宽皮柑橘成套剥皮设备的研究

发布时间：2020-07-06 07:31

【摘要】：目前,对于柑橘在自动剥皮方面国内尚没有成熟可靠的机械设备。现有机械装置大都属于随机划皮,利用高转速的带刺辊轮在柑橘表皮处,割出多道划痕,由于果皮含水率高、韧性低,不易成片剥离;而且果肉柔嫩,易造成机械损伤,这些都增大了机械去皮的难度,导致国内外现有柑橘剥皮设备普遍具有果皮剥净率不高以及较高的果肉损伤率等问题。本文目的在于为柑橘自动剥皮加工流水线提供新的方法,为解决目前柑橘深加工存在的难题提供参考,为促进柑橘加工业,减少人工加工成本,提高我国柑橘在各国市场上的占有份额,柑橘加工业的可持续发展具有重大的现实意义。本文研究的是一种宽皮柑橘成套剥皮设备,主要的研究内容和方法包括:1)柑橘剥皮机机构设计对剥皮机的剥皮性能有重要的影响,根据柑橘物料特性,结合现有剥皮机的结构特征,分析确定了在柑橘剥皮机设计时需要考虑物理特性以及设计要求,通过对现有的柑橘剥皮试验平台进行改进,设计优化一台柑橘成套剥皮设备。2)对整机及关键部件进行可行性分析,确定整机初步方案。运用Solid works绘制各机构的三维图,确定一系列参数,根据设计的基本要求与基本原则及设计原理,确定机构结构参数,并对机构进行理论分析,机械工程问题优化设计及运动受力分析的关键,确定环割、去顶和翻皮机构的结构参数以及整体设备的传动稳定性,确定最适宜的机构参数,使得部件合理、性能佳。3)根据设计要求以及控制原理,同时根据输入输出端口的需求数目,选择欧姆龙PLC控制器,型号为CP1H-EX系列。硬件部分主要完成PLC接线电路、驱动和伺服电机接线电路、电源接线电路等设计,并对相关部件进行选型。4)通过剥皮效果试验得出:该样机在柑橘剥皮试验时,环割率均值为97.6%,损伤率5%;去顶刀具箱一次去顶率为50%,对辊-二次去顶率93%;平均翻皮率为73.8%,而平均损伤率为12%;针对试验效果出现的损伤问题,其主要原因是柑橘大小尺寸差超过所设计的适应范围。柑橘剥皮机试验过程中运行正常,验证了柑橘剥皮机结构及控制系统的可行性。通过原有搭建的试验平台为基础,优化设计了成套自动剥皮设备,通过试验证实了其合理性。根据整机设计自适应性,优化刀具,需增加刀具等级以及增加分级工序,为样机改进以及工业化生产提供了参数及实际可靠依据。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S226.4
【图文】：

柑橘,环割,对辊

图 2-1 柑橘剥皮工艺Fig.2-1 Citrus peel technology2.3.1 环割传统剥皮方式中，大部分采用随机划皮、破壳方式。经前期研究，试验分析表明，不同剥皮方向对柑橘果皮分离特性的影响显著，轴向相比径向剥皮的果皮剥离长度长约 15%，因而轴向剥皮更有利于果皮分离，故提出一种定向割皮方式，在柑橘赤道面环割一圈，将整个果皮分割成上下两部分，使剥皮起始方向有利于朝轴向剥皮。环割长度以及环割位置直接影响翻皮及对辊效果。2.3.2 去顶柑橘果顶位置的橘皮相对于其他位置坚硬，有着较为紧密的橘络，因而橘皮与橘瓣之间的黏附力较大，在后续的对辊剥皮工序中，紧靠对辊的夹持力难以去除，且易造成果肉夹伤。因此，经试验研究，提出需要增加去顶环节，提高剥净率以及降低果肉损伤率。而去除顶部果梗，关键在于刀具的形状设计、刀片数量

柑橘,样机,环割

根据设计目的和要求，针对宽皮柑橘的个体大小、形状的差异，结合前期柑橘剥皮试验平台效果，参照已有剥皮设备确定合理的设计方案，运用 SolidWorks三维软件进行整机三维建模以及根据工程图纸制造出的试验样机，如图2-2所示。样机主要由输送机构、环割去顶刀具箱、翻皮装置以及后续对辊剥皮机四个部分组成。四个部分采用独立动力系统，分别驱动各个部分运转。各个运动部件，可通过变频器等进行单独调节。其传动机构主要包括：输送平台的动力传输、去顶、环割刀具箱的动力传输，翻皮机构动力输送以及对辊机动力输送。柑橘经上料置托板上，经过凸轮分割器输送机构间歇传送至环割去顶刀具箱正下方；刀具箱经伺服电机驱动，进行环割及去顶作业；托板运送至翻皮机构下方，经气缸驱动推杆进行翻皮作业后，柑橘在对辊剥皮区域完成剥皮过程，离开设备。样机具体形式如图 2-2 所示，主要技术参数如表 2-1 所示。1-输送机构 2-环割去顶刀具箱 3-翻皮装置 4-对辊剥皮机图 2-2 柑橘剥皮设备样机Fig.2-2 C

环割,正表,滑切角

a-顶部 b-底部 h—刀刃竖直高度 α-滑切角图 3-4 环割刀正表面Fig.3-4 Positive surface of ring cutter片相对运动下的法向速度；片相对运动下的切向速度；采用的是定刀，压盘带动柑橘旋转，因正常切割，导致切割不整齐，因而在切且适当增大刀刃滑切角，利于切割，同合适的滑切角，样机刀片滑切角选取 1化分橘络紧实，利用对辊直接去除较为困刀切法、旋转割刀法。

【参考文献】