雪梨果脯自動(dòng)削心切塊機(jī)

賀靖淇，胡茂林，徐向前，謝紅梅，劉茈涵，周湛

（廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西 南寧 530004）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)水果加工業(yè)得到迅速發(fā)展，但不少果品加工廠的預(yù)處理（如去核、去皮）仍采取落后的手工作業(yè)方式。由于傳統(tǒng)手工加工手段落后，生產(chǎn)效率低下，因而有時(shí)某些地區(qū)還出現(xiàn)鮮果積壓腐爛的情況，造成“豐產(chǎn)不豐收”的現(xiàn)象，給果農(nóng)造成不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，由于產(chǎn)品質(zhì)量檔次較低，造成產(chǎn)品難以進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，因此，發(fā)展去核等水果預(yù)處理設(shè)備將是一種必然趨勢(shì)。不少去核機(jī)果肉與果核分離不徹底，果肉損失率高達(dá)16%，且一些機(jī)器的性能不穩(wěn)定，作業(yè)成本偏高[1]。所以，目前在水果自動(dòng)去核切塊這一方面的研究需要解決的問(wèn)題仍然很多，發(fā)展前景十分廣闊。

在這樣的趨勢(shì)下，德國(guó)、美國(guó)、加拿大等一些國(guó)家研制出了一些去核切塊機(jī)，但這些機(jī)器的成本普遍偏高。國(guó)內(nèi)也研制出了一些自動(dòng)去核切塊裝置，如鮮杏定向切分去核裝置、山楂自動(dòng)去核機(jī)等等，但這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作也不太簡(jiǎn)便?；谖覈?guó)雪梨市場(chǎng)需求量巨大，但雪梨內(nèi)含果核，手工去核切塊費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且沒(méi)有針對(duì)雪梨的去核切塊裝置的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種雪梨自動(dòng)削心切塊裝置。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。以該裝置替代人工進(jìn)行去核切塊，既節(jié)省人力物力，在提高切割效率的同時(shí)增強(qiáng)安全性。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該雪梨果脯自動(dòng)削心切塊機(jī)主要是由帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水果固定傳輸機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊切割機(jī)構(gòu)以及支撐機(jī)構(gòu)四部分組成。裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：電機(jī)、電機(jī)聯(lián)軸器、第一帶輪、第二帶輪、皮帶、第一軸承座、第一軸承、第二軸承座、第二軸承、第三軸承座、第三軸承、第四軸承座、第四軸承、上部傳動(dòng)軸、下部傳動(dòng)軸。它們之間的連接關(guān)系是：第一軸承座、第二軸承座、第三軸承座、第四軸承座均通過(guò)螺栓與螺母配合固定連接在支撐底板和軸承支撐架的相應(yīng)位置上。上部傳動(dòng)軸和下部傳動(dòng)軸則分別通過(guò)第一軸承、第二軸承和第三軸承、第四軸承的作用連接在相應(yīng)的軸承座上。電機(jī)通過(guò)螺栓與螺母配合連接固定在電機(jī)聯(lián)軸器上，電機(jī)聯(lián)軸器通過(guò)螺栓與螺母配合連接固定在支撐底板上。電機(jī)聯(lián)軸器輸出端通過(guò)螺栓作用與下部傳動(dòng)軸固定連接在一起，下部傳動(dòng)軸直接穿過(guò)第二帶輪并將動(dòng)力傳給第二帶輪，第二帶輪則通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳給第一帶輪，第一帶輪通過(guò)螺栓作用固定在上部傳動(dòng)軸上，從而將動(dòng)力傳輸?shù)搅松喜總鲃?dòng)軸。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系如圖2所示。

圖2 帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

1.2 水果固定傳輸機(jī)構(gòu)

水果固定傳輸機(jī)構(gòu)包括：軸承、軸套、傳動(dòng)軸、缺齒錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪、轉(zhuǎn)盤、定位孔和工作臺(tái)。它們之間的連接關(guān)系是：缺齒錐齒輪通過(guò)螺栓作用固定在下部傳動(dòng)軸的端部，從動(dòng)錐齒輪通過(guò)軸承和軸套連接在工作臺(tái)上。傳動(dòng)軸則通過(guò)焊接固定連接在從動(dòng)錐齒輪上，轉(zhuǎn)盤又通過(guò)焊接固定連接在傳動(dòng)軸上，這樣當(dāng)下部傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳到缺齒錐齒輪處時(shí)，缺齒錐齒輪通過(guò)嚙合作用將動(dòng)力間歇性地傳給從動(dòng)錐齒輪，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。定位孔通過(guò)螺栓作用固定在轉(zhuǎn)盤上，用以盛放雪梨。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系如圖3所示。

