獼猴桃凍果削皮機設計與試驗

李 杰，張鵬霞，曹 祥，曹希凡，馬瑞辰

（陜西省農業機械研究所有限公司，陜西咸陽 712000）

0 引言

獼猴桃屬于呼吸躍變型果實，鮮貯難度大，對溫度和乙烯很敏感[1]。剛采摘的獼猴桃酸度高、硬度大、乙烯釋放量低。在常溫下儲存5-7天后，乙烯釋放量才會急劇上升，果實變得甜而軟，口感最佳，但是如果儲存過久，果實會腐爛變質，不利于銷售和加工。因此，企業在采收后一般都會進行銷售或冷藏。獼猴桃是一種既可以鮮食，也可以加工成為高附加值的產品，如獼猴桃酒、果汁、果脯等[2]。這些產品的制作都需要先削去獼猴桃的果皮。目前市場上的鮮果削皮加工量很少，只占深加工總量的10%左右，大多數是凍果削皮。但目前尚無針對性的產品，仍依賴于人工削皮，效率比較低。

現有市面上認可度較高的削皮設備有佛山市宇特自動化科技有限公司的削皮設備[3]，它的工作原理是利用電動驅動刀盤旋轉，將水果放入刀盤中，通過調節刀盤與水果之間的間隙，實現快速、均勻、完整的削皮效果；蘇州熙諾威智能科技有限公司生產的果蔬去皮機[4]，采用全自動智能控制，削皮速度可調，時間可控，刀具具有可調節功能。以上設備主要用于鮮果的削皮加工作業，對于凍果削皮還暫無研究試驗。

陜西省農業機械研究所有限公司近年在獼猴桃削皮方面進行了相關研究[5-6]，針對凍果削皮研制出一種自動化削皮裝置。該設備主要由上料、彈性夾緊、削皮、落料等裝置構成，通過可編程機電控制器對以上裝置進行控制，優化動作時序，使其生產效率最大化，保證獼猴桃深加工產品質量，降低人工費用，提高加工企業經濟效益。

1 工藝流程

本設計采用了雙工位結構設計，通過微電腦控制器完成電機、氣缸的時序控制，從而完成獼猴桃凍果的削皮過程。具體操作流程為：

1）上料：將凍果通過人工放入下頂緊機構，此時感應器感應到果實放入，夾持氣缸將果實固定并由推桿將其送入削皮工作臺。

2）頂緊+旋轉：上頂緊氣缸下降，將送入的凍果固定，電機開始帶動凍果旋轉。

3）切削：此時切削機構進行削皮。

4）下料：上頂桿退出，凍果自動落入果框。圖1為該機的工藝流程圖。

圖1 獼猴桃凍果削皮機工藝流程圖

2 整體結構和工作原理

2.1 整體結構

該設計主要由機架、上料機構、旋轉機構、切削機構和電控制系統等部分組成。圖2為獼猴桃凍果削皮機示意圖。

圖2 獼猴桃凍果削皮機整體結構圖

2.2 削皮工作原理

削皮方式采用了旋轉機構和切削機構的配合來實現凍果的削皮。旋轉機構采用機床切削長型工件原理，使物料通過上下兩端對頂的方式實現物料的夾緊，再由電機驅動物料進行旋轉。入刀動作完成后，由減速電機帶動刀桿進行旋轉使物料脫皮，從而實現完整的脫皮過程。

具體工作過程為：首先人工將凍果從上封板豎直放入下頂緊機構中，確保凍果底部豎直插入下頂緊裝置，通過紅外感應裝置感應到凍果就位，夾持氣缸將其夾緊，隨后由推送氣缸將夾好的凍果送入切削工位，上頂緊氣缸向下運動，通過上頂緊裝置頂緊獼猴桃凍果，此時夾持氣缸松開。同時旋轉電機帶動獼猴桃做高速旋轉運動，刀具電機旋轉組合協同刀具拉緊氣缸完成獼猴桃凍果削皮動作，最后削好的凍果落入果框中。

3 關鍵設備及部件設計

3.1 送料機構

送料機構是獼猴桃凍果進入切削工作面的承載平臺，由人工將獼猴桃凍果放置在該平臺上，再由氣缸推動上料滑板將獼猴桃凍果送入切削工作面。送料機構由上料滑板、滑軌、氣缸等部分組成。圖3所示為送料機構。

圖3 送料機構

圖3中，a圖當獼猴桃凍果放入下頂緊組件上，夾持氣缸夾住獼猴桃，隨后推送氣缸動作，將獼猴桃送入削皮工位。整個送料機構運行穩定，方便控制，可以保證獼猴桃準確送入削皮工位。

