滾筒式檳榔切片機的創(chuàng)新設計研究

陳超林　黃渝　鄧琪瑋　王錫純

【摘 要】本文設計了一種滾筒式檳榔切片機，創(chuàng)新性地將滾筒設計為帶槽的結構，并在V型槽的下部裝有震動部件，保證檳榔有序地傳送。在切片機構中的管道上安裝對稱的多把刀具，并在同一圓周上的兩把刀具之間設計適當大小的凹槽，使檳榔果被對半切開時，可經凹槽落入收料槽中，有效地提高了滾筒式檳榔切片的效率。

【關鍵詞】滾筒式；檳榔切片機；結構創(chuàng)新設計

中圖分類號： TS255.35 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0049-002

0 引言

檳榔是我國南方一些地方很受喜歡的食品，隨著需求量逐漸增大，檳榔的生產效率要求越來越高。而目前我國檳榔切片機的自動化加工剖切生產方面，已有部分企業(yè)和民間科技創(chuàng)新者進行了嘗試并取得了一定的成績。而檳榔的外形尺寸及特性會受產地、氣候環(huán)境不同而表現(xiàn)出一定的差異性。因此，檳榔切片機的裝夾定位和對半切片精度都受到很大影響，甚至形成了較高的廢品率，大大影響了檳榔加工成本以及造成了浪費，而且研發(fā)的剖切機中仍有許多方面有待改進。本文結合檳榔的一般尺寸、切片定位及自動化生產的需求，設計了一種滾筒式檳榔切片機的總體結構方案，并進行了相應的三維建模和仿真分析。

1 方案創(chuàng)新設計及刀具選擇

本文根據檳榔的物理形狀大小，借鑒其它研究者的設計不足之處，創(chuàng)新性地設計了一種滾筒式檳榔切片機。檳榔切片機一般由四個子系統(tǒng)組成，即輸送系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、切片系統(tǒng)和出料系統(tǒng)。其加工工藝流程如下圖所示，即料斗中的檳榔被穩(wěn)定有序地輸送，在輸送過程中實現(xiàn)定位，然后將檳榔進行固定，最后由切刀將檳榔精準地對半切片。

由于在制作過程中檳榔的大小不一，這是檳榔切片機設計中的關鍵因素。因此在設計時必須要適應各種大小形狀的檳榔。首先由工作人員將事先處理好的檳榔導入下料口，再由下料口進入滾筒（分為內外兩層，采用帶傳動），為了便于固定大小不一的檳榔，本文創(chuàng)新性地將滾筒設計為帶槽的結構，如圖2所示。

在離心力的作用下，檳榔可以通過滾筒的旋轉被甩進筒內多邊形槽位里，再在滾筒下方半圓形槽里面運輸，運輸工程中被擺正。此處經過擺正后的檳榔果在重力的作用下通過V型槽，并在V型槽的端部進行夾緊，其結構如圖3所示，這樣就可以保證滾筒穩(wěn)定連續(xù)地下料。考慮到檳榔大小不規(guī)則且不對稱的特點，為了實現(xiàn)所設計的機構簡單實用且運行可靠，在V型槽的下部裝有適當震動的部件，這樣可方便且可靠使檳榔有序地傳送至下一個機構。

為了保證夾緊的可靠性，在定位與夾緊機構中，本文在帶有V型槽壓輪的外側創(chuàng)新地安裝了帶有彈簧的曲面擋板，利用彈簧彈性浮動，使對各個大小不一的檳榔能按照特定的要求壓緊，實現(xiàn)了最終可靠定位和夾緊。

最后一個設計難點是進行檳榔剖切時的效率問題，本文采用的是環(huán)切技術，如圖4所示，當檳榔在移動到V型槽末端時由下面的環(huán)形刀片進行環(huán)切，大大提高生產效率，在切片機構方面也進行了創(chuàng)新設計，即在一個管道上成對稱的安裝多把刀具，并在同一圓周上的兩把刀具之間設計適當大小的凹槽，其中刀具與電動機的輸出軸相連，當檳榔果被對半切開時，檳榔片將經過凹槽落入事先準備好的收料槽中，最后人工取出剖切成功的檳榔切片。

根據查閱檳榔尺寸的統(tǒng)計數(shù)據得到，一般檳榔可分為大果、中果和小果三個等級，即質量分別為80g<大果≤120g、50g<中果≤80g、30g<小果≤50g。按果實橫徑Dh和縱徑Dz分為小果（Dh<20mm， Dz<30mm）、中果（20mm< Dh≤40mm， 30mm< Dh≤60mm ）、大果（40mm< Dh， 60mm< Dh ）經試驗測算，單個檳榔平均切剖力為150N。相應地設計刀具的參數(shù)分別為：刀具總長L、增加的刀筒長△L、刀片部分長度h，刀具圓柱筒外徑dw、刀具圓柱筒內徑dl。則對應不同大小檳榔果的刀具為大刀、中刀和小刀，其參數(shù)分別為：大刀L=140mm，△L=60mm，h=80mm，dw=60mm，dl=35mm；中刀dw=40mm，dl=25mm；小刀dw=20mm，dl=15mm。此外，為了加工方便，一般將中刀和小刀的其它尺寸設計成大刀一樣的參數(shù)。

2 結論

由于各個機構的設計理念基本成型，因而機構的尺寸、大小以及裝配運行就需要進行虛擬仿真，以確定各部件之間存在銜接問題，從而進行相應的修改與布置。因此，針對實現(xiàn)復雜運動規(guī)律的各個機構，首先基于solidworks等三維軟件對檳榔切片機進行虛擬設計以及對從動件運動規(guī)律進行仿真分析，并對其關鍵尺寸進行優(yōu)化設計，最后運用ADAMS軟件對其進行運動學和動力學仿真。仿真結果表明，該創(chuàng)新設計能大大改善檳榔切片的效率，下一步工作將開展制作實物模型，與仿真數(shù)據進一步驗證，從而改進該滾筒式檳榔切片機的設計。

【參考文獻】

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