智能化紅棗去核機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

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摘要：紅棗去核機(jī)是紅棗無核化加工的主要設(shè)備，但目前市面上的設(shè)備普遍存在定位偏差和效率低等問題。本文在討論紅棗去核機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計了去核總體方案，并根據(jù)去核機(jī)的功能分析其工藝動作，傳動系統(tǒng)采用同步帶傳動、鏈傳動和槽輪機(jī)構(gòu)傳動，去核系統(tǒng)采用曲柄滑塊傳動機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有去核時定位準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定、上料率和去核率高等特點(diǎn)，能夠滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：紅棗去核機(jī)；執(zhí)行系統(tǒng)；傳動系統(tǒng)

紅棗種植在我國有著悠久的歷史，因其具有很高的營養(yǎng)價值而被大量深加工，但紅棗內(nèi)核使得加工勞動強(qiáng)度加大。目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)以履帶式和轉(zhuǎn)盤式為主、性能各異的紅棗去核機(jī)。譬如彭三河[1]設(shè)計的立體式大棗去核裝置，該機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)，但并非完全自動化，需要人工輔助上料。馬朝鋒等[2]設(shè)計了鏈?zhǔn)郊t棗去核機(jī)，該機(jī)構(gòu)創(chuàng)新了紅棗上料的方式，具有去核直徑范圍大、傳動效率高的特點(diǎn)。張玉峰[3]設(shè)計了氣動排沖式紅棗自動去核機(jī)，該結(jié)構(gòu)解決了紅棗定位問題，兼具去核效率高工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。張彤陽等[4]設(shè)計轉(zhuǎn)盤式全自動去核機(jī)，該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全程自動化，具有成品棗肉完整性好的特點(diǎn)。因此，研究開發(fā)高效的、全自動化的去核機(jī)對行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，也是亟需解決的問題。

1紅棗去核機(jī)的性能要求

根據(jù)紅棗形態(tài)特征和實(shí)際要求設(shè)計去核機(jī)，設(shè)計要求有以下幾點(diǎn)：1）棗核直徑4mm～6mm之間，沖核針孔直徑不能太大，不然會在去核時導(dǎo)致多余的果肉浪費(fèi)；2）待加工紅棗直徑15mm～25mm，長20mm～35mm；3）紅棗去核效率800個/min；4）使用壽命7年，每天工作6h，受到輕微載荷沖擊。因此，作為一種能自動化加工紅棗的機(jī)械設(shè)備，該機(jī)構(gòu)要具備以下幾個特征：1）標(biāo)準(zhǔn)化和一體化。針對紅棗外形個體差異大、人工挑揀費(fèi)時費(fèi)力的問題，設(shè)計一體化的模塊夾具，提高了設(shè)備的適應(yīng)能力，極大地節(jié)省了資源。2）自動化程度高。為了解決人工操作所耗費(fèi)的大量勞力，加之食品衛(wèi)生安全的需要，智能化紅棗去核機(jī)的發(fā)展已是必然趨勢；當(dāng)前市場上大多數(shù)產(chǎn)品自動化程度不高，因此還需要進(jìn)行完善。

2總體方案設(shè)計

常規(guī)的履帶式去核機(jī)對紅棗周徑大小適應(yīng)較低，產(chǎn)能較低；基于連桿導(dǎo)桿的一種去核機(jī)易造成棗肉損壞，成品率受到影響，并且對紅棗周徑適應(yīng)較低。為了解決上述紅棗周徑加工范圍小、棗肉損壞、產(chǎn)能低、定位偏差等問題，本機(jī)構(gòu)的設(shè)計以主動輪與槽輪機(jī)構(gòu)、正棗機(jī)構(gòu)、曲軸聯(lián)結(jié)，槽輪機(jī)構(gòu)間歇帶動傳送帶輸送紅棗至去核位置，正棗機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)矯正紅棗位置，曲軸連桿帶動去核裝置完成去核處理。料箱9內(nèi)的振動裝置8將紅棗有序排列在輸送管道10內(nèi)，每一個撥棗盤11每旋轉(zhuǎn)一周將會把送料管道10內(nèi)的一顆紅棗輸送至送料直管道內(nèi)。壓棗裝置經(jīng)過曲柄壓棗機(jī)構(gòu)12帶動壓棗桿7做直線往復(fù)運(yùn)動，依次將紅棗壓入載棗夾具里面，完成上料[5]，如圖1所示。槽輪機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動帶動鏈輪將紅棗輸送至沖壓機(jī)構(gòu)下方，由曲柄沖壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動的沖針和沖棗桿同時工作對紅棗進(jìn)行去核處理。槽輪機(jī)構(gòu)雖然在運(yùn)行時噪音比力大，可是運(yùn)料安穩(wěn)。而且槽輪機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)合，使去核機(jī)工作平穩(wěn)，效率高。

3執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計

紅棗去核機(jī)是對大量紅棗進(jìn)行去核操作的自動化設(shè)備，因此執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計是整體機(jī)械方案設(shè)計的基本主導(dǎo)。它直接影響機(jī)械是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能、產(chǎn)品的性能是否良好、對未來的經(jīng)濟(jì)效益是否會帶來上升趨勢。

