农产品切片机械装置的研究现状及展望

李 锦，高岳玲，张立汶，黄 攀，肖爱玲

（塔里木大学机械电气化工程学院/新疆维吾尔自治区普通高等学校现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300）

0 引言

在农产品加工领域，切片加工技术对农产品保存和创收都起着关键作用。本文介绍了几种典型农产品切片加工方法，研究了农产品切片加工的发展现状及前景。将果蔬切片后可以适应人群需求，切片加工可以降低损失，提升产品的附加值，在稳定脱贫的道路更进一步[1]。

1 农产品切片机械装置研究现状

我国切片设备研究始于上世纪70 年代初期的水果切片设备，现阶段我国切片机设备主要应用于农产品及医药领域，其中，在农产品加工领域的应用最为广泛。

1.1 多工位切片装置

江苏辰熠机械科技有限公司发明了一种多工位水果切片装置[2]，装置外壳上有凹口，一侧设有刀板，刀板一侧为连接杆、一侧为从动轮，另一侧为固定板，连接杆与滑杆连接，滑杆固定安装在外壳上，从动轮通过皮带连接主动轮，主动轮与电机连接，电机固定在外壳内壁一侧，固定板上有若干竖版。

图1 多工位水果切片装置结构示意

使用时将水果放在两个竖版之间，通过旋转螺纹柱推动夹板将水果固定在竖板之间，旋转旋转杆，在二号齿轮的作用下，内杆带动移动板向左移动，使水果移动到刀板的切割刀片下方，打开电动机，通过电动机带动主动轮转动，主动轮通过皮带带动从动轮旋转，利用一号齿轮带动刀板下移，对水果进行切片，切片后的水果落入收集箱内部。

该装置结构简单、使用方便，其特色是通过设置若干竖版和固定装置，能够同时将多个水果固定在固定板上，再利用刀板上的多个切割刀片，借助刀板的上下运动完成对水果的切片。该设计能够实现多工位的切片，有效提高了切片效率。

1.2 摇柄式切片装置

无锡机电高等职业技术学院研发了一种切片机[3]，工作时通过物料台两端的尖刺将物料进行定位，摇动摇柄带动两个凸轮同步转动。抵压在凸轮外表面的支撑杆随着凸轮在滑槽内移动，从而带动切刀向上移动，当支撑杆到达凸轮的最高点后，凸轮出现一个台阶，切刀在重力和弹簧力的双重作用下快速下落，对物料进行切割。然后支撑杆再次随凸轮向上移动，循环往复进行物料切片。同时，凸轮轴和齿轮轴同步转动，齿轮转动，通过齿条带动物料台向前移动，使切刀依次对物料进行切割。通过调整凸轮轴上的皮带轮直径和齿轮轴上的皮带轮直径比例，来实现切片厚度的调整，为了便于操作，将凸轮轴上的皮带轮或齿轮轴上的皮带轮设计成了变径轮。当物料切割完毕，用手抬起切刀，反向转动凸轮使物料台复位，通过人工与机械配合的方式完成切片工作。

图2 摇柄式切片机结构示意

该设计通过凸轮驱动设置在支撑架上的切刀上下移动对固定在物料台上同步移动的食物进行切片加工。整体结构简单，使用方便，可实现快速切片的功能。

1.3 推送式切片机

推送式水果切片机[4]的组成包括底座和接片盘，切片机机架固定连接在底座上，切片机机架上有切片盘外壳和水果放置槽，切片盘外壳内则是切片装置。接片盘放置在切片装置下方，推送顶板连接在水果放置槽的内壁，推送顶杆一端与推送顶板固定连接，另一端穿过水果放置槽延伸至底座外。切片装置上包括刀片和厚度调节盘，刀片和厚度调节盘通过穿杆组装成一体，厚度调节盘上安装有调节螺母。

该机工作时，将水果放置在槽中，通过推送顶杆横向移动将水果送至切片装置中，继而手动转动手柄，利用切片装置中厚度调节盘和刀片的剪切力对水果进行切片，水果切片大小均匀，切片通过接片盘收集。

图3 推送式切片机结构示意

该切片机使用方便快捷、切片效果好、操作简单、切片速度快、切片均匀，但需依靠人工操作，因此存在一定的安全隐患。

1.4 摆动仿形切片装置

西安工业大学研制的猕猴桃去缔切片机构[5]实现了猕猴桃切片机械化，集自动去皮、去蒂和切片于一体，解决了切片加工效率低、安全性差、不环保等问题。

针对空间材料科学实验特性及需求，系统设计对热电偶信号采用多级放大，分段复用的方式进行放大处理，整体系统设计方案如图1所示。

图4 去蒂切片机构结构示意

工作时，手动将猕猴桃放在用来夹持的机械手上固定，机械手上方设有压紧装置，将猕猴桃压紧在旋转盘插针上。猕猴桃随插针转动，转动过程中刀片开始向下运动达到切削的目的。装有弹簧片的刀片可以保证刀片能紧贴猕猴桃，实现了仿形切削。之后，上位气缸做回程运动，将猕猴桃带到挡板处，此时切片气缸带动刀片组进给对猕猴桃进行切片[6]。

