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槟榔切片机创新设计研究

槟榔是我国南方一些地方很受喜欢的食品,随着需求量逐渐增大,槟榔的生产效率要求越来越高。而目前我国槟榔切片机的自动化加工剖切生产方面,已有部分企业和民间科技创新者进行了尝试并取得了一定的成绩。而槟榔的外形尺寸及特性会受产地、气候环境不同而表现出一定的差异性。因此,槟榔切片机的装夹定位和对半切片精度都受到很大影响,甚至形成了较高的废品率,大大影响了槟榔加工成本以及造成了浪费,而且研发的剖切机中仍有许多方面有待改进。本文结合槟榔的一般尺寸、切片定位及自动化生产的需求,设计了一种滚筒式槟榔切片机的总体结构方案,并进行了相应的三维建模和仿真分析。

1方案创新设计及刀具选择

本文根据槟榔的物理形状大小,借鉴其它研究者的设计不足之处,创新性地设计了一种滚筒式槟榔切片机。槟榔切片机一般由四个子系统组成,即输送系统、定位系统、切片系统和出料系统。其加工工艺流程如下图所示,即料斗中的槟榔被稳定有序地输送,在输送过程中实现定位,然后将槟榔进行固定,最后由切刀将槟榔精准地对半切片。图1工作流程图由于在制作过程中槟榔的大小不一,这是槟榔切片机设计中的关键因素。因此在设计时必须要适应各种大小形状的槟榔。首先由工作人员将事先处理好的槟榔导入下料口,再由下料口进入滚筒(分为内外两层,采用带传动),为了便于固定大小不一的槟榔,本文创新性地将滚筒设计为带槽的结构,如图2所示。在离心力的作用下,槟榔可以通过滚筒的旋转被甩进筒内多边形槽位里,再在滚筒下方半圆形槽里面运输,运输工程中被摆正。此处经过摆正后的槟榔果在重力的作用下通过V型槽,并在V型槽的端部进行夹紧,其结构如图3所示,这样就可以保证滚筒稳定连续地下料。考虑到槟榔大小不规则且不对称的特点,为了实现所设计的机构简单实用且运行可靠,在V型槽的下部装有适当震动的部件,这样可方便且可靠使槟榔有序地传送至下一个机构。为了保证夹紧的可靠性,在定位与夹紧机构中,本文在带有V型槽压轮的外侧创新地安装了带有弹簧的曲面挡板,利用弹簧弹性浮动,使对各个大小不一的槟榔能按照特定的要求压紧,实现了最终可靠定位和夹紧。最后一个设计难点是进行槟榔剖切时的效率问题,本文采用的是环切技术,如图4所示,当槟榔在移动到V型槽末端时由下面的环形刀片进行环切,大大提高生产效率,在切片机构方面也进行了创新设计,即在一个管道上成对称的安装多把刀具,并在同一圆周上的两把刀具之间设计适当大小的凹槽,其中刀具与电动机的输出轴相连,当槟榔果被对半切开时,槟榔片将经过凹槽落入事先准备好的收料槽中,最后人工取出剖切成功的槟榔切片。根据查阅槟榔尺寸的统计数据得到,一般槟榔可分为大果、中果和小果三个等级,即质量分别为80g<大果≤120g、50g<中果≤80g、30g<小果≤50g。按果实横径Dh和纵径Dz分为小果(Dh<20mm,Dz<30mm)、中果(20mm<Dh≤40mm,30mm<Dh≤60mm)、大果(40mm<Dh,60mm<Dh)经试验测算,单个槟榔平均切剖力为150N。相应地设计刀具的参数分别为:刀具总长L、增加的刀筒长△L、刀片部分长度h,刀具圆柱筒外径dw、刀具圆柱筒内径dl。则对应不同大小槟榔果的刀具为大刀、中刀和小刀,其参数分别为:大刀L=140mm,△L=60mm,h=80mm,dw=60mm,dl=35mm;中刀dw=40mm,dl=25mm;小刀dw=20mm,dl=15mm。此外,为了加工方便,一般将中刀和小刀的其它尺寸设计成大刀一样的参数。

2结论

由于各个机构的设计理念基本成型,因而机构的尺寸、大小以及装配运行就需要进行虚拟仿真,以确定各部件之间存在衔接问题,从而进行相应的修改与布置。因此,针对实现复杂运动规律的各个机构,首先基于solidworks等三维软件对槟榔切片机进行虚拟设计以及对从动件运动规律进行仿真分析,并对其关键尺寸进行优化设计,最后运用ADAMS软件对其进行运动学和动力学仿真。仿真结果表明,该创新设计能大大改善槟榔切片的效率,下一步工作将开展制作实物模型,与仿真数据进一步验证,从而改进该滚筒式槟榔切片机的设计。

【参考文献】

[1]周超伦.槟榔切籽机的研究与设计[D].广东工业大学,2015.

[2]方志翔.槟榔切片研究及虚拟样机设计[D].湘潭大学,2013.

[3]陈阳,陈致水.食用槟榔切片机的设计[J].湖北农业科学,2012,51[6]:3615-3618.

作者:陈超林 黄渝 邓琪玮 王锡纯 单位:湖南工业大学

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