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1、苹果去皮机机电技术教育专业：王明指导老师：李慧摘要：分析了我国水果罐头的行业的现状，根据行业弊端提出行业加工领域的机械化、连续化程度的重要性。本设计内容主要包括苹果去皮机的总体设计、内部传动设计以及传动部分的计算、校核和部分标准件的选择等，描述了机器的工作原理。本设计在手摇式苹果去皮机的基础上实现了苹果去皮的自动化。关键字：苹果去皮机；齿轮传动；设计0前言随着我国水果罐头产业的发展以及世界其他国家对水果罐头越来越多的需求，我国水果 罐头出口的发展面临着良好的机遇。我国果品罐头产品在国际市场上占据绝对优势和一定的 市场份额【1】。尽管高新技术在我国果品加工业得到了逐步应用，加工装备水平也得到了明
2、显 提高，但是由于缺乏有自主知识产权的核心技术与管家制造技术，造成了我国果品加工业总 体与加工装备的最大问题就是加工过程中自动化、连续化程度低，对先进技术的掌握、使用、 引进、消化能力差。以苹果罐头为例：目前苹果罐头加工的主要工序仍要停留在人工操作水 平上，机械化水平极低，这将在很大程度上限制生产效率及企业的经济效益。相比于苹果生产，我国苹果加工业整体能力薄弱，发展明显弱势，机械自动化程度远远 落后于西方国家【1】。苹果削皮是罐头加工企业所必须的工艺流程，目前去皮设备大多都停留 在手动去皮程度，靠人工转动手柄、手动将苹果逐个插到固定针上或者手工持刀去皮，不仅 生产效率低，费时、费力、劳动强度大
3、，而且很容易造成工伤事故；因此设计开发一种自动 化苹果去皮能有效地解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，降低劳动强度和事故率， 对其他果品加工也同样适用。1.苹果去皮机的发展现状及应用前景1.1苹果去皮机的发展现状据调查，当前苹果去皮机大体可以分为以下几种：1.1.1手工去皮手工去皮的优点是细致，去皮彻底，损耗小。缺点是速度慢、功效低、成本高。对于生 产量较大的情况下，手工去皮是无法适应的。1.1.2半机械去皮半机械去皮是借助于机具将果品固定在一个位置上，并使其转动，然后用刀将皮削去。 常见的机具有两种：（1）手摇去皮机 该机主要应用于苹果、梨子、柿子的去皮。其工作原里是：将果实插 在不锈钢
4、制的三叉上，插时花蒂对准中心线。摇动手柄使主齿轮传动，并传动三叉齿轮而使 果实一起动。主动轮另一端的伞齿轮传动去皮伞齿轮而使果实去皮。去皮结束后，手动将苹 果拔掉。该机的生产效率随操作者的熟练程度而定。（2）手动去皮机 上面介绍的手摇去皮机其动力是靠人。手动去皮机其动力是电机， 将果品的花芯对准中心线并插在不锈钢的三叉上，叉由电机来传动，在果品的另一端加顶针， 然后手持去皮刀随果品弧度去皮，削皮结束后放开顶针，用手拔掉果品。该机的生产效率、 去皮厚度及均匀程度随操作者的熟练程度而定。1.2苹果去皮机应用展望目前，还有很大部分企业在苹果加工方面均采用手摇式苹果去皮机。该机械结构小巧， 方便实用，
5、并且容易制造加工。但随着人们生活水平的提高，很多人不愿意直接动手操作机 械，希望能有一些电动控制工具，以节省人力。传统的苹果去皮机，不论是生产效率还是 生产质量，根本不能满足使用要求，急切需要能够实现自动化控制的苹果去皮机。所以 本系统设计将针对传统苹果去皮机的一些缺陷，提出优化的改进，在动力源方面采用电动机 和齿轮传动，实现利用机电技术控制的苹果去皮机设计，以满足各企业对苹果生产制作的要 求，增强苹果类食品开发国内外市场的潜力和实力 。2.去皮机设计2.1去皮机整体工艺一般苹果罐头的生产工艺为【4】：苹果挑选- 洗涤-去皮、清洗- 切半、控芯-真 空浸渍-沥水- 烘烤- 装罐- 排气、密封-
