鄧偉權(quán) 李翔 羅舒茵 黃梓健 麥嘉煒

[摘? ? 要]文章針對(duì)黑欖核，仁需求量大但獲取效率低的問(wèn)題，采用自動(dòng)化流水線代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工開(kāi)欖核，全自動(dòng)地完成破殼以及核、仁的篩分。整體生產(chǎn)線大致工作流程為：欖核的定向排列、尺寸篩分、運(yùn)輸、切割、破殼以及核、仁的篩分。在流水線設(shè)計(jì)時(shí)主要采用了振動(dòng)盤(pán)、直線送料器、鏈輪運(yùn)輸機(jī)、氣動(dòng)壓具以及直線篩料機(jī)等機(jī)構(gòu)。另外，針對(duì)欖核的不規(guī)則性，設(shè)計(jì)了3個(gè)加工尺寸的模具。后期通過(guò)有限元分析校核，證明設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)均合理。

[關(guān)鍵詞]開(kāi)欖核機(jī);黑欖核;欖形模具;切割機(jī)構(gòu)

[中圖分類號(hào)]S226 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–02

Design and Research of Shell Breaking Mechanism Based on Heilan Core

Deng Wei-quan，Li Xiang，Luo Shu-yin，Huang Zi-jian，Mai Jia-wei

[Abstract]In order to solve the problem that the demand of black olive kernel is large， but the efficiency is low， the automatic assembly line is used to replace the traditional manual open olive kernel， and the shell breaking and kernel and kernel screening are completed automatically. The general working process of the whole production line is as follows： directional arrangement of olive core， size screening， transportation， cutting， breaking shell and screening of core and kernel. Among them， in the design of the assembly line， the vibrating disc， linear feeder， chain wheel conveyor， pneumatic press and linear screening machine are mainly used. In addition， in view of the irregularity of the core， three processing dimensions of the mold were designed. After the finite element analysis， the design mechanism is reasonable.

[Keywords]kailan nuclear machine; black olive nucleus; olive mold; cutting mechanism

我國(guó)南部地區(qū)每年出產(chǎn)大量的黑橄欖，其中大部分用來(lái)制成欖仁制品供應(yīng)市場(chǎng)。黑欖核作為黑欖極有價(jià)值的部分，在銷售市場(chǎng)上有巨大的收益潛力。目前其生產(chǎn)當(dāng)中普遍采用的是人工開(kāi)欖核的方法來(lái)提取欖仁肉，市場(chǎng)上尚未有開(kāi)欖核的自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械。且我國(guó)的機(jī)械化破殼、殼仁分離、桃仁分色、桃仁分級(jí)等方面技術(shù)方面相對(duì)落后，依靠人工取欖仁效率低，需要大量人力，難以達(dá)到量產(chǎn)。機(jī)械自動(dòng)化裝置的應(yīng)用能保證較高的生產(chǎn)效率，同時(shí)減少在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的各種材料浪費(fèi)，高效破開(kāi)欖核外殼，減少勞動(dòng)力，大大提高了生產(chǎn)效率。

1 總方案的確定

以開(kāi)欖核的工作需要，設(shè)定了流水線的總體設(shè)計(jì)方案。在工作過(guò)程中設(shè)計(jì)了定向排列、尺寸篩分、輸送、切割、破殼、物料篩分六大部分，由此設(shè)置六道工序?qū)旌诉M(jìn)行加工處理，如圖1所示。

①第一道工序?yàn)槎ㄏ蚺帕?，由振?dòng)盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)盤(pán)將欖核以一致的方向排列并有序送至下一工序。②第二道工序?yàn)槌叽绾Y分，由直線送料器實(shí)現(xiàn)，直線送料器上設(shè)有關(guān)卡，可將由振動(dòng)盤(pán)輸出的欖核篩分出三類尺寸，并繼續(xù)將欖核傳向下一道工序。③第三道工序?yàn)檩斔?，由鏈輪運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)。鏈輪運(yùn)輸機(jī)上裝有三類尺寸的仿欖形模具以承載直線送料器輸出的欖核，鏈輪運(yùn)輸機(jī)循環(huán)運(yùn)送模具，實(shí)現(xiàn)模具承載欖核依次經(jīng)過(guò)切割、破殼區(qū)域進(jìn)行加工。④第四道工序?yàn)榍懈?，由圓盤(pán)鋸片實(shí)現(xiàn)。通過(guò)在一根軸上安裝三個(gè)不同尺寸的鋸片，通過(guò)氣壓帶動(dòng)刀具上下移動(dòng)，軸帶動(dòng)鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)欖核切割出裂縫。⑤第五道工序?yàn)槠茪ぃ蓧壕邔?shí)現(xiàn)。壓具通過(guò)氣動(dòng)裝置控制，當(dāng)欖核由運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到壓具正下方時(shí)，壓具下壓將切有裂縫的欖核壓破。⑥第六道工序?yàn)槲锪虾Y分，由直線篩實(shí)現(xiàn)。破開(kāi)的欖核被運(yùn)送落至直線篩，直線篩分三層，分別篩分出欖核的殼、欖仁、碎渣。

