智能化自動紅棗去核機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

張釗銘

（陜西服裝工程學(xué)院，陜西 咸陽 712046）

紅棗種植在我國有著悠久的歷史， 因其具有很高的營養(yǎng)價值而被大量深加工， 但紅棗內(nèi)核使得加工勞動強度加大。 目前，市場上已經(jīng)出現(xiàn)以履帶式和轉(zhuǎn)盤式為主、性能各異的紅棗去核機。 譬如彭三河[1]設(shè)計的立體式大棗去核裝置，該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、工作穩(wěn)定的特點，但并非完全自動化，需要人工輔助上料。 馬朝鋒等[2]設(shè)計了鏈式紅棗去核機，該機構(gòu)創(chuàng)新了紅棗上料的方式，具有去核直徑范圍大、傳動效率高的特點。 張玉峰[3]設(shè)計了氣動排沖式紅棗自動去核機，該結(jié)構(gòu)解決了紅棗定位問題，兼具去核效率高工作穩(wěn)定等優(yōu)點。 張彤陽等[4]設(shè)計轉(zhuǎn)盤式全自動去核機，該機構(gòu)實現(xiàn)全程自動化，具有成品棗肉完整性好的特點。 因此，研究開發(fā)高效的、全自動化的去核機對行業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，也是亟需解決的問題。

1 紅棗去核機的性能要求

根據(jù)紅棗形態(tài)特征和實際要求設(shè)計去核機， 設(shè)計要求有以下幾點：1）棗核直徑4mm～6mm 之間，沖核針孔直徑不能太大，不然會在去核時導(dǎo)致多余的果肉浪費；2）待加工紅棗直徑15mm～25mm，長20mm～35mm；3）紅棗去核效率800 個/min；4）使用壽命7 年，每天工作6h，受到輕微載荷沖擊。

因此，作為一種能自動化加工紅棗的機械設(shè)備，該機構(gòu)要具備以下幾個特征：1）標準化和一體化。 針對紅棗外形個體差異大、人工挑揀費時費力的問題，設(shè)計一體化的模塊夾具，提高了設(shè)備的適應(yīng)能力，極大地節(jié)省了資源。2）自動化程度高。 為了解決人工操作所耗費的大量勞力，加之食品衛(wèi)生安全的需要， 智能化紅棗去核機的發(fā)展已是必然趨勢；當前市場上大多數(shù)產(chǎn)品自動化程度不高，因此還需要進行完善。

2 總體方案設(shè)計

常規(guī)的履帶式去核機對紅棗周徑大小適應(yīng)較低，產(chǎn)能較低；基于連桿導(dǎo)桿的一種去核機易造成棗肉損壞，成品率受到影響，并且對紅棗周徑適應(yīng)較低。 為了解決上述紅棗周徑加工范圍小、棗肉損壞、產(chǎn)能低、定位偏差等問題，本機構(gòu)的設(shè)計以主動輪與槽輪機構(gòu)、正棗機構(gòu)、曲軸聯(lián)結(jié)，槽輪機構(gòu)間歇帶動傳送帶輸送紅棗至去核位置，正棗機構(gòu)旋轉(zhuǎn)矯正紅棗位置，曲軸連桿帶動去核裝置完成去核處理。料箱9 內(nèi)的振動裝置8 將紅棗有序排列在輸送管道10 內(nèi)， 每一個撥棗盤11 每旋轉(zhuǎn)一周將會把送料管道10內(nèi)的一顆紅棗輸送至送料直管道內(nèi)。 壓棗裝置經(jīng)過曲柄壓棗機構(gòu)12 帶動壓棗桿7 做直線往復(fù)運動， 依次將紅棗壓入載棗夾具里面，完成上料[5]，如圖1 所示。

圖1 槽輪式紅棗去核機

槽輪機構(gòu)間歇運動帶動鏈輪將紅棗輸送至沖壓機構(gòu)下方，由曲柄沖壓機構(gòu)驅(qū)動的沖針和沖棗桿同時工作對紅棗進行去核處理。 槽輪機構(gòu)雖然在運行時噪音比力大，可是運料安穩(wěn)。 而且槽輪機構(gòu)與曲柄滑塊機構(gòu)的結(jié)合，使去核機工作平穩(wěn)，效率高。

3 執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計

紅棗去核機是對大量紅棗進行去核操作的自動化設(shè)備，因此執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計是整體機械方案設(shè)計的基本主導(dǎo)。 它直接影響機械是否能實現(xiàn)預(yù)期功能、產(chǎn)品的性能是否良好、對未來的經(jīng)濟效益是否會帶來上升趨勢。

