草莓自动去蒂装置的设计研究

王波

（261053 山东省 潍坊市 山东科技职业学院 机电工程学院）

0 引言

草莓是大众喜爱的水果之一，由于草莓的存储期不长，所以有一部分草莓用来制作草莓罐头、草莓酱、草莓脯等产品，这些产品制作之前，需要去除草莓蒂再进行后续制作[1]。目前去除草莓蒂的过程全部由人工完成，用类似镊子的工具，逐个剔除草莓蒂，剔除过程中不但损失掉一部分草莓果肉，还使操作者手上沾满草莓汁渍，难以清洗。人工剔除草莓蒂不仅需要大量劳力，而且效率较低，目前市场上没有专门去除草莓蒂的设备。

本文设计了一种草莓自动去蒂装置，采用高压水切割技术。这是一种20 世纪90 年代兴起的新兴技术，具有冷态切割及对材料无选择性的特点，即对软、硬、韧、脆、金属或非金属均可切割加工[2-3]。该装置通过送料装置通过带承接托的皮带将草莓运送到水切割枪处，利用高压水流将草莓蒂去除掉，整个过程自动连续进行，不但完成草莓去蒂，还能利用水流对草莓进行简单清理，整个过程简单高效，降低了人工操作的成本。

1 草莓去蒂装置的结构设计

草莓自动去蒂装置的主要结构包括给料机构、输送装置、切割装置、草莓箱等，整体结构设计如图1 所示。

图1 草莓自动去蒂装置的整体设计图Fig.1 Overall design of strawberry automatic pedicle removing device

为了实现草莓的自动高效去蒂，并考虑到对质地柔软的草莓本身的保护，草莓自动去蒂装置主要由水槽、底座、异步电机支架、异步电机、草莓给料支架、凸轮、草莓托板、草莓料箱、输送管、销轴、水切割枪、切割支架、承接托、皮带、草莓箱、带轮支架、草莓蒂箱、皮带轮、步进电机支架和步进电机组成的。

其主要安装过程如下：水槽、异步电机支架安装在底座上，异步电机安装在支架上输出轴与凸轮通过凸轮副进行配合；草莓给料支架安装并且固定在底座上，凸轮装置安装在草莓给料支架的横梁上，草莓托板与草莓给料支架通过销轴连接；草莓托板同时与凸轮配合，草莓料箱固定安装在草莓给料支架上，草莓托板从草莓料箱中间位置穿过；输送管安装在草莓给料支架上，输送管的上端与草莓料箱的上沿平齐并位于草莓料箱中间位置；水切割枪安装在切割支架上，切割支架安装在水槽中；承接托均匀地安装在皮带中间位置；皮带安装在两个皮带轮上，皮带轮通过带轮支架安装在水槽中；草莓箱放置在水槽外侧并位于皮带中间位置，草莓蒂箱安装在皮带轮正下方并与水切割枪上下对齐；步进电机安装在步进电机支架上，步进电机支架安装在水槽内，步进电机输出轴与皮带轮配合在一起。

1.1 给料机构

给料机构主要实现对草莓的送料。安装时，异步电机支架安装在底座上，异步电机安装在异步电机支架上，草莓给料支架安装固定在底座上，凸轮安装在草莓给料支架的横梁上，异步电机输出轴与凸轮配合[4-5]。

草莓去蒂装置的给料机构主要是由异步电机支架、异步电机、草莓给料支架、凸轮、草莓托板、草莓料箱、输送管、销轴组成，如图2 所示。

图2 草莓去蒂装置的给料机构Fig.2 Feeding mechanism of strawberry pedicle removing device

操作过程：将采摘完的草莓倒入草莓料箱中，异步电机输出的动力通过凸轮传递给草莓托板，使草莓托板绕着销轴转动。当草莓托板到达草莓料箱底端时，草莓进入草莓托板中，凸轮继续转动，带动草莓托板向上移动到达草莓料箱上沿时，草莓在自身重力作用下进入输送管，此时光电对射管开始工作。每当检测到草莓下落，给气管指令，对即将从出口送出的草莓进行短暂吹气，气体在管内流动会使运动物体受到阻力，这样草莓在下落过程中的加速度减小，使草莓落到草莓承接托时的速度接近于0，从而防止输送出的草莓被跌坏[6]。整个过程将草莓快速单个运送到传输带上的草莓承接托，保证后续过程的完成。

