智能化自动红枣去核机机械结构设计

2021-01-20张钊铭

南方农机 2021年1期

张钊铭

（陕西服装工程学院，陕西咸阳 712046）

红枣种植在我国有着悠久的历史，因其具有很高的营养价值而被大量深加工，但红枣内核使得加工劳动强度加大。目前，市场上已经出现以履带式和转盘式为主、性能各异的红枣去核机。譬如彭三河[1]设计的立体式大枣去核装置，该机构具有结构设计简单、工作稳定的特点，但并非完全自动化，需要人工辅助上料。马朝锋等[2]设计了链式红枣去核机，该机构创新了红枣上料的方式，具有去核直径范围大、传动效率高的特点。张玉峰[3]设计了气动排冲式红枣自动去核机，该结构解决了红枣定位问题，兼具去核效率高工作稳定等优点。张彤阳等[4]设计转盘式全自动去核机，该机构实现全程自动化，具有成品枣肉完整性好的特点。因此，研究开发高效的、全自动化的去核机对行业的发展有着重要的意义，也是亟需解决的问题。

1 红枣去核机的性能要求

根据红枣形态特征和实际要求设计去核机，设计要求有以下几点：1）枣核直径4mm～6mm 之间，冲核针孔直径不能太大，不然会在去核时导致多余的果肉浪费；2）待加工红枣直径15mm～25mm，长20mm～35mm；3）红枣去核效率800 个/min；4）使用寿命7 年，每天工作6h，受到轻微载荷冲击。

因此，作为一种能自动化加工红枣的机械设备，该机构要具备以下几个特征：1）标准化和一体化。针对红枣外形个体差异大、人工挑拣费时费力的问题，设计一体化的模块夹具，提高了设备的适应能力，极大地节省了资源。2）自动化程度高。为了解决人工操作所耗费的大量劳力，加之食品卫生安全的需要，智能化红枣去核机的发展已是必然趋势；当前市场上大多数产品自动化程度不高，因此还需要进行完善。

2 总体方案设计

常规的履带式去核机对红枣周径大小适应较低，产能较低；基于连杆导杆的一种去核机易造成枣肉损坏，成品率受到影响，并且对红枣周径适应较低。为了解决上述红枣周径加工范围小、枣肉损坏、产能低、定位偏差等问题，本机构的设计以主动轮与槽轮机构、正枣机构、曲轴联结，槽轮机构间歇带动传送带输送红枣至去核位置，正枣机构旋转矫正红枣位置，曲轴连杆带动去核装置完成去核处理。料箱9 内的振动装置8 将红枣有序排列在输送管道10 内，每一个拨枣盘11 每旋转一周将会把送料管道10内的一颗红枣输送至送料直管道内。压枣装置经过曲柄压枣机构12 带动压枣杆7 做直线往复运动，依次将红枣压入载枣夹具里面，完成上料[5]，如图1 所示。

图1 槽轮式红枣去核机

槽轮机构间歇运动带动链轮将红枣输送至冲压机构下方，由曲柄冲压机构驱动的冲针和冲枣杆同时工作对红枣进行去核处理。槽轮机构虽然在运行时噪音比力大，可是运料安稳。而且槽轮机构与曲柄滑块机构的结合，使去核机工作平稳，效率高。

3 执行系统方案设计

红枣去核机是对大量红枣进行去核操作的自动化设备，因此执行系统方案设计是整体机械方案设计的基本主导。它直接影响机械是否能实现预期功能、产品的性能是否良好、对未来的经济效益是否会带来上升趋势。

3.1 工艺动作

红枣去核机是对大量红枣进行去核操作的自动化设备，因此执行系统方案设计是整体机械方案设计的基本主导。它直接影响机械是否能实现预期功能、产品的性能是否良好、对未来的经济效益是否会带来上升趋势。该机构工艺可分解：1）加料：人员辅助加料；2）定位：曲柄滑块机构将枣压入弹性定心夹紧机构完成定位；3）冲制：其由冲核和冲枣两个工艺动作构成，由机构带动同时做上下循环运动。带动载枣模具间隙歇运动三个动作，进而完成送料、冲核、冲枣这三个工序。

3.2 往复直线运动实现

考虑该红枣去核机空间分布设计要求，采用曲柄滑块机构实现冲压机构往复直线运动，该机构具有杰出的动力特性和运动特点、制造简单，偏置曲柄滑块机构具备增力、急回特性等优点。考虑链条需要在低速运动下工作，且需要准确地将载枣链板输送至冲压机构下，该机构利用槽轮机构实现机构的间歇运动[6]。

3.3 执行机构运动循环

红枣去核机执行机构运动循环图的设计是为了方便确定其压枣、链轮和冲压机构三个构件相互配合运动情况。表1 是执行机构之间的周期循环表，用来表明各构件工作时相互的运动状况，便于各构件的协调运作。表1 中这三个机构相互配合运动，压枣机构和冲压机构由进程和回程构成。如果以曲柄每转一圈作为一个循环周期，那么压枣机构和冲核机构在0°～180°为工作行程，180°～360°为回程。也就是说在一个循环周期，压枣机构和冲压机构上下运转一回。链轮的运动在这工作周期内也分为两部分，配合冲压机构进给运动。

表1 执行构件运动循环表

4 传动系统方案设计

4.1 传动路线的选择

单路传动单一，对于复杂机械结构很难实现其传动。分路传动应用比较广泛，在机械中各执行机构需要采用同一动力源，就可以采用分路传动。可以将动力分配到各机构，使机械正常运作。分路传动用于机器构造相对复杂的传动。

由于该设计是红枣去核机，机械将采用一个动力源，而且需要几部分执行机构同时运作，动力要求也不一样，所以传动路线将选择分路传动。

4.2 传动方案的设计

在图2 传动方案图中，电机1 提供动力，经过2 减速器改变传动比和扭矩。然后带传动机构3 将动力分为两部分：一部分由带传动机构传送至机构4、5 曲柄滑块机构，完成压枣和去核操作；另一部分由带传动机构传送至机构6 槽轮机构，使机构7 传输链轮进行间歇运动带动载枣模具，完成红枣送料运动。

如图2 传动方案中有两次动力分流，第一次是机构3带传动将动力分流给机构4、5 曲柄滑块机构和机构6 槽轮机构。第二次分流是槽轮机构6 带动链轮机构7 运动。槽轮机构6 要使链轮7 实现间歇运动，而压枣和冲压的曲柄滑块机构要做圆周运动。然而电动机所提供的连续旋转旋转运动显然不能满足设计要求，因此需要经过两次的动力分流，才能实现曲柄滑块的旋转运动和槽轮机构的间歇运动。