自動化設(shè)備應(yīng)用于龍眼核肉分離技術(shù)研究

文/徐斌鋒

隨著廣東省亞熱帶水果荔枝、龍眼種植基地的逐漸增多，目前龍眼核肉分離加工技術(shù)存在勞動成本高、分離效率低等問題，無法滿足市場需求。因此，設(shè)計一種新型的龍眼核肉分離設(shè)備，以降低勞動成本和提高龍眼核肉分離效率。通過對機(jī)械、自動化等技術(shù)的分析，結(jié)合廣東省市亞熱帶水果荔枝、龍眼種植基地的特點，確定了以機(jī)械技術(shù)為核心的方案設(shè)計。根據(jù)市場需求及方案設(shè)計的可行性分析，對方案進(jìn)行了改進(jìn)，提高了龍眼核肉分離設(shè)備的可靠性。結(jié)果表明：該設(shè)備能夠滿足龍眼核肉分離的要求，為生產(chǎn)加工企業(yè)提供了一種可行的解決方案。

廣東是我國荔枝、龍眼的主產(chǎn)區(qū)，近年來，隨著我國荔枝、龍眼產(chǎn)量的不斷提高，傳統(tǒng)的人工剝皮加工方式已無法滿足市場需求，如何提高剝皮效率和降低勞動成本已成為一項亟待解決的問題。在當(dāng)前加工條件下，荔枝、龍眼采用人工剝皮方法進(jìn)行加工，其勞動成本較高且易造成原料浪費(fèi)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在當(dāng)前全國荔枝、龍眼加工量中，傳統(tǒng)人工剝皮占絕大多數(shù)。目前在我國荔枝、龍眼種植基地中，荔枝主要采用人工剝皮的方式進(jìn)行加工，而龍眼則采用人工剝皮的方式進(jìn)行加工。龍眼剝皮過程中會造成大量的原料浪費(fèi)，同時也會造成對原料的污染。目前在我國，荔枝、龍眼剝皮已成為制約荔枝、龍眼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。因此，有必要采用機(jī)械、自動化等技術(shù)開發(fā)一種新型的龍眼核肉分離設(shè)備，以降低勞動成本和提高龍眼核肉分離效率。

研究的意義和現(xiàn)狀研究

研究意義

2018 年9 月《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022 年）》、2021 年2 月《關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》中，均明確提出：“加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技支撐，堅持農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng)。”我們要深入開展鄉(xiāng)村振興科技支撐工程，支持高校為鄉(xiāng)村振興提供智力支持。推動我國農(nóng)機(jī)裝備和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的轉(zhuǎn)型升級，加快主要作物生產(chǎn)的全程機(jī)械化速度，提高農(nóng)機(jī)裝備的智能化水平。

廣東省市亞熱帶水果荔枝龍眼種植面積超500 萬畝，其中龍眼種植面積200 萬畝，每年產(chǎn)出掛果超600 萬噸。廣東是我國龍眼、荔枝第一大省，其生產(chǎn)加工企業(yè)較多，加工設(shè)備及技術(shù)也較先進(jìn)。但目前在廣東地區(qū)，龍眼核肉分離仍主要采用人工方式，效率較低，且對龍眼果肉造成污染。由于目前市場對于龍眼果肉的需求不斷增加，人工剝皮方式已無法滿足市場需求，因此有必要開發(fā)一種新的龍眼核肉分離設(shè)備。在新的技術(shù)支持下，對傳統(tǒng)的加工方式進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本。本文設(shè)計一種自動化龍眼核肉分離設(shè)備，對提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)能具有重要意義。

研究現(xiàn)狀

首先是國外去核剝殼技術(shù)研究現(xiàn)狀。國外早在二十世紀(jì)60 年代就開始研制水果去核設(shè)備，到80 年代初期，美國，意大利，荷蘭相繼推出了核桃，橄欖等水果去核設(shè)備，使去核過程基本實現(xiàn)了機(jī)械化，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已日趨成熟。目前，工業(yè)生產(chǎn)正朝著節(jié)能、機(jī)電一體化的方向發(fā)展，主要采用微機(jī)自動控制。國外對去核脫殼方法和去核脫殼機(jī)械進(jìn)行了大量的研究，但是對龍眼鮮果去核脫殼、核肉分離技術(shù)和設(shè)備的研究卻非常少，目前還沒有一種能夠適應(yīng)我國市場需求的龍眼鮮果去核脫殼設(shè)備的報道。