1.2 输送结构

如图3 所示，草莓去蒂装置的输送结构主要由皮带、承接托、第1 圆柱孔和第2 圆柱孔4 部分构成。承接托均匀安装在皮带中间，承接托为锥形结构，底部开有第1 圆柱孔，圆柱直径为8 mm，皮带上开有均匀的第2 圆柱孔，圆柱直径为8 mm。被切割掉的草莓蒂通过第1 圆柱孔和第2 圆柱孔进入到草莓蒂箱。

图3 输送结构Fig.3 Conveying structure

输送结构主要实现对送料机构输送来的草莓单个运输到切割水枪，并将切割完的草莓输送到草莓箱，在输送过程中保证草莓在草莓承接托中的姿态保持竖直，保证后续切割部分的顺利进行。

1.3 水切割结构

水切割枪安装在切割支架上，并保证与草莓承接托对正、排列安装，保证一次切割多个草莓，其结构如图4 所示。水切割枪上开有7 mm 的枪口，保证喷出的水流有足够大的压力，高压圆形水注将草莓蒂切除[2]。水切割进行草莓蒂去除的同时，切割枪喷出的水可对刚采摘的草莓进行初步清洗。

图4 水切割结构Fig.4 Water cutting structure

1.4 草莓承接结构

草莓承接装置的设计主要考虑了草莓本身质地较软，在输送过程中易被跌坏的情况，在普通承接箱的基础上增加了橡胶软舌，其结构如图5 所示。当前序水切割完的草莓经过皮带输送到草莓箱时，橡胶软舌[7]起到了缓冲作用，保证输送过来的草莓不被跌坏。

图5 草莓承接结构Fig.5 Strawberry receiving structure

2 草莓去蒂装置的工作原理

草莓去蒂装置的工作原理：草莓进入草莓料箱，异步电机输出的动力通过凸轮传递给草莓托板，使草莓托板绕着销轴转动，当草莓托板到达草莓料箱底端时，草莓进入草莓托板中；凸轮继续转动，带动草莓托板向上移动到达草莓料箱上沿时，草莓在自身重力作用下进入到输送管中，此时光电对射管开始作用；每当检测到草莓下落时，给气管指令，对即将从草莓出口送出的草莓进行短暂吹气减速；草莓进入承接托中，承接托为圆锥形结构，与草莓外形相似，此时草莓姿态变为正上正下，水切割枪喷出圆形高压水柱，将草莓蒂通过第1 圆柱孔和第2 圆柱孔进入到草莓蒂箱中；草莓蒂箱底部开有圆孔，水从圆孔流出，草莓蒂留在箱内；去蒂草莓被皮带继续传动到端点处，经橡胶舌缓冲落入草莓箱，冲出的水经泄水口流入外接水收集装置，循环利用。

3 结论

本文设计的草莓自动去蒂装置，巧妙利用了水切割这种柔性切割方式，对草莓蒂进行去除，该装置的设计总结有以下优点：

（1）充分考虑草莓质地软、易被破坏的特性，输送管上安装气管，使草莓在运输过程中减速，防止跌落损坏；草莓箱装有橡胶舌结构，有效防止草莓落入草莓箱之前被跌落损坏。

（2）草莓承接托采用与草莓外形相似的锥形结构，底部开有第1 圆柱孔，草莓落入承接托后，可使草莓自动变为竖直姿态，方便后续的切割。

（3）草莓蒂箱对产生的草莓蒂及去除废料进行过滤回收，保证水的循环利用，节省资源。

（4）采用水切割枪喷出的高压水流去除草莓蒂，与人工用类似镊子的工具去蒂比，损耗的果肉少且对草莓其他部位的损伤也相对较少。

该装置可快速自动完成草莓去蒂，代替人工劳动，提高了加工效率，具有广泛的市场应用前景。