6、 杀菌、冷却-贴标贮藏。本论文主要讨论去皮工艺自动化过程，整个去皮经过的装置为：储料仓-倾斜式输 送带- 行星拨轮机构-机械手上料装置-去皮机构。苹果在向上倾斜式输送带上输送：苹果的形状特征（畸形苹果除外）决定苹果只有 上下两面可以在倾斜输送带上停留，苹果由储料仓进去输送带的时候，若苹果侧面垂直 于输送带则苹果滚落。输送带的倾角可根据简单实验测试得到，决定倾角的条件为：苹 果上下面垂直于输送带时可顺利运输，其他情况则苹果滚落。行星拨轮机构是典型的整理及输送装置，在这里主要用来将苹果按一定时间间隔送 至机械手抓取苹果工位。2.2去皮机的设计为提高生产效率并使成本增幅尽量减小，采用结构简单的机械手
7、自动上料，双向转盘完 成苹果上料、削皮工位转换。根据加工品形状特征，苹果削皮采用苹果自转仿形道具径向移 动的方式。2.2.1去皮机机构及工作原理其中供料机械手采用三爪气缸式可自动对心将苹果对中地插在插针6上。各爪内侧采 用三角形槽面可靠地夹取苹果防止脱落。机域手爪结构圈I *（就 2 导歼 3SttF 4乔爪机械手结构如图1所示气缸推杆的运动决定手爪的运动规律，滑杆3与手爪4形成滑动 幅当推杆做伸运动时，滑杆上滑，手爪张开苹果脱离；缩运动时，手爪闭合，抓取苹果。5图2 整机示意图1一料L械愕3一将司导轨4一电噩妹5气忒6草果插科7郑裁托罔耳一据井9伪彬刀具去皮机主要由供料机械手、苹果工位转换转
8、台、刀具驱动装置三个主要部分组成，如 图2所示去皮机工作的前提是为其提供一供料装置，该供料装置应使苹果均以苹果梗向上 或向下的状态停在固定位置，以供机械手夹取苹果。去皮机工作流程图如图3所示 机械臂、 转台、插针以及摇臂的旋转均采用步进电动机驱动传动；系统采用齿轮传动；卸载托圈在导 轨上的滑动采用步进电动机驱动，利用丝杠将电动机旋转动力转化为托圈的直线运动。该机 中各运动部件的极限及关键位置均设置限位开关，用以控制各运动部件在关键位置的启动与 停止。图3去皮机工作流程图2.2.2去皮仿形道具设计图仿形刀观结构图好部拘竹 4仁修一该刀具设计图如图4所示。为便于观察，将其外部构件半剖并设为透明显示
9、。其刀刃采 用锯齿状设计，使其容易切穿果皮；其外部构件保证其刀刃切入深度保持在一定限度内，防 止过分削皮乃至浪费了果肉部分。其刀具座上以及刀具上均有卡槽，可用卡环将刀片固定于 刀座上。而刀座插入外部构件的圆形孔内，并以螺丝固定，刀具的外部构件尾部设有方形孔 此方形孔用以仿形刀电磁铁衔铁的插入并固定。切削苹果时，以弹簧绷紧刀具贴于苹果表面 达到仿形加工的目的；非切削时电磁铁通电将衔铁吸起，仿形刀具可参考家用水果削皮机的刀具，并在尺寸外部构件及刀具形状上有所改进。该刀具结构简单巧妙，经济实用。2.2.3系统的实用性分析机械手拥有较大的操作空间和高度的运动冗余性，具有广阔的应用前景。很多大型制造 业
10、使用的机械手产品多来自于日本和欧美的一些制造业大国。这些企业生产的机械手价格高 昂，国内的大多数中小型企业难以承担，目前我国的加工制造业还基本处于半自动化状态本 设计研制的机械手经济实用，结构简单，对中精度较高，非常适合中小型加工企业，另外它 的动作由气缸驱动，气缸又由相应的电磁阀控制，控制系统使用，可使整体体积小、可靠性 高、故障率低、动作精度高，对于质量较小的水果，也可以直接采用手抓气缸进行抓取选用 时应综合考虑成本及产品特征。该设计只是针对苹果去皮工艺设计的工位结构，若考虑后续的切块过程，可在转台上增 加2个工位 转台每次旋转900第1工位:苹果插针；第2工位:方向加工去皮；第3工位:切
11、 块；第4工位：苹果核剥离。其转动角度完全可以通过PLC控制步进电机来实现，该部分具 有很大的灵活性。3总结通过对苹果去皮机工作原理的精确分析以及各部件的理论设计，确定了全自动苹果去皮 机的整体设计方案 首次将苹果去皮机推向全自动无人监管形式，更好地提高了生产效率避 免了工伤事故的发生，从某种程度上缓解了企业的研发及创新能力薄弱，技术落后的现状。4.参考文献1 杨光育，田林.电子产品CAPP系统的研究与开发J.电子工艺技术，2006,2 孔繁霁.利用CAPP技术提高企业的工艺管理水平J.航空科学技术，20033 范志新.液晶器件工艺基础M.北京：邮电大学出版社，2000.4 张启运.钎焊手册M.北京:机械工业出版社，1999.5 王文斌.机械设计手册M.北京:机械工业出版社，2004.
