連續(xù)式杏果去核機(jī)設(shè)計(jì)

連續(xù)式杏果去核機(jī)設(shè)計(jì)劉奎;楊莉玲;朱占江;劉佳;祝兆帥【摘要】研究了杏子的物理特征，并依據(jù)特征采用十字式刀頭沖壓的原理設(shè)計(jì)了一種沖壓式半自動(dòng)連續(xù)去杏核裝置.該裝置采用凸輪分割器及滑塊裝置組合的設(shè)計(jì)方式，可實(shí)現(xiàn)裝杏子的鏈板一走一停,并且在鏈板每次間歇停頓時(shí)，沖刀完成1次沖壓去核的動(dòng)作.經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證:利用該裝置對(duì)杏果進(jìn)行去核處理，去核率達(dá)到96%以上，杏肉帶出率＜2.4%,杏核殘留率＜3%.【期刊名稱(chēng)】《食品與機(jī)械》【年(卷)，期】2019(035)002【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P113-116,122)【關(guān)鍵詞】杏子;物理特征;沖壓式;去核機(jī)【作者】劉奎;楊莉玲;朱占江;劉佳;祝兆帥【作者單位】新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,新疆烏魯木齊830091;新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心,新疆烏魯木齊830091;新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆烏魯木齊830091;新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830091;新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆烏魯木齊830091;新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830091;新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,新疆烏魯木齊830091;新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830091;新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，新疆烏魯木齊830091;新疆特色林果裝備工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊830091【正文語(yǔ)種】中文杏(PrunusvulgarisL.)經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，杏果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，含有多種有機(jī)成分和人體所必須的維生素及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，杏仁的營(yíng)養(yǎng)更豐富，含蛋白質(zhì)23%~27%、粗脂肪50%~60%、磷、鐵、鉀、鈣等無(wú)機(jī)鹽類(lèi)及多種維生素［1-2］。新疆作為中國(guó)的杏商品基地之一，其種植面積由2003年的7.4x104hm2增加至2013年的1.4x105hm2,10年間翻了1倍，而且隨著杏產(chǎn)業(yè)的不斷熱化，其種植數(shù)量還在逐年增加［3］。杏子深加工的首要任務(wù)就是去核。目前，杏子去核基本靠人工，每人每小時(shí)去杏核加工產(chǎn)量約20kg，勞動(dòng)強(qiáng)度大，實(shí)際生產(chǎn)效率低，衛(wèi)生條件差，而近年來(lái)以人工為主加工杏子顯然無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的杏加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，使去核環(huán)節(jié)成為杏加工企業(yè)和杏種植大戶原料處理的瓶頸。國(guó)外關(guān)于杏子去核機(jī)械的研究開(kāi)始較早，在1965年就有Etheridge［4］發(fā)明出了一種杏子定向切分機(jī)，利用彈簧壓片和輸送裝置實(shí)現(xiàn)杏子的定位，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的滾動(dòng)輸送，使杏子的滾動(dòng)輸送截面剛好為杏子騎縫線的截面，到輸送端頭后由同在一個(gè)平面的彈簧定刀將杏子沿騎縫線切成兩瓣，杏核經(jīng)過(guò)振動(dòng)從杏肉中脫出，完成切分去核過(guò)程。