薛政坤 何琦

摘要：為了滿足市場需求，提高山楂食品制做工藝中去核步驟工作的效率，研制一款新型的山楂去核機(jī)替代人工手動完成山楂去核工作，摒棄日常小型工具手動人工去核的方案，使用更簡便的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提高去核效率。本機(jī)器由主傳動系統(tǒng)和果核去除系統(tǒng)兩組成。利用更加先進(jìn)的機(jī)械機(jī)構(gòu)以及傳動方案進(jìn)行改進(jìn)，并且融合多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)。可以代替人工完成山楂的去核工作。此機(jī)器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用SolidWorks三維軟件，在軟件環(huán)境下可以進(jìn)行三維運(yùn)動仿真。

關(guān)鍵詞：山楂 去核 設(shè)計(jì) 運(yùn)動仿真

中圖分類號：TS255 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）00（0）-0000-00

1.研制背景及意義

山楂別稱山里果、山里紅。果肉薄，核質(zhì)硬，味微酸澀。主要以實(shí)用果肉為主、果肉可生吃或作果脯果糕，干制后可入藥，算是中國特有的藥果兼用的食物之一，具有降血脂、血壓、強(qiáng)心、抗心律不齊等作用，同時(shí)也是健脾開胃、消食化滯、活血化痰的良藥，對胸膈脾滿、疝氣、血淤、等癥有很好的療效。在國內(nèi)當(dāng)今隨著人民生活水平的不斷提高，人們對食物質(zhì)量要求也漸漸提高。生產(chǎn)廠家也漸漸意識到初加工對產(chǎn)品質(zhì)量有著不可忽視的影響，所以山楂去核機(jī)的研制將對山楂的初加工過程帶來良好的開端。由于目前國內(nèi)山楂去核機(jī)械并不成熟，工作效率也不是非常高因此，研發(fā)性能優(yōu)良的山楂去核機(jī)是形勢所需，對服務(wù)于社會有著重要意義。

山楂作為優(yōu)質(zhì)它們在水果總產(chǎn)量中占有較大的比例。在以它們?yōu)樵霞庸わ嬃?、罐頭、果脯及果干制品時(shí)，去核作業(yè)是一項(xiàng)十分重要的前處理工序。以往所采用人工作業(yè)，不僅占用大量勞動力、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。因此，實(shí)行水果去核的機(jī)械化作業(yè)是水果加工業(yè)中必然的發(fā)展趨勢，我國的山楂去核機(jī)發(fā)展比較緩慢，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于種植業(yè)的發(fā)展。目前我國的山楂機(jī)械捅桿式山楂機(jī)。它主要存在的突出問題有果肉損失率較高、去核后果實(shí)破損率高、機(jī)械性能不穩(wěn)定、通用性差、作業(yè)成本高、科技含量低、生產(chǎn)效率低等問題。針對已有去核機(jī)存在的問題，我們研制出一款性能良好的新型山楂去核機(jī)，其具有良好的應(yīng)用前景。

2. 模型的組成部分及工作原理

2.1 簡介

本機(jī)器由傳動系統(tǒng)和果核去除系統(tǒng)兩組成?？梢詫?shí)現(xiàn)對山楂內(nèi)部果核去除，實(shí)現(xiàn)果肉與果核完全分離，并且使去核后的山楂不會被嚴(yán)重破壞。傳動系統(tǒng)由主電機(jī)與聯(lián)軸器連接通過錐齒輪傳動，依次將動力傳遞帶動各個(gè)錐齒輪轉(zhuǎn)動，根據(jù)齒輪之間傳動比分配轉(zhuǎn)動，進(jìn)而保證與果核去核系統(tǒng)的同步。去核系統(tǒng)由去核電機(jī)經(jīng)齒輪傳動實(shí)現(xiàn)減速，將動力傳遞給曲柄連桿機(jī)構(gòu)，在連桿上加裝去核刀具，從而帶動刀具上下往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)去核動作。

2.2傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)采用的是錐齒輪傳動配合，它的特點(diǎn)是： ①能夠保證恒定的瞬時(shí)傳動比②承載能力高，尺寸緊湊③傳動效率高，對長期大功率尤其重要④壽命長，可靠性高?？捎糜趦蓚€(gè)互相垂直的軸的傳動。錐齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，使定位圓盤轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動軸保證傳動轉(zhuǎn)盤的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動；連桿在轉(zhuǎn)盤圓周運(yùn)動過程中，分別帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動和去核刀具的上下運(yùn)動；轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動帶動連桿運(yùn)動；每個(gè)軸與支架之間都裝有滾動軸承，既起到保護(hù)作用也保證了傳動的穩(wěn)定性。

