雪梨果脯自動削心切塊機

賀靖淇，胡茂林，徐向前，謝紅梅，劉茈涵，周湛

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

0 引言

近年來，我國水果加工業得到迅速發展，但不少果品加工廠的預處理（如去核、去皮）仍采取落后的手工作業方式。由于傳統手工加工手段落后，生產效率低下，因而有時某些地區還出現鮮果積壓腐爛的情況，造成“豐產不豐收”的現象，給果農造成不應有的經濟損失。同時，由于產品質量檔次較低，造成產品難以進入國際市場，因此，發展去核等水果預處理設備將是一種必然趨勢。不少去核機果肉與果核分離不徹底，果肉損失率高達16%，且一些機器的性能不穩定，作業成本偏高[1]。所以，目前在水果自動去核切塊這一方面的研究需要解決的問題仍然很多，發展前景十分廣闊。

在這樣的趨勢下，德國、美國、加拿大等一些國家研制出了一些去核切塊機，但這些機器的成本普遍偏高。國內也研制出了一些自動去核切塊裝置，如鮮杏定向切分去核裝置、山楂自動去核機等等，但這些裝置結構復雜，操作也不太簡便。基于我國雪梨市場需求量巨大，但雪梨內含果核，手工去核切塊費時費力，且沒有針對雪梨的去核切塊裝置的現狀，設計了一種雪梨自動削心切塊裝置。該結構簡單，操作簡便。以該裝置替代人工進行去核切塊，既節省人力物力，在提高切割效率的同時增強安全性。

1 總體結構設計

該雪梨果脯自動削心切塊機主要是由帶傳動機構、水果固定傳輸機構、曲柄滑塊切割機構以及支撐機構四部分組成。裝置的整體結構如圖1所示。

1.1 帶傳動機構

帶傳動機構包括：電機、電機聯軸器、第一帶輪、第二帶輪、皮帶、第一軸承座、第一軸承、第二軸承座、第二軸承、第三軸承座、第三軸承、第四軸承座、第四軸承、上部傳動軸、下部傳動軸。它們之間的連接關系是：第一軸承座、第二軸承座、第三軸承座、第四軸承座均通過螺栓與螺母配合固定連接在支撐底板和軸承支撐架的相應位置上。上部傳動軸和下部傳動軸則分別通過第一軸承、第二軸承和第三軸承、第四軸承的作用連接在相應的軸承座上。電機通過螺栓與螺母配合連接固定在電機聯軸器上，電機聯軸器通過螺栓與螺母配合連接固定在支撐底板上。電機聯軸器輸出端通過螺栓作用與下部傳動軸固定連接在一起，下部傳動軸直接穿過第二帶輪并將動力傳給第二帶輪，第二帶輪則通過皮帶將動力傳給第一帶輪，第一帶輪通過螺栓作用固定在上部傳動軸上，從而將動力傳輸到了上部傳動軸。具體結構和連接關系如圖2所示。

圖2 帶傳動機構示意圖

1.2 水果固定傳輸機構

水果固定傳輸機構包括：軸承、軸套、傳動軸、缺齒錐齒輪、從動錐齒輪、轉盤、定位孔和工作臺。它們之間的連接關系是：缺齒錐齒輪通過螺栓作用固定在下部傳動軸的端部，從動錐齒輪通過軸承和軸套連接在工作臺上。傳動軸則通過焊接固定連接在從動錐齒輪上，轉盤又通過焊接固定連接在傳動軸上，這樣當下部傳動軸將動力傳到缺齒錐齒輪處時，缺齒錐齒輪通過嚙合作用將動力間歇性地傳給從動錐齒輪，從而帶動轉盤進行間歇性轉動。定位孔通過螺栓作用固定在轉盤上，用以盛放雪梨。具體結構和連接關系如圖3所示。