该设计实现了一个工位完成两个动作，即去蒂和切片，并且实现了完全自动化，提高了生产效率，极大降低了劳动强度。

1.5 导向切片装置

陕西科技大学机电工程学院为解决大枣切片生产中加工效率低、破碎率大、厚度不均匀等难题，研制出了一种大枣全自动定向切片设备[7]，这种切片设备工作时，将装置中间的轴固定在张紧装置上，由于张紧装置不旋转，因此切片装置也不旋转，刀片固定不动[8]。左链轮通过螺杆与送料盘固连，链条带动左链轮旋转，送料盘也在左链轮的作用下一并旋转，带动进入送料盘内部的大枣旋转，通过切片装置内部的刀片，完成最终的切片过程[9]。该设备生产效率高，切片厚度均匀，破碎率低，效果良好。

图5 大枣自动定向切片机设备结构示意

湖北农学院工程技术系对于莲藕切片机的设计与研究中提出了一种导向筒传递切片的切片机构，之后湖南生物机电职业技术学院对莲藕切片机进行了优化[10]。优化后的切片机模仿人工切削方式，采用直线切割，确保了切削点的速度时刻相同，减少了莲藕片的破碎，对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结刀片，从而很大程度上提高了切片质量。

图6 莲藕切片机结构示意

该切片机构工作时，将莲藕放在进藕导向筒内，由于重力的作用，莲藕会掉在挡板上，此时，电动机通过传动装置将动力传递到主轴上，带动主轴进行旋转，从而带动刀片及其安装盘旋转[11]，达到莲藕切片的目的。

这种切片装置达到了结构简单、操作方便、使用安全可靠的要求，并且技术要求和制造成本低，实现了自动化控制和操作，降低了劳动强度，但是存在易粘刀，藕片易破碎的问题[12]。

1.6 直线切割式切片装置

传统导向性莲藕切片装置存在着易粘刀、藕片易破碎的问题，岳伟栋等运动直线式切割方式设计了莲藕切片机[13]，该切片机模仿人工切削方式，工作时下端通过可用调节螺栓调节旋转式挡料板，电动机则带动装有长刀片的曲柄滑块机构工作，刀片将莲藕快速切削，同时切断的莲藕从落料孔落下[14]，刀片回程时挡料板归位，实现往复切削。

图7 新型莲藕切片机原理示意

这种直线往复型切片机解决了切片破碎、粘刀的问题，提高了切片效率，在农产品切片领域适应性较强。

1.7 离心式切片装置

长江大学研制了离心式人参切片装置[15]，此装置主要由定位环、旋转刀盘、刀架、接料斗、传动机构、机架等组成。

图8 离心式人参切片装置结构示意

旋转刀盘的送入导轨上。工作时，人参随着转盘转动，旋转过程中，人参产生离心力，使其送入相应的切片位置，按照预定的厚度进行切片，在旋转切向力的作用下，参片落入接料斗中，完成切片工作。

离心式切片机的研究考虑到原材料的性质，借用离心力和向心力，为了提高效率，该切片机常采取多把刀、多料口的方式。

2 存在的问题及展望

结合上述多种切片设备的研究现状，就农产品切片技术来说，存在操作难、工艺复杂、实用价值低、消耗成本高等诸多问题。对于优化工艺、减少成本、提高实用价值等问题，需要进一步研究和探讨。

（1）去皮。去皮是导致农产品切片无法统一的关键。仿形切削去皮是最有效、适用性最广的去皮方式。

（2）传动。齿轮、带传动存在着机械损耗大、传动复杂、工艺繁琐的问题。加入丝杠、气压等方式传动是切片机发展的新方向。

（3）零件结构。切片过程中出现粘刀、落料堵塞的问题。自动喷洒细小水流的装置解决了粘刀的问题，效果较佳；连动落料孔落料方式符合经济、安全、卫生的要求，符合未来切片机发展方向。

（4）控制。可编程序控制器（PLC）在切片装置中的运用[16]，得到了很好的反响，在未来切片装置发展过程中，越发智能的控制系统是大势所趋。

综上所述，切片机结构未来发展的方向是：结构简单、操作简单、耗能小、效率高、适用范围广。

3 结论

机械化切片机构存在着许多瓶颈缺陷，就目前我国在此领域的发展趋势，结合数字控制技术的去核去皮及切片一体式切片成形机构是市场需求。可考虑加入可编程数字控制系统，采用仿形切削去皮，利用曲柄滑块、曲柄连杆等机构实现循环往复式工作，连杆连接进料、落料的连动工作，结合喷洒式水流装置组成新型农产品切片装置。