立式菠萝削皮机结构设计

立式菠萝削皮机结构设计

许涛，程常文，刘珮熠

（海南大学机电工程学院，海南 海口，570228）

摘要：为了提高菠萝削皮机的自动化程度和生产效率，设计了一种立式菠萝削皮机。该设计由传动带进行送料; 采用仿形夹具对菠萝进行定位; 由固定爪和定位套将菠萝夹紧;菠萝的切削由浮动式刀架来完成;该菠萝削皮机结构简单，易于维护，可大大提高菠萝削皮效

[1]率。

关键词： 菠萝削皮机; 定位机构; 夹紧机构; 浮动刀具

菠萝是海南常见水果之一，菠萝含有丰富的营养物质,具有很高的营养价值。生产上传统削除菠萝皮的方法是手工削除,效率低、费工时、劳动强度大,还不能保证削皮质量。随着社会进步和经济发展，传统的手工削皮难以满足社会需求，果实脱皮机械越来越广泛的投入到生产当中，将劳动力从生产中解放。目前，菠萝的削皮还是以人工操作为主，手工剥除菠萝皮效率低，危险性大，工人伤手事件不断发生，严重影响到工人的人身安全;。菠萝脱皮机械化将会是时代发展潮流。本文将介绍一种简单高效，工作可靠的菠萝削皮机。以往的机器一次去皮往往去皮不够彻底，本机器经过两次去皮可将皮彻底去除。

1 基本结构和工作原理

菠萝去皮机整体结构如图一所示

图一 整体结构示意图

1— 电动机；2—锥齿轮：3—主轴；4—支架；5—菠萝；6—刀具及电机；7—固定爪； 8—气缸；9—丝杆；10、13—车刀；11—导向杆；12—夹持爪

根据菠萝削皮机必须执行的工艺过程，可设计为由送料、定位、去皮、去顶、出料等共5个部分组成。上料时人工用手将菠萝放在夹持手之间，尽量保证菠萝与两卡爪盘同轴。上卡爪盘由气缸控制上下运动来夹紧菠萝，并且上卡爪盘由电机驱动旋转带动菠萝转动，菠萝削皮机由机架、升降台、浮动刀具、丝杆、导向杆、夹持装置、上下卡爪、刀杆及刀体等组成， 作者简介：许涛（1995—），男，江西抚州人，13级机电学院机械制造及其自动化专业学生，学号[1**********]043,2013到2014年三好学生，2013到2014获一等奖学金，2015海口国际武术大赛60kg散打第一名，现任海大武术协会会长。

带有削皮刀的刀具通过铰链与升降台连接，并随着升降台上下运动。浮动刀具可根据菠萝表面的形状自动调节弹簧力大小，从而实现自动仿形。导向杆用来限制升降台的运动方向为上下方向。上下卡爪起到夹持菠萝的作用: 上卡爪安装在手动夹持装置上，并能绕着夹持杆的轴心转动，手动控制力的大小将菠萝夹持紧; 下卡爪安装在与带轮同一根轴的轴上，起到带动菠萝旋转的作用，丝杆的正反向旋转控制升降台的上下运动，在上下运动的过程都能进行削皮，提高了削皮效率。当一次削皮完成时，由夹持手机构夹持菠萝并通过平行的两把削刀将顶端果皮切除，上削刀与上爪盘由同一液压系统实现动作，保证上爪盘与上削刀在同一高度上，夹持机构带动菠萝经过固定的削刀，实现二次彻底去皮。同时下一个菠萝进入工作位置等待去皮。 [2]

2 主要部件设计

2.1卡爪盘

采用气缸伸缩将菠萝夹紧，由于菠萝刚度有限必须在保证不把果体夹坏的前提下，还能夹紧果体，使其在随轴旋转的时候不脱落。其中旋转速度关系到削皮的效率，越大切削效率越高，但是由于菠萝的不规则性，存在惯性力大小不同，故速度应控制在一个最佳范围，保

[3]证菠萝被卡爪机构稳固夹持。卡爪盘结构如图二所示

图二 卡爪盘

2.2夹持爪机构

当一次削皮完成时，夹持爪会将菠萝抓住，上下两卡爪放开菠萝，再由上下平行的两把削刀将顶端瓜皮切除。将菠萝近似为圆柱体，设菠萝半径为R，夹持块水平方向的反作用力为F1，摩擦系数为μ，垂直向上的摩擦力为f1，菠萝重为G