1.3 曲柄滑塊切割機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊切割機(jī)構(gòu)包括：上部傳動(dòng)軸、凸輪、曲柄、刀具連接片、刀具、滑塊和豎直導(dǎo)軌。零件之間的連接關(guān)系是：凸輪的一側(cè)有小的凸臺(tái)，凸臺(tái)側(cè)面有螺紋孔，凸輪就借助這個(gè)螺紋孔通過(guò)螺栓連接與上部傳動(dòng)軸固定連接在一起。此外，凸輪小頭的一端通過(guò)螺栓與曲柄的大頭端連接在一起，這樣上部傳動(dòng)軸傳遞過(guò)來(lái)的動(dòng)力就通過(guò)凸輪傳遞到了曲柄上。曲柄的小頭端和刀具均通過(guò)螺栓作用與刀具連接片連接在一起，刀具連接片又通過(guò)螺栓作用固定在滑塊上。豎直導(dǎo)軌通過(guò)多個(gè)螺栓與螺母配合豎直固定在支撐底板上，當(dāng)滑塊在豎直導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí)，上部傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)就可以通過(guò)凸輪、曲柄、豎直導(dǎo)軌和滑塊的作用轉(zhuǎn)化為直線平移運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具配合轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)雪梨的削心切塊任務(wù)。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 曲柄滑塊切割機(jī)構(gòu)示意圖

1.4 支撐機(jī)構(gòu)

支撐機(jī)構(gòu)包括：支撐底板、軸承支撐架、工作臺(tái)。它們之間的連接關(guān)系是：軸承支撐架與支撐底板上方焊接在一起，同時(shí)軸承支撐架與支撐底板上方左右兩端均開有通孔，用來(lái)安裝螺栓以實(shí)現(xiàn)與軸承座的固定連接。工作臺(tái)與地面接觸，通過(guò)螺栓與螺母的連接固接在支撐底板的一側(cè)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水果固定傳輸機(jī)構(gòu)的支撐。支撐底板、軸承支撐架、工作臺(tái)共同組成了雪梨果脯自動(dòng)削心切塊機(jī)的骨架。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系如圖5所示。

圖5 支撐機(jī)構(gòu)示意圖

1.5 裝置工作原理

在工作時(shí)，先在定位孔內(nèi)放上雪梨，啟動(dòng)電機(jī)，通過(guò)電機(jī)聯(lián)軸器的連接使得下部傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第二帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。第二帶輪通過(guò)皮帶將動(dòng)力傳遞給第一帶輪，第一帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得連接在其上的上部傳動(dòng)軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使凸輪也開始轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄將凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的升降運(yùn)動(dòng)，刀具通過(guò)與刀具連接片的連接獲得和滑塊同樣的往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)雪梨進(jìn)行切割。電機(jī)為刀具提供切割動(dòng)力的同時(shí)，還通過(guò)下部傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給其上的缺齒錐齒輪，實(shí)現(xiàn)缺齒錐齒輪和從動(dòng)錐齒輪的嚙合，在嚙合作用帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的水平轉(zhuǎn)動(dòng)，使得定位孔的轉(zhuǎn)換與刀具的升降同步進(jìn)行，刀具上升時(shí)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)和雪梨的收取及重新放置可以同時(shí)進(jìn)行。

此外，刀具中與刀片相連的是中空的圓柱孔，當(dāng)?shù)镀懈罟鈺r(shí)，果核便被擠壓至圓柱孔內(nèi)，接著從孔中排出，同步完成對(duì)雪梨削心和切塊的任務(wù)。

2 雪梨果脯自動(dòng)削心切塊機(jī)的試驗(yàn)

當(dāng)裝置啟動(dòng)后，曲柄滑塊切割機(jī)構(gòu)由帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，而帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)提供動(dòng)力。裝置使用自帶減速功能的電容異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1200 r/min，減速比為1∶15。第二帶輪與第一帶輪的傳動(dòng)比為2∶1。此外，電機(jī)通過(guò)下部傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳遞給缺齒錐齒輪，缺齒錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪的傳動(dòng)比為6∶1。通過(guò)計(jì)算可得如下結(jié)果：

與電機(jī)相連的下部傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為：

缺齒錐齒輪的角速度為：

完成切割一個(gè)雪梨所需的時(shí)間為：

可見(jiàn)，切割速度較快，符合試驗(yàn)的預(yù)期，也滿足裝置的使用需求。

3 應(yīng)用情況

在試用過(guò)程中，該裝置能夠較好的進(jìn)行去核切塊工作。本裝置（圖6）采用單一電機(jī)動(dòng)力源帶動(dòng)裝置切割和轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想，使用三分之二缺齒錐齒輪組，實(shí)現(xiàn)裝置去人工化的自動(dòng)去核切塊工作。精密計(jì)算傳動(dòng)比和切割時(shí)間，通過(guò)皮帶傳動(dòng)和缺齒錐齒輪組的配合，實(shí)現(xiàn)裝置連續(xù)自動(dòng)切割的工作效果，并且，去核后果肉的完整性比較高。以機(jī)器替代人工進(jìn)行切割，不僅節(jié)省人力，而且在提高切割效率的同時(shí)增強(qiáng)了雪梨果脯自動(dòng)削心切塊作業(yè)的安全性。

圖6 雪梨果脯自動(dòng)削心切塊裝置成品圖

4 結(jié)語(yǔ)

本裝置性能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雪梨去人工化的連續(xù)自動(dòng)削心切塊功能，大大提高了工作效率，應(yīng)用證明，該裝置可以節(jié)約可觀的人力和物力，成功解決人工去核切塊費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，且去核后果肉的完整性較高。