劉振鵬 辛紹杰 徐國平 玉蘇普江·司馬義/上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院

高效山楂去核機(jī)的研制

劉振鵬 辛紹杰 徐國平 玉蘇普江·司馬義/上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院

為了提高山楂去核的效率，本文提出了一種能安全，快速為山楂去核的機(jī)器方案，對該機(jī)器的工作原理進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了機(jī)器機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，所制作的高效山楂去核機(jī)達(dá)到了預(yù)期效果。

山楂去核機(jī)；分度機(jī)構(gòu)；球面凸輪機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1.山楂去核的現(xiàn)狀分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平日益的提高，人們對食品質(zhì)量要求也與日劇增，顯然單靠手工或十分簡陋的工具，山楂的脫核品質(zhì)也難以保證。在果樹種植業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，由于缺少性能好的加工設(shè)備，導(dǎo)致加工手段落后，水果加工業(yè)效率低，有些地區(qū)還常出現(xiàn)鮮果品積壓腐爛現(xiàn)象，給農(nóng)民造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。山楂核可做為中藥藥材，山楂與山楂核的分離，能提高山楂的利潤價(jià)值。生產(chǎn)中，山楂脫核作業(yè)是最耗費(fèi)人力和時(shí)間的工序。目前國內(nèi)以手工或十分簡陋的工具完成脫核為主。一般情況，每人每天(以8h計(jì))加工山楂50-06kg，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。因此，在我國發(fā)展山楂脫核機(jī)械乃至脫核前處理生產(chǎn)線，取代手工作業(yè)已成為必然趨勢。針對中國水果資源豐富、分布廣泛的特點(diǎn)，特別要加大對中小型去核機(jī)具的研制，以適應(yīng)廣大果農(nóng)及小型果品加工廠的需求。這樣，將會有豐富多樣的食品來滿足人們的需求，從而保護(hù)果農(nóng)種植的積極性。

2.山楂去核機(jī)的設(shè)計(jì)

山楂去核機(jī)采用主傳動(dòng)與副傳動(dòng)兩部分：主傳動(dòng)的主要傳動(dòng)順序?yàn)殡妱?dòng)機(jī)通過同步帶及同步帶輪，經(jīng)過減速器并利用空間槽輪機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)主軸做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)工作臺轉(zhuǎn)動(dòng)；副傳動(dòng)是用來帶動(dòng)刀具的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其主要組成為凸輪和刀具支架。

2.1山楂的定位問題

山楂去核機(jī)的工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用預(yù)先設(shè)定位置放置山楂的分度工作臺的方案，分度工作臺面開有多個(gè)孔，用以盛放山楂，并且孔的中心位置安裝定位針，在放置山楂時(shí)，可通過定位針使山楂穩(wěn)定在分度臺面上，以保證了去核的準(zhǔn)確性。

2.2 山楂去核機(jī)的功能

山楂去核機(jī)的分度臺機(jī)構(gòu)采用球面槽輪機(jī)構(gòu)，脫核機(jī)構(gòu)采用直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)。山楂去核機(jī)通過一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)分度工作臺和脫核機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分度工作臺的間歇旋轉(zhuǎn)和脫核機(jī)構(gòu)的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。山楂去核機(jī)的分度工作臺采用圓盤多孔式的結(jié)構(gòu)，分度工作臺與槽輪轉(zhuǎn)盤連接，刀具采用薄壁不銹鋼管制成，且刀頭采用單刀頭或雙刀頭兩種，由主軸帶動(dòng)凸輪和槽輪圓柱銷的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，脫核機(jī)構(gòu)能夠精準(zhǔn)去核，設(shè)計(jì)巧妙；通過本機(jī)實(shí)現(xiàn)了山楂去核的自動(dòng)化，提高工作效率和去核的準(zhǔn)確度，保證食品的安全衛(wèi)生和從業(yè)人員的安全。