美國(guó)的PacificEngineeringCompany公司［5］、CTI公司［6］和意大利奧米帕(OMIP)公司［7］都各自研制了杏子自動(dòng)定向輸送切分去核裝備，國(guó)外的鮮杏切分去核機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)型龐大，造價(jià)高且實(shí)行嚴(yán)格的專(zhuān)利保護(hù)，無(wú)論經(jīng)濟(jì)上和規(guī)模上均難以適應(yīng)中國(guó)鮮杏加工企業(yè)。關(guān)于水果去核方面的研究，中國(guó)在大棗［8-11］、荔枝［12-15］、檳榔［16］、山楂［17］等方面行成了較為完善的研究體系，但是在黏核及長(zhǎng)、寬、厚3個(gè)外形尺寸較接近的杏子去核方面的研究比較少見(jiàn)。梁勤安等［18］曾研究了杏子定向切分去核機(jī)，杏果在進(jìn)入切割系統(tǒng)前，通過(guò)兩側(cè)間隙較小并且是張緊的皮帶與底部的輸送裝置形成差速度輸送，從而將水果的騎縫線定向在刀刃線所在平面，實(shí)現(xiàn)沿騎縫線處將杏果切開(kāi)。這2種杏切分機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)在于定向和切分。但是研究［19］表明，新疆本地的幾種杏子（賽買(mǎi)提、明星杏、小白杏、理光杏、黑葉杏等）都有一個(gè)共同的特點(diǎn)——長(zhǎng)度、寬度、厚度3個(gè)尺寸（圖1）無(wú)明顯的規(guī)律，杏核卡在肉中不容易去除，切出的杏瓣也各式各樣，降低了后續(xù)杏肉制干和杏脯制作出的品相。并且新疆大部分的杏子品種杏肉和杏核黏連程度比國(guó)夕卜的大，雖然切開(kāi)了，但是杏核不易脫落，即使使用其消化吸收研制出的振動(dòng)分離工藝也很難取出，大部分仍需人工輔助取出。目前尚無(wú)有效將新疆的杏子去核的機(jī)具，本試驗(yàn)擬依據(jù)杏果特征，采用人工輔助杏果定位，用十字式刀頭沖壓的原理設(shè)計(jì)一種沖壓式半自動(dòng)連續(xù)去杏核裝置。圖1杏子外形特征描述Figure1Descriptionoftheshapeofapricots1杏果的物理特性在新疆杏果產(chǎn)業(yè)基地英吉沙縣杏園中隨機(jī)摘取八九成熟的賽買(mǎi)提杏和明星杏，并分別測(cè)量其物理參數(shù)，包括杏果和杏核的夕卜形尺寸（長(zhǎng)、寬、厚）、重量、杏去核所需力度，然后取平均值，見(jiàn)表1。表12種杏果的物理特性Table1Physicalpropertiesofthetwokindsofapricots（n=100）品種部位體積/mm3重量/g去核所需力/（kg-cm-2）賽買(mǎi)提果肉39.5x37.7x37.233.66.5果核32.6x24.3x12.12.7'明星果肉41.5x38.9x37.935.87.1果核33.2x24.7x12.32.9'2去核機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理2.1設(shè)計(jì)要求杏子去核一定要做到杏肉帶出率少，杏子表面破損率小，最好是沿長(zhǎng)度方向豎直切開(kāi)，并且切分面要平整，無(wú)破壞，并且可實(shí)現(xiàn)2種加工方式——去核不切分和切分去核。切分去核后的杏肉可做成杏干和果脯，去核不切分的杏肉可在其中塞入杏仁或其他干果，制作成杏包仁。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要在新疆杏子自身的外形尺寸的基礎(chǔ)上考慮如何給杏子定位；其次，去核沖刀的設(shè)計(jì)既要滿足高沖核率，還要減小對(duì)杏肉的損傷；第三，去核動(dòng)作需與杏子輸送鏈板運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，保證生產(chǎn)效率最高。2.2總體結(jié)構(gòu)連續(xù)式杏子去核機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由進(jìn)給料鏈板、去核部分、動(dòng)力傳輸部件、機(jī)架構(gòu)成。1.機(jī)架2.給料鏈板3.電機(jī)4.去核部分5.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)6.凸輪分割器7.