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蘋果去皮機
指導老師：
摘要：分析了我國水果罐頭的行業(yè)的現(xiàn)狀，根據(jù)行業(yè)弊端提出行業(yè)加工領域的機械化、連續(xù)化程度的重要性。本設計內容主要包括蘋果去皮機的總體設計、內部傳動設計以及傳動部分的計算、校核和部分標準件的選擇等，描述了機器的工作原理。本設計在手搖式蘋果去皮機的基礎上實現(xiàn)了蘋果去皮的自動化。
關鍵字：蘋果去皮機；齒輪傳動；設計
0前言
隨著我國水果罐頭產業(yè)的發(fā)展以及世界其他國家對水果罐頭越來越多的需求，我國水果罐頭出口的發(fā)展面臨著良好的機遇。我國果品罐頭產品在國際市場上占據(jù)絕對優(yōu)勢和一定的市場份額【1】。盡管高新技術在我國果品加工業(yè)得到了逐步應用，加工裝備水平也得到了明顯提高，但是由于缺乏有自主知識產權的核心技術與管家制造技術，造成了我國果品加工業(yè)總體與加工裝備的最大問題就是加工過程中自動化、連續(xù)化程度低，對先進技術的掌握、使用、引進、消化能力差。以蘋果罐頭為例：目前蘋果罐頭加工的主要工序仍要停留在人工操作水平上，機械化水平極低，這將在很大程度上限制生產效率及企業(yè)的經濟效益。
相比于蘋果生產，我國蘋果加工業(yè)整體能力薄弱，發(fā)展明顯弱勢，機械自動化程度遠遠落后于西方國家【1】。蘋果削皮是罐頭加工企業(yè)所必須的工藝流程，目前去皮設備大多都停留在手動去皮程度，靠人工轉動手柄、手動將蘋果逐個插到固定針上或者手工持刀去皮，不僅生產效率低，費時、費力、勞動強度大，而且很容易造成工傷事故；因此設計開發(fā)一種自動化蘋果去皮能有效地解決加工過程自動化及連續(xù)化水平低的問題，降低勞動強度和事故率，對其他果品加工也同樣適用。
1．蘋果去皮機的發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景
1.1蘋果去皮機的發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)調查，當前蘋果去皮機大體可以分為以下幾種【2】：
1.1.1手工去皮
手工去皮的優(yōu)點是細致，去皮徹底，損耗小。缺點是速度慢、功效低、成本高。對于生產量較大的情況下，手工去皮是無法適應的【2】。
1.1.2半機械去皮
半機械去皮是借助于機具將果品固定在一個位置上，并使其轉動，然后用刀將皮削去。常見的機具有兩種：
（1）手搖去皮機 該機主要應用于蘋果、梨子、柿子的去皮。其工作原里是：將果實插在不銹鋼制的三叉上，插時花蒂對準中心線。搖動手柄使主齒輪傳動，并傳動三叉齒輪而使果實一起動。主動輪另一端的傘齒輪傳動去皮傘齒輪而使果實去皮。去皮結束后，手動將蘋果拔掉。該機的生產效率隨操作者的熟練程度而定。
（2）手動去皮機 上面介紹的手搖去皮機其動力是靠人。手動去皮機其動力是電機，將果品的花芯對準中心線并插在不銹鋼的三叉上，叉由電機來傳動，在果品的另一端加頂針，然后手持去皮刀隨果品弧度去皮，削皮結束后放開頂針，用手拔掉果品。該機的生產效率、去皮厚度及均勻程度隨操作者的熟練程度而定。
1.2蘋果去皮機應用展望
目前，還有很大部分企業(yè)在蘋果加工方面均采用手搖式蘋果去皮機。該機械結構小巧，方便實用，并且容易制造加工。但隨著人們生活水平的提高，很多人不愿意直接動手操作機械，希望能有一些電動控制工具，以節(jié)省人力。傳統(tǒng)的蘋果去皮機，不論是生產效率還是生產質量，根本不能滿足使用要求，急切需要能夠實現(xiàn)自動化控制的蘋果去皮機。所以本系統(tǒng)設計將針對傳統(tǒng)蘋果去皮機的一些缺陷，提出優(yōu)化的改進，在動力源方面采用電動機和齒輪傳動，實現(xiàn)利用機電技術控制的蘋果去皮機設計，以滿足各企業(yè)對蘋果生產制作的要求，增強蘋果類食品開發(fā)國內外市場的潛力和實力【3】。
2. 去皮機設計
2.1去皮機整體工藝
一般蘋果罐頭的生產工藝為【4】 ：蘋果挑選->洗滌->去皮、清洗->切半、控芯->真空浸漬->瀝水->烘烤->裝罐->排氣、密封->殺菌、冷卻->貼標貯藏。
本論文主要討論去皮工藝自動化過程，整個去皮經過的裝置為：儲料倉->傾斜式輸送帶->行星撥輪機構->機械手上料裝置->去皮機構。
