農(nóng)產(chǎn)品切片機(jī)械裝置的研究現(xiàn)狀及展望

李 錦，高岳玲，張立汶，黃 攀，肖愛玲

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院/新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學(xué)校現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300）

0 引言

在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域，切片加工技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品保存和創(chuàng)收都起著關(guān)鍵作用。本文介紹了幾種典型農(nóng)產(chǎn)品切片加工方法，研究了農(nóng)產(chǎn)品切片加工的發(fā)展現(xiàn)狀及前景。將果蔬切片后可以適應(yīng)人群需求，切片加工可以降低損失，提升產(chǎn)品的附加值，在穩(wěn)定脫貧的道路更進(jìn)一步[1]。

1 農(nóng)產(chǎn)品切片機(jī)械裝置研究現(xiàn)狀

我國切片設(shè)備研究始于上世紀(jì)70 年代初期的水果切片設(shè)備，現(xiàn)階段我國切片機(jī)設(shè)備主要應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品及醫(yī)藥領(lǐng)域，其中，在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。

1.1 多工位切片裝置

江蘇辰熠機(jī)械科技有限公司發(fā)明了一種多工位水果切片裝置[2]，裝置外殼上有凹口，一側(cè)設(shè)有刀板，刀板一側(cè)為連接桿、一側(cè)為從動輪，另一側(cè)為固定板，連接桿與滑桿連接，滑桿固定安裝在外殼上，從動輪通過皮帶連接主動輪，主動輪與電機(jī)連接，電機(jī)固定在外殼內(nèi)壁一側(cè)，固定板上有若干豎版。

圖1 多工位水果切片裝置結(jié)構(gòu)示意

使用時將水果放在兩個豎版之間，通過旋轉(zhuǎn)螺紋柱推動夾板將水果固定在豎板之間，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)桿，在二號齒輪的作用下，內(nèi)桿帶動移動板向左移動，使水果移動到刀板的切割刀片下方，打開電動機(jī)，通過電動機(jī)帶動主動輪轉(zhuǎn)動，主動輪通過皮帶帶動從動輪旋轉(zhuǎn)，利用一號齒輪帶動刀板下移，對水果進(jìn)行切片，切片后的水果落入收集箱內(nèi)部。

該裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，其特色是通過設(shè)置若干豎版和固定裝置，能夠同時將多個水果固定在固定板上，再利用刀板上的多個切割刀片，借助刀板的上下運(yùn)動完成對水果的切片。該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)多工位的切片，有效提高了切片效率。

1.2 搖柄式切片裝置

無錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院研發(fā)了一種切片機(jī)[3]，工作時通過物料臺兩端的尖刺將物料進(jìn)行定位，搖動搖柄帶動兩個凸輪同步轉(zhuǎn)動。抵壓在凸輪外表面的支撐桿隨著凸輪在滑槽內(nèi)移動，從而帶動切刀向上移動，當(dāng)支撐桿到達(dá)凸輪的最高點(diǎn)后，凸輪出現(xiàn)一個臺階，切刀在重力和彈簧力的雙重作用下快速下落，對物料進(jìn)行切割。然后支撐桿再次隨凸輪向上移動，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行物料切片。同時，凸輪軸和齒輪軸同步轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動，通過齒條帶動物料臺向前移動，使切刀依次對物料進(jìn)行切割。通過調(diào)整凸輪軸上的皮帶輪直徑和齒輪軸上的皮帶輪直徑比例，來實(shí)現(xiàn)切片厚度的調(diào)整，為了便于操作，將凸輪軸上的皮帶輪或齒輪軸上的皮帶輪設(shè)計成了變徑輪。當(dāng)物料切割完畢，用手抬起切刀，反向轉(zhuǎn)動凸輪使物料臺復(fù)位，通過人工與機(jī)械配合的方式完成切片工作。

圖2 搖柄式切片機(jī)結(jié)構(gòu)示意

該設(shè)計通過凸輪驅(qū)動設(shè)置在支撐架上的切刀上下移動對固定在物料臺上同步移動的食物進(jìn)行切片加工。整體結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實(shí)現(xiàn)快速切片的功能。

1.3 推送式切片機(jī)