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8.杏核輸送帶9.杏肉輸送帶圖2杏去核結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure2Thestructuraldiagramsofapricotpitremovemachine2.3工作原理如圖2所示，考慮到新疆杏子的外形尺寸及黏核的特性，設(shè)計(jì)采用人工擺放的方式給料，由6~7個(gè)工人在喂料區(qū)兩側(cè)將杏子按果柄豎直朝上的方向擺放在給料鏈板中的塑料膠套中，電機(jī)帶動(dòng)去核系統(tǒng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)完成一下一上的去核動(dòng)作，同時(shí)動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳到凸輪分割器帶動(dòng)鏈板向前運(yùn)動(dòng)，凸輪分割器保證鏈板一走一停，根據(jù)間歇運(yùn)動(dòng)間隙即鏈板運(yùn)動(dòng)時(shí)間，預(yù)先設(shè)定偏心擺塊的位置，使其在動(dòng)作上配合一致。每次走過(guò)一個(gè)鏈板的距離，并且在鏈板將要停止到下一次運(yùn)動(dòng)前的時(shí)間，沖刀也完成1次沖壓去核動(dòng)作。設(shè)備采用鋼制鏈條強(qiáng)度耐磨材料，合金銅為軸銷(xiāo)，提高了產(chǎn)品的耐磨強(qiáng)度，彎曲更靈活，阻力更小，從而可保證長(zhǎng)時(shí)間使用不變形。退杏肉的沖桿也與沖刀一起運(yùn)動(dòng)，沖過(guò)杏核的杏肉被沖桿沖下，由輸送帶送出，沖掉的杏核也在下方另外卜收集，由輸送帶送出。3關(guān)鍵工作部件設(shè)計(jì)3.1杏子定位設(shè)計(jì)無(wú)論是對(duì)杏子進(jìn)行切分還是去核，都要保證在加工的過(guò)程中定位后的杏子位置在切分或者去核方向上保持不變，才能保證去核效果。由于新疆的幾種主栽杏子品種（賽買(mǎi)提杏、明星杏、理光杏等）的長(zhǎng)度與寬的比例及長(zhǎng)度與厚度的比例比較接近，杏子的位置隨機(jī)性很大，因此目前無(wú)法較好地使用機(jī)械自動(dòng)定位來(lái)實(shí)現(xiàn)杏子的最佳定位。普通去核設(shè)備僅用較硬材質(zhì)的塑料作為物料的承載裝置，而杏子的皮較薄，這種裝置在去核過(guò)程中，杏子受到擠壓或者沖擊，極易造成果肉的損傷，影響后期的商品性。本研究的定位裝置是一種安裝在鏈板上的上大下小的錐形食品級(jí)PP橡膠膠套（圖3），因?yàn)檐浤z套有彈性，可承受一定的彈性形變。本裝置需人工將杏子豎直擺放在膠套內(nèi)完成定位。這種人工擺放的方法雖然效率較低，但擺放后的杏子在輸送及去核過(guò)程中受到膠套的擠壓固定，能很好地在輸送過(guò)程中保持豎直形態(tài)，從而保證去核效果，保證去核后產(chǎn)品的品相及商品性。1.杏子2.膠套3.鏈板圖3杏子定位圖Figure3Theorientationofapricot3.2去核部分的設(shè)計(jì)如圖4所示，去核部分主要由拉桿、刀具安裝座、沖刀等組成。沖刀刀頭由螺母固定在刀安裝座上，沖頭為十字交叉、底部為內(nèi)凹弧形的2個(gè)刀頭組成。根據(jù)杏子和杏核的物理參數(shù)尺寸，將刀頭弧形的兩端距離設(shè)計(jì)為12.00mm，內(nèi)凹深度設(shè)計(jì)為5.5mm，刀片厚度設(shè)計(jì)為1.4mm。1.拉桿2.刀具安裝座3.沖刀4.刮料板5.杏子6.塑料托盒7.沖壓支撐板8.退杏肉沖桿圖4杏去核部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure4Thestructuraldiagramsofapricotpitremovepart如圖5所示，沖刀刀頭與杏肉的接觸面積小，并且十字爪形刀頭能有效地包裹并頂出杏核。這樣在對(duì)杏子去核和切分的過(guò)程中，既較好地保證去核率，還能減少杏肉的損失。3.3去核運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖6所示，去核部分主要由拉桿、拉桿固定塊、固定導(dǎo)軌等組成。根據(jù)生產(chǎn)率要求，每小時(shí)加工杏子640kg，計(jì)算給料鏈板的運(yùn)動(dòng)速度為0.12m（單個(gè)鏈板寬度）/次，每次2s。其中，鏈板行走時(shí)間為1.2s，停留時(shí)間為0.8s。