凍果下頂緊組件如下圖4所示，上部有頂針，可以很好地穩定獼猴桃凍果，頂針座嵌入在2個非標軸承中，保證了凍果能自由旋轉，下部安裝有彈簧，可以滿足不同大小的獼猴桃頂緊，結構緊湊、可靠。

圖4 下頂緊組件

3.2 旋轉機構設計

旋轉機構是實現獼猴桃凍果削皮工序的基礎。其采用上下對頂的方式，通過電機驅動使凍果高速旋轉。旋轉機構由電機、導軌、氣缸等部分組成。下圖5所示為旋轉機構圖。

圖5 旋轉機構

當獼猴桃凍果被送入到削皮工位，上頂緊氣缸帶動電機面板向下運動，此時上頂緊軸通過頂針使獼猴桃凍果上下頂緊，電機開始高速旋轉帶動獼猴桃轉動，等待削皮機構進行工作。

3.3 削皮機構設計

削皮機構是樣機的核心部件，完成獼猴桃凍果的削皮動作。削皮機構由減速電機、刀片、刀桿、彈簧、氣缸等部分組成，如下圖6所示。

圖6 削皮機構

根據前期的調研，獼猴桃凍果削皮不同于鮮果削皮，凍果表皮堅硬，在人工削皮的過程中需更大的切削力，因此在設計時要考慮如何夾緊獼猴桃，同時在入刀切削時應給予更大的入刀力，最終完成凍果的旋轉削皮。

削皮動作：當獼猴桃凍果送到削皮工位，上頂桿將凍果固定，同時夾持氣缸松開，減速電機旋轉一定角度，將刀具旋轉到獼猴桃上頂端，準備開始削皮。此時，旋轉電機帶動獼猴桃高速旋轉，減速電機帶動刀架做半圓弧運動，凍果與削皮刀發生相對運動，使凍果皮脫離獼猴桃，完成削皮動作。雙彈簧可以讓削皮刀和凍果始終接觸，保證削皮的連續性。當削完皮后，上頂桿退出，下頂桿將凍果頂出，刀具和送料機構回退到初始位置，準備下一次削皮動作。

經過試驗驗證，物料旋轉速度在470 r/min，削皮刀與水平面的夾角在40°時，削好的凍果桃肉損失少、凍果切削均勻、桃底部的余皮直徑穩定，也不會使桃果在切削時掉落。

3.4 電氣控制系統

本機電氣控制系統主要由可編程微電腦控制器組合（由電源模塊、CPU模塊、輸入輸出模塊組成）、氣動電磁閥、紅外傳感等部分組成。主要控制工作方式分為3種：手動點動上料、手動連續上料和自動上料。如圖7所示。

圖7 控制工作流程圖

4 實驗驗證

設備在調試完成后使用的是秦美獼猴桃來進行的實驗，其栽培技術簡易，市場需求量大，發展前景廣闊，縱徑平均7.2 cm，橫徑平均6.0 cm，果皮果點密、密被黃褐毛、易脫落，經常用作果干、果酒的原材料[7]。

實驗目的是測試凍果削皮機的性能指標，包括獼猴桃的去皮率和削皮機的工作效率，通過測量10組（每組15個）獼猴桃削皮前后重量，每組削皮所用時間，獼猴桃皮厚度以及獼猴桃未去掉皮的面積，測算出獼猴桃削皮機的工作效率和去皮率，本次實驗使用的是當季收獲經過冷凍的獼猴桃。

工作總量用C（kg）表示，工作時間用T（min）表示，工作效率用V（kg/min）表示。

去皮率用N表示，采用網格法測算獼猴桃去皮前后面積，去皮前用P前表示，去皮后剩余用P后表示。

通過表1中數據分析，每一組的削皮用時相同，即2 min，平均工作效率V=1.34 kg/min，即V=80 kg/h。

表1 工作效率計算數據

通過表2數據分析，機械手臂獼猴桃削皮機的去皮率N=0.9，即N=90%，滿足實驗預期。

表2 去皮率計算數據

5 結語

本次設計中的凍果削皮機，結構簡單，通過控制程序實現削皮、落料自動化，減少了勞動力，保證了獼猴桃在加工時的干凈衛生。在切削方式中綜合考慮了各種技術參數，使工作效率和去皮率達到預期要求，為企業提供了優秀的參考方案。

隨著技術的不斷進步，相信未來會有更多先進的設備和系統來實現獼猴桃削皮的自動化，提高生產效率并降低人力成本。