉(zhuǎn)扶正器、去核管和去核干3個(gè)部件對(duì)應(yīng)著3個(gè)工位。首先，紅棗由料斗落入夾棗模具，隨著傳送鏈傳送過(guò)來(lái)之后進(jìn)入定位工位，旋轉(zhuǎn)扶正器在外部直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在曲柄連桿的作用下向左平動(dòng)，夾棗模具中紅棗在旋轉(zhuǎn)扶正器作用下旋轉(zhuǎn)左移，被模具的小爪加持，實(shí)現(xiàn)軸線定位。然后，定位的紅棗進(jìn)入去核工位，去核管在傳動(dòng)系統(tǒng)作用下左移，插核，紅棗依然被夾棗模具夾持，棗核先進(jìn)入去核管，再落入去核絞龍排出。最后，去核紅棗進(jìn)入去棗工位，去核紅棗在去棗桿作用下頂入去棗絞龍排出。

5.1 紅棗夾持模具的應(yīng)用

與其他紅棗去核機(jī)使用的凹型槽式紅棗沖核定位相比，紅棗夾持模具的創(chuàng)新使用，很好地解決了凹型槽紅棗定位的缺點(diǎn)。首先，由凹型槽定位是靠紅棗落入凹槽后，在彈性壓帶的作用下壓緊紅棗，使紅棗定位，然后由沖核桿去核。其次，凹型槽大小一致，致使較小紅棗在凹槽內(nèi)留有空隙較大，彈性壓帶無(wú)法壓緊尺寸較小的紅棗。同時(shí)，未被壓緊的紅棗在去核時(shí)，會(huì)被沖核桿捅出凹槽，而不能完成去核，出現(xiàn)空沖現(xiàn)象，使設(shè)備效率降低。

紅棗夾持模具的使用很好地解決了空沖問(wèn)題。夾持模具爪由彈性軟塑料制成，一頭為紅棗落入孔，開(kāi)口較大，便于紅棗落入；另一頭為夾持爪，功能如手指抓棗，由多個(gè)爪齒制成，爪齒組成的縮口孔徑變小，目的是將紅棗夾持緊后，為了更好地沖核，而不至于產(chǎn)生空沖現(xiàn)象。夾持爪具有彈性，沖核后，可以通過(guò)頂棗桿將紅棗頂出。夾持器解決了紅棗的空沖現(xiàn)象，提高了效率。

紅棗夾棗模具見(jiàn)圖2。

圖2 紅棗夾棗模具

紅棗夾持模具安裝在紅棗輸送帶上，每排安裝14個(gè)。

紅棗夾持器安裝見(jiàn)圖3。

圖3 紅棗夾持器安裝

5.2 旋轉(zhuǎn)扶正器的應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)扶正器的作用是使紅棗進(jìn)入夾持模具后，對(duì)紅棗進(jìn)行定位。紅棗沖核時(shí)，要求從紅棗的長(zhǎng)軸方向沖下。如果紅棗進(jìn)入夾持模具后，軸向不對(duì)，需對(duì)紅棗扶正。旋轉(zhuǎn)扶正器的作用就是將紅棗旋轉(zhuǎn)扶正，使紅棗長(zhǎng)軸方向?qū)?zhǔn)沖桿。這樣才能保證沖桿準(zhǔn)確沖核。如果紅棗不被扶正，則沖核時(shí)會(huì)出現(xiàn)從短軸方向沖入現(xiàn)象。這樣核不但沖不出來(lái)，棗還會(huì)被沖破，使紅棗的破碎率增加。