其次是國內(nèi)龍眼去核剝殼技術(shù)研究。20世紀(jì)90年代以來，我國相繼推出了新鮮龍眼果實去核、去核的專利及實驗樣機(jī)，如：華南熱帶農(nóng)機(jī)所研發(fā)的。全自動連鎖機(jī)，華南理工大學(xué)研發(fā)的“去核”設(shè)備，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的“氣力式”龍眼去核機(jī)，廣東省農(nóng)機(jī)所開發(fā)的“荔枝、龍眼”去核、打漿成套設(shè)備，“萬頃”公司研發(fā)的龍眼去核機(jī)等，但這些設(shè)備都無法在同一時間內(nèi)去殼、去核，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下。茂名“金皇冠”公司研發(fā)的“桂圓脫皮機(jī)”是目前較為理想的龍眼干果（燈籠肉）加工設(shè)備，但龍眼蒂部向下容易錯位，造成果核與果肉粘連，造成果肉流失；采用下導(dǎo)管進(jìn)行核肉分離時，也存在易爛核、大核易卡機(jī)的問題。因此，在現(xiàn)有龍眼去核、去殼設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合龍眼干（燈籠肉）的生產(chǎn)特點，設(shè)計一種核、肉分離的加工設(shè)備，對于提高效率、降低成本、增加產(chǎn)量具有重要意義。

廣東地區(qū)龍眼種植基地分析

廣東地區(qū)地處亞熱帶，氣候溫暖，雨量充沛，年平均氣溫為23.1℃，年降雨量約為1 071 mm，常年溫暖濕潤，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。因此，該地區(qū)的亞熱帶水果主要有荔枝、龍眼等。

廣東地區(qū)的荔枝、龍眼種植基地分布集中且規(guī)模較大。以廣州白云區(qū)為例，有9 個鎮(zhèn)（街道）種植荔枝、龍眼等亞熱帶水果；以中山市為例，有4 個鎮(zhèn)（街道）種植荔枝以梅州市為例，有5 個鎮(zhèn)（街道）種植荔枝、龍眼等亞熱帶水果。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：廣州市白云區(qū)約有荔枝、龍眼種植基地約6 000 畝；中山市約有荔枝、龍眼種植基地約2 000 畝；梅州市約有荔枝、龍眼種植基地約5 000 畝；梅州市約有荔枝、龍眼種植基地約4 000 畝。總體來看，廣東地區(qū)的亞熱帶水果種植面積較大且規(guī)模較大。因此，對于龍眼核肉分離設(shè)備的需求較大。

設(shè)計方案確定及可行性分析

結(jié)合廣東地區(qū)的荔枝和龍眼種植基地的生產(chǎn)特點，確定設(shè)計方案主要有以下幾點。

第一，本設(shè)計的主要目標(biāo)是在現(xiàn)有機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)上，通過將機(jī)械技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，提高龍眼核肉分離設(shè)備的生產(chǎn)效率和降低勞動成本，從而使龍眼的加工變得更加高效、便捷，提高龍眼的附加值。因此，在設(shè)計過程中，主要從兩個方面來實現(xiàn)，一是通過現(xiàn)有的機(jī)械技術(shù)實現(xiàn)對龍眼皮的分離；二是在現(xiàn)有機(jī)械技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自動化技術(shù)實現(xiàn)龍眼核肉的分離。

第二，在設(shè)計過程中，將主要加工對象進(jìn)行受力分析，并根據(jù)力的大小對分離設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計，主要是對龍眼果的受力分析，包括：龍眼果的受力分析、龍眼果在受力時的變化規(guī)律、龍眼果受力時的變化規(guī)律；對龍眼果受力情況進(jìn)行分析，并根據(jù)龍眼果受力情況對分離設(shè)備進(jìn)行重新設(shè)計。

第三，通過對市場上現(xiàn)有龍眼核肉分離設(shè)備的調(diào)研，提出本設(shè)計方案，通過分析現(xiàn)有龍眼核肉分離設(shè)備的優(yōu)缺點，并結(jié)合目前市場上的龍眼核肉分離設(shè)備，提出本設(shè)計方案。

第四，在方案設(shè)計過程中，主要考慮兩個方面，一是龍眼核肉分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)、動力傳輸方式等方面；二是龍眼核肉分離設(shè)備的工作流程。