3.1工藝動作

紅棗去核機(jī)是對大量紅棗進(jìn)行去核操作的自動化設(shè)備，因此執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計是整體機(jī)械方案設(shè)計的基本主導(dǎo)。它直接影響機(jī)械是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能、產(chǎn)品的性能是否良好、對未來的經(jīng)濟(jì)效益是否會帶來上升趨勢。該機(jī)構(gòu)工藝可分解：1）加料：人員輔助加料；2）定位：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將棗壓入彈性定心夾緊機(jī)構(gòu)完成定位；3）沖制：其由沖核和沖棗兩個工藝動作構(gòu)成，由機(jī)構(gòu)帶動同時做上下循環(huán)運(yùn)動。帶動載棗模具間隙歇運(yùn)動三個動作，進(jìn)而完成送料、沖核、沖棗這三個工序。

3.2往復(fù)直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)

考慮該紅棗去核機(jī)空間分布設(shè)計要求，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)沖壓機(jī)構(gòu)往復(fù)直線運(yùn)動，該機(jī)構(gòu)具有杰出的動力特性和運(yùn)動特點(diǎn)、制造簡單，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具備增力、急回特性等優(yōu)點(diǎn)。考慮鏈條需要在低速運(yùn)動下工作，且需要準(zhǔn)確地將載棗鏈板輸送至沖壓機(jī)構(gòu)下，該機(jī)構(gòu)利用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動[6]。

3.3執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)

紅棗去核機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)圖的設(shè)計是為了方便確定其壓棗、鏈輪和沖壓機(jī)構(gòu)三個構(gòu)件相互配合運(yùn)動情況。表1是執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的周期循環(huán)表，用來表明各構(gòu)件工作時相互的運(yùn)動狀況，便于各構(gòu)件的協(xié)調(diào)運(yùn)作。表1中這三個機(jī)構(gòu)相互配合運(yùn)動，壓棗機(jī)構(gòu)和沖壓機(jī)構(gòu)由進(jìn)程和回程構(gòu)成。如果以曲柄每轉(zhuǎn)一圈作為一個循環(huán)周期，那么壓棗機(jī)構(gòu)和沖核機(jī)構(gòu)在0°～180°為工作行程，180°～360°為回程。也就是說在一個循環(huán)周期，壓棗機(jī)構(gòu)和沖壓機(jī)構(gòu)上下運(yùn)轉(zhuǎn)一回。鏈輪的運(yùn)動在這工作周期內(nèi)也分為兩部分，配合沖壓機(jī)構(gòu)進(jìn)給運(yùn)動。

4傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

4.1傳動路線的選擇

單路傳動單一，對于復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)其傳動。分路傳動應(yīng)用比較廣泛，在機(jī)械中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要采用同一動力源，就可以采用分路傳動?？梢詫恿Ψ峙涞礁鳈C(jī)構(gòu)，使機(jī)械正常運(yùn)作。分路傳動用于機(jī)器構(gòu)造相對復(fù)雜的傳動。由于該設(shè)計是紅棗去核機(jī)，機(jī)械將采用一個動力源，而且需要幾部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時運(yùn)作，動力要求也不一樣，所以傳動路線將選擇分路傳動。

4.2傳動方案的設(shè)計

在圖2傳動方案圖中，電機(jī)1提供動力，經(jīng)過2減速器改變傳動比和扭矩。然后帶傳動機(jī)構(gòu)3將動力分為兩部分：一部分由帶傳動機(jī)構(gòu)傳送至機(jī)構(gòu)4、5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，完成壓棗和去核操作；另一部分由帶傳動機(jī)構(gòu)傳送至機(jī)構(gòu)6槽輪機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)7傳輸鏈輪進(jìn)行間歇運(yùn)動帶動載棗模具，完成紅棗送料運(yùn)動。如圖2傳動方案中有兩次動力分流，第一次是機(jī)構(gòu)3帶傳動將動力分流給機(jī)構(gòu)4、5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和機(jī)構(gòu)6槽輪機(jī)構(gòu)。第二次分流是槽輪機(jī)構(gòu)6帶動鏈輪機(jī)構(gòu)7運(yùn)動。槽輪機(jī)構(gòu)6要使鏈輪7實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動，而壓棗和沖壓的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)要做圓周運(yùn)動。然而電動機(jī)所提供的連續(xù)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動顯然不能滿足設(shè)計要求，因此需要經(jīng)過兩次的動力分流，才能實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和槽輪機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。1.電機(jī)；2.減速器；3.帶傳動機(jī)構(gòu)；4.曲柄滑塊機(jī)沖壓機(jī)構(gòu)；5.曲柄滑塊壓棗機(jī)構(gòu)；6.槽輪機(jī)構(gòu)；7.傳輸鏈輪。

5結(jié)論

本文完成了紅棗去核機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括方案設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的設(shè)計。在確保機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)去核操作的前提下，各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠協(xié)調(diào)配合，工作穩(wěn)定，有效提高了紅棗去核加工效率，改善了食品衛(wèi)生質(zhì)量，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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[3]張玉峰．氣動排沖式紅棗自動去核機(jī)的研究[J]．農(nóng)產(chǎn)品加工，2016(23)：66-68．

[4]張彤陽，葛正浩，李冬冬，等．轉(zhuǎn)盤式全自動紅棗去核機(jī)的設(shè)計[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2015，37(5)：105-108．

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作者：張釗銘 單位：陜西服裝工程學(xué)院