“一器五行”龍眼去核裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

謝海軍 張連波 朱明超 李鵬生

(1. 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院信息學(xué)院，廣東 珠海 519000；2. 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室河源分中心，廣東 河源 517000)

龍眼除鮮食外，大部分用于深加工[1-3]，去核是龍眼深加工的重要環(huán)節(jié)。常用的龍眼去核方法有手工去核和機(jī)械去核。機(jī)械去核方法有凸齒滾筒分離凹板式脫核法、剖分去核法、機(jī)械手去核法、打漿式去核法、頂針去核法、捅核法、切刀加頂針去核法等[3-12]。但機(jī)械去核法存在果汁損失高、生產(chǎn)效率低的問題。研究擬針對氣動式龍眼去核裝置[13-15]一個(gè)工作循環(huán)完成一個(gè)龍眼去核，生產(chǎn)效率低的問題，提出“一器五行”龍眼去核裝置，在水平方向采用一個(gè)氣缸驅(qū)動五推桿，將龍眼在刀片作用下剖口直至去核口，在豎直方向再用一個(gè)驅(qū)動五頂桿去核，一次工作過程完成5個(gè)龍眼去核，提高了龍眼生產(chǎn)效率。

1 “一器五行”龍眼去核裝置工作過程

“一器五行”龍眼去核裝置如圖1所示，主要由落料裝置、導(dǎo)入裝置、破口裝置、定位裝置、去核裝置、底板、機(jī)架、控制系統(tǒng)及控制元件等組成。工作時(shí)5個(gè)龍眼從落料裝置的落料口落入定位裝置的導(dǎo)槽中，由導(dǎo)入裝置的氣缸活塞桿推動5根推桿將龍眼從落料口推送至去核口位置，推動過程中，龍眼在定位裝置的導(dǎo)槽彈簧片和導(dǎo)槽上方彈簧片的夾持下進(jìn)入導(dǎo)槽內(nèi)始終作平動，且平動過程中龍眼被安裝在底板破口刀片作用下破口并被撐開，然后由去核裝置中的氣缸活塞桿快速帶動5根頂桿將龍眼核向下頂出，完成去核過程。

圖1 “一器五行”龍眼去核Figure 1 One cylinder driving five rows Longan core-removing mechanism

2 去核裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 破口裝置設(shè)計(jì)

破口裝置如圖2所示，主要由5把厚度為2.5 mm的三角形刀通過螺釘固定于底板上。三角形刀具尾部制成圓弧狀且在安裝時(shí)與龍眼定位去核口相切，去核時(shí)頂桿的沖擊力作用于龍眼上，且圓弧狀便于對龍眼進(jìn)行定位。根據(jù)龍眼大小，設(shè)計(jì)刀片間距為30 mm，刀片用螺栓固定于底板上。

圖2 破口裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structural diagram of break mechanism

2.2 導(dǎo)入裝置設(shè)計(jì)

導(dǎo)入裝置如圖3所示，主要由氣缸、推桿及推桿固定橫梁等組成，水平氣缸缸徑為20 mm，最大行程為135 mm，可通過行程開關(guān)控制氣缸的行程，用螺栓固定于底板上。推桿直徑為8.0 mm，長度為120 mm，采用不銹鋼制作成一端攻有Φ6 mm的內(nèi)螺紋通過螺栓連接在橫梁板上，其前端連接一個(gè)橡皮膠，增大推桿與龍眼的接觸面積，防止推桿將龍眼推偏。橫梁板采用鑄鐵HT150制作，尺寸為140 mm×5 mm×16 mm，其上開有5個(gè)Φ6 mm 的孔，使螺栓通過孔固定推桿。

圖3 導(dǎo)入裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3 Structural diagram of lead-in mechanism

2.3 定位裝置設(shè)計(jì)

定位裝置如圖4所示，為采用有機(jī)玻璃、彈簧片制作而成的槽形結(jié)構(gòu)。導(dǎo)槽采用10 mm厚的有機(jī)玻璃制作，能觀察到整個(gè)龍眼去核過程。導(dǎo)槽左邊有后擋板，目的是定位彈簧片。右邊有前擋板，目的是定位彈簧片及定位推桿。導(dǎo)槽上方開有5個(gè)8 mm孔，目的是使去核頂桿通過孔快速頂出龍眼核，且孔的直徑比去核頂桿的稍大一些，起到對頂桿定位的作用。導(dǎo)槽上方有5個(gè)4 mm的孔，目的是定位上彈簧片，導(dǎo)槽兩側(cè)和上方裝有彈簧片，目的是使不同級別的龍眼通過導(dǎo)槽時(shí)都能夾持龍眼，使龍眼在導(dǎo)槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)無滾動的平動，有利于刀片的破口。

圖4 定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 4 Structural diagram of positioning mechanism

2.4 去核裝置設(shè)計(jì)

去核裝置主要由氣缸、頂桿、頂桿固定板和支架等組成。垂直氣缸缸徑為20 mm，最大行程為50 mm，通過角鐵、螺栓固定于支架上。采用不銹鋼制作成一端攻有Φ6 mm 的內(nèi)螺紋通過螺栓連接于橫梁板上。固定板采用鑄鐵HT150制作，尺寸為140 mm×5 mm×16 mm，上方開有5個(gè)Φ6 mm的孔，使螺栓通過孔固定頂桿。固定架兩側(cè)開有6 mm的槽，目的是定位去核頂桿。頂核工具為一端攻有內(nèi)螺紋的頂桿，通過內(nèi)螺紋與氣缸的活塞桿相連，在氣缸的帶動下能實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動，其運(yùn)動行程由安裝在氣缸上行程開關(guān)控制。

圖5 去核裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 5 Structural diagram of removing-core mechanism

2.5 進(jìn)料裝置設(shè)計(jì)

進(jìn)料裝置為“一器五行”龍眼去核裝置提供龍眼，設(shè)計(jì)時(shí)使進(jìn)料裝置的進(jìn)料口對準(zhǔn)推送裝置的進(jìn)料口，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。進(jìn)料裝置關(guān)鍵參數(shù)是龍眼導(dǎo)槽平面與水平面的夾角，影響龍眼是否能自動進(jìn)入導(dǎo)槽，根據(jù)龍眼物料特性設(shè)計(jì)傾斜角為30°。

圖6 進(jìn)料裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 6 Structural diagram of feeding mechanism

3 龍眼損失率試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料

古山2號龍眼：平均直徑為21.6 mm，果核平均直徑為7.4 mm，果肉平均壁厚為6.4 mm。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

一器五行龍眼去核裝置、刀片、頂桿：自制；

氣壓表：Y-150型，上海布萊迪儀器儀表公司；

玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：LZS型，上海誠浜電子科技有限公司；

空氣壓縮機(jī)：EC-51型，珠海捷豹機(jī)電設(shè)備有限公司；

電子天平：XPR204S/AC型，梅特勒—托利多國際有限公司；

秒表：806型，上海星鉆秒表廠。

3.3 試驗(yàn)方法

預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響一器五行龍眼去核裝置龍眼損失率的主要因素有刀片厚度、頂桿直徑、氣壓和氣體流量。因此分別選擇刀片厚度、頂桿直徑、氣壓和氣體流量作為影響因素，以龍眼損失率作為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。每次試驗(yàn)隨機(jī)選取300個(gè)古山2號龍眼，放入“一器五行龍眼去核裝置”進(jìn)行試驗(yàn)，利用電子天平稱出龍眼果肉重量和已去核殼中碎肉重量，并按式(1)計(jì)算龍眼去核損失率[13]。

(1)

式中：

η——損失率，%；

m1——已去核果殼中碎肉的質(zhì)量，g；

m2——龍眼果肉的質(zhì)量，g。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1 單因素試驗(yàn) 由圖7可知，龍眼損失率隨刀片厚度的增大而增大；隨著頂桿直徑、氣壓和氣體流量的增大，龍眼損失率均呈先減小后增大的趨勢。刀片厚度和頂桿直徑對龍眼損失率的影響明顯高于氣壓和氣體流量。

圖7 試驗(yàn)因素與損失率變化規(guī)律Figure 7 Change law of test factors and loss rate

3.4.2 正交試驗(yàn) 在“一器五行”龍眼去核裝置上，選取刀片厚度、頂桿直徑、氣壓和氣體流量作為試驗(yàn)因素，考慮氣壓和氣體流量的交互作用，設(shè)計(jì)L27(313)正交試驗(yàn)[16]。試驗(yàn)因素水平值見表1，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 試驗(yàn)因素水平值

表2 龍眼去核裝置試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3可知，各因素對龍眼去核損失率的影響順序?yàn)榈镀穸?氣體流量>頂桿直徑>氣壓值>氣壓和氣體流量交互作用。由圖8可知，試驗(yàn)參數(shù)的最佳組合為A2B3C2D3。表2中，龍眼去核損失率最低的組合為A2B3C2D1，即刀片厚度為2.5 mm、頂桿直徑為6.0 mm、氣壓為0.6 MPa、氣體流量為6.0 m3/h。為獲得最佳的試驗(yàn)因素組合，將A2B3C2D3與A2B3C2D1進(jìn)行對比，每次試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。對比試驗(yàn)表明，A2B3C2D1的龍眼去核損失率更低，此時(shí)龍眼去核損失率為7.04%。

表3 方差分析

圖8 直觀分析圖Figure 8 Intuitive analysis diagram

4 結(jié)論

該裝置驅(qū)動力為壓縮空氣，可減少龍眼的污染，利用氣缸作為驅(qū)動元件，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠。各因素對龍眼去核損失率的影響順序?yàn)榈镀穸?氣體流量>頂桿直徑>氣壓值>氣壓和氣體流量交互作用，最優(yōu)組合為刀片厚度2.5 mm、頂桿直徑6.0 mm、氣壓0.6 MPa、氣體流量6.0 m3/h，此時(shí)龍眼去核損失率為7.04%。“一器五行”龍眼去核裝置損失率比單排龍眼去核裝置稍高，主要是因?yàn)辇堁鄞笮〔町悾瑢?dǎo)入裝置將龍眼導(dǎo)入去核口時(shí)，難于保證5個(gè)龍眼在同一直線上。采用“一器五行”的方法可提高龍眼去核效率，適合于小批量生產(chǎn)，但是在實(shí)施過程中需要對龍眼進(jìn)行分級，不然龍眼容易卡住阻礙進(jìn)料，可以利用機(jī)械手帶動負(fù)壓吸附龍眼上料。