基于市場需求及設(shè)計方案的可行性分析，將機(jī)械技術(shù)、自動化技術(shù)、氣動技術(shù)、傳動技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合，確定了以機(jī)械技術(shù)為核心的設(shè)計方案。并根據(jù)生產(chǎn)加工企業(yè)的實際情況，對方案進(jìn)行了改進(jìn)。例如：通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高了龍眼核肉分離設(shè)備的可靠性；通過對動力傳輸方式進(jìn)行改進(jìn)，提高了動力傳輸效率。從而使本設(shè)計方案能夠滿足市場需求，并具有較強(qiáng)的可行性。

機(jī)械部分設(shè)計

本文針對現(xiàn)有龍眼核肉分離設(shè)備的缺點，利用機(jī)械技術(shù)設(shè)計了一種新型的龍眼核肉分離設(shè)備。該設(shè)備由核肉分離模塊、輸送模塊、集料和控制模塊組成，其中核肉分離模塊包括壓輥、排料板、夾緊機(jī)構(gòu)和電機(jī)等；輸送模塊包括由電機(jī)帶動的鏈條和輸送帶組成；集料和控制模塊包括電機(jī)、 PLC和人機(jī)界面組成。

第一，核肉分離模塊。該核肉分離模塊主要包括壓輥、排料板、夾緊機(jī)構(gòu)和電機(jī)，其中壓輥采用鏈條作為動力，采用鏈板作為傳送方式，實現(xiàn)不同大小龍眼的核肉分離，排料板采用兩塊大圓孔的不銹鋼薄板進(jìn)行拼接，通過圓孔將待分離的龍眼固定在排料板上，并利用圓孔中間的孔位將待分離的龍眼從排料板上剝離；夾緊機(jī)構(gòu)采用夾緊彈簧、固定螺桿和夾緊螺釘?shù)冉M成，可實現(xiàn)不同大小龍眼的精準(zhǔn)定位；電機(jī)通過帶動鏈條實現(xiàn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過程中通過兩個滾輪對龍眼進(jìn)行夾緊并實現(xiàn)龍眼與排料板之間的轉(zhuǎn)動，同時利用鏈條將待分離的龍眼從排料板上剝離。

第二，輸送模塊。輸送模塊包括鏈條和輸送鏈板，其中，鏈條通過電機(jī)驅(qū)動實現(xiàn)鏈條的轉(zhuǎn)動，輸送鏈板通過電機(jī)驅(qū)動實現(xiàn)鏈板的上下移動，利用兩條鏈條分別實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對龍眼核肉分離設(shè)備的控制。

第三，集料模塊。包括傳送機(jī)構(gòu)和集料箱，傳送機(jī)構(gòu)主要由鏈條、鏈板、滾輪等組成，通過鏈條實現(xiàn)鏈條的正反轉(zhuǎn)，利用鏈板將待分離的龍眼固定在鏈板上，并通過滾輪對鏈板進(jìn)行上下移動，從而實現(xiàn)對龍眼核肉分離設(shè)備的集料。

第四，控制模塊。控制模塊包括 PLC 和人機(jī)界面。該設(shè)備利用 PLC 對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，可通過人機(jī)界面設(shè)置不同大小的龍眼進(jìn)行核肉分離，從而達(dá)到龍眼核肉分離的目的。該設(shè)備采用 PLC 對設(shè)備進(jìn)行控制，可以根據(jù)不同大小的龍眼實現(xiàn)不同方式的核肉分離，并且由于是在鏈板上進(jìn)行核肉分離，可以避免對其他設(shè)備造成沖擊。在生產(chǎn)線上采用PLC 對設(shè)備進(jìn)行控制，可以通過人機(jī)界面設(shè)置不同大小的龍眼進(jìn)行核肉分離，在生產(chǎn)線上只需要將待分離的龍眼放入到鏈板傳送帶上，并通過電機(jī)帶動鏈條實現(xiàn)鏈板的上下移動，從而實現(xiàn)對龍眼核肉分離設(shè)備的控制。

該設(shè)備的設(shè)計具有以下特點：首先采用鏈板傳送方式，提高了生產(chǎn)效率，采用鏈板傳送方式，在核肉分離設(shè)備的生產(chǎn)過程中，只需要將待分離的龍眼放入到鏈板傳送帶上，就可以實現(xiàn)龍眼核和肉的分離，由于是在鏈板上進(jìn)行核肉分離，因此不需要人工將龍眼從傳送帶上取出，提高了生產(chǎn)效率；其次采用鏈板傳送方式，避免了核肉分離過程中的碰撞傷害，同時也減少了對核肉分離設(shè)備的沖擊，提高了其使用壽命。

