黑欖核破殼機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)與研究

鄧偉權(quán) 李翔 羅舒茵 黃梓健 麥嘉煒

[摘? ? 要]文章針對黑欖核，仁需求量大但獲取效率低的問題，采用自動(dòng)化流水線代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工開欖核，全自動(dòng)地完成破殼以及核、仁的篩分。整體生產(chǎn)線大致工作流程為：欖核的定向排列、尺寸篩分、運(yùn)輸、切割、破殼以及核、仁的篩分。在流水線設(shè)計(jì)時(shí)主要采用了振動(dòng)盤、直線送料器、鏈輪運(yùn)輸機(jī)、氣動(dòng)壓具以及直線篩料機(jī)等機(jī)構(gòu)。另外，針對欖核的不規(guī)則性，設(shè)計(jì)了3個(gè)加工尺寸的模具。后期通過有限元分析校核，證明設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)均合理。

[關(guān)鍵詞]開欖核機(jī);黑欖核;欖形模具;切割機(jī)構(gòu)

[中圖分類號(hào)]S226 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–02

Design and Research of Shell Breaking Mechanism Based on Heilan Core

Deng Wei-quan，Li Xiang，Luo Shu-yin，Huang Zi-jian，Mai Jia-wei

[Abstract]In order to solve the problem that the demand of black olive kernel is large， but the efficiency is low， the automatic assembly line is used to replace the traditional manual open olive kernel， and the shell breaking and kernel and kernel screening are completed automatically. The general working process of the whole production line is as follows： directional arrangement of olive core， size screening， transportation， cutting， breaking shell and screening of core and kernel. Among them， in the design of the assembly line， the vibrating disc， linear feeder， chain wheel conveyor， pneumatic press and linear screening machine are mainly used. In addition， in view of the irregularity of the core， three processing dimensions of the mold were designed. After the finite element analysis， the design mechanism is reasonable.

[Keywords]kailan nuclear machine; black olive nucleus; olive mold; cutting mechanism

我國南部地區(qū)每年出產(chǎn)大量的黑橄欖，其中大部分用來制成欖仁制品供應(yīng)市場。黑欖核作為黑欖極有價(jià)值的部分，在銷售市場上有巨大的收益潛力。目前其生產(chǎn)當(dāng)中普遍采用的是人工開欖核的方法來提取欖仁肉，市場上尚未有開欖核的自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械。且我國的機(jī)械化破殼、殼仁分離、桃仁分色、桃仁分級(jí)等方面技術(shù)方面相對落后，依靠人工取欖仁效率低，需要大量人力，難以達(dá)到量產(chǎn)。機(jī)械自動(dòng)化裝置的應(yīng)用能保證較高的生產(chǎn)效率，同時(shí)減少在生產(chǎn)過程當(dāng)中的各種材料浪費(fèi)，高效破開欖核外殼，減少勞動(dòng)力，大大提高了生產(chǎn)效率。

1 總方案的確定

以開欖核的工作需要，設(shè)定了流水線的總體設(shè)計(jì)方案。在工作過程中設(shè)計(jì)了定向排列、尺寸篩分、輸送、切割、破殼、物料篩分六大部分，由此設(shè)置六道工序?qū)旌诉M(jìn)行加工處理，如圖1所示。

①第一道工序?yàn)槎ㄏ蚺帕?，由振?dòng)盤來實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)盤將欖核以一致的方向排列并有序送至下一工序。②第二道工序?yàn)槌叽绾Y分，由直線送料器實(shí)現(xiàn)，直線送料器上設(shè)有關(guān)卡，可將由振動(dòng)盤輸出的欖核篩分出三類尺寸，并繼續(xù)將欖核傳向下一道工序。③第三道工序?yàn)檩斔?，由鏈輪運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)。鏈輪運(yùn)輸機(jī)上裝有三類尺寸的仿欖形模具以承載直線送料器輸出的欖核，鏈輪運(yùn)輸機(jī)循環(huán)運(yùn)送模具，實(shí)現(xiàn)模具承載欖核依次經(jīng)過切割、破殼區(qū)域進(jìn)行加工。④第四道工序?yàn)榍懈?，由圓盤鋸片實(shí)現(xiàn)。通過在一根軸上安裝三個(gè)不同尺寸的鋸片，通過氣壓帶動(dòng)刀具上下移動(dòng)，軸帶動(dòng)鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)對欖核切割出裂縫。⑤第五道工序?yàn)槠茪?，由壓具?shí)現(xiàn)。壓具通過氣動(dòng)裝置控制，當(dāng)欖核由運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到壓具正下方時(shí)，壓具下壓將切有裂縫的欖核壓破。⑥第六道工序?yàn)槲锪虾Y分，由直線篩實(shí)現(xiàn)。破開的欖核被運(yùn)送落至直線篩，直線篩分三層，分別篩分出欖核的殼、欖仁、碎渣。