2.3果核去除系統(tǒng)

去核部分運(yùn)動采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，利用曲柄，其轉(zhuǎn)動中心為主傳動軸，采用圓形刀與其相連。通過查閱資料圓形刀具的刀口大小選取通用直徑為5-10mm，可以將山楂中的果核沖壓出去，滑塊與圓形刀具相連接，刀具隨滑塊一同進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動。去核刀具能夠完全去掉山楂的內(nèi)核，將果肉與內(nèi)核完全分離；根據(jù)山楂的加工性狀，設(shè)計(jì)出曲柄滑塊行程，轉(zhuǎn)動周期，刀具下降行程時(shí)間，回程時(shí)間等，保證在刀具運(yùn)動過程中有足夠的時(shí)間進(jìn)行山楂轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位動作，可以使切削系統(tǒng)工作可以順利進(jìn)行。

2.4工作順序

圖1 機(jī)構(gòu)示意圖

如圖一所示機(jī)器主要由5個(gè)錐齒輪和一個(gè)圓形齒輪盤構(gòu)成。機(jī)器啟動時(shí)將山楂擺放在山楂定位支架上（9），點(diǎn)擊電機(jī)啟動開始工作后，通過控制調(diào)速旋鈕根據(jù)所需工作效率將轉(zhuǎn)速調(diào)到適當(dāng)?shù)奈恢?，?）錐齒輪與電機(jī)聯(lián)軸器相接通過連桿配合將動力傳給（2）、（3）錐齒輪和與之相連的（6）軸桿，（4）錐齒輪轉(zhuǎn)動后帶動（10）轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，另一邊連桿帶動（7）滑塊與圓形刀具（8）連接，使其上下運(yùn)動完成山楂的去核工作，另一邊連桿帶動傳動盤，由于（5）錐齒輪與齒輪圓盤的傳動比為4：1所以每當(dāng)電機(jī)輪帶動（5）錐齒輪轉(zhuǎn)一整圈，則定位齒盤旋轉(zhuǎn)四分之一圈，在主軸的轉(zhuǎn)動下使山楂定位盤轉(zhuǎn)動，完成去核工作。山楂定位坐（9）能夠給山楂定位，確保去核刀具在工作時(shí)保證山楂不會移動，使刀具下墜時(shí)能夠準(zhǔn)確的去掉山楂的內(nèi)核；（5）錐齒輪傳動，主傳動齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使山楂定位盤有規(guī)律轉(zhuǎn)動；（1）錐齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，使（10）圓盤轉(zhuǎn)動；（6）轉(zhuǎn)動軸保證傳動圓輪平穩(wěn)傳動；連桿在轉(zhuǎn)盤圓周運(yùn)動過程中，分別帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動和去核刀具的上下運(yùn)動；

2.5 測控部分

檢測部分由轉(zhuǎn)速傳感器和位移傳感器構(gòu)成。轉(zhuǎn)速傳感器可將信號傳給數(shù)字顯示表，把電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示出來。位移傳感器則可測出爪盤轉(zhuǎn)過的角度，從而間接算出去核的數(shù)目。控制部分有總開關(guān)控制電機(jī)電源，通過控制盒，使其進(jìn)而控制接入電路中的電磁繼電器，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，進(jìn)而控制機(jī)器工作時(shí)間的長短，同時(shí)由儀表實(shí)時(shí)顯示。

3.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）將機(jī)械傳動的典型機(jī)構(gòu)——齒輪傳動和曲柄連桿機(jī)構(gòu)非常巧妙地揉合在一個(gè)機(jī)器上；

（2）采用輕質(zhì)材料，體積小，重量輕，便于存放和攜帶；

（3）所有零件圖全部采用SOLIWORKS軟件繪制，制作了動畫仿真演示可以直觀的觀察去核過程；

（4）采用一個(gè)電機(jī)同時(shí)控制工作臺轉(zhuǎn)動以及刀具的下落及上升，使傳動更加準(zhǔn)確，而且降低了成本。；

（5）機(jī)器采用亞格利和PLA材質(zhì)，使得機(jī)架具有足夠的強(qiáng)度、剛度 、 耐磨性及防腐性，可以承受一定的載荷，延長了教具的使用壽命，同時(shí)還可以直觀地看到其內(nèi)部構(gòu)造和傳動原理。

（6）本設(shè)計(jì)主要是為了解決山楂去核作業(yè)的勞動強(qiáng)度大，安全衛(wèi)生，提高生產(chǎn)效率，降低山楂果實(shí)破損率，保證山楂產(chǎn)品的質(zhì)量。

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