離心式人參切片機的設計與研究

陳義厚

(長江大學機械工程學院，湖北 荊州 434023)

1 主要結構及工作原理

1．電機；2.傳動機構；3.機架；4.厚度調節機構；5.切刀；6.調節螺栓；7.導向刀管；8.轉盤；9.定位圓環；10.接料斗圖1 離心式人參切片機的基本結構簡圖

離心式人參切片機是一種切削中藥的器具，它能方便地把中藥切成片狀，切削效率較高。離心式人參切片機的結構如圖1所示，它主要由定位環9、旋轉刀盤8、刀架總成、接料斗10、制動離合器總成、傳動機構2及機架3等組成[1]。

定切片刀固定于定位環外側，將人參放到旋轉刀盤的喂入導軌上，插入支承刀管內，起動電機，人參隨轉盤一起轉動，在旋轉過程中，人參產生的離心力，使之沿喂入導軌和支承刀管內孔迅速前移，頂到外側定位環上，固定于定位環外側的定切片刀，按照預定的厚度不斷地定向、連續切削參片。參片在旋轉切向力的作用下，往外拋出落于接料斗中，當盤內人參切完后，停車，喂入人參繼續切片。

2 設計與計算

2.1 離心式人參切片機配套動力的確定

因為人參的生長受產地氣候、土壤、日照、人參的品種等一系列因素的影響，所以每支人參的質量、長度、平均厚度等都有所不同。根據我國的氣候特點和市售人參的特性，經過調查和統計測定1支人參的質量為40g左右，其長度為80mm左右，綜合測定人參加工的的平均厚度為2mm左右，因此一片人參片質量大約是1g。鮮參片切圓片即可，紅參為獲取大片，要求斜切，而且斜度越大越好，一般斜角不小于30°，而該機可調的最大斜角為50°。在主軸旋轉一個周期內，如果人參切片機切片時在一圈內只切削1次，該人參切片機的產量會因為人參的質量分布范圍的變化以及生產效率的變化而受到影響。因此這里取最佳的切片厚度計算出的產量來計算配套動力。

根據人參切片的質量分布的最可能的值和最佳的切片厚度的產量得出其主軸的旋轉速度為：

式中，n—主軸的旋轉速度；M—生產率，110～130kg/h；t—每小時有效工作時間，充分考慮取t=50min；N—主軸轉一圈所切人參的片數，取12片；m—單位人參片的質量，1片取1g。

代入數值計算得主軸的轉速:

n=166.7r/min

有無局部現澆的墩柱在節段底部與承臺之間的相對滑移上也有很大差異，如圖10所示，圖10(a)為無耗能鋼筋的2個墩柱，圖10(b)為有耗能鋼筋的2個墩柱.從圖10中可以看出，局部有現澆混凝土的墩柱在節段墩柱底部的相對滑移較大，說明墩柱節段通過局部現澆的連接方式會使墩柱各個節段有很好的整體性，在實際施工中只需對墩柱底部進行細部處理即可.

因而轉盤的線速度：

轉盤的直徑根據人參的長度80mm確定為0.5m。

因轉盤在高速旋轉下工作會產生很大的轉動慣量，所以實際切削時所需要的切削力不是很大，因刀盤上的刀片切削時是斜著進行切削，因而不會產生很大的沖擊振動，經試驗測定刀片在切削人參時的最大切削力不會超過100N。

因而轉盤上所消耗的最大功率：

Pmax=Fmax×Vmax

因此確定Pmax=100×4.4W=440W

查電動機標準選用手冊[2]，選用0.55kW的Y801-4電機亦可以滿足要求。

2.2 切片機運動分析

圖2 人參運動受力分析

人參切片機工作時處于高速旋轉狀態，轉盤的轉速是否合適，直接影響人參的切片質量、人參喂進可靠程度及生產率。要使人參順利地從喂入口運動到定位圓環內表面的切刀處進行切片加工，轉盤必須具有一定的旋轉速度，人參在運動過程中的離心推力P，必須克服磨擦阻力F，同時，人參對定位圓環內表面必須產生一定的切削壓緊力N，使人參能在壓緊夾持的條件下被切成片。所以人參切片機能順利進行切片的必要條件為：P≥F+N。圖2為質量為m的單支人參沿著導向刀管內表面移動時，人參的受力分析圖。

其受力平衡方程式為：

P≥F1+F2+N

式中，F1為由人參本身質量引起的摩擦阻力，F1=mg×f；F2為由轉盤旋轉而產生的哥氏加速力對表面的摩擦阻力，F2=2fm×V×w[3]；N為人參對定位圓環內表面產生的切削壓緊力；P為人參隨著轉盤旋轉而產生的離心推力，P=mw2Rcosα×cosβ[4]。

計算可以得到：mw2Rcosα×cosβ≥mgf+2fwmV+N。

式中，f為人參與導向刀管表面間摩擦系數，取0.1；R為單支人參質心的回轉半徑；V為人參沿著導向刀管內移動的速度；ω為轉盤旋轉角速度；α為導向刀管的傾角；β為人參質心的傾角。

將ω換算成n，取人參切片厚度為δ，可求出所必須的轉盤轉數n。

合理選擇式中各參數，確定切片機最小轉速為96r/min。

3 結論

本研究對人參切片機進行了設計與計算，該設備具有如下特點：

(1)根據人參本身細短而軟不適宜機械夾持喂入的特點，采用借助于人參旋轉離心推力，實現人參自動進給切片形式。

(2)為了提高調節切片厚度的可靠性和方便，專設厚度調節機構，并可以隨時進行調節。

(3)為了提高切片效率，采用多把刀、多道喂入結構。

(4)據切片薄、質量輕和易粘刀不易落料的特點，采用被切物料旋轉切片機構，即離心式切片機構。

[參考文獻]

[1]李文治.6P-300型生姜切片機的研究[J].農機與食品機械，1997，(4)：29-33.

[2]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，1992:179-182.

[3]李昌滿，劉福文.人參切片機設計[J].農機與食品機械，1996，(6)：22-23.

[4]黃桂琴，瞿越.人參切片機設計研究[J].吉林農業大學學報，1996，(3)：29-33.