椰子自動剝衣機設計

莫策智,郭志忠,劉世豪

摘要：針對目前海南省椰子加工企業采用手工或半手工椰子剝衣現狀，特設計此自動剝衣機。本機采用滾筒式剝衣，主要由內滾筒、外滾筒、滾筒上的刀具組成。外滾筒外形為錐形，內滾筒為圓柱形，內外滾筒形狀的差異造成了滾筒間距離的變化。椰子落入滾筒中后接觸內外滾筒上的刀具，滾筒上的弧形刀具不斷的切入、拔出椰衣。由于刀具具有弧度，刀具在切入、拔出椰衣的過程就會將椰衣撕扯下。椰子在滾筒中不斷滾動，刀具就會不斷剝下椰子外衣，由于重力的作用，椰子在滾筒中慢慢下落，最后將剝衣后椰子從滾筒小端掉出。

關鍵詞：椰子 產業化 剝衣機構 自動化

1 概述

椰子在我國的種植已有兩千多年，種植主要分布在海南省，以海南文昌、三亞、萬寧、瓊海和陵水等市縣為主要產區。海南是我國椰子產業唯一形成規模化的地區，而由此發展起的海南椰子種植、加工、運輸、儲存、銷售等相關產業年產值達70多億元[1]。在海南椰子食品加工企業有200多家，大部分企業規模小，只有少數企業如文昌春光、南國等具有一定規模的專業化椰子綜合加工，但其中的關鍵工序椰子剝衣工作主要還是靠工人手工或借助簡單的輔助工具手工完成[2-3]。這種手工剝除椰衣勞動強度大，效率低，費時費工，而且危險性大。椰子作為海南省的主要經濟作物之一，椰子手工剝衣這一工序一直制約著海南省椰子產業的發展。為解決椰子剝衣的自動機械化且全省推廣自動機械這一瓶頸，從而提高企業的產業效率和經濟效益，因此迫切需要科研工作者研制一種實用的、能夠有效推廣的機械化椰子剝衣機器來代替手工剝衣。椰子剝衣機如能實現機械化發展，有利于降低手工操作的勞動強度和危險性，提高剝衣效率，對提高椰子整體綜合利用率以及促進我國椰子的產業化發展和椰子加工企業的競爭力都具有非常重要的作用。

2 椰子剝衣機工作原理

2.1 總體設計

如圖1所示為椰子自動剝衣機的總體設計。椰子由自動上料裝置送進剝衣滾筒大端，椰子落入滾筒中后接觸內外滾筒上的刀具。電機帶動傳動軸上的小齒輪轉動，小齒輪與外滾筒齒圈嚙合，帶動外滾筒轉動。同時，傳動軸上的小帶輪通過V帶帶動內滾筒軸上的大帶輪轉動，從而實現內滾筒的運轉，并且內滾筒與外滾筒的轉動方向相反。椰子在滾筒內不停地運動，而內、外滾筒上的弧形刀具不斷的切入椰子，不斷地拔出椰衣。由于刀具具有弧度，刀具在切入、拔出椰衣的過程就會將椰衣撕扯下。椰子在滾筒中不斷滾動，刀具就會不斷剝下椰子外衣，由于重力的作用，椰子會在滾筒中慢慢下落。滾筒下端內外滾筒刀具間的直線距離定為15cm，而椰子完全剝衣后的直徑約為15cm，所以只有將椰衣完全剝除后椰子才會從滾筒小端掉出。從滾筒掉出的椰子和剝下的椰衣會落在傾斜安置的篩網上，椰衣碎片通過篩網縫隙，落在篩網下面的椰衣收集箱中。椰子在傾斜的篩網上向下滾動，最后落在篩網旁邊的椰子收集箱中。

自動上料裝置由伺服電機帶動，篩網下端裝有一個行程開關，椰子滾到篩網下端時碰到行程開關，發出電信號到PLC控制系統，PLC控制系統控制進料伺服電機轉動一定角度，進料伺服電機控制進料傳送帶向滾筒中投入一個椰子。這樣即可保證剝完一個椰子才投入下一個椰子，可以控制滾筒中椰子的數量，能提高剝衣質量，防止機器過載。

2.2 機架

機架是機體、底座、床身以及一些基礎平臺等零件的統稱。設計中機架應要保證其剛度、強度以及其穩定性。本機機架選用鑄鐵材料。因為鑄鐵的流動性較好，且體、線收縮較小，比較容易獲得形狀相對復雜的鑄件。還有鑄鐵的內摩擦較大、阻尼作用比較強，因而動態剛性也很好。另外，鑄鐵的切削性能好、更是價格便宜和容易大量生產等優點。當然，鑄鐵機架應經時效處理，其目的在于不降低鑄鐵的力學性能前提下，能夠使鑄鐵在機加工時的切削應力和其的內應力得到消除或者穩定，能夠在長期使用中防止或減少變形，保證其精度。該機架采用焊接方式，因為焊接機架具有重量輕、制作周期短以及成本低等優點。

2.3 剝衣滾筒

剝衣滾筒如圖2所示，由內滾筒、外滾筒、滾筒上的刀具組成。外滾筒外形為錐形，內滾筒為圓柱形，內外滾筒形狀的差異造成了滾筒間距離的變化，滾筒最上端內外滾筒間距離最大，為30厘米。滾筒最下端內外滾筒間距最小，為20厘米。

椰子從滾筒大端投入，不斷旋轉下墜，內外滾筒間距逐漸減少，刀具不斷剝下椰衣。使椰子直徑越來越小，最終剝衣結束，從滾筒小端掉出。

外滾筒外壁裝有大齒圈，與電機帶動的齒輪相嚙合。由電機提供動力使外滾筒轉動。齒輪與小帶輪安裝在同一根軸上，大帶輪安裝在中心滾筒軸上。

2.4 篩網

篩網結構如圖3所示，篩網呈弧形，傾斜放置。篩網上有很多篩孔，剝下的椰衣碎片會經過篩孔，落到篩網下面的椰衣收集箱中。篩孔比剝衣后的椰子直徑要小，所以椰子不會落下篩孔，而會順著傾斜的篩網向下滾動，直到落入椰子收集箱中。篩網的設置既可將椰衣碎片與椰子分離開，又可防止椰子直接掉在椰子收集箱中而摔壞。

3 結論

為解決椰子剝衣的機械自動化這一瓶頸，椰子剝衣機設計采用滾筒式剝衣，主要結構由內滾筒、外滾筒、滾筒上的刀具組成。該剝衣機結構緊湊、操作簡易、占用空間小，且適應性較強、可靠性較高、剝衣完整率高，容易全面推廣使用。有效地減少人工操作，提高工人的人身勞動安全。同時能極大地降低加工生產成本，使椰子加工的產業自動化程度及椰子企業的規模化生產進一步提高，進而促進整個椰子種植產業及加工產業的更好更快的發展。

參考文獻

[1]毛彧，傅國華.海南椰子種質資源研究綜述[J].安徽農業科學，2011，39（1）：439-442.

[2]尚江坤，張燕.椰子剝衣機研制的現狀及展望[J].安徽農業科學，2012，40（6）：3803-3805.

[3]張瀚卿，龍亮亮，張燕.全自動椰子剝衣機[J].食品與機械，2013，29（6）：130-132.