3.1 工藝動作

紅棗去核機是對大量紅棗進行去核操作的自動化設(shè)備，因此執(zhí)行系統(tǒng)方案設(shè)計是整體機械方案設(shè)計的基本主導(dǎo)。 它直接影響機械是否能實現(xiàn)預(yù)期功能、產(chǎn)品的性能是否良好、對未來的經(jīng)濟效益是否會帶來上升趨勢。 該機構(gòu)工藝可分解：1）加料：人員輔助加料；2）定位：曲柄滑塊機構(gòu)將棗壓入彈性定心夾緊機構(gòu)完成定位；3）沖制：其由沖核和沖棗兩個工藝動作構(gòu)成， 由機構(gòu)帶動同時做上下循環(huán)運動。 帶動載棗模具間隙歇運動三個動作，進而完成送料、沖核、沖棗這三個工序。

3.2 往復(fù)直線運動實現(xiàn)

考慮該紅棗去核機空間分布設(shè)計要求， 采用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)沖壓機構(gòu)往復(fù)直線運動， 該機構(gòu)具有杰出的動力特性和運動特點、制造簡單，偏置曲柄滑塊機構(gòu)具備增力、 急回特性等優(yōu)點。 考慮鏈條需要在低速運動下工作，且需要準確地將載棗鏈板輸送至沖壓機構(gòu)下，該機構(gòu)利用槽輪機構(gòu)實現(xiàn)機構(gòu)的間歇運動[6]。

3.3 執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)

紅棗去核機執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖的設(shè)計是為了方便確定其壓棗、 鏈輪和沖壓機構(gòu)三個構(gòu)件相互配合運動情況。 表1 是執(zhí)行機構(gòu)之間的周期循環(huán)表，用來表明各構(gòu)件工作時相互的運動狀況，便于各構(gòu)件的協(xié)調(diào)運作。 表1 中這三個機構(gòu)相互配合運動， 壓棗機構(gòu)和沖壓機構(gòu)由進程和回程構(gòu)成。 如果以曲柄每轉(zhuǎn)一圈作為一個循環(huán)周期，那么壓棗機構(gòu)和沖核機構(gòu)在0°～180°為工作行程，180°～360°為回程。 也就是說在一個循環(huán)周期，壓棗機構(gòu)和沖壓機構(gòu)上下運轉(zhuǎn)一回。 鏈輪的運動在這工作周期內(nèi)也分為兩部分，配合沖壓機構(gòu)進給運動。

表1 執(zhí)行構(gòu)件運動循環(huán)表

4 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

4.1 傳動路線的選擇

單路傳動單一，對于復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)其傳動。分路傳動應(yīng)用比較廣泛， 在機械中各執(zhí)行機構(gòu)需要采用同一動力源，就可以采用分路傳動。 可以將動力分配到各機構(gòu)，使機械正常運作。 分路傳動用于機器構(gòu)造相對復(fù)雜的傳動。

由于該設(shè)計是紅棗去核機，機械將采用一個動力源，而且需要幾部分執(zhí)行機構(gòu)同時運作，動力要求也不一樣，所以傳動路線將選擇分路傳動。

4.2 傳動方案的設(shè)計

在圖2 傳動方案圖中，電機1 提供動力，經(jīng)過2 減速器改變傳動比和扭矩。然后帶傳動機構(gòu)3 將動力分為兩部分： 一部分由帶傳動機構(gòu)傳送至機構(gòu)4、5 曲柄滑塊機構(gòu)，完成壓棗和去核操作；另一部分由帶傳動機構(gòu)傳送至機構(gòu)6 槽輪機構(gòu)，使機構(gòu)7 傳輸鏈輪進行間歇運動帶動載棗模具，完成紅棗送料運動。

如圖2 傳動方案中有兩次動力分流，第一次是機構(gòu)3帶傳動將動力分流給機構(gòu)4、5 曲柄滑塊機構(gòu)和機構(gòu)6 槽輪機構(gòu)。 第二次分流是槽輪機構(gòu)6 帶動鏈輪機構(gòu)7 運動。槽輪機構(gòu)6 要使鏈輪7 實現(xiàn)間歇運動，而壓棗和沖壓的曲柄滑塊機構(gòu)要做圓周運動。 然而電動機所提供的連續(xù)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運動顯然不能滿足設(shè)計要求， 因此需要經(jīng)過兩次的動力分流，才能實現(xiàn)曲柄滑塊的旋轉(zhuǎn)運動和槽輪機構(gòu)的間歇運動。

圖2 傳動方案

5 結(jié)論

本文完成了紅棗去核機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括方案設(shè)計、執(zhí)行系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的設(shè)計。 在確保機械能夠?qū)崿F(xiàn)去核操作的前提下， 各部分機械結(jié)構(gòu)能夠協(xié)調(diào)配合，工作穩(wěn)定，有效提高了紅棗去核加工效率，改善了食品衛(wèi)生質(zhì)量，具有可觀的經(jīng)濟效益。