王波

（261053 山東省 濰坊市 山東科技職業(yè)學(xué)院 機電工程學(xué)院）

0 引言

草莓是大眾喜愛的水果之一，由于草莓的存儲期不長，所以有一部分草莓用來制作草莓罐頭、草莓醬、草莓脯等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品制作之前，需要去除草莓蒂再進行后續(xù)制作[1]。目前去除草莓蒂的過程全部由人工完成，用類似鑷子的工具，逐個剔除草莓蒂，剔除過程中不但損失掉一部分草莓果肉，還使操作者手上沾滿草莓汁漬，難以清洗。人工剔除草莓蒂不僅需要大量勞力，而且效率較低，目前市場上沒有專門去除草莓蒂的設(shè)備。

本文設(shè)計了一種草莓自動去蒂裝置，采用高壓水切割技術(shù)。這是一種20 世紀(jì)90 年代興起的新興技術(shù)，具有冷態(tài)切割及對材料無選擇性的特點，即對軟、硬、韌、脆、金屬或非金屬均可切割加工[2-3]。該裝置通過送料裝置通過帶承接托的皮帶將草莓運送到水切割槍處，利用高壓水流將草莓蒂去除掉，整個過程自動連續(xù)進行，不但完成草莓去蒂，還能利用水流對草莓進行簡單清理，整個過程簡單高效，降低了人工操作的成本。

1 草莓去蒂裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

草莓自動去蒂裝置的主要結(jié)構(gòu)包括給料機構(gòu)、輸送裝置、切割裝置、草莓箱等，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 草莓自動去蒂裝置的整體設(shè)計圖Fig.1 Overall design of strawberry automatic pedicle removing device

為了實現(xiàn)草莓的自動高效去蒂，并考慮到對質(zhì)地柔軟的草莓本身的保護，草莓自動去蒂裝置主要由水槽、底座、異步電機支架、異步電機、草莓給料支架、凸輪、草莓托板、草莓料箱、輸送管、銷軸、水切割槍、切割支架、承接托、皮帶、草莓箱、帶輪支架、草莓蒂箱、皮帶輪、步進電機支架和步進電機組成的。

其主要安裝過程如下：水槽、異步電機支架安裝在底座上，異步電機安裝在支架上輸出軸與凸輪通過凸輪副進行配合；草莓給料支架安裝并且固定在底座上，凸輪裝置安裝在草莓給料支架的橫梁上，草莓托板與草莓給料支架通過銷軸連接；草莓托板同時與凸輪配合，草莓料箱固定安裝在草莓給料支架上，草莓托板從草莓料箱中間位置穿過；輸送管安裝在草莓給料支架上，輸送管的上端與草莓料箱的上沿平齊并位于草莓料箱中間位置；水切割槍安裝在切割支架上，切割支架安裝在水槽中；承接托均勻地安裝在皮帶中間位置；皮帶安裝在兩個皮帶輪上，皮帶輪通過帶輪支架安裝在水槽中；草莓箱放置在水槽外側(cè)并位于皮帶中間位置，草莓蒂箱安裝在皮帶輪正下方并與水切割槍上下對齊；步進電機安裝在步進電機支架上，步進電機支架安裝在水槽內(nèi)，步進電機輸出軸與皮帶輪配合在一起。

1.1 給料機構(gòu)

給料機構(gòu)主要實現(xiàn)對草莓的送料。安裝時，異步電機支架安裝在底座上，異步電機安裝在異步電機支架上，草莓給料支架安裝固定在底座上，凸輪安裝在草莓給料支架的橫梁上，異步電機輸出軸與凸輪配合[4-5]。

草莓去蒂裝置的給料機構(gòu)主要是由異步電機支架、異步電機、草莓給料支架、凸輪、草莓托板、草莓料箱、輸送管、銷軸組成，如圖2 所示。

圖2 草莓去蒂裝置的給料機構(gòu)Fig.2 Feeding mechanism of strawberry pedicle removing device

操作過程：將采摘完的草莓倒入草莓料箱中，異步電機輸出的動力通過凸輪傳遞給草莓托板，使草莓托板繞著銷軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)草莓托板到達(dá)草莓料箱底端時，草莓進入草莓托板中，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動草莓托板向上移動到達(dá)草莓料箱上沿時，草莓在自身重力作用下進入輸送管，此時光電對射管開始工作。每當(dāng)檢測到草莓下落，給氣管指令，對即將從出口送出的草莓進行短暫吹氣，氣體在管內(nèi)流動會使運動物體受到阻力，這樣草莓在下落過程中的加速度減小，使草莓落到草莓承接托時的速度接近于0，從而防止輸送出的草莓被跌壞[6]。整個過程將草莓快速單個運送到傳輸帶上的草莓承接托，保證后續(xù)過程的完成。