因此除去沖壓的空載行程，沖壓的動(dòng)作應(yīng)在鏈板停滯時(shí)間為0.8s，整個(gè)行程時(shí)間為2s。因此設(shè)計(jì)電機(jī)為1440轉(zhuǎn)，蝸輪蝸桿減速器速比為48。偏心擺塊的偏心距為0.05m。1.沖刀2.杏核3.杏肉圖5沖刀去核過(guò)程示意圖Figure5Theprocessdiagramofapricotpitremove1.拉桿2.拉桿固定塊3.固定導(dǎo)軌4.偏心擺塊5.傳動(dòng)軸圖6去核運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure6Thestructuraldiagramsofthemotorsystemdesign3.4傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖7所示，傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)軸鏈輪、傳動(dòng)軸鏈輪等組成。固定導(dǎo)軌固定在機(jī)架上，同時(shí)拉桿固定裝置的背面安裝有上下2個(gè)滑動(dòng)軸承嵌在固定導(dǎo)軌的豎滑槽當(dāng)中，使拉桿固定塊只能做上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)偏心擺塊在拉桿固定裝置的橫滑槽中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)拉桿在豎滑槽中做上下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)設(shè)定好的速比，電機(jī)將一部分動(dòng)力通過(guò)減速器直接傳遞給去核運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的偏心擺塊，另一部分動(dòng)力通過(guò)鏈條鏈輪傳遞到凸輪分割器輸入端，凸輪分割器設(shè)置輸出參數(shù)為，每次轉(zhuǎn)角為60°，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為1.2s，間隙為0.8s，再次轉(zhuǎn)動(dòng)60°，如此循環(huán)。根據(jù)間歇運(yùn)動(dòng)間隙即鏈板運(yùn)動(dòng)時(shí)間，預(yù)先設(shè)定偏心擺塊的位置，使其在動(dòng)作上一致。偏心擺塊轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間即為鏈板將要停止到下一次運(yùn)動(dòng)前的時(shí)間，即為完成1次沖壓動(dòng)作。4試驗(yàn)驗(yàn)證選取主栽品種賽買(mǎi)提杏，設(shè)置8組試驗(yàn)，每組隨機(jī)選取100個(gè)大小基本相似的杏子。從定向準(zhǔn)確率、去核合格率、杏肉帶出率、杏核殘留率和生產(chǎn)率6個(gè)方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2所示。由表2可知，8組試驗(yàn)平均定向準(zhǔn)確率為100%，說(shuō)明由人工擺放的方式給料，杏子穩(wěn)定性未受到機(jī)械傳動(dòng)的影響，豎直形態(tài)保持較好。平均去核合格率為96.62%，均較好地完成了杏子加工廠去核的要求。綜合杏肉帶出率為2.38%，杏核殘留率為2.25%，部分不太成熟杏子在去核過(guò)程中，杏核會(huì)將部分與其粘連的杏肉帶出，造成破損。生產(chǎn)率為640kg/h，達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的要求。去核后的杏子只是在杏核被沖壓的出口處有一道小口，其他形態(tài)均保持較好，無(wú)額外損傷，對(duì)杏肉的破壞度很小。說(shuō)明整機(jī)能較好地完成新疆主栽杏子品種的去核加工。在實(shí)際生產(chǎn)中，成批量去核加工作業(yè)前，先將杏子按尺寸大小分為2~3個(gè)等級(jí)，然后將設(shè)備換上對(duì)應(yīng)等級(jí)的杏果鏈板（鏈板采用銷(xiāo)子鏈接方式，方便整條直接更換），再進(jìn)行加工，可以保證杏果的最佳定位保持效果，從而確保后續(xù)去核方位準(zhǔn)確。1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸2.驅(qū)動(dòng)軸鏈輪3.傳動(dòng)軸鏈輪①4.傳動(dòng)軸鏈輪②5.凸輪分割器驅(qū)動(dòng)軸鏈輪6.凸輪分割器7.