1.3 曲柄滑塊切割機構

曲柄滑塊切割機構包括：上部傳動軸、凸輪、曲柄、刀具連接片、刀具、滑塊和豎直導軌。零件之間的連接關系是：凸輪的一側有小的凸臺，凸臺側面有螺紋孔，凸輪就借助這個螺紋孔通過螺栓連接與上部傳動軸固定連接在一起。此外，凸輪小頭的一端通過螺栓與曲柄的大頭端連接在一起，這樣上部傳動軸傳遞過來的動力就通過凸輪傳遞到了曲柄上。曲柄的小頭端和刀具均通過螺栓作用與刀具連接片連接在一起，刀具連接片又通過螺栓作用固定在滑塊上。豎直導軌通過多個螺栓與螺母配合豎直固定在支撐底板上，當滑塊在豎直導軌上滑動時，上部傳動軸的轉動運動就可以通過凸輪、曲柄、豎直導軌和滑塊的作用轉化為直線平移運動，從而帶動刀具配合轉盤的轉動而進行升降運動，實現對雪梨的削心切塊任務。具體結構和連接關系如圖4所示。

圖4 曲柄滑塊切割機構示意圖

1.4 支撐機構

支撐機構包括：支撐底板、軸承支撐架、工作臺。它們之間的連接關系是：軸承支撐架與支撐底板上方焊接在一起，同時軸承支撐架與支撐底板上方左右兩端均開有通孔，用來安裝螺栓以實現與軸承座的固定連接。工作臺與地面接觸，通過螺栓與螺母的連接固接在支撐底板的一側，用來實現對整個水果固定傳輸機構的支撐。支撐底板、軸承支撐架、工作臺共同組成了雪梨果脯自動削心切塊機的骨架。具體結構和連接關系如圖5所示。

圖5 支撐機構示意圖

1.5 裝置工作原理

在工作時，先在定位孔內放上雪梨，啟動電機，通過電機聯軸器的連接使得下部傳動軸轉動，進而帶動第二帶輪轉動。第二帶輪通過皮帶將動力傳遞給第一帶輪，第一帶輪的轉動使得連接在其上的上部傳動軸開始轉動，從而使凸輪也開始轉動。曲柄將凸輪的轉動轉化為滑塊的升降運動，刀具通過與刀具連接片的連接獲得和滑塊同樣的往復升降運動，進而對雪梨進行切割。電機為刀具提供切割動力的同時，還通過下部傳動軸將動力傳遞給其上的缺齒錐齒輪，實現缺齒錐齒輪和從動錐齒輪的嚙合，在嚙合作用帶動下實現轉盤的水平轉動，使得定位孔的轉換與刀具的升降同步進行，刀具上升時，轉盤轉動和雪梨的收取及重新放置可以同時進行。

此外，刀具中與刀片相連的是中空的圓柱孔，當刀片切割果肉時，果核便被擠壓至圓柱孔內，接著從孔中排出，同步完成對雪梨削心和切塊的任務。

2 雪梨果脯自動削心切塊機的試驗

當裝置啟動后，曲柄滑塊切割機構由帶傳動機構提供動力，而帶傳動機構由電機提供動力。裝置使用自帶減速功能的電容異步電動機，轉速為1200 r/min，減速比為1∶15。第二帶輪與第一帶輪的傳動比為2∶1。此外，電機通過下部傳動軸將動力傳遞給缺齒錐齒輪，缺齒錐齒輪與從動錐齒輪的傳動比為6∶1。通過計算可得如下結果：

與電機相連的下部傳動軸轉速為：

缺齒錐齒輪的角速度為：

完成切割一個雪梨所需的時間為：

可見，切割速度較快，符合試驗的預期，也滿足裝置的使用需求。

3 應用情況

在試用過程中，該裝置能夠較好的進行去核切塊工作。本裝置（圖6）采用單一電機動力源帶動裝置切割和轉動的設計思想，使用三分之二缺齒錐齒輪組，實現裝置去人工化的自動去核切塊工作。精密計算傳動比和切割時間，通過皮帶傳動和缺齒錐齒輪組的配合，實現裝置連續自動切割的工作效果，并且，去核后果肉的完整性比較高。以機器替代人工進行切割，不僅節省人力，而且在提高切割效率的同時增強了雪梨果脯自動削心切塊作業的安全性。

圖6 雪梨果脯自動削心切塊裝置成品圖

4 結語

本裝置性能穩定，能夠實現對雪梨去人工化的連續自動削心切塊功能，大大提高了工作效率，應用證明，該裝置可以節約可觀的人力和物力，成功解決人工去核切塊費時費力的問題，且去核后果肉的完整性較高。