蘋果在向上傾斜式輸送帶上輸送：蘋果的形狀特征（畸形蘋果除外）決定蘋果只有上下兩面可以在傾斜輸送帶上停留，蘋果由儲料倉進去輸送帶的時候，若蘋果側面垂直于輸送帶則蘋果滾落。輸送帶的傾角可根據(jù)簡單實驗測試得到，決定傾角的條件為：蘋果上下面垂直于輸送帶時可順利運輸，其他情況則蘋果滾落。
行星撥輪機構是典型的整理及輸送裝置，在這里主要用來將蘋果按一定時間間隔送至機械手抓取蘋果工位。
2.2去皮機的設計
為提高生產效率并使成本增幅盡量減小，采用結構簡單的機械手自動上料，雙向轉盤完成蘋果上料、削皮工位轉換。根據(jù)加工品形狀特征，蘋果削皮采用蘋果自轉仿形道具徑向移動的方式。
2.2.1去皮機機構及工作原理
其中供料機械手采用三爪氣缸式 可自動對心將蘋果對中地插在插針6上。各爪內側采用三角形槽面可靠地夾取蘋果防止脫落。
機械手結構如圖1所示氣缸推桿的運動決定手爪的運動規(guī)律，滑桿3與手爪4形成滑動幅當推桿做伸運動時，滑桿上滑，手爪張開蘋果脫離；縮運動時，手爪閉合，抓取蘋果。
去皮機主要由供料機械手、蘋果工位轉換轉臺、刀具驅動裝置三個主要部分組成， 如圖2所示 去皮機工作的前提是為其提供一供料裝置，該供料裝置應使蘋果均以蘋果梗向上或向下的狀態(tài)停在固定位置，以供機械手夾取蘋果。去皮機工作流程圖如圖3所示 機械臂、轉臺、插針以及搖臂的旋轉均采用步進電動機驅動傳動；系統(tǒng)采用齒輪傳動；卸載托圈在導軌上的滑動采用步進電動機驅動，利用絲杠將電動機旋轉動力轉化為托圈的直線運動。該機中各運動部件的極限及關鍵位置均設置限位開關，用以控制各運動部件在關鍵位置的啟動與停止。
2.2.2去皮仿形道具設計
該刀具設計圖如圖4所示。為便于觀察，將其外部構件半剖并設為透明顯示。其刀刃采用鋸齒狀設計，使其容易切穿果皮；其外部構件保證其刀刃切入深度保持在一定限度內，防止過分削皮乃至浪費了果肉部分。其刀具座上以及刀具上均有卡槽，可用卡環(huán)將刀片固定于刀座上。而刀座插入外部構件的圓形孔內，并以螺絲固定，刀具的外部構件尾部設有方形孔此方形孔用以仿形刀電磁鐵銜鐵的插入并固定。切削蘋果時，以彈簧繃緊刀具貼于蘋果表面達到仿形加工的目的；非切削時電磁鐵通電將銜鐵吸起，仿形刀具可參考家用水果削皮機的刀具，并在尺寸 外部構件及刀具形狀上有所改進。該刀具結構簡單巧妙，經濟實用。
2.2.3系統(tǒng)的實用性分析
機械手擁有較大的操作空間和高度的運動冗余性，具有廣闊的應用前景。很多大型制造業(yè)使用的機械手產品多來自于日本和歐美的一些制造業(yè)大國。這些企業(yè)生產的機械手價格高昂，國內的大多數(shù)中小型企業(yè)難以承擔，目前我國的加工制造業(yè)還基本處于半自動化狀態(tài)本設計研制的機械手經濟實用，結構簡單，對中精度較高，非常適合中小型加工企業(yè)，另外它的動作由氣缸驅動，氣缸又由相應的電磁閥控制，控制系統(tǒng)使用，可使整體體積小、可靠性高、故障率低、動作精度高，對于質量較小的水果，也可以直接采用手抓氣缸進行抓取選用時應綜合考慮成本及產品特征。
該設計只是針對蘋果去皮工藝設計的工位結構，若考慮后續(xù)的切塊過程，可在轉臺上增加2個工位 轉臺每次旋轉900第1工位:蘋果插針；第2工位:方向加工去皮；第3工位:切塊；第4工位：蘋果核剝離。其轉動角度完全可以通過PLC控制步進電機來實現(xiàn)，該部分具有很大的靈活性。
3總結
通過對蘋果去皮機工作原理的精確分析以及各部件的理論設計，確定了全自動蘋果去皮機的整體設計方案 首次將蘋果去皮機推向全自動無人監(jiān)管形式，更好地提高了生產效率避免了工傷事故的發(fā)生，從某種程度上緩解了企業(yè)的研發(fā)及創(chuàng)新能力薄弱，技術落后的現(xiàn)狀【5】。
4.參考文獻
[1] 楊光育,田林. 電子產品CAPP系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].電子工藝技術, 2006,
[2] 孔繁霽. 利用CAPP技術提高企業(yè)的工藝管理水平 [J]. 航空科學技術, 2003
[3] 范志新. 液晶器件工藝基礎[M]. 北京:郵電大學出版社, 2000.
[4] 張啟運. 釬焊手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 1999.
[5] 王文斌. 機械設計手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2004.
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