推送式水果切片機(jī)[4]的組成包括底座和接片盤，切片機(jī)機(jī)架固定連接在底座上，切片機(jī)機(jī)架上有切片盤外殼和水果放置槽，切片盤外殼內(nèi)則是切片裝置。接片盤放置在切片裝置下方，推送頂板連接在水果放置槽的內(nèi)壁，推送頂桿一端與推送頂板固定連接，另一端穿過水果放置槽延伸至底座外。切片裝置上包括刀片和厚度調(diào)節(jié)盤，刀片和厚度調(diào)節(jié)盤通過穿桿組裝成一體，厚度調(diào)節(jié)盤上安裝有調(diào)節(jié)螺母。

該機(jī)工作時，將水果放置在槽中，通過推送頂桿橫向移動將水果送至切片裝置中，繼而手動轉(zhuǎn)動手柄，利用切片裝置中厚度調(diào)節(jié)盤和刀片的剪切力對水果進(jìn)行切片，水果切片大小均勻，切片通過接片盤收集。

圖3 推送式切片機(jī)結(jié)構(gòu)示意

該切片機(jī)使用方便快捷、切片效果好、操作簡單、切片速度快、切片均勻，但需依靠人工操作，因此存在一定的安全隱患。

1.4 擺動仿形切片裝置

西安工業(yè)大學(xué)研制的獼猴桃去締切片機(jī)構(gòu)[5]實(shí)現(xiàn)了獼猴桃切片機(jī)械化，集自動去皮、去蒂和切片于一體，解決了切片加工效率低、安全性差、不環(huán)保等問題。

針對空間材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)特性及需求，系統(tǒng)設(shè)計對熱電偶信號采用多級放大，分段復(fù)用的方式進(jìn)行放大處理，整體系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖4 去蒂切片機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

工作時，手動將獼猴桃放在用來夾持的機(jī)械手上固定，機(jī)械手上方設(shè)有壓緊裝置，將獼猴桃壓緊在旋轉(zhuǎn)盤插針上。獼猴桃隨插針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中刀片開始向下運(yùn)動達(dá)到切削的目的。裝有彈簧片的刀片可以保證刀片能緊貼獼猴桃，實(shí)現(xiàn)了仿形切削。之后，上位氣缸做回程運(yùn)動，將獼猴桃?guī)У綋醢逄?，此時切片氣缸帶動刀片組進(jìn)給對獼猴桃進(jìn)行切片[6]。

該設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一個工位完成兩個動作，即去蒂和切片，并且實(shí)現(xiàn)了完全自動化，提高了生產(chǎn)效率，極大降低了勞動強(qiáng)度。

1.5 導(dǎo)向切片裝置

陜西科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院為解決大棗切片生產(chǎn)中加工效率低、破碎率大、厚度不均勻等難題，研制出了一種大棗全自動定向切片設(shè)備[7]，這種切片設(shè)備工作時，將裝置中間的軸固定在張緊裝置上，由于張緊裝置不旋轉(zhuǎn)，因此切片裝置也不旋轉(zhuǎn)，刀片固定不動[8]。左鏈輪通過螺桿與送料盤固連，鏈條帶動左鏈輪旋轉(zhuǎn)，送料盤也在左鏈輪的作用下一并旋轉(zhuǎn)，帶動進(jìn)入送料盤內(nèi)部的大棗旋轉(zhuǎn)，通過切片裝置內(nèi)部的刀片，完成最終的切片過程[9]。該設(shè)備生產(chǎn)效率高，切片厚度均勻，破碎率低，效果良好。

圖5 大棗自動定向切片機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意

湖北農(nóng)學(xué)院工程技術(shù)系對于蓮藕切片機(jī)的設(shè)計與研究中提出了一種導(dǎo)向筒傳遞切片的切片機(jī)構(gòu)，之后湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院對蓮藕切片機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化[10]。優(yōu)化后的切片機(jī)模仿人工切削方式，采用直線切割，確保了切削點(diǎn)的速度時刻相同，減少了蓮藕片的破碎，對已完成切削的藕片采用落料孔的收集方式，而落料孔的孔壁有效阻止了藕片粘結(jié)刀片，從而很大程度上提高了切片質(zhì)量。

