劉艷明

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系安徽·宿州234101）

全自動(dòng)椰子去殼絞絲設(shè)備的研制

劉艷明

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系安徽·宿州234101）

基于對(duì)椰子的幾何、物理機(jī)械特性的研究，設(shè)計(jì)、試制了一種剖開(kāi)絞絲式椰子去殼機(jī)，實(shí)現(xiàn)椰子的機(jī)械剝殼。椰肉的絞絲損耗率不大于3%。所研制的自動(dòng)椰子去殼絞絲機(jī)，綜合性能優(yōu)、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)易，調(diào)節(jié)方便，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)減少人員傷殘事故的發(fā)生。

椰子 絞絲 伺服電機(jī)

椰子是一種重要的熱帶經(jīng)濟(jì)作物,全身都有利用開(kāi)發(fā)價(jià)值。對(duì)成熟的椰子進(jìn)行深加工,主要包括兩方面的處理過(guò)程,一是機(jī)械加工部分,即剝衣、去殼、絞絲、榨汁等；二是生物工程技術(shù)處理部分,比如椰子水發(fā)酵后制作食用纖維。絞絲是椰子榨汁前必需的工序,本設(shè)計(jì)中的椰子自動(dòng)去殼絞絲生產(chǎn)線,對(duì)降低椰子深加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成本,提高椰子深加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率,改善生產(chǎn)環(huán)境,提高椰子產(chǎn)品附加值,都具有重要意義。本生產(chǎn)線的另一大特色是將椰殼一切為二后保留下來(lái),可用作工藝品初級(jí)材料,從而進(jìn)一步提高椰子產(chǎn)品深加工附加值。

一、工作原理

先把椰子從中間切開(kāi),然后把兩半椰子拉開(kāi)一定距離,進(jìn)入下道工序,此時(shí)有兩把椰絲刀從切開(kāi)的面進(jìn)入,對(duì)椰肉進(jìn)行刮切,把兩個(gè)半塊椰子刮切完畢后機(jī)器就完成工作。為提高該設(shè)備的生產(chǎn)效率,設(shè)備采用了六個(gè)生產(chǎn)工位循環(huán)工作,這六個(gè)生產(chǎn)工位裝在輸送鏈上,作腰圓形軌跡運(yùn)動(dòng),這些工位上的零部件,在PLC和伺服電機(jī)的共同作用下,柔性機(jī)械手夾持著椰子完成直線運(yùn)動(dòng),椰絲刀完成自身旋轉(zhuǎn)和X、Y進(jìn)給運(yùn)動(dòng),該工位的工作內(nèi)容完成后運(yùn)行到下一工位。第一道工位主要是用柔性機(jī)械手夾持椰子,第二道工位對(duì)椰子進(jìn)行剖分,第三道工位對(duì)椰肉進(jìn)行刮削,第四道工位松放椰殼。在第二道和第三道工位處都有旋轉(zhuǎn)刀具,分別對(duì)椰子進(jìn)行剖分和刮削（見(jiàn)圖Ⅰ）。

圖Ⅰ 工作過(guò)程簡(jiǎn)圖

二、上料機(jī)構(gòu)

通過(guò)上料機(jī)構(gòu)把大小不等的椰子1準(zhǔn)確地送至柔性機(jī)械手的夾持范圍。在上料前,調(diào)整支架4和滑軌8之間的相對(duì)位置,使上下夾持臂的中心和柔性機(jī)械手的中心等高,然后通過(guò)手搖或伺服電機(jī)（可選配）,打開(kāi)上下夾持臂2和3,通過(guò)人工或上料機(jī)械手（可選配）把椰子放到上下夾持臂的中間,然后搖動(dòng)手柄5,帶動(dòng)凸輪6旋轉(zhuǎn),使上下夾持臂在拉簧5的作用下夾持住椰子,由于上下夾持臂是同時(shí)往椰子中心運(yùn)動(dòng),因而無(wú)論椰子大小,椰子的中心與柔性機(jī)械手的中心始終等高,此時(shí)通過(guò)人工或電機(jī)推動(dòng)滑軌8（可選配）,把椰子送入左右柔性機(jī)械手的中間（見(jiàn)圖Ⅱ）。

圖Ⅱ

三、柔性機(jī)械手機(jī)構(gòu)

在本設(shè)計(jì)中采用了柔性機(jī)械手,它的工作原理是,在圓周方向有三個(gè)夾持臂4,圓錐推座2在氣缸1的帶動(dòng)下控制夾持臂的開(kāi)合,在傳感器的檢測(cè)下,當(dāng)有椰子進(jìn)入機(jī)械手的夾持工位時(shí),PLC傳遞指令給電磁閥,使氣缸帶動(dòng)圓錐推座2朝前運(yùn)動(dòng),夾持臂4在其作用下,開(kāi)始朝中間合攏,夾緊椰子。如果氣缸1做退回運(yùn)動(dòng),夾持臂在復(fù)位彈簧5的拉力下,松開(kāi)椰子。它的創(chuàng)新之處在于兩個(gè)方面,第一,柔性機(jī)械手在圓周方向有三個(gè)爪組成,使用同一動(dòng)力,而每個(gè)爪的動(dòng)作可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng),當(dāng)其中的一個(gè)爪被椰子擋住時(shí),另外兩個(gè)爪可以繼續(xù)動(dòng)作,直到抓住不規(guī)則的椰子。第二,柔性機(jī)械手的前部由機(jī)械機(jī)構(gòu)組成,后部的動(dòng)力由氣動(dòng)系統(tǒng)提供,這樣既可以保證動(dòng)作的柔和,又可以保證大小椰子所需要的行程。（見(jiàn)圖Ⅲ）