2 各部分機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)

2.1 物料輸送裝置

物料輸送裝置將欖核由起始位置輸送到加工工位，其中包含了定向輸送機(jī)構(gòu)、欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)、鏈輪輸送機(jī)構(gòu)。

（1）定向輸送機(jī)構(gòu)。定向輸送機(jī)構(gòu)將欖核以一致方向傳送至排列機(jī)構(gòu)。通過(guò)振動(dòng)盤(pán)實(shí)現(xiàn)欖核的定向輸送。振動(dòng)盤(pán)料斗下面有個(gè)脈沖電磁鐵，可以使料斗作垂直方向振動(dòng)，由傾斜的彈簧片帶動(dòng)料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)。料斗上的欖核，由于受到這種振動(dòng)而沿螺旋軌道上升。在上升的過(guò)程中經(jīng)過(guò)軌道的出口關(guān)卡的篩選，欖核能夠按照加工方向要求呈同一狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)入下一道工序?qū)?yīng)的位置上。

（2）欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)。欖核尺寸篩分機(jī)構(gòu)將欖核篩分成三類尺寸，分別為大、中、小型欖核。通過(guò)直線送料器實(shí)現(xiàn)欖核的尺寸篩分。直線送料器采用雙振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)做同步、反缶旋轉(zhuǎn)時(shí)，其偏心塊所產(chǎn)生的激振力在平行于電機(jī)軸線的方向相互抵消，在垂直于電機(jī)軸的方向疊為一合力，因此篩機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線。其兩電機(jī)軸相對(duì)篩面有一傾角，在激振力和物料自重力的合力作用下，物料在篩面上被拋起跳躍式向前作直線運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)物料進(jìn)行篩選和分級(jí)的目的。欖核從入口處進(jìn)入，達(dá)到關(guān)卡時(shí)，大號(hào)的欖核被篩分至第三個(gè)卡口輸出。當(dāng)欖核抵達(dá)第二關(guān)卡，中號(hào)的欖核被篩分至第二個(gè)出口輸出。剩余小號(hào)的欖核從第一個(gè)輸出口輸出。

（3）鏈輪輸送機(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)用于運(yùn)輸欖核抵達(dá)加工區(qū)域。由鏈輪運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)欖核的運(yùn)送。其鏈輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鏈條上裝有模具以承載欖核。模具經(jīng)過(guò)擋板時(shí)，欖核下落至模具。擋板可將多余的欖核隔除，模具由鏈輪鏈條帶動(dòng)依次運(yùn)送至刀具加工處、壓具加工處，以進(jìn)行欖核的切割與破殼，最終運(yùn)離切、壓加工工作區(qū)，將加工完畢的欖核運(yùn)送至直線篩進(jìn)行篩分，以此往復(fù)。

2.2 切割與破殼裝置

（1）切割機(jī)構(gòu)。切割機(jī)構(gòu)將欖核切出裂縫。通過(guò)圓形鋸片實(shí)現(xiàn)對(duì)欖核的切割。刀具為在一根軸上安裝3個(gè)不同尺寸的鋸片，大鋸片：直徑80 mm，孔直徑15，30個(gè)刀口、刀鋒間距9.5 mm;中鋸片：直徑60 mm，孔直徑10，30個(gè)刀口、刀鋒間距7.33 mm;小鋸片：直徑52，孔直徑10，30個(gè)刀口、刀鋒間距6.51 mm。軸一端通過(guò)軸承固定，另一端用聯(lián)軸器將電機(jī)與軸連接在一起，電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而軸帶動(dòng)鋸片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)氣壓帶動(dòng)刀具上下移動(dòng)。為保證欖核被加工過(guò)程的穩(wěn)固性與安全性，鋸片下方用一個(gè)蓋板蓋住欖核。

（2）破殼機(jī)構(gòu)。破殼機(jī)構(gòu)將欖核壓破。通過(guò)壓具實(shí)現(xiàn)對(duì)欖核的壓破，壓具對(duì)欖核進(jìn)行壓破處理，刀具加工后，欖核被運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送到壓具的正下方，壓具底部根據(jù)欖核大小設(shè)置了不同的階梯層，通過(guò)氣缸提供壓力使壓桿帶動(dòng)壓具下壓，把帶有裂痕的欖核壓破。

2.3 物料篩分

物料篩分機(jī)構(gòu)將黑欖核的殼與欖仁肉分離開(kāi)。通過(guò)直線振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)對(duì)欖核殼與仁的分離。利用振動(dòng)電機(jī)激振作為振動(dòng)源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時(shí)向前作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)多層篩網(wǎng)對(duì)欖核、欖仁肉、少量碎渣進(jìn)行篩分。最后物料分別從各自的出口排出。

3 自動(dòng)開(kāi)欖核機(jī)工作流程

開(kāi)欖機(jī)工作流程共分為六步，分別是對(duì)欖核的定向排列、尺寸篩分、輸送、切割、破殼、破碎的欖核進(jìn)行核仁分離。

第一步：振動(dòng)盤(pán)將欖核以一致的方向有序送入直線送料器。

第二步：直線送料器對(duì)欖核進(jìn)行尺寸篩分，直線送料器上設(shè)有兩道關(guān)卡，將欖核分為三類尺寸。被篩分好大、中、小三號(hào)尺寸分別有序、定向地被送至加工模具當(dāng)中。

