滾筒式檳榔切片機的創新設計研究

陳超林　黃渝　鄧琪瑋　王錫純

【摘 要】本文設計了一種滾筒式檳榔切片機，創新性地將滾筒設計為帶槽的結構，并在V型槽的下部裝有震動部件，保證檳榔有序地傳送。在切片機構中的管道上安裝對稱的多把刀具，并在同一圓周上的兩把刀具之間設計適當大小的凹槽，使檳榔果被對半切開時，可經凹槽落入收料槽中，有效地提高了滾筒式檳榔切片的效率。

【關鍵詞】滾筒式；檳榔切片機；結構創新設計

中圖分類號： TS255.35 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）06-0049-002

0 引言

檳榔是我國南方一些地方很受喜歡的食品，隨著需求量逐漸增大，檳榔的生產效率要求越來越高。而目前我國檳榔切片機的自動化加工剖切生產方面，已有部分企業和民間科技創新者進行了嘗試并取得了一定的成績。而檳榔的外形尺寸及特性會受產地、氣候環境不同而表現出一定的差異性。因此，檳榔切片機的裝夾定位和對半切片精度都受到很大影響，甚至形成了較高的廢品率，大大影響了檳榔加工成本以及造成了浪費，而且研發的剖切機中仍有許多方面有待改進。本文結合檳榔的一般尺寸、切片定位及自動化生產的需求，設計了一種滾筒式檳榔切片機的總體結構方案，并進行了相應的三維建模和仿真分析。

1 方案創新設計及刀具選擇

本文根據檳榔的物理形狀大小，借鑒其它研究者的設計不足之處，創新性地設計了一種滾筒式檳榔切片機。檳榔切片機一般由四個子系統組成，即輸送系統、定位系統、切片系統和出料系統。其加工工藝流程如下圖所示，即料斗中的檳榔被穩定有序地輸送，在輸送過程中實現定位，然后將檳榔進行固定，最后由切刀將檳榔精準地對半切片。

由于在制作過程中檳榔的大小不一，這是檳榔切片機設計中的關鍵因素。因此在設計時必須要適應各種大小形狀的檳榔。首先由工作人員將事先處理好的檳榔導入下料口，再由下料口進入滾筒（分為內外兩層，采用帶傳動），為了便于固定大小不一的檳榔，本文創新性地將滾筒設計為帶槽的結構，如圖2所示。

在離心力的作用下，檳榔可以通過滾筒的旋轉被甩進筒內多邊形槽位里，再在滾筒下方半圓形槽里面運輸，運輸工程中被擺正。此處經過擺正后的檳榔果在重力的作用下通過V型槽，并在V型槽的端部進行夾緊，其結構如圖3所示，這樣就可以保證滾筒穩定連續地下料。考慮到檳榔大小不規則且不對稱的特點，為了實現所設計的機構簡單實用且運行可靠，在V型槽的下部裝有適當震動的部件，這樣可方便且可靠使檳榔有序地傳送至下一個機構。

為了保證夾緊的可靠性，在定位與夾緊機構中，本文在帶有V型槽壓輪的外側創新地安裝了帶有彈簧的曲面擋板，利用彈簧彈性浮動，使對各個大小不一的檳榔能按照特定的要求壓緊，實現了最終可靠定位和夾緊。

最后一個設計難點是進行檳榔剖切時的效率問題，本文采用的是環切技術，如圖4所示，當檳榔在移動到V型槽末端時由下面的環形刀片進行環切，大大提高生產效率，在切片機構方面也進行了創新設計，即在一個管道上成對稱的安裝多把刀具，并在同一圓周上的兩把刀具之間設計適當大小的凹槽，其中刀具與電動機的輸出軸相連，當檳榔果被對半切開時，檳榔片將經過凹槽落入事先準備好的收料槽中，最后人工取出剖切成功的檳榔切片。

根據查閱檳榔尺寸的統計數據得到，一般檳榔可分為大果、中果和小果三個等級，即質量分別為80g<大果≤120g、50g<中果≤80g、30g<小果≤50g。按果實橫徑Dh和縱徑Dz分為小果（Dh<20mm， Dz<30mm）、中果（20mm< Dh≤40mm， 30mm< Dh≤60mm ）、大果（40mm< Dh， 60mm< Dh ）經試驗測算，單個檳榔平均切剖力為150N。相應地設計刀具的參數分別為：刀具總長L、增加的刀筒長△L、刀片部分長度h，刀具圓柱筒外徑dw、刀具圓柱筒內徑dl。則對應不同大小檳榔果的刀具為大刀、中刀和小刀，其參數分別為：大刀L=140mm，△L=60mm，h=80mm，dw=60mm，dl=35mm；中刀dw=40mm，dl=25mm；小刀dw=20mm，dl=15mm。此外，為了加工方便，一般將中刀和小刀的其它尺寸設計成大刀一樣的參數。

2 結論

由于各個機構的設計理念基本成型，因而機構的尺寸、大小以及裝配運行就需要進行虛擬仿真，以確定各部件之間存在銜接問題，從而進行相應的修改與布置。因此，針對實現復雜運動規律的各個機構，首先基于solidworks等三維軟件對檳榔切片機進行虛擬設計以及對從動件運動規律進行仿真分析，并對其關鍵尺寸進行優化設計，最后運用ADAMS軟件對其進行運動學和動力學仿真。仿真結果表明，該創新設計能大大改善檳榔切片的效率，下一步工作將開展制作實物模型，與仿真數據進一步驗證，從而改進該滾筒式檳榔切片機的設計。

【參考文獻】

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