扶正器的應(yīng)用減少了紅棗的破碎率，使沖核時(shí)可以更精準(zhǔn)地從長(zhǎng)軸方向沖入。

紅棗旋轉(zhuǎn)扶正器見(jiàn)圖4。

圖4 紅棗旋轉(zhuǎn)扶正器

5.3 沖核桿掃核裝置的應(yīng)用

沖核桿在沖完核后，由于紅棗含糖量高、黏性大，棗核常常會(huì)黏附在沖桿頭上，若不清除，將會(huì)影響下次沖核。人工沖核時(shí)，沖桿上也會(huì)時(shí)常黏上棗核，則由人工采用去除。增加沖核桿掃核裝置后，使用氣動(dòng)掃核鋼絲，在紅棗沖核完成后，迅速下行，掃去黏附在沖桿頭上的棗核，可以更好地進(jìn)行連續(xù)工作，保證高效沖核。

紅棗沖核桿見(jiàn)圖5。

圖5 紅棗沖核桿

6 性能指標(biāo)與現(xiàn)有機(jī)器的比較

目前使用的紅棗去核機(jī)都是通過(guò)一條輸送帶上邊嵌入的凹槽傳送紅棗，然后送到去核端用沖核桿沖核。由于每個(gè)機(jī)器上只安裝了一條輸送帶，所以每次工作時(shí)只能是一個(gè)一個(gè)地向前輸送去核，有時(shí)還常常出現(xiàn)紅棗吊不到凹槽的現(xiàn)象，這時(shí)就出現(xiàn)了空沖現(xiàn)象。會(huì)影響到去核機(jī)的工作效率。紅棗去核工作是一個(gè)勞力量很大的工作，每次靠一個(gè)一個(gè)沖，顯然效率很低，若空沖現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，效率更低。而本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的紅棗去核機(jī)設(shè)計(jì)了并排沖棗的工作原理，即變窄輸入帶為寬傳入帶。在紅棗傳送帶上并排安裝有14個(gè)紅棗夾持模具，沖核部分安裝了 14個(gè)旋轉(zhuǎn)扶正器和沖核桿。由于每個(gè)行程可以同時(shí)沖14個(gè)紅棗，從而增加了去核效率，使機(jī)器的生產(chǎn)能力極大提高，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)全自動(dòng)氣動(dòng)式智能去核機(jī)可以代替多臺(tái)現(xiàn)有紅棗去核機(jī)的工作，使用戶的投資成本降低，變一個(gè)一個(gè)沖核為一排一排沖核。這些是2種不同設(shè)備最主要的區(qū)別，也是先進(jìn)性所在。

7 結(jié)論

氣動(dòng)排沖式紅棗去核機(jī)不僅能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)采摘回來(lái)的紅棗進(jìn)行去核，使得去核實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化、工業(yè)化，填補(bǔ)這個(gè)領(lǐng)域的空白，而且快速、經(jīng)濟(jì)、省時(shí)省力、安全，為廣大紅棗種植戶解決了去核困難的問(wèn)題，工作效率更高，產(chǎn)品質(zhì)量更好，在很大程度上幫助了紅棗種植戶、加工廠能夠更輕松、更有效地完成紅棗去核工作。◇

Study on Pneumatic Percussive Red Jujube Automatic Denucleation Machine

ZHANG Yufeng
（Shanxi Agricultural Machinery Technology Promotion Station，Taiyuan，Shanxi 030002，China）

Through the motor drives the cylinder transmission power，driven by cylinder rushed to denucleation pole of red jujube.Red jujube fall into the clamping mould by container，through the movement of the main parts do denucleation work such as nuclear pipe，jujube and jujube rotation centralizer，to achieve good effect of denucleation，to solve the problem of the red jujube size，shape，and positioning problem.Compares with the existing single red jujube denucleation machine，little denucleation crushing，leak less impact，a trip to a row of jujube，greatly improve the efficiency of the jujube of denucleation，at the same time，it has a high degree of automation，blunt nucleus are of good quality and with low failure.

red jujube；pneumatic blunt nucleus

TH122

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.12.050

1671-9646（2016）12a-0066-03

2016-12-21

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目“氣動(dòng)排沖式紅棗自動(dòng)去核機(jī)”（20090311041）。

張玉峰（1962— ），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣。