小型菠萝去皮机的设计
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【摘 要】通过模拟手工削皮过程以及车床工作原理，设计一台小型菠萝去皮机。该机器主要由夹持机构、去皮机构、去刺机构和齿轮传动机构组成，电机驱动夹持机构带动菠萝转动，并通过丝杠控制刀具的进給，分别实现削皮与去刺功能。采用仿形机构切削，利于保持菠萝结构完整性，减少果肉浪费率。从而达到减轻工作强度，提高生产率、保持卫生等目的。
【关键词】菠萝;去皮机构;去刺机构;仿形机构
中图分类号： S226.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）36-0017-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.007
Design of Small Pineapple Peeling Machine
XU Zheng JIANG Yong SHI Jun-jie MAO Hua-ping WANG Hai-ming*
（College of Mechanical and Electrical Engineering， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China）
【Abstract】A small pineapple peeling machine has been designed， by simulating manual peeling and working principle of the lathe. It is mainly composed of holding mechanism， peeling mechanism and gear transmission mechanism， processing of pineapple is fixed on the clamping device which driven by motor， by controlling the feed of screw， functions of peel and stab have been realized orderly. The structural integrity of pineapple is maintained by means of contour cutting， and pulp waste rate is also decreased . By using this machine， we can save labor， improve productivity and improve productivity.
【Key words】Pineapple; Peeling; Pricking; Profiling
0 引言
目前，菠萝主要用于制作菠萝罐头、菠萝汁和鲜食等三种形式。去皮是获得菠萝产品必经环节，目前，鲜食菠萝主要采用人工去皮，费时费力，工序繁杂，效率低下，且卫生条件有待改善。国内小型水果去皮机多种多样，根据各种水果的结构特征，设计出各类水果的专用去皮机，如苹果去皮机、西瓜去皮机、猕猴桃去皮机等[1]。由于这类机械只能去除果皮，而菠萝的皮下分布着较多不可食用的肉刺，上述机械适用于菠萝的加工。国内菠萝去皮机以符诚癸[2]设计的全自动菠萝冲心去皮机最具代表性，不仅能实现对菠萝的去皮、刺工序，而且可以去除菠萝硬质芯，功能多样，自动化程度高，但也具有果肉浪费严重、设备复杂庞大昂贵，仅适用于菠萝罐头加工的缺点[3]，不适用于面向水果零售商贩的鲜食菠萝加工。所以，设计一款满足鲜食菠萝需求的小型菠萝去皮机，具有较强的现实意义。
1 整体结构设计和工作过程
1.1 整体结构设计
如图1所示，该小型菠萝去皮机主要由夹持机构2、去刺机构3、齿轮传动机构4、电机6和去皮机构7组成，电机驱动夹持机构带动菠萝转动，并通过齿轮传动机构分别控制固定在丝杠上的去皮去刺刀具的进给量，有序实现削皮与去刺功能。采用仿形机构切削，利于保持菠萝结构完整性，减少果肉浪费率。
1.上板 2.夹持装置 3.去刺机构 4.传动装置 5.底箱 6.电机 7.去皮机构8.下托盘 9.自锁装置 10.手柄
图1 菠萝去皮机的整体结构图
1.2 工作过程
首先手动切除菠萝的头部根茎，把菠萝尾部插入下托盘8上的三个爪内即可进行菠萝尾部的固定，打开上板1上面的锁止螺栓，使与上板相连的加持装置2下移，从而实现菠萝头部的固定。待完全固定后，主电机6启动，与电机相连的下托盘8轴开始转动，带动菠萝转动，去皮丝杠由主轴齿轮拖动，中间采用惰轮传动。惰轮安装在手柄10上，操作者通过手柄控制惰轮与去皮齿轮、主轴齿轮的啮合，来控制丝杠转动，进而控制削皮过程。削皮过程结束后，通过手动对刀使菠萝刺一条纹路一端与去刺刀位置对准后，去刺电机启动控制去刺机构的丝杠上下往复运动进行去刺。
2 主要机构的设计及参数
2.1 仿形机构的设计
菠萝总体是中间径大、两端径小的椭圆柱形，使用仿形机构利于保证刀具与曲面的始终接触，进而减少果肉浪费。仿形机构结构如图2所示，主要有去刺刀1、刀具活动杆2活动缸3、刀座4、仿形弹簧组成。据菠萝大径与小径最大差值确定仿形机构的仿形伸缩量，通过实地测量本地市场销售的香水菠萝的大径与小径，最大差值为38mm，即仿形机构变形量为19mm，考虑到切削小径需要一定的压力，预设变形量在30mm。
1.去刺刀 2.刀具活动杆 3.活动缸4.刀座 5.仿形弹簧
图2 仿形机构结构图
图3 去刺刀具结构图
相关设计参数为：仿形弹簧5长度预设在45～50mm，刀具活动杆2长度为50mm，保证活动杆活动范围大于30mm，活动杆左端通过螺纹连接刀具，右端与刀座连接方式也采用螺纹连接。
2.2 去刺刀具的尺寸设计
去刺刀具结构和尺寸如图3所示。刀具材料为Cr13，总高20mm。上部为M5的螺纹孔，固定在仿形机构的活动杆上，刀具切削深度为9mm，两侧刀具夹角增大到45°，保证对菠萝刺的完全去除。刀具厚度为1mm，上端是R50圆弧曲面与菠萝曲面接触，减少对去刺过程中对菠萝的压力。
2.3 去皮刀具的尺寸设计
去皮刀具结构和尺寸如图4所示。刀具材料为Cr13，刀具两端都有刀刃，既可以实现往复切削，又可控制削皮厚度。菠萝皮屑宽度在12mm左右，保证削皮的安全，刀刃长度设计为40mm，设计深度为8mm，刀具厚度为1mm，刀刃之间间距为5mm，刀刃的长度为40mm，总长度为54mm，两侧刀片夹角为120°，刀具刃角为30°。
图4 去皮刀具结构图
3 小结
本设计采用仿形刀具有效地解决了菠萝削皮果肉浪费率高、去刺困难的问题。机器具有体积小、结构简单、造价低的特点且对不同品种菠萝去皮去刺也具有一定的通用性，生产效率可达到2分钟/个，实现了降低劳动强度、提高生产率、保持卫生的目的。
【参考文献】
[1]张德生，何长辉.中国菠萝生产与产业链的分析[J].热带农业工程，2011，35（01）：38-42.
[2]符诚癸.全自动菠萝冲心去皮机[P].中国专利，20120407995.4，2013-01-30.
[3]石伟琦，孙伟生，习金根，等.我国菠萝产业现状与发展对策[J].广东农业科学，2011（3）：181-186.
[4]宋玲，史勇.菠萝去皮装置的研究现状及发展趋势[J].中国农机化学报，2017，38（06）：109-113.
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