圖Ⅲ

四、分切機(jī)構(gòu)

當(dāng)左右機(jī)械手夾持住椰子2后,在輸送鏈的驅(qū)動(dòng)下,運(yùn)行到下一工位即分切工位,鋸片刀5由電機(jī)帶動(dòng)自轉(zhuǎn),同時(shí)由伺服電機(jī)帶動(dòng)鋸片刀5和電機(jī)上下移動(dòng),當(dāng)切刀朝上移動(dòng)時(shí),把椰子2從中切開(kāi),從而完成分切動(dòng)作（見(jiàn)圖Ⅳ）。

圖Ⅳ

五、絞絲機(jī)構(gòu)

當(dāng)分切完成后,椰子在輸送帶6的帶動(dòng)下,進(jìn)入絞絲工位,同時(shí)柔性機(jī)械手5在槽型凸輪10的作用下,兩半的椰子拉開(kāi)一定的距離,椰絲刀3在電機(jī)1的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)（1440n/min）,同時(shí)電機(jī)1在電機(jī)固定架2的帶動(dòng)下,沿X軸和Y軸進(jìn)給,而電機(jī)固定架2的X、Y軸的運(yùn)動(dòng),其動(dòng)力來(lái)自于X軸伺服電機(jī)和Y軸伺服電機(jī)（圖中未標(biāo)出）,此時(shí)柔性機(jī)械手5夾持著椰子4,以支座7為支撐,在伺服電機(jī)11（直線型）推動(dòng)下,沿Z軸方向運(yùn)動(dòng),即把椰子2送向旋轉(zhuǎn)的椰絲刀,椰肉在椰絲刀的作用下,變成椰絲落入椰絲槽13,并由之導(dǎo)出,以上動(dòng)作是兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行。柔性機(jī)械手5的中心軸與椰絲刀的中心是重合的,當(dāng)椰子和椰絲刀接觸時(shí),椰絲刀首先切除的是椰子的中心部位,當(dāng)椰絲刀進(jìn)入椰肉的一定深度后,椰絲刀在X軸伺服電機(jī)和Y軸伺服電機(jī)帶動(dòng)下,開(kāi)始做圓周運(yùn)動(dòng),以后的圓周運(yùn)動(dòng)總比前一次的圓周運(yùn)動(dòng)的直徑要大,直至椰子的外殼,當(dāng)椰絲刀碰到椰子的外殼時(shí),由于椰子的殼較硬,會(huì)發(fā)出較大的噪音,噪音傳感器12會(huì)被觸發(fā),PLC接到信號(hào)并給X、Y軸伺服電機(jī)發(fā)出指令,停止做圓周運(yùn)動(dòng),同時(shí)PLC也給伺服電機(jī)11發(fā)出指令,沿z軸方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的距離即一個(gè)椰絲刀刃區(qū)的長(zhǎng)度,然后椰絲刀繼續(xù)做由小到大的圓周運(yùn)動(dòng),如此做循環(huán)運(yùn)動(dòng),直至伺服電機(jī)11沿Z軸朝前進(jìn)給,聽(tīng)到較大噪音時(shí),說(shuō)明椰肉被切削干凈,即完成了一個(gè)椰子的絞絲過(guò)程。究其原理,就如機(jī)械制造行業(yè)中的加工中心在加工一個(gè)球面一樣,通過(guò)X、Y、Z伺服電機(jī)三軸聯(lián)動(dòng),來(lái)完成半個(gè)球面的加工。（見(jiàn)圖Ⅴ）

圖Ⅴ

六、椰殼脫離

從絞絲工位運(yùn)動(dòng)至椰殼脫離工位,圓錐推座2在氣缸3的帶動(dòng)下,朝后運(yùn)動(dòng),夾持臂1在復(fù)位彈簧6的作用下,朝上運(yùn)動(dòng),此時(shí),椰子7從柔性機(jī)械手脫離,落入椰殼槽5,由此導(dǎo)出。（見(jiàn)圖Ⅵ）

圖Ⅵ

七、主要參數(shù)與性能指標(biāo)

每小時(shí)對(duì)椰子處理量：220～240公斤；設(shè)備消耗功率：4.5KW；設(shè)備耗氣量：45L/min；壓縮空氣壓力：0.5～0.6MPa；整機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)X寬X高）：3060X2200X1770（mm）；整機(jī)照片見(jiàn)圖Ⅶ

圖Ⅶ

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TH 122

A

1009-8534（2014）04-0087-03

2014-04-16

劉艷明（1968—）,男,安徽宿州人,宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副研究員。研究方向：機(jī)電一體化。