椰子自动剥衣机设计
2014-09-22莫策智,郭志忠,刘世豪
莫策智,郭志忠,刘世豪
摘要:针对目前海南省椰子加工企业采用手工或半手工椰子剥衣现状,特设计此自动剥衣机。本机采用滚筒式剥衣,主要由内滚筒、外滚筒、滚筒上的刀具组成。外滚筒外形为锥形,内滚筒为圆柱形,内外滚筒形状的差异造成了滚筒间距离的变化。椰子落入滚筒中后接触内外滚筒上的刀具,滚筒上的弧形刀具不断的切入、拔出椰衣。由于刀具具有弧度,刀具在切入、拔出椰衣的过程就会将椰衣撕扯下。椰子在滚筒中不断滚动,刀具就会不断剥下椰子外衣,由于重力的作用,椰子在滚筒中慢慢下落,最后将剥衣后椰子从滚筒小端掉出。
关键词:椰子 产业化 剥衣机构 自动化
1 概述
椰子在我国的种植已有两千多年,种植主要分布在海南省,以海南文昌、三亚、万宁、琼海和陵水等市县为主要产区。海南是我国椰子产业唯一形成规模化的地区,而由此发展起的海南椰子种植、加工、运输、储存、销售等相关产业年产值达70多亿元[1]。在海南椰子食品加工企业有200多家,大部分企业规模小,只有少数企业如文昌春光、南国等具有一定规模的专业化椰子综合加工,但其中的关键工序椰子剥衣工作主要还是靠工人手工或借助简单的辅助工具手工完成[2-3]。这种手工剥除椰衣劳动强度大,效率低,费时费工,而且危险性大。椰子作为海南省的主要经济作物之一,椰子手工剥衣这一工序一直制约着海南省椰子产业的发展。为解决椰子剥衣的自动机械化且全省推广自动机械这一瓶颈,从而提高企业的产业效率和经济效益,因此迫切需要科研工作者研制一种实用的、能够有效推广的机械化椰子剥衣机器来代替手工剥衣。椰子剥衣机如能实现机械化发展,有利于降低手工操作的劳动强度和危险性,提高剥衣效率,对提高椰子整体综合利用率以及促进我国椰子的产业化发展和椰子加工企业的竞争力都具有非常重要的作用。
2 椰子剥衣机工作原理
2.1 总体设计
如图1所示为椰子自动剥衣机的总体设计。椰子由自动上料装置送进剥衣滚筒大端,椰子落入滚筒中后接触内外滚筒上的刀具。电机带动传动轴上的小齿轮转动,小齿轮与外滚筒齿圈啮合,带动外滚筒转动。同时,传动轴上的小带轮通过V带带动内滚筒轴上的大带轮转动,从而实现内滚筒的运转,并且内滚筒与外滚筒的转动方向相反。椰子在滚筒内不停地运动,而内、外滚筒上的弧形刀具不断的切入椰子,不断地拔出椰衣。由于刀具具有弧度,刀具在切入、拔出椰衣的过程就会将椰衣撕扯下。椰子在滚筒中不断滚动,刀具就会不断剥下椰子外衣,由于重力的作用,椰子会在滚筒中慢慢下落。滚筒下端内外滚筒刀具间的直线距离定为15cm,而椰子完全剥衣后的直径约为15cm,所以只有将椰衣完全剥除后椰子才会从滚筒小端掉出。从滚筒掉出的椰子和剥下的椰衣会落在倾斜安置的筛网上,椰衣碎片通过筛网缝隙,落在筛网下面的椰衣收集箱中。椰子在倾斜的筛网上向下滚动,最后落在筛网旁边的椰子收集箱中。
自动上料装置由伺服电机带动,筛网下端装有一个行程开关,椰子滚到筛网下端时碰到行程开关,发出电信号到PLC控制系统,PLC控制系统控制进料伺服电机转动一定角度,进料伺服电机控制进料传送带向滚筒中投入一个椰子。这样即可保证剥完一个椰子才投入下一个椰子,可以控制滚筒中椰子的数量,能提高剥衣质量,防止机器过载。
2.2 机架
机架是机体、底座、床身以及一些基础平台等零件的统称。设计中机架应要保证其刚度、强度以及其稳定性。本机机架选用铸铁材料。因为铸铁的流动性较好,且体、线收缩较小,比较容易获得形状相对复杂的铸件。还有铸铁的内摩擦较大、阻尼作用比较强,因而动态刚性也很好。另外,铸铁的切削性能好、更是价格便宜和容易大量生产等优点。当然,铸铁机架应经时效处理,其目的在于不降低铸铁的力学性能前提下,能够使铸铁在机加工时的切削应力和其的内应力得到消除或者稳定,能够在长期使用中防止或减少变形,保证其精度。该机架采用焊接方式,因为焊接机架具有重量轻、制作周期短以及成本低等优点。
2.3 剥衣滚筒
剥衣滚筒如图2所示,由内滚筒、外滚筒、滚筒上的刀具组成。外滚筒外形为锥形,内滚筒为圆柱形,内外滚筒形状的差异造成了滚筒间距离的变化,滚筒最上端内外滚筒间距离最大,为30厘米。滚筒最下端内外滚筒间距最小,为20厘米。
椰子从滚筒大端投入,不断旋转下坠,内外滚筒间距逐渐减少,刀具不断剥下椰衣。使椰子直径越来越小,最终剥衣结束,从滚筒小端掉出。
外滚筒外壁装有大齿圈,与电机带动的齿轮相啮合。由电机提供动力使外滚筒转动。齿轮与小带轮安装在同一根轴上,大带轮安装在中心滚筒轴上。
2.4 筛网
筛网结构如图3所示,筛网呈弧形,倾斜放置。筛网上有很多筛孔,剥下的椰衣碎片会经过筛孔,落到筛网下面的椰衣收集箱中。筛孔比剥衣后的椰子直径要小,所以椰子不会落下筛孔,而会顺着倾斜的筛网向下滚动,直到落入椰子收集箱中。筛网的设置既可将椰衣碎片与椰子分离开,又可防止椰子直接掉在椰子收集箱中而摔坏。
3 结论
为解决椰子剥衣的机械自动化这一瓶颈,椰子剥衣机设计采用滚筒式剥衣,主要结构由内滚筒、外滚筒、滚筒上的刀具组成。该剥衣机结构紧凑、操作简易、占用空间小,且适应性较强、可靠性较高、剥衣完整率高,容易全面推广使用。有效地减少人工操作,提高工人的人身劳动安全。同时能极大地降低加工生产成本,使椰子加工的产业自动化程度及椰子企业的规模化生产进一步提高,进而促进整个椰子种植产业及加工产业的更好更快的发展。
参考文献
[1]毛彧,傅国华.海南椰子种质资源研究综述[J].安徽农业科学,2011,39(1):439-442.
[2]尚江坤,张燕.椰子剥衣机研制的现状及展望[J].安徽农业科学,2012,40(6):3803-3805.
[3]张瀚卿,龙亮亮,张燕.全自动椰子剥衣机[J].食品与机械,2013,29(6):130-132.