2 各部分機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)

2.1 物料輸送裝置

物料輸送裝置將欖核由起始位置輸送到加工工位，其中包含了定向輸送機(jī)構(gòu)、欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)、鏈輪輸送機(jī)構(gòu)。

（1）定向輸送機(jī)構(gòu)。定向輸送機(jī)構(gòu)將欖核以一致方向傳送至排列機(jī)構(gòu)。通過振動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)欖核的定向輸送。振動(dòng)盤料斗下面有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動(dòng)，由傾斜的彈簧片帶動(dòng)料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。料斗上的欖核，由于受到這種振動(dòng)而沿螺旋軌道上升。在上升的過程中經(jīng)過軌道的出口關(guān)卡的篩選，欖核能夠按照加工方向要求呈同一狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入下一道工序?qū)?yīng)的位置上。

（2）欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)。欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)將欖核篩分成三類尺寸，分別為大、中、小型欖核。通過直線送料器實(shí)現(xiàn)欖核的尺寸篩分。直線送料器采用雙振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)做同步、反缶旋轉(zhuǎn)時(shí)，其偏心塊所產(chǎn)生的激振力在平行于電機(jī)軸線的方向相互抵消，在垂直于電機(jī)軸的方向疊為一合力，因此篩機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線。其兩電機(jī)軸相對篩面有一傾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在篩面上被拋起跳躍式向前作直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到對物料進(jìn)行篩選和分級(jí)的目的。欖核從入口處進(jìn)入，達(dá)到關(guān)卡時(shí)，大號(hào)的欖核被篩分至第三個(gè)卡口輸出。當(dāng)欖核抵達(dá)第二關(guān)卡，中號(hào)的欖核被篩分至第二個(gè)出口輸出。剩余小號(hào)的欖核從第一個(gè)輸出口輸出。

（3）鏈輪輸送機(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)用于運(yùn)輸欖核抵達(dá)加工區(qū)域。由鏈輪運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)對欖核的運(yùn)送。其鏈輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈條上裝有模具以承載欖核。模具經(jīng)過擋板時(shí)，欖核下落至模具。擋板可將多余的欖核隔除，模具由鏈輪鏈條帶動(dòng)依次運(yùn)送至刀具加工處、壓具加工處，以進(jìn)行欖核的切割與破殼，最終運(yùn)離切、壓加工工作區(qū)，將加工完畢的欖核運(yùn)送至直線篩進(jìn)行篩分，以此往復(fù)。

2.2 切割與破殼裝置

（1）切割機(jī)構(gòu)。切割機(jī)構(gòu)將欖核切出裂縫。通過圓形鋸片實(shí)現(xiàn)對欖核的切割。刀具為在一根軸上安裝3個(gè)不同尺寸的鋸片，大鋸片：直徑80 mm，孔直徑15，30個(gè)刀口、刀鋒間距9.5 mm;中鋸片：直徑60 mm，孔直徑10，30個(gè)刀口、刀鋒間距7.33 mm;小鋸片：直徑52，孔直徑10，30個(gè)刀口、刀鋒間距6.51 mm。軸一端通過軸承固定，另一端用聯(lián)軸器將電機(jī)與軸連接在一起，電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而軸帶動(dòng)鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過氣壓帶動(dòng)刀具上下移動(dòng)。為保證欖核被加工過程的穩(wěn)固性與安全性，鋸片下方用一個(gè)蓋板蓋住欖核。

（2）破殼機(jī)構(gòu)。破殼機(jī)構(gòu)將欖核壓破。通過壓具實(shí)現(xiàn)對欖核的壓破，壓具對欖核進(jìn)行壓破處理，刀具加工后，欖核被運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到壓具的正下方，壓具底部根據(jù)欖核大小設(shè)置了不同的階梯層，通過氣缸提供壓力使壓桿帶動(dòng)壓具下壓，把帶有裂痕的欖核壓破。

2.3 物料篩分

物料篩分機(jī)構(gòu)將黑欖核的殼與欖仁肉分離開。通過直線振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)對欖核殼與仁的分離。利用振動(dòng)電機(jī)激振作為振動(dòng)源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時(shí)向前作直線運(yùn)動(dòng)，通過多層篩網(wǎng)對欖核、欖仁肉、少量碎渣進(jìn)行篩分。最后物料分別從各自的出口排出。

3 自動(dòng)開欖核機(jī)工作流程

開欖機(jī)工作流程共分為六步，分別是對欖核的定向排列、尺寸篩分、輸送、切割、破殼、破碎的欖核進(jìn)行核仁分離。

第一步：振動(dòng)盤將欖核以一致的方向有序送入直線送料器。

第二步：直線送料器對欖核進(jìn)行尺寸篩分，直線送料器上設(shè)有兩道關(guān)卡，將欖核分為三類尺寸。被篩分好大、中、小三號(hào)尺寸分別有序、定向地被送至加工模具當(dāng)中。