凸輪分割器輸出鏈輪（鏈板傳動(dòng)鏈輪）圖7傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Figure7Thestructuraldiagramsofthedrivesystemdesign表2設(shè)備試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table2Theteststatisticsofthedevice試驗(yàn)號(hào)樣本數(shù)定向準(zhǔn)確率/%去核合格率/%杏肉帶出率/%杏核殘留率/%生產(chǎn)率/（kg-h-1）1100100972264421001009622645310010097236384100100983263651001009623641610010096326447100100973263881001009622637平均值10096.622.382.25640.385結(jié)論對(duì)于新疆主栽杏子來(lái)說(shuō)，其長(zhǎng)、寬、厚3個(gè)尺寸比較接近，并且無(wú)太大規(guī)律性，利用人工擺放給料是目前比較有效的定位方式。對(duì)于黏核杏來(lái)說(shuō)，這種沖壓式的去核切分方式比自動(dòng)定位環(huán)切式的效果要好。對(duì)于環(huán)切式［7］的去核切分方法來(lái)說(shuō)，一是存在定位問(wèn)題，二是在對(duì)杏子環(huán)切后用振動(dòng)的方式將嵌在杏肉中的杏核振處，這對(duì)于黏核杏來(lái)說(shuō)很困難，需要用工具將杏核從杏肉中撥出。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本機(jī)構(gòu)基本可對(duì)杏果一次性完成去核作業(yè)，減少二次重復(fù)性作業(yè)，且去核效果較好。⑶該去核機(jī)構(gòu)為凸輪分割器配合偏心塊的驅(qū)動(dòng)沖壓方式，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，保證了杏子切分去核生產(chǎn)加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性。本機(jī)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)率主要是由給料鏈板寬度和輸送速度決定。因此，如果設(shè)計(jì)加寬給料鏈板寬度，提高整體運(yùn)行速度，提高工人擺放的熟練程度，以加多了杏子的擺放量，提高生產(chǎn)率，通過(guò)配套分級(jí)等前處理設(shè)備，即可滿足杏果加工廠批量加工生產(chǎn)。由于本機(jī)具的杏果定位是依靠人工擺放，雖然整體做到了半自動(dòng)化去核，但相對(duì)來(lái)說(shuō)用工量較大，因此本機(jī)構(gòu)在人工定位輔助方面還有待研究提高，從而在保證杏果定位準(zhǔn)確率及生產(chǎn)率的基礎(chǔ)上減少人工使用，提高機(jī)器的自動(dòng)化水平。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】［1］邢軍，楊潔，鄭力.新疆杏子分布及貯藏保鮮的可行性分析研究［J］.新疆大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2005,22(1):79-82.肖朝霞，蔣萌蒙,王向軍.杏仁的功能性及其藥理研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2011(11):71-73.陳玲,王鵬,樊丁宇,等.35份新疆杏品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析及類(lèi)型評(píng)價(jià)[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,53(2):214-219.ETHERIDGERMcClelland,GEORGEEKilner.Apricotpitter:UnitedStates,3194290[P].1965-07-13.MALCOLMWLoveland.Apricotpittingmachine:UnitedStates,33370625[P].1968-02-27.BAUERFW.Peachandapricotpittingmachine:UnitedStates,2675039[P].1954-04-13.劉向東，王學(xué)農(nóng),王春耀，等.差速式三通道鮮杏動(dòng)態(tài)定