農產品切片機械裝置的研究現狀及展望

李 錦，高岳玲，張立汶，黃 攀，肖愛玲

（塔里木大學機械電氣化工程學院/新疆維吾爾自治區(qū)普通高等學?，F代農業(yè)工程重點實驗室，新疆阿拉爾 843300）

0 引言

在農產品加工領域，切片加工技術對農產品保存和創(chuàng)收都起著關鍵作用。本文介紹了幾種典型農產品切片加工方法，研究了農產品切片加工的發(fā)展現狀及前景。將果蔬切片后可以適應人群需求，切片加工可以降低損失，提升產品的附加值，在穩(wěn)定脫貧的道路更進一步[1]。

1 農產品切片機械裝置研究現狀

我國切片設備研究始于上世紀70 年代初期的水果切片設備，現階段我國切片機設備主要應用于農產品及醫(yī)藥領域，其中，在農產品加工領域的應用最為廣泛。

1.1 多工位切片裝置

江蘇辰熠機械科技有限公司發(fā)明了一種多工位水果切片裝置[2]，裝置外殼上有凹口，一側設有刀板，刀板一側為連接桿、一側為從動輪，另一側為固定板，連接桿與滑桿連接，滑桿固定安裝在外殼上，從動輪通過皮帶連接主動輪，主動輪與電機連接，電機固定在外殼內壁一側，固定板上有若干豎版。

圖1 多工位水果切片裝置結構示意

使用時將水果放在兩個豎版之間，通過旋轉螺紋柱推動夾板將水果固定在豎板之間，旋轉旋轉桿，在二號齒輪的作用下，內桿帶動移動板向左移動，使水果移動到刀板的切割刀片下方，打開電動機，通過電動機帶動主動輪轉動，主動輪通過皮帶帶動從動輪旋轉，利用一號齒輪帶動刀板下移，對水果進行切片，切片后的水果落入收集箱內部。

該裝置結構簡單、使用方便，其特色是通過設置若干豎版和固定裝置，能夠同時將多個水果固定在固定板上，再利用刀板上的多個切割刀片，借助刀板的上下運動完成對水果的切片。該設計能夠實現多工位的切片，有效提高了切片效率。

1.2 搖柄式切片裝置

無錫機電高等職業(yè)技術學院研發(fā)了一種切片機[3]，工作時通過物料臺兩端的尖刺將物料進行定位，搖動搖柄帶動兩個凸輪同步轉動。抵壓在凸輪外表面的支撐桿隨著凸輪在滑槽內移動，從而帶動切刀向上移動，當支撐桿到達凸輪的最高點后，凸輪出現一個臺階，切刀在重力和彈簧力的雙重作用下快速下落，對物料進行切割。然后支撐桿再次隨凸輪向上移動，循環(huán)往復進行物料切片。同時，凸輪軸和齒輪軸同步轉動，齒輪轉動，通過齒條帶動物料臺向前移動，使切刀依次對物料進行切割。通過調整凸輪軸上的皮帶輪直徑和齒輪軸上的皮帶輪直徑比例，來實現切片厚度的調整，為了便于操作，將凸輪軸上的皮帶輪或齒輪軸上的皮帶輪設計成了變徑輪。當物料切割完畢，用手抬起切刀，反向轉動凸輪使物料臺復位，通過人工與機械配合的方式完成切片工作。

圖2 搖柄式切片機結構示意

該設計通過凸輪驅動設置在支撐架上的切刀上下移動對固定在物料臺上同步移動的食物進行切片加工。整體結構簡單，使用方便，可實現快速切片的功能。

1.3 推送式切片機

推送式水果切片機[4]的組成包括底座和接片盤，切片機機架固定連接在底座上，切片機機架上有切片盤外殼和水果放置槽，切片盤外殼內則是切片裝置。接片盤放置在切片裝置下方，推送頂板連接在水果放置槽的內壁，推送頂桿一端與推送頂板固定連接，另一端穿過水果放置槽延伸至底座外。切片裝置上包括刀片和厚度調節(jié)盤，刀片和厚度調節(jié)盤通過穿桿組裝成一體，厚度調節(jié)盤上安裝有調節(jié)螺母。

該機工作時，將水果放置在槽中，通過推送頂桿橫向移動將水果送至切片裝置中，繼而手動轉動手柄，利用切片裝置中厚度調節(jié)盤和刀片的剪切力對水果進行切片，水果切片大小均勻，切片通過接片盤收集。

圖3 推送式切片機結構示意

該切片機使用方便快捷、切片效果好、操作簡單、切片速度快、切片均勻，但需依靠人工操作，因此存在一定的安全隱患。

1.4 擺動仿形切片裝置

西安工業(yè)大學研制的獼猴桃去締切片機構[5]實現了獼猴桃切片機械化，集自動去皮、去蒂和切片于一體，解決了切片加工效率低、安全性差、不環(huán)保等問題。

針對空間材料科學實驗特性及需求，系統(tǒng)設計對熱電偶信號采用多級放大，分段復用的方式進行放大處理，整體系統(tǒng)設計方案如圖1所示。

圖4 去蒂切片機構結構示意

工作時，手動將獼猴桃放在用來夾持的機械手上固定，機械手上方設有壓緊裝置，將獼猴桃壓緊在旋轉盤插針上。獼猴桃隨插針轉動，轉動過程中刀片開始向下運動達到切削的目的。裝有彈簧片的刀片可以保證刀片能緊貼獼猴桃，實現了仿形切削。之后，上位氣缸做回程運動，將獼猴桃?guī)У綋醢逄?，此時切片氣缸帶動刀片組進給對獼猴桃進行切片[6]。

