基于重力的筷子分選裝置設(shè)計(jì)與研究

歐學(xué)平， 歐佳順， 劉金榮

(1.嘉禾職業(yè)中專，湖南 嘉禾 424500；2.長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410123)

筷子是我國(guó)及東亞國(guó)家用餐的主要工具，筷子分為一次性筷子和反復(fù)使用的筷子，然而一次性筷子存在眾多問(wèn)題，它導(dǎo)致大量的樹(shù)木被砍伐，如用價(jià)格低廉的毛竹為原料生產(chǎn)一次性筷子，容易霉變，如用有毒的化學(xué)物質(zhì)處理回收使用過(guò)的一次性筷子，會(huì)對(duì)人類的身體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，而大部分消費(fèi)者對(duì)此并不知情[1]。另外有相關(guān)研究數(shù)據(jù)也表明，一次性筷子在水里面泡久以后會(huì)出現(xiàn)有害物質(zhì)，且一次性筷子會(huì)對(duì)生態(tài)造成嚴(yán)重的影響[2-4]。反復(fù)使用筷子的不合理消毒、放置及其使用也會(huì)導(dǎo)致飲食健康安全問(wèn)題，如今在外就餐，經(jīng)?？梢钥吹娇曜臃诺揭粋€(gè)筷子盒或者消毒箱中，但是筷子的大頭和小頭并不是朝著一個(gè)方向，在取筷子的時(shí)候，小頭接觸食物的一端則會(huì)被污染，筷子成為主要的細(xì)菌傳播渠道之一[5]。這就容易染上消化道疾病，如肝炎、痢疾等疾病，它也可以成為幽門(mén)螺旋桿菌等細(xì)菌的傳播工具，容易引發(fā)腸胃炎、十二指腸潰瘍等疾病[6]。因此在食堂，筷子的統(tǒng)一朝向可以有效地避免疾病傳播。但是目前由于沒(méi)有成本低廉、操作簡(jiǎn)單的筷子朝向分選裝置，導(dǎo)致食堂或者餐飲店的筷子朝向不一致，所以急需研發(fā)出一款成本低、操作方便的筷子朝向分選裝置，以解決筷子使用安全問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

筷子主要在中國(guó)、日本及韓國(guó)等東亞國(guó)家普遍使用，歐美等國(guó)家基本不使用筷子，所以目前關(guān)于筷子生產(chǎn)加工、整理設(shè)備的研究，僅僅在國(guó)內(nèi)相對(duì)較多。張春磊設(shè)計(jì)了一種筷子刮邊自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要用于筷子自動(dòng)刮邊。張東成設(shè)計(jì)了一款竹筷生產(chǎn)用切割裝置，主要用于筷子切割。顧運(yùn)輝設(shè)計(jì)了一種竹筷生產(chǎn)用打磨裝置，主要用于筷子外表面打磨。吳建華設(shè)計(jì)了一種筷子切頭機(jī)，主要用于筷子切頭。薛敏[7]研發(fā)了篾條自動(dòng)分選設(shè)備，其利用鏡面反射原理，通過(guò)三菱 PLC控制，實(shí)現(xiàn)的智能篾條分選，具有分選精度高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，但是該設(shè)備僅適用于篾條分選。鐘衛(wèi)東[8]在筷子生產(chǎn)設(shè)備尾部增加了自動(dòng)衛(wèi)生筷子機(jī)成品分流器，在機(jī)床后端一側(cè)設(shè)計(jì)了一套齒輪傳動(dòng)的偏心輪搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了成品筷子大小頭的自動(dòng)分選，主要用于筷子加工設(shè)備。

從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，目前關(guān)于筷子的生產(chǎn)加工設(shè)備相對(duì)較多，而對(duì)于筷子朝向分選的裝置研究較少，且運(yùn)用在食堂和餐廳的筷子分選設(shè)備幾乎沒(méi)有研究，因此急需研究一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的筷子分選設(shè)備，以降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和保障筷子使用的健康安全。

2 分選裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平，本文筷子朝向分選裝置采用了新的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行朝向分選，該裝置主要是利用了重力不平衡原理進(jìn)行分選，利用筷子大頭和小頭的重量不一樣，使得朝向不一樣的就會(huì)分開(kāi)，本裝置可以適用于不同長(zhǎng)度、直徑的筷子，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)筷子朝向分選裝置整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。裝置主要由手柄、主動(dòng)輪、分隔板、筷子收集槽、傳送帶、張緊輪、分選區(qū)域、從動(dòng)輪、裝置支撐部分、分選收集箱等組成。收集箱是用來(lái)收集未分向的筷子，主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪與傳送帶上均勻分布的分隔板(如圖2所示)，兩個(gè)分隔板之間的間隙正好可以容納一根筷子的寬度，避免間隙容納兩根筷子。張緊輪的頂部與從動(dòng)輪頂部處于水平狀態(tài)，使得傳送帶到達(dá)分選區(qū)域時(shí)，傳送帶處于水平狀態(tài)，利于筷子的朝向分選。分選區(qū)域兩邊有筷子收集槽，用來(lái)收集朝向不同的筷子。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖2所示，傳送帶處于中間位置，帶的寬度較小，分隔板均勻分布于傳送帶中，分隔板的間隙只能容納一根筷子，分隔板的高度是筷子直徑的2/3，分隔板的兩邊安裝有調(diào)整帶7，調(diào)整帶可以調(diào)整不同的寬度，以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的筷子，調(diào)整帶底部與分隔板頂部相互連接。

圖2 傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3 工作原理分析

結(jié)合圖1對(duì)裝置的工作原理進(jìn)行分析，朝向不統(tǒng)一的筷子放到筷子收集箱4中，當(dāng)手柄1沿著順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)主動(dòng)輪2順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪帶動(dòng)傳送帶順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，收集箱里面的筷子則會(huì)掉入分隔板間隙中，從而向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)筷子隨著傳送帶運(yùn)動(dòng)到分選區(qū)域時(shí)，筷子處于水平狀態(tài)，由于筷子的兩頭的重量不一樣，大的一頭則會(huì)掉下。具體分選原理如圖3所示，當(dāng)筷子進(jìn)入傳送帶后，由于兩頭的重量大小不一樣，如小頭受到的重力為G1，大頭受到的重力為G2，由于兩邊的重力不一樣，則筷子會(huì)倒向重的一邊，從而進(jìn)入分選箱，實(shí)現(xiàn)筷子的朝向分選。

圖3 受力分選圖

4 總結(jié)與展望

通過(guò)上述的設(shè)計(jì)分析可知，本文設(shè)計(jì)的分選裝置整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用位置空間小，成本低，利用重力不平衡的原理分選，簡(jiǎn)單可靠，省去了復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)，便于操作。利用調(diào)節(jié)帶的調(diào)整，可以適應(yīng)不同長(zhǎng)度的筷子分選，適應(yīng)性較強(qiáng)。通過(guò)調(diào)節(jié)分隔板不同間隙，可以適應(yīng)不同直徑的筷子。通過(guò)本裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)筷子朝向分選，具有較廣闊的市場(chǎng)場(chǎng)景，因此具有較大的推廣價(jià)值。