一是采用壓輥輸送方式，壓輥的設(shè)計具有很好的適應(yīng)性，適用于各種大小的龍眼，具有很好的通用性，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓輥可以將待分離的龍眼壓出，從而實現(xiàn)龍眼核肉分離的目的。排料板板面為不銹鋼薄板，具有很好的抗腐蝕性和耐磨性，同時在排料板上開設(shè)有排料孔，可以方便的將待分離的龍眼從排料板上剝離下來。

二是采用夾緊機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)不同大小的龍眼進(jìn)行精準(zhǔn)定位，滿足不同類型龍眼核肉分離要求，夾緊機(jī)構(gòu)采用夾緊彈簧、固定螺桿和夾緊螺釘?shù)冉M成，具有很好的通用性，同時也具有較高的精度。由于設(shè)備的工作原理是利用電機(jī)帶動鏈條實現(xiàn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)，因此其具有很好的靈活性，可以根據(jù)需要對設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。

三是采用電機(jī)帶動的方式，使設(shè)備具有很好的穩(wěn)定性，設(shè)備運(yùn)行時不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，保證了設(shè)備的安全使用，同時還保證了設(shè)備的安全性，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以迅速對設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

四是采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)不同的使用需求對設(shè)備進(jìn)行組合，實現(xiàn)了一機(jī)多用，提高了設(shè)備的性價比，同時也避免了設(shè)備的重復(fù)購買，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。模塊化設(shè)計還可以實現(xiàn)設(shè)備的快速更換，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，可以迅速對設(shè)備進(jìn)行維修，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行，避免了對其他設(shè)備的沖擊，提高了設(shè)備的使用壽命。

五是采用 PLC 控制，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，PLC 控制采用數(shù)字量I/O 實現(xiàn)控制，由于數(shù)字量I/O 的控制精度較高，同時具有良好的抗干擾能力，因此其可靠性較高，同時可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行擴(kuò)展，因此可以對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了設(shè)備的使用壽命。

六是采用觸摸屏設(shè)計，使設(shè)備具有良好的人機(jī)交互性，提高了設(shè)備的自動化水平設(shè)備的運(yùn)行過程，當(dāng)龍眼放入到料箱中后，料箱的開關(guān)會自動打開，同時控制系統(tǒng)會自動向料箱的進(jìn)料口輸送龍眼，當(dāng)龍眼到達(dá)出料口時，料箱的開關(guān)會自動關(guān)閉，當(dāng)龍眼核肉分離完畢后，料箱的開關(guān)會自動關(guān)閉。

試驗結(jié)果及分析

設(shè)備在實際生產(chǎn)中的穩(wěn)定性和可靠性是設(shè)計的重中之重，對于龍眼核肉分離設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性試驗，試驗結(jié)果表明，該設(shè)備能很好地完成龍眼核肉分離作業(yè)，在正常生產(chǎn)情況下，設(shè)備一天8 個小時可分離4800 千克，通過對設(shè)備進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，可以滿足龍眼核肉分離的要求。同時，還可以進(jìn)一步研發(fā)、完善龍眼核肉分離設(shè)備，使其在市場上得到更廣泛的應(yīng)用，以提高生產(chǎn)效率、降低勞動成本和提高龍眼核肉分離質(zhì)量。試驗中還對龍眼核肉分離設(shè)備進(jìn)行了不同條件下的適應(yīng)性試驗，試驗結(jié)果表明：該設(shè)備在不同條件下均能很好地完成龍眼核肉分離作業(yè)。

龍眼核肉分離技術(shù)的研究，通過對機(jī)械、自動化等技術(shù)的分析，結(jié)合廣東省市亞熱帶水果荔枝、龍眼種植基地的特點，確定了以機(jī)械技術(shù)為核心的方案設(shè)計。通過對龍眼核肉分離設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝改進(jìn)，提高了設(shè)備的可靠性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求。基于機(jī)器視覺的龍眼核肉分離技術(shù)具有更高的可靠性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)的生產(chǎn)加工提供了一種可行的解決方案。未來工作中，將繼續(xù)研究龍眼核肉分離技術(shù)在自動化、智能化方面的發(fā)展，不斷提高龍眼產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。