大蒜削根削莖一體機(jī)的設(shè)計(jì)

劉 進(jìn) 牛得學(xué)

大蒜削根削莖一體機(jī)的設(shè)計(jì)

劉 進(jìn) 牛得學(xué)

（濱州學(xué)院，濱州 256603）

本文設(shè)計(jì)了一款集大蒜削根、削莖一體化的實(shí)用型機(jī)械裝置，該一體機(jī)可簡(jiǎn)化大蒜初加工工序，具有操作方便、穩(wěn)定性好、效率高等特點(diǎn)。

大蒜 削根削莖 單片機(jī) 滾珠絲杠

引言

在我國(guó)，大蒜年均生產(chǎn)量在500萬(wàn)噸左右，大蒜收割后的初加工工序未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化，特別是削根、削莖等工序基本依靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了提高大蒜初加工的生產(chǎn)效率，更好、更快的為蒜農(nóng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，本文研究設(shè)計(jì)了一款集大蒜削根與削莖一體化的機(jī)器，該機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度，可為蒜農(nóng)在大蒜初加工中解決自動(dòng)化削根、削莖的問(wèn)題，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義和實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)查研究，具體理論、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算以及模擬仿真，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該裝置主要有以下部分組成：削根裝置。削根裝置包括削根導(dǎo)軌、滾珠絲杠、減速電機(jī)、直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)刀片等組成，滾珠絲杠通過(guò)減速電機(jī)和軸承座與削根裝置機(jī)架連接，滾珠絲杠兩側(cè)分別裝有削根導(dǎo)軌，削根裝置平臺(tái)上一側(cè)裝有可旋轉(zhuǎn)的刀片，旋轉(zhuǎn)刀片裝置通過(guò)直流電機(jī)和滾珠絲杠連接在一起，當(dāng)系統(tǒng)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，可使旋轉(zhuǎn)刀片進(jìn)給與回退，實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜根部的切削。

削莖裝置。削莖裝置包括曲柄滑塊、推桿、削刀軌道、削刀和步進(jìn)電機(jī)，削刀軌道與同步帶上的刀孔槽垂直對(duì)應(yīng)，并與架體連接，切刀通過(guò)推桿與曲柄滑塊連接，曲柄滑塊與步進(jìn)電機(jī)連接，使曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切刀在軌道內(nèi)上下移動(dòng)，完成削莖功能。

壓緊裝置。大蒜壓緊裝置主要?dú)飧住獗谩椈山M成。氣缸與彈簧相連，彈簧的下端正對(duì)凹槽。當(dāng)大蒜被傳送到凹槽部分時(shí)，電磁閥自動(dòng)打開(kāi)，氣泵給氣缸充氣，氣缸帶動(dòng)與之相連的彈簧向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜的壓緊。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)工作原理

大蒜通過(guò)手工方式放置在同步帶9上，步進(jìn)電機(jī)10通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而使同步帶轉(zhuǎn)動(dòng)，將大蒜傳送至氣缸7的正下方，繼電器控制電磁閥3的啟閉來(lái)控制氣缸7伸縮，壓緊大蒜，為大蒜的切削做好準(zhǔn)備；減速電機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器與滾珠絲杠2連接，帶動(dòng)削刀6向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)削刀運(yùn)行至限位開(kāi)關(guān)5設(shè)定位置后，減速電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，削刀對(duì)大蒜的根部進(jìn)行加工，達(dá)到加工時(shí)間，滾珠絲杠帶動(dòng)削刀返回原位置。同時(shí)在此過(guò)程中，曲柄滑塊11轉(zhuǎn)動(dòng)使切刀8上下平動(dòng)，加工大蒜的莖部；檢測(cè)裝置檢測(cè)到根部、莖部加工完成后，電磁閥得電，使氣缸收縮，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，大蒜落入收集裝置，完成一次加工過(guò)程，系統(tǒng)工作過(guò)程如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)工作流程圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大蒜削根削莖一體機(jī)控制系統(tǒng)采用ATmega16單片機(jī)為控制核心，電氣控制元件主要由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、碰撞開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、液晶屏、電磁換向閥、按鍵系統(tǒng)、電源等部分組成。液晶屏與控制器連接，提示各種狀態(tài)和相應(yīng)的操作。按鍵系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際操作不同過(guò)程，輸入、修改系統(tǒng)的參數(shù)。碰撞開(kāi)關(guān)安裝于滾珠絲杠前進(jìn)的方向上，滾珠絲杠碰到碰撞開(kāi)關(guān)后，會(huì)被單片機(jī)檢測(cè)到，將觸發(fā)相應(yīng)的電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。首先，當(dāng)滾珠絲杠向前移動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)滾珠絲杠的減速電機(jī)是正轉(zhuǎn)，此時(shí)上方的直流電機(jī)是不轉(zhuǎn)動(dòng)的；滾珠絲杠前進(jìn)碰到碰撞開(kāi)關(guān)，單片機(jī)檢測(cè)到，步進(jìn)電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，上方的直流電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)有3秒的延時(shí)是用來(lái)切根的；當(dāng)3秒延時(shí)到達(dá)后，減速電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，滾珠絲杠向后運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)3秒后自動(dòng)停止，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3　控制系統(tǒng)工作原理圖