第三步：鏈輪運(yùn)輸機(jī)對欖核進(jìn)行運(yùn)輸，鏈條上裝有承載欖核的模具，繼上一道工序，三種尺寸的欖核分別落入到模具，鏈輪運(yùn)輸機(jī)將模具送至刀具加工區(qū)下方。

第四步：圓盤鋸片對欖核進(jìn)行切割，當(dāng)鏈輪運(yùn)輸機(jī)把欖核運(yùn)送至切割加工區(qū)正下方時(shí)，圓盤鋸片由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由氣缸帶動(dòng)向下切割欖核外殼，對欖核切割深度限定在2 mm，即對欖核切割出2 mm深的裂縫。

第五步：壓具對帶有裂縫的欖核進(jìn)行破殼處理。壓具由壓具架臺(tái)固定，由氣缸帶動(dòng)壓具下壓進(jìn)而壓破欖核。

第六步：欖核由鏈輪運(yùn)輸機(jī)運(yùn)離加工區(qū)域，最后落入直線篩中，經(jīng)過直線篩分離出來的欖核、欖仁肉及碎渣分別從各自的出口排出。

4 力學(xué)特性分析

在傳輸加工模具的過程中，鏈輪上的傳動(dòng)軸帶動(dòng)鏈條以及加工模具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，需承載較大的扭矩。為了檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)合理性，故對此處進(jìn)行相關(guān)力學(xué)計(jì)算及校核。

此處傳動(dòng)軸產(chǎn)生的牽引力主要用于驅(qū)動(dòng)鏈輪的旋轉(zhuǎn)以及加工模具、鏈條由下往上運(yùn)動(dòng)。結(jié)合市面上其他類似的輸送機(jī)需要牽引力，以及本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模具重量，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中需要的最大的牽引力可依照加工模具以及鏈部結(jié)構(gòu)的重力進(jìn)行計(jì)算。已知鏈輪分度圓直徑設(shè)計(jì)尺寸，全部模具與鏈部結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量。因此，鏈輪傳動(dòng)軸承受最大轉(zhuǎn)矩為T_max=F_max×R=m_總g×D?2=70×9.8×0.125 =85.75 N·m。

為了確保設(shè)計(jì)的合理性，使用SolidWorks Simulation對傳動(dòng)裝置中主要受力部位——鏈輪傳動(dòng)軸，進(jìn)行有限元分析。

首先將鏈輪傳動(dòng)軸材質(zhì)設(shè)置為常規(guī)的合金鋼，進(jìn)行約束后，施加的轉(zhuǎn)矩，劃分相應(yīng)的離散網(wǎng)格，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形分析。分析結(jié)果如圖2所示。

5 結(jié)論

經(jīng)過構(gòu)思和試驗(yàn)，研發(fā)了一款自動(dòng)的開欖核流水線。該流水線可對欖核進(jìn)行核仁分離工作。流水線全自動(dòng)運(yùn)作，大大減少了人力的浪費(fèi)。解決了人工開欖核的問題并提高了開欖效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

開欖機(jī)總體的工作過程為振動(dòng)盤對欖核定向輸送、直線送料器對欖核進(jìn)行尺寸分類、圓盤鋸片對欖核進(jìn)行切割、壓具對欖核進(jìn)行破殼、直線篩料機(jī)分離出欖仁。針對欖核加工的整個(gè)過程，設(shè)計(jì)了完整的流水線;并進(jìn)行流水線的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真以確保模型的可靠性。在三維建模基礎(chǔ)上對三維建模做了渲染工作。為得到機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)，用慧魚組件搭建了開欖機(jī)的實(shí)體模型，進(jìn)一步確保了機(jī)構(gòu)的可行性。

在設(shè)計(jì)方面，按欖核尺寸的實(shí)際情況為欖核設(shè)計(jì)了包含三類尺寸的承欖模具，解決尺寸不一問題的同時(shí)也提高了生產(chǎn)的效率。在欖核的切割與破殼加工區(qū)域，采用級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，鏈輪運(yùn)輸機(jī)上分別裝有圓盤鋸片與壓具，對欖核分別進(jìn)行切割與破殼。批量大、生產(chǎn)率高。

自動(dòng)化的生產(chǎn)線能更高效地完成黑欖核的加工，提取黑欖仁與欖核殼并分離。本設(shè)計(jì)對于解決人工開欖核問題方面有一定的成效。相對于人工開欖核而言，大大減少了人力成本，提高了開欖核的效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王維，賀功民，王亞妮，等.核桃破殼取仁生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016（5）：100-103.