2.3山楂去核機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

山楂去核機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1-槽輪圓柱銷；2-槽輪轉(zhuǎn)盤；3-分度工作臺；4-凸輪；5-刀具支架；6-刀具；7-擋板；8-減速器平臺；9-主軸；11-同步帶輪；12-減速器；13-同步帶；14-電機(jī)；20-孔；21-山楂圖1 山楂去核機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）脫核機(jī)構(gòu)和工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。脫核機(jī)構(gòu)和工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來完成，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)14傳給同步帶13及同步帶輪11，經(jīng)過減速器12，將轉(zhuǎn)速和力矩合理輸出傳給主軸9。主軸上安有盤形凸輪4，槽輪圓柱銷1。主軸與凸輪、槽輪圓柱銷都采用鍵槽配合。主軸每旋轉(zhuǎn)一周，凸輪、槽輪圓柱銷同時(shí)旋轉(zhuǎn)一周。凸輪旋轉(zhuǎn)一周，脫核機(jī)構(gòu)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)脫核。同時(shí)，圓柱銷旋轉(zhuǎn)一周，帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)盤2間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)分度工作臺間歇運(yùn)動(dòng)。主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)所述分度工作臺上相鄰的孔之間旋轉(zhuǎn)所需的時(shí)間等于脫核機(jī)構(gòu)完成一次山楂脫核的時(shí)間，使脫核機(jī)構(gòu)和工作臺回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)保證了山楂的間歇進(jìn)給與山楂脫核的協(xié)同工作。

（2）刀具的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)采用球面槽輪機(jī)構(gòu)，如圖2所示。刀具支架5固定，脫核刀具6運(yùn)動(dòng)，利用限位和回彈，保證脫核刀具與凸輪接觸。通過直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)把電機(jī)的輸出通過同步帶給主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)。在完成一次工作后，通過刀具支架實(shí)現(xiàn)回彈，使脫核刀具完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

1-槽輪圓柱銷；2-槽輪轉(zhuǎn)盤圖2 球面槽輪機(jī)構(gòu)

（3）分度工作臺的間歇旋轉(zhuǎn)。分度工作臺與槽輪轉(zhuǎn)盤和槽輪圓柱銷構(gòu)成的球面槽輪間歇機(jī)構(gòu)相連接，通過槽輪圓柱銷開始進(jìn)入槽輪轉(zhuǎn)盤，槽輪轉(zhuǎn)盤內(nèi)凹鎖止弧松開，槽輪圓柱銷驅(qū)動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)槽輪圓柱銷脫出槽輪轉(zhuǎn)盤，槽輪轉(zhuǎn)盤內(nèi)凹鎖止弧被槽輪圓柱銷外凸圓弧鎖住，使得槽輪轉(zhuǎn)盤靜止不動(dòng)，直至槽輪圓柱銷再次進(jìn)入槽輪轉(zhuǎn)盤時(shí)，槽輪重新被槽輪圓柱銷驅(qū)動(dòng)。從而，槽輪圓柱銷作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪轉(zhuǎn)盤被驅(qū)動(dòng)作單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，使槽輪能夠?qū)⒅鬏S的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為分度工作臺的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）動(dòng)力源：通過電機(jī)傳給同步帶及同步帶輪，經(jīng)過減速器，將轉(zhuǎn)速和力矩合理輸出傳給主軸，主軸帶動(dòng)槽輪圓柱銷和凸輪，從而，分度臺與刀具運(yùn)動(dòng)。

（5）刀具材料：刀具采用薄壁不銹鋼管制成，且刀頭采用單刀頭或雙刀頭兩種。

2.4山楂去核的工藝動(dòng)作

根據(jù)上述分析，山楂去核機(jī)要求完成的工藝動(dòng)作有以下幾個(gè)動(dòng)作：

（1）加料：這一動(dòng)作可利用人工加料，將山楂固定在定位針上，分度工作臺的轉(zhuǎn)速符合人工加料的速度，保證了人工加料的安全性。

（2）去核：其工藝動(dòng)作可分為工作臺的間歇運(yùn)動(dòng)和刀具的上下運(yùn)動(dòng)，要求刀具自上向下運(yùn)動(dòng)前，旋轉(zhuǎn)工作臺做一次間歇運(yùn)動(dòng)。

（3）成品收集：成品收集機(jī)構(gòu)為一擋板，位于分度工作臺一側(cè)，擋針位于分度工作臺上方，通過擋板和分度工作盤的配合，卸料擋板即把山楂從分度工作臺上撥下來，進(jìn)入成品收集器。

[1]辛紹杰,趙博通等.山楂去核器.發(fā)明專利,ZL 201410136617.6.

[2]張召波,陳義厚.簡易山楂去核機(jī)的設(shè)計(jì)[J].大眾科學(xué)(科學(xué)研究與實(shí)踐),2002,5.

[3]劉從伍,王文祥.一種山楂去核機(jī)的設(shè)計(jì)[J].大眾科技,2014,8.

劉振鵬:男，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)本科生。

辛紹杰:男，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院教授。

徐國平:男，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)本科生。

玉蘇普江·司馬義：男，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)本科生。