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能分析

3.1 系統(tǒng)功能分析

大蒜削根削莖一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大蒜的傳送功能、壓緊功能、削根功能、削莖功能、計(jì)數(shù)功能等。

傳送功能：大蒜傳送功能的實(shí)現(xiàn)主要是借助于皮帶與兩個(gè)滾軸（其中一個(gè)滾軸與電機(jī)相連）。當(dāng)大蒜被放在皮帶上后，與滾軸相連的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使傳送帶和固定傳送帶的滾軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，將大蒜向凹槽部分傳動(dòng)；凹槽后面的超聲波通過(guò)測(cè)量與大蒜的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜的精確定位，使大蒜準(zhǔn)確的停留在凹槽處，為大蒜的切削工作做準(zhǔn)備。

削根功能：此功能實(shí)現(xiàn)的裝置主要由滑軌、滾珠絲杠、削刀組成。當(dāng)大蒜到達(dá)凹槽處時(shí)，壓緊裝置啟動(dòng)，將大蒜準(zhǔn)確壓入凹槽內(nèi)，同時(shí)滾珠絲杠和滑軌帶動(dòng)削刀向前運(yùn)動(dòng)，削刀與電機(jī)相連，對(duì)大蒜根部削切，削切的深度由碰撞開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)滾珠絲杠與碰撞開(kāi)光碰撞后削切停止。

切莖功能：此功能實(shí)現(xiàn)的裝置主要由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、滑軌切刀構(gòu)成。當(dāng)大蒜到達(dá)凹槽處時(shí)，壓緊裝置啟動(dòng)，將大蒜準(zhǔn)確壓入凹槽內(nèi)，同時(shí)由電機(jī)帶動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)切刀上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜莖部的切削。

計(jì)數(shù)功能：通過(guò)LCD12864進(jìn)行對(duì)所加工的大蒜的個(gè)數(shù)、機(jī)器工作的時(shí)間計(jì)數(shù)等。

3.2 技術(shù)性能指標(biāo)

系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

表1　技術(shù)指標(biāo)

4 創(chuàng)新性與實(shí)用價(jià)值

4.1 系統(tǒng)創(chuàng)新性

采用Atmega16微控制器進(jìn)行電氣控制，機(jī)械與電氣相結(jié)合，不僅可以對(duì)大蒜進(jìn)行加工，還可以對(duì)洋蔥等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行初步的加工；

市面上的大蒜削根機(jī)只能單獨(dú)的切削蒜根，還沒(méi)有一款機(jī)器可以同時(shí)切削蒜根和蒜莖，此機(jī)器就彌補(bǔ)了市場(chǎng)的空白；

壓緊裝置采用氣動(dòng)原理，氣缸帶動(dòng)壓緊彈簧對(duì)大蒜進(jìn)行快速壓緊及收縮；

削根裝置由滾珠絲杠控制削刀精確移動(dòng)，提高切削精度；

削莖裝置由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為切刀上下的平動(dòng)，切削力大，工作速度快。

4.2 系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值

大蒜削根削莖一體機(jī)對(duì)大蒜進(jìn)行初加工，因此其使用對(duì)象主要為：

機(jī)器小巧靈活，適合多種場(chǎng)所進(jìn)行作業(yè)；切削精度高，控制簡(jiǎn)單、方便；成本低，效率高、節(jié)省資源；

普通大蒜種植家庭：此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，體積小，易于放置，價(jià)格低，蒜農(nóng)可以接受；

小型工廠：對(duì)大蒜進(jìn)行初加工的小型工廠，可以利用此設(shè)備，解決人手不足的問(wèn)題；

大型工廠：流水式生產(chǎn)大蒜產(chǎn)品的工廠，此一體機(jī)可以提高對(duì)大蒜初加工的效率，加快生產(chǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，研制自動(dòng)化程度高、效率高的大蒜切削機(jī)械裝備已成為大蒜深加工和市場(chǎng)發(fā)展的必然要求。大蒜切根削莖一體機(jī)實(shí)現(xiàn)了大蒜切削的自動(dòng)化和機(jī)械化，更好地滿足市場(chǎng)的要求。具有實(shí)時(shí)通信、人機(jī)互換、數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)和多重保護(hù)的功能，實(shí)現(xiàn)了大蒜切削的自動(dòng)化和機(jī)械化，更好地滿足市場(chǎng)的要求。且加工成本低、效率高，有效地提高我國(guó)大蒜的加工質(zhì)量和水平，將會(huì)在未來(lái)市場(chǎng)贏得先機(jī)，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]林悅香，尚書旗.大蒜生產(chǎn)機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012.

[2]李參.大蒜生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)[J].北京農(nóng)業(yè)，2010.

[3]楊柯，胡志超.大蒜機(jī)械切須技術(shù)研究及試驗(yàn)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2015.

The Design of a Unity Machine for the Garlic Root and Stem Cutting

LIU Jin, NIU Dexue
(Department of electromechanical engineering,Binzhou University,Binzhou 256603)

This paper designs a practical unity machine for the garlic root and stem cutting. This unity machine can simplify the initial processing of garlic and have specialties of convenient operation, good stability and high efficiency etc.

garlic,cutting roots and stems,Micro-controller, ball screw