圖6 蓮藕切片機(jī)結(jié)構(gòu)示意

該切片機(jī)構(gòu)工作時，將蓮藕放在進(jìn)藕導(dǎo)向筒內(nèi)，由于重力的作用，蓮藕會掉在擋板上，此時，電動機(jī)通過傳動裝置將動力傳遞到主軸上，帶動主軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而帶動刀片及其安裝盤旋轉(zhuǎn)[11]，達(dá)到蓮藕切片的目的。

這種切片裝置達(dá)到了結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、使用安全可靠的要求，并且技術(shù)要求和制造成本低，實(shí)現(xiàn)了自動化控制和操作，降低了勞動強(qiáng)度，但是存在易粘刀，藕片易破碎的問題[12]。

1.6 直線切割式切片裝置

傳統(tǒng)導(dǎo)向性蓮藕切片裝置存在著易粘刀、藕片易破碎的問題，岳偉棟等運(yùn)動直線式切割方式設(shè)計了蓮藕切片機(jī)[13]，該切片機(jī)模仿人工切削方式，工作時下端通過可用調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)式擋料板，電動機(jī)則帶動裝有長刀片的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)工作，刀片將蓮藕快速切削，同時切斷的蓮藕從落料孔落下[14]，刀片回程時擋料板歸位，實(shí)現(xiàn)往復(fù)切削。

圖7 新型蓮藕切片機(jī)原理示意

這種直線往復(fù)型切片機(jī)解決了切片破碎、粘刀的問題，提高了切片效率，在農(nóng)產(chǎn)品切片領(lǐng)域適應(yīng)性較強(qiáng)。

1.7 離心式切片裝置

長江大學(xué)研制了離心式人參切片裝置[15]，此裝置主要由定位環(huán)、旋轉(zhuǎn)刀盤、刀架、接料斗、傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成。

圖8 離心式人參切片裝置結(jié)構(gòu)示意

旋轉(zhuǎn)刀盤的送入導(dǎo)軌上。工作時，人參隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)過程中，人參產(chǎn)生離心力，使其送入相應(yīng)的切片位置，按照預(yù)定的厚度進(jìn)行切片，在旋轉(zhuǎn)切向力的作用下，參片落入接料斗中，完成切片工作。

離心式切片機(jī)的研究考慮到原材料的性質(zhì)，借用離心力和向心力，為了提高效率，該切片機(jī)常采取多把刀、多料口的方式。

2 存在的問題及展望

結(jié)合上述多種切片設(shè)備的研究現(xiàn)狀，就農(nóng)產(chǎn)品切片技術(shù)來說，存在操作難、工藝復(fù)雜、實(shí)用價值低、消耗成本高等諸多問題。對于優(yōu)化工藝、減少成本、提高實(shí)用價值等問題，需要進(jìn)一步研究和探討。

（1）去皮。去皮是導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品切片無法統(tǒng)一的關(guān)鍵。仿形切削去皮是最有效、適用性最廣的去皮方式。

（2）傳動。齒輪、帶傳動存在著機(jī)械損耗大、傳動復(fù)雜、工藝繁瑣的問題。加入絲杠、氣壓等方式傳動是切片機(jī)發(fā)展的新方向。

（3）零件結(jié)構(gòu)。切片過程中出現(xiàn)粘刀、落料堵塞的問題。自動噴灑細(xì)小水流的裝置解決了粘刀的問題，效果較佳；連動落料孔落料方式符合經(jīng)濟(jì)、安全、衛(wèi)生的要求，符合未來切片機(jī)發(fā)展方向。

（4）控制?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）在切片裝置中的運(yùn)用[16]，得到了很好的反響，在未來切片裝置發(fā)展過程中，越發(fā)智能的控制系統(tǒng)是大勢所趨。

綜上所述，切片機(jī)結(jié)構(gòu)未來發(fā)展的方向是：結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、耗能小、效率高、適用范圍廣。

3 結(jié)論

機(jī)械化切片機(jī)構(gòu)存在著許多瓶頸缺陷，就目前我國在此領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)的去核去皮及切片一體式切片成形機(jī)構(gòu)是市場需求。可考慮加入可編程數(shù)字控制系統(tǒng)，采用仿形切削去皮，利用曲柄滑塊、曲柄連桿等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)循環(huán)往復(fù)式工作，連桿連接進(jìn)料、落料的連動工作，結(jié)合噴灑式水流裝置組成新型農(nóng)產(chǎn)品切片裝置。