刘艳明

（宿州职业技术学院机电工程系安徽·宿州234101）

全自动椰子去壳绞丝设备的研制

刘艳明

（宿州职业技术学院机电工程系安徽·宿州234101）

基于对椰子的几何、物理机械特性的研究，设计、试制了一种剖开绞丝式椰子去壳机，实现椰子的机械剥壳。椰肉的绞丝损耗率不大于3%。所研制的自动椰子去壳绞丝机，综合性能优、可靠性高、适应性强，操作简易，调节方便，提高生产效率的同时减少人员伤残事故的发生。

椰子 绞丝 伺服电机

椰子是一种重要的热带经济作物,全身都有利用开发价值。对成熟的椰子进行深加工,主要包括两方面的处理过程,一是机械加工部分,即剥衣、去壳、绞丝、榨汁等；二是生物工程技术处理部分,比如椰子水发酵后制作食用纤维。绞丝是椰子榨汁前必需的工序,本设计中的椰子自动去壳绞丝生产线,对降低椰子深加工产业的生产成本,提高椰子深加工产业生产效率,改善生产环境,提高椰子产品附加值,都具有重要意义。本生产线的另一大特色是将椰壳一切为二后保留下来,可用作工艺品初级材料,从而进一步提高椰子产品深加工附加值。

一、工作原理

先把椰子从中间切开,然后把两半椰子拉开一定距离,进入下道工序,此时有两把椰丝刀从切开的面进入,对椰肉进行刮切,把两个半块椰子刮切完毕后机器就完成工作。为提高该设备的生产效率,设备采用了六个生产工位循环工作,这六个生产工位装在输送链上,作腰圆形轨迹运动,这些工位上的零部件,在PLC和伺服电机的共同作用下,柔性机械手夹持着椰子完成直线运动,椰丝刀完成自身旋转和X、Y进给运动,该工位的工作内容完成后运行到下一工位。第一道工位主要是用柔性机械手夹持椰子,第二道工位对椰子进行剖分,第三道工位对椰肉进行刮削,第四道工位松放椰壳。在第二道和第三道工位处都有旋转刀具,分别对椰子进行剖分和刮削（见图Ⅰ）。

图Ⅰ 工作过程简图

二、上料机构

通过上料机构把大小不等的椰子1准确地送至柔性机械手的夹持范围。在上料前,调整支架4和滑轨8之间的相对位置,使上下夹持臂的中心和柔性机械手的中心等高,然后通过手摇或伺服电机（可选配）,打开上下夹持臂2和3,通过人工或上料机械手（可选配）把椰子放到上下夹持臂的中间,然后摇动手柄5,带动凸轮6旋转,使上下夹持臂在拉簧5的作用下夹持住椰子,由于上下夹持臂是同时往椰子中心运动,因而无论椰子大小,椰子的中心与柔性机械手的中心始终等高,此时通过人工或电机推动滑轨8（可选配）,把椰子送入左右柔性机械手的中间（见图Ⅱ）。

图Ⅱ

三、柔性机械手机构

在本设计中采用了柔性机械手,它的工作原理是,在圆周方向有三个夹持臂4,圆锥推座2在气缸1的带动下控制夹持臂的开合,在传感器的检测下,当有椰子进入机械手的夹持工位时,PLC传递指令给电磁阀,使气缸带动圆锥推座2朝前运动,夹持臂4在其作用下,开始朝中间合拢,夹紧椰子。如果气缸1做退回运动,夹持臂在复位弹簧5的拉力下,松开椰子。它的创新之处在于两个方面,第一,柔性机械手在圆周方向有三个爪组成,使用同一动力,而每个爪的动作可以独立运动,当其中的一个爪被椰子挡住时,另外两个爪可以继续动作,直到抓住不规则的椰子。第二,柔性机械手的前部由机械机构组成,后部的动力由气动系统提供,这样既可以保证动作的柔和,又可以保证大小椰子所需要的行程。（见图Ⅲ）