第三步：鏈輪運(yùn)輸機(jī)對(duì)欖核進(jìn)行運(yùn)輸，鏈條上裝有承載欖核的模具，繼上一道工序，三種尺寸的欖核分別落入到模具，鏈輪運(yùn)輸機(jī)將模具送至刀具加工區(qū)下方。

第四步：圓盤(pán)鋸片對(duì)欖核進(jìn)行切割，當(dāng)鏈輪運(yùn)輸機(jī)把欖核運(yùn)送至切割加工區(qū)正下方時(shí)，圓盤(pán)鋸片由電機(jī)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由氣缸帶動(dòng)向下切割欖核外殼，對(duì)欖核切割深度限定在2 mm，即對(duì)欖核切割出2 mm深的裂縫。

第五步：壓具對(duì)帶有裂縫的欖核進(jìn)行破殼處理。壓具由壓具架臺(tái)固定，由氣缸帶動(dòng)壓具下壓進(jìn)而壓破欖核。

第六步：欖核由鏈輪運(yùn)輸機(jī)運(yùn)離加工區(qū)域，最后落入直線篩中，經(jīng)過(guò)直線篩分離出來(lái)的欖核、欖仁肉及碎渣分別從各自的出口排出。

4 力學(xué)特性分析

在傳輸加工模具的過(guò)程中，鏈輪上的傳動(dòng)軸帶動(dòng)鏈條以及加工模具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，需承載較大的扭矩。為了檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)合理性，故對(duì)此處進(jìn)行相關(guān)力學(xué)計(jì)算及校核。

此處傳動(dòng)軸產(chǎn)生的牽引力主要用于驅(qū)動(dòng)鏈輪的旋轉(zhuǎn)以及加工模具、鏈條由下往上運(yùn)動(dòng)。結(jié)合市面上其他類似的輸送機(jī)需要牽引力，以及本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模具重量，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中需要的最大的牽引力可依照加工模具以及鏈部結(jié)構(gòu)的重力進(jìn)行計(jì)算。已知鏈輪分度圓直徑設(shè)計(jì)尺寸，全部模具與鏈部結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量。因此，鏈輪傳動(dòng)軸承受最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)_max=F_max×R=m_總g×D?2=70×9.8×0.125 =85.75 N·m。

為了確保設(shè)計(jì)的合理性，使用SolidWorks Simulation對(duì)傳動(dòng)裝置中主要受力部位——鏈輪傳動(dòng)軸，進(jìn)行有限元分析。

首先將鏈輪傳動(dòng)軸材質(zhì)設(shè)置為常規(guī)的合金鋼，進(jìn)行約束后，施加的轉(zhuǎn)矩，劃分相應(yīng)的離散網(wǎng)格，進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形分析。分析結(jié)果如圖2所示。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)構(gòu)思和試驗(yàn)，研發(fā)了一款自動(dòng)的開(kāi)欖核流水線。該流水線可對(duì)欖核進(jìn)行核仁分離工作。流水線全自動(dòng)運(yùn)作，大大減少了人力的浪費(fèi)。解決了人工開(kāi)欖核的問(wèn)題并提高了開(kāi)欖效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

開(kāi)欖機(jī)總體的工作過(guò)程為振動(dòng)盤(pán)對(duì)欖核定向輸送、直線送料器對(duì)欖核進(jìn)行尺寸分類、圓盤(pán)鋸片對(duì)欖核進(jìn)行切割、壓具對(duì)欖核進(jìn)行破殼、直線篩料機(jī)分離出欖仁。針對(duì)欖核加工的整個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)了完整的流水線;并進(jìn)行流水線的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真以確保模型的可靠性。在三維建?；A(chǔ)上對(duì)三維建模做了渲染工作。為得到機(jī)構(gòu)的實(shí)體結(jié)構(gòu)，用慧魚(yú)組件搭建了開(kāi)欖機(jī)的實(shí)體模型，進(jìn)一步確保了機(jī)構(gòu)的可行性。

在設(shè)計(jì)方面，按欖核尺寸的實(shí)際情況為欖核設(shè)計(jì)了包含三類尺寸的承欖模具，解決尺寸不一問(wèn)題的同時(shí)也提高了生產(chǎn)的效率。在欖核的切割與破殼加工區(qū)域，采用級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)，鏈輪運(yùn)輸機(jī)上分別裝有圓盤(pán)鋸片與壓具，對(duì)欖核分別進(jìn)行切割與破殼。批量大、生產(chǎn)率高。

自動(dòng)化的生產(chǎn)線能更高效地完成黑欖核的加工，提取黑欖仁與欖核殼并分離。本設(shè)計(jì)對(duì)于解決人工開(kāi)欖核問(wèn)題方面有一定的成效。相對(duì)于人工開(kāi)欖核而言，大大減少了人力成本，提高了開(kāi)欖核的效率。

參考文獻(xiàn)

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