。夹持块的受力情况如图三

图三 夹持块受力分析

取夹持爪张角为120°，由平衡条件可得：F1=2f1cos30°。为减轻夹持装置重量，夹持块采用塑料材质，与菠萝接触的一侧贴上橡胶，用以增大与菠萝之间的摩擦力，削皮完成的菠萝表面呈凹凸相间的螺纹状，取与橡胶接触相近材料之间的摩擦系数μ=0.6，得：

F1=2G cos30°/(4μ)

菠萝的重量范围在1~3kg，为了保证夹持的可靠性，取G=40N，则F1=26.87N，即当F1≥26.87N时能保证菠萝不会脱落。通过试验表明，菠萝短轴径方向的压缩量为2~4mm时不会压坏果体，

[4]可以使用该压力进行夹持。

设计夹持机构时考虑到要有足够的夹持力和夹持位置的精度，由于实际工作时哈密瓜的直径大小不一，采用单支点回转型夹持机构来夹持将会引起哈密瓜轴心的偏移量Δ (夹持误

[5]差)，使得夹持哈密瓜的位置精度降低。故采用双支点回转型夹持机构以提高夹持精度，

2.3去顶机构

去顶时通过夹持爪带动菠萝通过上下两把平行的削刀实现二次去皮 (如图四)，削刀与上爪盘由同一液压系统控制动作，使削刀与上爪盘在竖直方向运动距离相等，其中关键是要解决菠萝的长轴直径大小不一问题，由于菠萝的果皮的残留量L0(图中剖面线部分) 是定量，可将削刀与托盘之间的间隙刚好调整为L0，实现上下削刀之间距离H的变化，可以切

[6]削不同大小的菠萝。托盘中心设计成凹槽，表面贴有软橡胶，利于削皮时菠萝的稳定性。

凹槽底部安装接触开关，当开关随运动的托盘正好接触到菠萝时，停止动力输入，夹持爪带动菠萝转动通过固定的上下削刀后将剩下的端部的皮去除。

图四 去顶机构简图

1—下托盘 ；2—下削刀； 3—菠萝； 4—夹持手；5—上削刀； 6—上托盘； 7—接触开关 菠萝的肉质强度不高，对削刀的强度要求不高，故削刀厚度为2mm，刃角为15°(如图五)，

图五 削刀

削刀切角与削刀运动方向呈一定夹角有利于削皮，增大角度能提高切削质量，但是为了保证

[7]滑切性能，要求角度小于45°，故选择30°的滑切角。削刀的宽度应保证完全将残留的

果皮切去，取其长度200mm即能满足要求。

3 工作参数

功率：0.8kw

电压：220v

生产能力：6~8个/分

外形尺寸：700*800*1800（mm）

4 结语

文中从应用的角度出发，开发了立式菠萝削皮机系统，瓜果削皮机主要用于菠萝削皮，同时也可用于于木瓜、芋头、哈密瓜、冬瓜、柚子等小型瓜类削皮，效率高，安全可靠，削皮厚薄可调，方便。刀组上下循环削切。去皮率达到95%以上。削皮刀架特殊设计 ，可使瓜皮定向排出，方便收集清理。机器拆洗方便，使用时操作简单，安全卫生，适合餐饮行业，饭堂，食品加工厂使用。该装置在低机器成本的情况下实现半自动化生产，符合我国农业机械化生产的基本国情，达到人工与机器的完美契合，具有很强的生命力; 采用夹套的设计思想方便了菠萝的定位，解决了不规则实体的定位与夹紧问题。这种设计方式优于传统的横向定位与夹紧形式，它不会因为菠萝的自重造成其有所损坏。若该系统配备一定的光电控制系统，可实现无人化操作，提高生产效率，降低事故发生率，未来将在我国类似蔬果加工中具有良好的发展前景。

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[7] 张晋西，郭学琴．Solid Works 及 COSMOSMotion 机械仿真设计［M］．北京: 清华大学出版社，2007． Structure Design of Vertical Pineapple Peeling Machine

Xu Tao Cheng Changwen Liu Peiyi

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Hainan University, Haikou, 570228)

Abstract: In order to improve the pineapple peeling machine automation and production efficiency, a vertical pineapple peeling machine design. The design by the belt feeding; the localization of Pineapple by copying fixture; by the fixed claw and a positioning sleeve pineapple clamping; pineapple cutting is accomplished by the floating cutter; the pineapple peeling machine has the advantages of simple structure, easy maintenance, greatly improve the efficiency of pineapple peel.

Keywords: Pineapple peeling machine; positioning mechanism; clamping mechanism; floating tool