图Ⅲ

四、分切机构

当左右机械手夹持住椰子2后,在输送链的驱动下,运行到下一工位即分切工位,锯片刀5由电机带动自转,同时由伺服电机带动锯片刀5和电机上下移动,当切刀朝上移动时,把椰子2从中切开,从而完成分切动作（见图Ⅳ）。

图Ⅳ

五、绞丝机构

当分切完成后,椰子在输送带6的带动下,进入绞丝工位,同时柔性机械手5在槽型凸轮10的作用下,两半的椰子拉开一定的距离,椰丝刀3在电机1的带动下高速旋转（1440n/min）,同时电机1在电机固定架2的带动下,沿X轴和Y轴进给,而电机固定架2的X、Y轴的运动,其动力来自于X轴伺服电机和Y轴伺服电机（图中未标出）,此时柔性机械手5夹持着椰子4,以支座7为支撑,在伺服电机11（直线型）推动下,沿Z轴方向运动,即把椰子2送向旋转的椰丝刀,椰肉在椰丝刀的作用下,变成椰丝落入椰丝槽13,并由之导出,以上动作是两侧同时进行。柔性机械手5的中心轴与椰丝刀的中心是重合的,当椰子和椰丝刀接触时,椰丝刀首先切除的是椰子的中心部位,当椰丝刀进入椰肉的一定深度后,椰丝刀在X轴伺服电机和Y轴伺服电机带动下,开始做圆周运动,以后的圆周运动总比前一次的圆周运动的直径要大,直至椰子的外壳,当椰丝刀碰到椰子的外壳时,由于椰子的壳较硬,会发出较大的噪音,噪音传感器12会被触发,PLC接到信号并给X、Y轴伺服电机发出指令,停止做圆周运动,同时PLC也给伺服电机11发出指令,沿z轴方向继续运动,运动的距离即一个椰丝刀刃区的长度,然后椰丝刀继续做由小到大的圆周运动,如此做循环运动,直至伺服电机11沿Z轴朝前进给,听到较大噪音时,说明椰肉被切削干净,即完成了一个椰子的绞丝过程。究其原理,就如机械制造行业中的加工中心在加工一个球面一样,通过X、Y、Z伺服电机三轴联动,来完成半个球面的加工。（见图Ⅴ）

图Ⅴ

六、椰壳脱离

从绞丝工位运动至椰壳脱离工位,圆锥推座2在气缸3的带动下,朝后运动,夹持臂1在复位弹簧6的作用下,朝上运动,此时,椰子7从柔性机械手脱离,落入椰壳槽5,由此导出。（见图Ⅵ）

图Ⅵ

七、主要参数与性能指标

每小时对椰子处理量：220～240公斤；设备消耗功率：4.5KW；设备耗气量：45L/min；压缩空气压力：0.5～0.6MPa；整机外形尺寸（长X宽X高）：3060X2200X1770（mm）；整机照片见图Ⅶ

图Ⅶ

[1]肖红，易美华.椰子的开发利用[J].海南大学学报（自然科学版），2003，6（2）：183-189.

[2]赵松林.椰子综合加工技术[M].北京：中国农业出版社，2007.

[3]肖仁鹏，马鑫，樊军庆.椰子自动剥衣机的设计【J】.食品与机械，2012，28（1）：142-143.

[4]陈秀文，谢俊夫，陈和贤.椰子剥壳机构之研制[J].农业机械学刊，2006，9（3）：23-32.

[5]尚江坤，张燕.椰子剥衣机研制的现状及展望【J】.安徽农业科学，2012，40（6）：3803-3805.

[6]夏秋玲，李瑞，等.椰子的利用价值及综合加工技术[J].中国热带农业，2007（3）：37-38.

TH 122

A

1009-8534（2014）04-0087-03

2014-04-16

刘艳明（1968—）,男,安徽宿州人,宿州职业技术学院副研究员。研究方向：机电一体化。