雪梨果脯自动削心切块机

2022-10-02贺靖淇胡茂林徐向前谢红梅刘茈涵周湛

装备制造技术 2022年6期

贺靖淇，胡茂林，徐向前，谢红梅，刘茈涵，周湛

（广西大学机械工程学院，广西南宁 530004）

0 引言

近年来，我国水果加工业得到迅速发展，但不少果品加工厂的预处理（如去核、去皮）仍采取落后的手工作业方式。由于传统手工加工手段落后，生产效率低下，因而有时某些地区还出现鲜果积压腐烂的情况，造成“丰产不丰收”的现象，给果农造成不应有的经济损失。同时，由于产品质量档次较低，造成产品难以进入国际市场，因此，发展去核等水果预处理设备将是一种必然趋势。不少去核机果肉与果核分离不彻底，果肉损失率高达16%，且一些机器的性能不稳定，作业成本偏高[1]。所以，目前在水果自动去核切块这一方面的研究需要解决的问题仍然很多，发展前景十分广阔。

在这样的趋势下，德国、美国、加拿大等一些国家研制出了一些去核切块机，但这些机器的成本普遍偏高。国内也研制出了一些自动去核切块装置，如鲜杏定向切分去核装置、山楂自动去核机等等，但这些装置结构复杂，操作也不太简便。基于我国雪梨市场需求量巨大，但雪梨内含果核，手工去核切块费时费力，且没有针对雪梨的去核切块装置的现状，设计了一种雪梨自动削心切块装置。该结构简单，操作简便。以该装置替代人工进行去核切块，既节省人力物力，在提高切割效率的同时增强安全性。

1 总体结构设计

该雪梨果脯自动削心切块机主要是由带传动机构、水果固定传输机构、曲柄滑块切割机构以及支撑机构四部分组成。装置的整体结构如图1所示。

1.1 带传动机构

带传动机构包括：电机、电机联轴器、第一带轮、第二带轮、皮带、第一轴承座、第一轴承、第二轴承座、第二轴承、第三轴承座、第三轴承、第四轴承座、第四轴承、上部传动轴、下部传动轴。它们之间的连接关系是：第一轴承座、第二轴承座、第三轴承座、第四轴承座均通过螺栓与螺母配合固定连接在支撑底板和轴承支撑架的相应位置上。上部传动轴和下部传动轴则分别通过第一轴承、第二轴承和第三轴承、第四轴承的作用连接在相应的轴承座上。电机通过螺栓与螺母配合连接固定在电机联轴器上，电机联轴器通过螺栓与螺母配合连接固定在支撑底板上。电机联轴器输出端通过螺栓作用与下部传动轴固定连接在一起，下部传动轴直接穿过第二带轮并将动力传给第二带轮，第二带轮则通过皮带将动力传给第一带轮，第一带轮通过螺栓作用固定在上部传动轴上，从而将动力传输到了上部传动轴。具体结构和连接关系如图2所示。

图2 带传动机构示意图

1.2 水果固定传输机构

水果固定传输机构包括：轴承、轴套、传动轴、缺齿锥齿轮、从动锥齿轮、转盘、定位孔和工作台。它们之间的连接关系是：缺齿锥齿轮通过螺栓作用固定在下部传动轴的端部，从动锥齿轮通过轴承和轴套连接在工作台上。传动轴则通过焊接固定连接在从动锥齿轮上，转盘又通过焊接固定连接在传动轴上，这样当下部传动轴将动力传到缺齿锥齿轮处时，缺齿锥齿轮通过啮合作用将动力间歇性地传给从动锥齿轮，从而带动转盘进行间歇性转动。定位孔通过螺栓作用固定在转盘上，用以盛放雪梨。具体结构和连接关系如图3所示。

