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        自動化設(shè)備應(yīng)用于龍眼核肉分離技術(shù)研究

        2023-11-21 02:56:30徐斌鋒
        科技尚品 2023年10期
        關(guān)鍵詞:鏈板排料龍眼

        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,對方案進行了改進,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。在當前加工條件下,荔枝、龍眼采用人工剝皮方法進行加工,其勞動成本較高且易造成原料浪費。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,在當前全國荔枝、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行加工,而龍眼則采用人工剝皮的方式進行加工。龍眼剝皮過程中會造成大量的原料浪費,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:“加強農(nóng)業(yè)科技支撐,堅持農(nóng)業(yè)科技自立自強?!蔽覀円钊腴_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)機裝備和農(nóng)業(yè)機械化的轉(zhuǎn)型升級,加快主要作物生產(chǎn)的全程機械化速度,提高農(nóng)機裝備的智能化水平。

        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。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)的加工方式進行創(chuàng)新和改進,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、機電一體化的方向發(fā)展,主要采用微機自動控制。國外對去核脫殼方法和去核脫殼機械進行了大量的研究,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,如:華南熱帶農(nóng)機所研發(fā)的。全自動連鎖機,華南理工大學研發(fā)的“去核”設(shè)備,華南農(nóng)業(yè)大學研發(fā)的“氣力式”龍眼去核機,廣東省農(nóng)機所開發(fā)的“荔枝、龍眼”去核、打漿成套設(shè)備,“萬頃”公司研發(fā)的龍眼去核機等,但這些設(shè)備都無法在同一時間內(nèi)去殼、去核,導致生產(chǎn)效率低下。茂名“金皇冠”公司研發(fā)的“桂圓脫皮機”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;采用下導管進行核肉分離時,也存在易爛核、大核易卡機的問題。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)計的主要目標是在現(xiàn)有機械技術(shù)基礎(chǔ)上,通過將機械技術(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)有的機械技術(shù)實現(xiàn)對龍眼皮的分離;二是在現(xiàn)有機械技術(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,將主要加工對象進行受力分析,并根據(jù)力的大小對分離設(shè)備進行重新設(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行分析,并根據(jù)龍眼果受力情況對分離設(shè)備進行重新設(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,將機械技術(shù)、自動化技術(shù)、氣動技術(shù)、傳動技術(shù)等進行結(jié)合,確定了以機械技術(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,對方案進行了改進。例如:通過對機械結(jié)構(gòu)進行優(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行改進,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,并具有較強的可行性。

        機械部分設(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、夾緊機構(gòu)和電機等;輸送模塊包括由電機帶動的鏈條和輸送帶組成;集料和控制模塊包括電機、 PLC和人機界面組成。

        第一,核肉分離模塊。該核肉分離模塊主要包括壓輥、排料板、夾緊機構(gòu)和電機,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定位;電機通過帶動鏈條實現(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,鏈條通過電機驅(qū)動實現(xiàn)鏈條的轉(zhuǎn)動,輸送鏈板通過電機驅(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。包括傳送機構(gòu)和集料箱,傳送機構(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??刂颇K包括 PLC 和人機界面。該設(shè)備利用 PLC 對設(shè)備的運行狀態(tài)進行控制,可通過人機界面設(shè)置不同大小的龍眼進行核肉分離,從而達到龍眼核肉分離的目的。該設(shè)備采用 PLC 對設(shè)備進行控制,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)備進行控制,可以通過人機界面設(shè)置不同大小的龍眼進行核肉分離,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。

        二是采用夾緊機構(gòu),可實現(xiàn)不同大小的龍眼進行精準定位,滿足不同類型龍眼核肉分離要求,夾緊機構(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)備進行調(diào)節(jié)。

        三是采用電機帶動的方式,使設(shè)備具有很好的穩(wěn)定性,設(shè)備運行時不會出現(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,當設(shè)備出現(xiàn)故障時,可以迅速對設(shè)備進行修復,保證了設(shè)備的正常運行。

        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)備進行組合,實現(xiàn)了一機多用,提高了設(shè)備的性價比,同時也避免了設(shè)備的重復購買,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,當設(shè)備出現(xiàn)故障時,可以迅速對設(shè)備進行維修,保證了設(shè)備的正常運行,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)用戶的需要進行擴展,因此可以對設(shè)備進行遠程監(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)備具有良好的人機交互性,提高了設(shè)備的自動化水平設(shè)備的運行過程,當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)會自動向料箱的進料口輸送龍眼,當龍眼到達出料口時,料箱的開關(guān)會自動關(guān)閉,當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)備進行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工藝改進,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)備進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝改進,提高了設(shè)備的可靠性,達到了預期的設(shè)計要求。基于機器視覺的龍眼核肉分離技術(shù)具有更高的可靠性和準確性,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。

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