1.2 輸送結(jié)構(gòu)

如圖3 所示，草莓去蒂裝置的輸送結(jié)構(gòu)主要由皮帶、承接托、第1 圓柱孔和第2 圓柱孔4 部分構(gòu)成。承接托均勻安裝在皮帶中間，承接托為錐形結(jié)構(gòu)，底部開有第1 圓柱孔，圓柱直徑為8 mm，皮帶上開有均勻的第2 圓柱孔，圓柱直徑為8 mm。被切割掉的草莓蒂通過第1 圓柱孔和第2 圓柱孔進入到草莓蒂箱。

圖3 輸送結(jié)構(gòu)Fig.3 Conveying structure

輸送結(jié)構(gòu)主要實現(xiàn)對送料機構(gòu)輸送來的草莓單個運輸?shù)角懈钏畼專⑶懈钔甑牟葺斔偷讲葺洌谳斔瓦^程中保證草莓在草莓承接托中的姿態(tài)保持豎直，保證后續(xù)切割部分的順利進行。

1.3 水切割結(jié)構(gòu)

水切割槍安裝在切割支架上，并保證與草莓承接托對正、排列安裝，保證一次切割多個草莓，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。水切割槍上開有7 mm 的槍口，保證噴出的水流有足夠大的壓力，高壓圓形水注將草莓蒂切除[2]。水切割進行草莓蒂去除的同時，切割槍噴出的水可對剛采摘的草莓進行初步清洗。

圖4 水切割結(jié)構(gòu)Fig.4 Water cutting structure

1.4 草莓承接結(jié)構(gòu)

草莓承接裝置的設(shè)計主要考慮了草莓本身質(zhì)地較軟，在輸送過程中易被跌壞的情況，在普通承接箱的基礎(chǔ)上增加了橡膠軟舌，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示。當(dāng)前序水切割完的草莓經(jīng)過皮帶輸送到草莓箱時，橡膠軟舌[7]起到了緩沖作用，保證輸送過來的草莓不被跌壞。

圖5 草莓承接結(jié)構(gòu)Fig.5 Strawberry receiving structure

2 草莓去蒂裝置的工作原理

草莓去蒂裝置的工作原理：草莓進入草莓料箱，異步電機輸出的動力通過凸輪傳遞給草莓托板，使草莓托板繞著銷軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)草莓托板到達(dá)草莓料箱底端時，草莓進入草莓托板中；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，帶動草莓托板向上移動到達(dá)草莓料箱上沿時，草莓在自身重力作用下進入到輸送管中，此時光電對射管開始作用；每當(dāng)檢測到草莓下落時，給氣管指令，對即將從草莓出口送出的草莓進行短暫吹氣減速；草莓進入承接托中，承接托為圓錐形結(jié)構(gòu)，與草莓外形相似，此時草莓姿態(tài)變?yōu)檎险?，水切割槍噴出圓形高壓水柱，將草莓蒂通過第1 圓柱孔和第2 圓柱孔進入到草莓蒂箱中；草莓蒂箱底部開有圓孔，水從圓孔流出，草莓蒂留在箱內(nèi)；去蒂草莓被皮帶繼續(xù)傳動到端點處，經(jīng)橡膠舌緩沖落入草莓箱，沖出的水經(jīng)泄水口流入外接水收集裝置，循環(huán)利用。

3 結(jié)論

本文設(shè)計的草莓自動去蒂裝置，巧妙利用了水切割這種柔性切割方式，對草莓蒂進行去除，該裝置的設(shè)計總結(jié)有以下優(yōu)點：

（1）充分考慮草莓質(zhì)地軟、易被破壞的特性，輸送管上安裝氣管，使草莓在運輸過程中減速，防止跌落損壞；草莓箱裝有橡膠舌結(jié)構(gòu)，有效防止草莓落入草莓箱之前被跌落損壞。

（2）草莓承接托采用與草莓外形相似的錐形結(jié)構(gòu)，底部開有第1 圓柱孔，草莓落入承接托后，可使草莓自動變?yōu)樨Q直姿態(tài)，方便后續(xù)的切割。

（3）草莓蒂箱對產(chǎn)生的草莓蒂及去除廢料進行過濾回收，保證水的循環(huán)利用，節(jié)省資源。

（4）采用水切割槍噴出的高壓水流去除草莓蒂，與人工用類似鑷子的工具去蒂比，損耗的果肉少且對草莓其他部位的損傷也相對較少。

該裝置可快速自動完成草莓去蒂，代替人工勞動，提高了加工效率，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。