該設計實現了一個工位完成兩個動作，即去蒂和切片，并且實現了完全自動化，提高了生產效率，極大降低了勞動強度。

1.5 導向切片裝置

陜西科技大學機電工程學院為解決大棗切片生產中加工效率低、破碎率大、厚度不均勻等難題，研制出了一種大棗全自動定向切片設備[7]，這種切片設備工作時，將裝置中間的軸固定在張緊裝置上，由于張緊裝置不旋轉，因此切片裝置也不旋轉，刀片固定不動[8]。左鏈輪通過螺桿與送料盤固連，鏈條帶動左鏈輪旋轉，送料盤也在左鏈輪的作用下一并旋轉，帶動進入送料盤內部的大棗旋轉，通過切片裝置內部的刀片，完成最終的切片過程[9]。該設備生產效率高，切片厚度均勻，破碎率低，效果良好。

圖5 大棗自動定向切片機設備結構示意

湖北農學院工程技術系對于蓮藕切片機的設計與研究中提出了一種導向筒傳遞切片的切片機構，之后湖南生物機電職業(yè)技術學院對蓮藕切片機進行了優(yōu)化[10]。優(yōu)化后的切片機模仿人工切削方式，采用直線切割，確保了切削點的速度時刻相同，減少了蓮藕片的破碎，對已完成切削的藕片采用落料孔的收集方式，而落料孔的孔壁有效阻止了藕片粘結刀片，從而很大程度上提高了切片質量。

圖6 蓮藕切片機結構示意

該切片機構工作時，將蓮藕放在進藕導向筒內，由于重力的作用，蓮藕會掉在擋板上，此時，電動機通過傳動裝置將動力傳遞到主軸上，帶動主軸進行旋轉，從而帶動刀片及其安裝盤旋轉[11]，達到蓮藕切片的目的。

這種切片裝置達到了結構簡單、操作方便、使用安全可靠的要求，并且技術要求和制造成本低，實現了自動化控制和操作，降低了勞動強度，但是存在易粘刀，藕片易破碎的問題[12]。

1.6 直線切割式切片裝置

傳統(tǒng)導向性蓮藕切片裝置存在著易粘刀、藕片易破碎的問題，岳偉棟等運動直線式切割方式設計了蓮藕切片機[13]，該切片機模仿人工切削方式，工作時下端通過可用調節(jié)螺栓調節(jié)旋轉式擋料板，電動機則帶動裝有長刀片的曲柄滑塊機構工作，刀片將蓮藕快速切削，同時切斷的蓮藕從落料孔落下[14]，刀片回程時擋料板歸位，實現往復切削。

圖7 新型蓮藕切片機原理示意

這種直線往復型切片機解決了切片破碎、粘刀的問題，提高了切片效率，在農產品切片領域適應性較強。

1.7 離心式切片裝置

長江大學研制了離心式人參切片裝置[15]，此裝置主要由定位環(huán)、旋轉刀盤、刀架、接料斗、傳動機構、機架等組成。

圖8 離心式人參切片裝置結構示意

旋轉刀盤的送入導軌上。工作時，人參隨著轉盤轉動，旋轉過程中，人參產生離心力，使其送入相應的切片位置，按照預定的厚度進行切片，在旋轉切向力的作用下，參片落入接料斗中，完成切片工作。

離心式切片機的研究考慮到原材料的性質，借用離心力和向心力，為了提高效率，該切片機常采取多把刀、多料口的方式。

2 存在的問題及展望

結合上述多種切片設備的研究現狀，就農產品切片技術來說，存在操作難、工藝復雜、實用價值低、消耗成本高等諸多問題。對于優(yōu)化工藝、減少成本、提高實用價值等問題，需要進一步研究和探討。

（1）去皮。去皮是導致農產品切片無法統(tǒng)一的關鍵。仿形切削去皮是最有效、適用性最廣的去皮方式。

（2）傳動。齒輪、帶傳動存在著機械損耗大、傳動復雜、工藝繁瑣的問題。加入絲杠、氣壓等方式傳動是切片機發(fā)展的新方向。

（3）零件結構。切片過程中出現粘刀、落料堵塞的問題。自動噴灑細小水流的裝置解決了粘刀的問題，效果較佳；連動落料孔落料方式符合經濟、安全、衛(wèi)生的要求，符合未來切片機發(fā)展方向。

（4）控制?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）在切片裝置中的運用[16]，得到了很好的反響，在未來切片裝置發(fā)展過程中，越發(fā)智能的控制系統(tǒng)是大勢所趨。

綜上所述，切片機結構未來發(fā)展的方向是：結構簡單、操作簡單、耗能小、效率高、適用范圍廣。

3 結論

機械化切片機構存在著許多瓶頸缺陷，就目前我國在此領域的發(fā)展趨勢，結合數字控制技術的去核去皮及切片一體式切片成形機構是市場需求?？煽紤]加入可編程數字控制系統(tǒng)，采用仿形切削去皮，利用曲柄滑塊、曲柄連桿等機構實現循環(huán)往復式工作，連桿連接進料、落料的連動工作，結合噴灑式水流裝置組成新型農產品切片裝置。