1.3 曲柄滑块切割机构

曲柄滑块切割机构包括：上部传动轴、凸轮、曲柄、刀具连接片、刀具、滑块和竖直导轨。零件之间的连接关系是：凸轮的一侧有小的凸台，凸台侧面有螺纹孔，凸轮就借助这个螺纹孔通过螺栓连接与上部传动轴固定连接在一起。此外，凸轮小头的一端通过螺栓与曲柄的大头端连接在一起，这样上部传动轴传递过来的动力就通过凸轮传递到了曲柄上。曲柄的小头端和刀具均通过螺栓作用与刀具连接片连接在一起，刀具连接片又通过螺栓作用固定在滑块上。竖直导轨通过多个螺栓与螺母配合竖直固定在支撑底板上，当滑块在竖直导轨上滑动时，上部传动轴的转动运动就可以通过凸轮、曲柄、竖直导轨和滑块的作用转化为直线平移运动，从而带动刀具配合转盘的转动而进行升降运动，实现对雪梨的削心切块任务。具体结构和连接关系如图4所示。

图4 曲柄滑块切割机构示意图

1.4 支撑机构

支撑机构包括：支撑底板、轴承支撑架、工作台。它们之间的连接关系是：轴承支撑架与支撑底板上方焊接在一起，同时轴承支撑架与支撑底板上方左右两端均开有通孔，用来安装螺栓以实现与轴承座的固定连接。工作台与地面接触，通过螺栓与螺母的连接固接在支撑底板的一侧，用来实现对整个水果固定传输机构的支撑。支撑底板、轴承支撑架、工作台共同组成了雪梨果脯自动削心切块机的骨架。具体结构和连接关系如图5所示。

图5 支撑机构示意图

1.5 装置工作原理

在工作时，先在定位孔内放上雪梨，启动电机，通过电机联轴器的连接使得下部传动轴转动，进而带动第二带轮转动。第二带轮通过皮带将动力传递给第一带轮，第一带轮的转动使得连接在其上的上部传动轴开始转动，从而使凸轮也开始转动。曲柄将凸轮的转动转化为滑块的升降运动，刀具通过与刀具连接片的连接获得和滑块同样的往复升降运动，进而对雪梨进行切割。电机为刀具提供切割动力的同时，还通过下部传动轴将动力传递给其上的缺齿锥齿轮，实现缺齿锥齿轮和从动锥齿轮的啮合，在啮合作用带动下实现转盘的水平转动，使得定位孔的转换与刀具的升降同步进行，刀具上升时，转盘转动和雪梨的收取及重新放置可以同时进行。

此外，刀具中与刀片相连的是中空的圆柱孔，当刀片切割果肉时，果核便被挤压至圆柱孔内，接着从孔中排出，同步完成对雪梨削心和切块的任务。

2 雪梨果脯自动削心切块机的试验

当装置启动后，曲柄滑块切割机构由带传动机构提供动力，而带传动机构由电机提供动力。装置使用自带减速功能的电容异步电动机，转速为1200 r/min，减速比为1∶15。第二带轮与第一带轮的传动比为2∶1。此外，电机通过下部传动轴将动力传递给缺齿锥齿轮，缺齿锥齿轮与从动锥齿轮的传动比为6∶1。通过计算可得如下结果：

与电机相连的下部传动轴转速为：

缺齿锥齿轮的角速度为：

完成切割一个雪梨所需的时间为：

可见，切割速度较快，符合试验的预期，也满足装置的使用需求。

3 应用情况

在试用过程中，该装置能够较好的进行去核切块工作。本装置（图6）采用单一电机动力源带动装置切割和转动的设计思想，使用三分之二缺齿锥齿轮组，实现装置去人工化的自动去核切块工作。精密计算传动比和切割时间，通过皮带传动和缺齿锥齿轮组的配合，实现装置连续自动切割的工作效果，并且，去核后果肉的完整性比较高。以机器替代人工进行切割，不仅节省人力，而且在提高切割效率的同时增强了雪梨果脯自动削心切块作业的安全性。