全自動紅棗去核機機械結構設計

王帥，張新聚，趙王斌

（河北科技大學機械工程學院，河北 石家莊 050018）

紅棗富含蛋白質、脂肪、糖類、胡蘿卜素、B族維生素、維生素C、維生素P以及鈣、磷、鐵和環磷酸腺苷等營養成分。其中，維生素C的含量在果品中名列前茅，有維生素王之美稱，具有補血養顏治療失眠之功效。同時，紅棗口感甘甜，是很多人喜歡的日常食品。但紅棗的棗核質地堅硬且形狀尖長，很容易對食用者造成傷害，尤其對于老人和孩子來說，更是不安全。河北醫科大學附屬第二醫院、河北醫科大學附屬第四醫院和河北白求恩國際和平醫院等大型醫院的胃鏡手術室，幾乎每天都有因棗核卡喉前來就診的患者。因此，紅棗在食用前去核，具有較強的實用價值。

大棗去核是一項比較棘手且繁雜的過程，現在主要采用人工去核，或者連桿去核機、槽式去核機等簡易設備去核，生產效率低，衛生條件較差。根據紅棗去核機的生產要求，進行了全自動紅棗去核機的設計。

1 全自動紅棗去核機總體方案設計

全自動紅棗去核機由篩選系統、上料系統以及去核系統組成。

在篩選系統中，考慮到要把符合加工標準的紅棗篩選出來至少要經過兩次篩選，所以，本次紅棗去核機設計，把篩選系統分二級篩選，依次篩選出符合尺寸要求的紅棗。篩選動作由連桿機構帶動網格篩實現，一級網格篩先把較小的紅棗篩選出來，然后，送入二級篩中，再經過二級網格篩篩選，把符合標準的紅棗篩選出來，送入上料系統中。

在上料系統中，需要把紅棗運輸到待加工的工位，方便下一步加工，這就對紅棗的排序以及定位提出了要求。紅棗上料裝置采用振動盤，振動盤可以把紅棗準確地、有序地、排列整齊地輸送到加工工位。紅棗完成了排序工作后，就需要完成定位任務。可以選擇在振動盤的出料口安裝一個電磁振動直線料道，可以把排序好的紅棗繼續往前運輸，在直線料道的另一頭安裝一個盛紅棗的模具，下一步取出夾持，這樣就完成了紅棗的定位以及排序。紅棗的取出夾持可以簡單地設計一個機械手來運輸紅棗。機械手把經過排序定位的紅棗取出，放入去核系統中的下模，這就完成了去核機上料系統的方案設計。

最后，是去核系統設計。現在常見的去核方式是頂針直接把棗核從果肉中頂出來，這種方式果肉損失率較高。為降低果肉損失率，考慮從加工工藝出發，先對待加工的紅棗進行一個頂部劃口動作，給紅棗劃一個口子，讓果核暴露出來。在去核的時候，采用分兩步去核，先加工紅棗的一頭，使果肉和棗核分離，然后，把紅棗翻轉180°，從另一面施力，將棗核剔除，這種方式可以降低果肉的損失率。優化去核刀頭結構，不用之前的去核頂針，根據加工工藝可以設計一個貼合棗核外形的沖具，避免果肉的過多損失。去核時，紅棗需要定位夾緊，選擇上下模的形式，便于紅棗翻轉和分兩步去核。

圖1 紅棗去核機三維設計圖

2 去核系統設計

2.1 去核結構方案的選擇

去核機的設計一般分三種：轉盤式、輸送帶式和模具式。相對于轉盤式去核機和輸送帶式去核機，模具式去核機結構大大簡化，成本大大降低。模具具有夾緊功能，可以保證原料的完整性，可以減少原料的損失。

2.2 去核機模具的設計

模具的設計要求：

（1）模具應具有較大的承受能力，而且剛性好重量比較輕。模具鋼性的大小直接會影響工作的穩定性、定位的精度和運動速度。如果模具的剛性比較差，模具在被加緊或者直線運行時，變形會比較大，就可能發生震動，或者因為軟件的故障導致不能正常運行。所以，為了提高模具的剛度，一般會采用一些硬度比較高的材質。

（2）模具的大小適中，閉合可以夾緊原料，張開又不至于改變原料方向。模具具有盛放和夾緊原料的功能，因此，夾持裝置（扶正模）下模主視圖為八角形，中空以放原料，中間斷開由彈簧和柱形條連接，柱形條長于扶正模空隙的直徑，通過沖針外的氣缸爪加緊，然后，沖針進行去核。模上下兩個面有圓形凸起和模板的凹槽固定，以定位。

模具的外徑與上模匹配，中間圓柱形區域與棗的大小匹配，高度為30mm，壓緊后的直徑為20mm，為了使放入的棗盡量保持豎直方向，模具打開后的直徑為25mm，即中間連接彈簧的直徑為5mm。連接兩段模具和固定彈簧的細桿要長于完全打開的縫隙，且不宜過長，設定為9mm。為了更好地使上模夾緊，斜面的角度不宜過小，過大也會延長模具的長度，否則，無法達到加緊的目的，故斜面斜角設置為60°。為了達到節約果肉的目的，分別對棗的兩端去核，下模通過升降機上下運動，在沖針上行升降機下降的時候，通過旋轉氣缸和氣動手指的配合進行夾緊轉向，然后，進行對棗另一端的去核運動。

模具的材料選用首先要滿足工作條件的要求，由于模具要受到夾緊、擠壓等動作，因此，需要有足夠的硬度、強度和耐磨性。同時，還應具有良好的工藝性能，滿足便于加工、加工過程變形量小等要求。還要滿足經濟性要求，盡可能選用較低價格的材料，有效地降低生產成本。可以選用價格較低，應用廣泛的45#鋼，零件進行表面淬火。

模具三維模型如圖2所示。

2.3 去核機沖頭的設計

為了盡量減少果肉的損失，達到浪費果肉不超過3%的要求，故去核分為兩個工位，第一個工位進行果肉和棗核的分離，為了盡量減小開口面積，沖針設計成花瓣錐形，具有彈性，進入棗后可沿棗核進行擴張，分離棗的一半，模具翻轉分離另一半。所以，沖頭深度約為棗的一半，本次設計取15mm。沖頭前端直徑越小進入棗后浪費的果肉越少，為了能在棗中順利行進而不與棗核發生沖突，故不能太小，此次取5mm，后端略大于棗核最大直徑，可取8～9mm。由于棗核結構小，受力不能太大，應選用彈性高的材料，同時，滿足抗磨損，抗壓不易發生疲勞，斷裂等現象，60Mn鋼彈性好強度和硬度較高，滿足本次設計的基本條件，故選用60Mn鋼作為沖頭的原材料。結構如圖3。

圖2 模具

圖3 分離沖頭

第二個工位的沖頭為實體柱形，直徑小于棗核即可，用以將棗核頂出。由于前邊已經對果肉和棗核進行過分離處理，故沖頭直徑在3～5mm皆可，本次設計選取5mm為沖核針直徑。長度選取條件能夠將棗核頂出，貫通棗會加大破壞果肉結構的概率，取長度為棗的一半15mm。此沖頭只需滿足硬度高、抗壓能力強等條件，選用常見的45#鋼。三維結構如圖4。

圖4 去核沖頭

3 結語

本次設計的紅棗去核機，主要使用氣缸提供動力，極大地降低了能源浪費以及碳排放，減少了對環境的污染。同時，有效提高了紅棗去核加工效率，降低了勞動強度，有效改善了食品加工過程的衛生情況，帶來了十分可觀的經濟效益和社會效益。