一种铣削式荸荠去皮机的制作方法

本发明涉及荸荠去皮设备技术领域，具体涉及一种铣削式荸荠去皮机。

背景技术：

荸荠去皮技术是影响荸荠产品经济价值差异的主要原因之一。针对荸荠机械去皮，目前国内外的主要方式为摩擦式和切削式。摩擦式去皮是利用荸荠与机械部件之间产生的动态摩擦接触以及荸荠之间的碰撞来使得荸荠表皮剥落。中国专利授权公告号为cn104473305a发明专利提出了一种摩擦式荸荠去皮机，将荸荠放置于桶体内，启动电机，通过带传动将动力输送至传动轴，带动桶体中的荸荠旋转，在径向安装有多排搅拌棒组的搅拌装置的搅拌和离心力的共同作用下，荸荠与摩擦圆桶、荸荠与荸荠间发生不断的摩擦，使得荸荠的表皮被磨损掉。该设计虽然可以对荸荠批量去皮，有效提高了生产率，但也存在着果肉损失率大或因荸荠形状不规则，表面凹凸不平导致的表皮除不尽的问题。

切削式去皮是利用刀具与果蔬间的速度差进行去皮。中国专利授权公告号为cn2935836y实用新型专利提出了一种荸荠削皮机。通过电机带动拨盘式工作台转动，在刀刃方向与工作台转动方向相对的切削刀片的作用下将位于工作台上限位孔的荸荠的上下面表皮去除。去除完上下面的荸荠通过荸荠输送通道落入工作台下方的侧面削皮工作室。通过上下面限位装置固定、下方旋转削皮刀的作用下，荸荠被削去侧面表皮。该设计采用侧面切削和上下两面切削组合的结构，可以单独对荸荠侧面进行去皮，同时与上下面切削组合使用，结构较紧凑，去皮效率高。但在加工过程中无法针对荸荠个体差异进行调整，去皮效果不佳，果肉损失率较高。因此，现有的荸荠去皮机均存在着去皮损失率高、去净率低等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种铣削式荸荠去皮机，该去皮机的铣削刀具能适应荸荠的外形特性，实现较低的去皮损失及较高的去净率；并可以在一个去皮单体中同时完成对一个荸荠的顶芽、侧面、底面铣削去皮，去皮效率大大提高。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种铣削式荸荠去皮机，包括前后对称、左右对称的多个集成去皮装置，该集成去皮装置由左右对称的铣削部分与中间的传动部分组成，每一个铣削部分包括多组去皮单体，其中相邻两组去皮单体之间公用一个传动区；

所述去皮单体包括去皮壳体以及安装在去皮壳体内部的底面削刀、平刀和侧面削刀，侧面削刀的刀片呈弧形，与之连接的刀柄长度为荸荠横径半径变化最大值，刀座与刀柄通过卡扣连接，用于在所述刀座内具有的弹簧作用下实现刀柄在刀座中前后移动；

传动部分包括通过花键孔轴和花键轴连接的多个纵向锥齿轮和横向锥齿轮，每一个纵向锥齿轮与两个横向锥齿轮相啮合并带动传动区锥齿轮轴转动，用于在荸荠去皮过程中使得固定荸荠的上插针与下插针同向同速旋转。

可选的，还包括整机机架，该整机机架分为上下两层，上层居中位置安装集成去皮装置，位于集成去皮装置一侧安装有传动链轮和传动带轮，下层安装有电动机和t型转向器，所述电动机与t型转向器通过联轴器连接，所述传动带轮与锥齿轮动力输出轴通过键连接，所述锥齿轮动力输出轴与花键轴通过锥齿轮啮合，传动链轮通过链传动使左右两边的集成去皮装置具有相同的动力输入。

可选的，所述传动区包括插针锥齿轮轴、插针弹簧、位于同一直线上的上插针与下插针，其中，所述上插针通过插针弹簧提供的预压力与插针轴连接，所述下插针与下一传动区的插针锥齿轮轴连接；所述上插针与上一传动区的插针锥齿轮轴间装有插针弹簧，所述插针弹簧的弹力使上插针插入荸荠顶部，并在去皮前，使上插针上移，留出放置空间。

可选的，所述集成去皮装置顶端具有水流输入口，该水流输入口上设置有保护盖，通过水流输入口向集成去皮装置内输入水流用以向下冲洗荸荠皮和杂质。

进一步的，所述整机机架的下层在位于所述集成去皮装置下方设置有集渣槽，用于收集从去皮单体的镂空部分下落的荸荠皮和杂质。

由上，本发明的铣削式荸荠去皮机至少具有如下效果：

其一，本发明采用平刀去顶芽，侧面削刀去侧面表皮，底面削刀去底面表皮的工艺。与摩擦式去皮机相比，去净率更高，表面光滑，满足食用需求，且可采用增加去皮单体的方法，提高去皮效率。在电动机动力输入下，通过齿轮传动机构，实现在一个工步内完成对荸荠顶芽、侧面、底面的去皮，同时根据荸荠外形尺寸特征进行设计的底面削刀的铣削作用，能够在保证将皮去净的前提下，减少果肉的损失。

其二，本发明的铣削式荸荠去皮机采用前后左右对称的方式集成多个去皮单体，整体结构美观简洁，可同时对多个荸荠进行去皮，工作效率高。

其三，本发明的铣削式荸荠去皮机通过锥齿轮传动，整机传动稳定可靠，可实现传动的多次转向。

其四，竖直方向相邻的两个去皮单体的下插针与上插针通过同一根传动轴传动，使整体的传动系统简化。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本发明铣削式荸荠去皮机的整体结构示意图；

图2为本发明集成去皮装置的结构正视图；

图3为本发明带轮输出部分局部剖视图；

图4为本发明去皮单体的结构正视图；

图5为本发明去皮单体的结构侧视图；

图6为本发明侧面削刀连接部位放大示意图；

图7为本发明荸荠的测量参数示意图；

图8为本发明荸荠外形尺寸拟合图；

图9为本发明转速对去皮损失率与去净率的影响；

图10为本发明不同底面削刀布置倾角下的去皮损失和去净率柱形图；

图11为本发明不同底面削刀长度下的去皮损失和去净率柱形图；

图12为本发明不同侧面削刀对去皮损失和去净率影响。

附图标记：1—整机机架；2—电动机；3—传动链轮；4—集成去皮装置；5—传动带轮；6—集渣槽；7—t型转向器；8—横向锥齿轮轴；9—传动区；901—插针锥齿轮轴；902—插针弹簧；903—上插针；904—下插针；905—传动区锥齿轮轴；10—去皮区；1001—去皮壳体；1002—底面削刀；1003—侧面削刀；1004—刀柄；1005—刀座；1006—弹簧；1007—去皮区侧门；1008—轨道；1009—刀座轨道；1010-平刀；11—花键孔轴；12—花键轴；13—水流输入口；14—锥齿轮动力输出轴；15—键；16—纵向锥齿轮；17—横向锥齿轮。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

实施例1。本发明实施例提供的铣削式荸荠去皮机，如图1-6所示，包括整机机架1，整机机架1下层设有电动机2、t型转向器7，整机机架1上层设有四个集成去皮装置4、传动链轮3和传动带轮5。电动机2与t型转向器7通过联轴器连接，t型转向器7与传动带轮5之间通过带传动传递动力。传动带轮5与锥齿轮动力输出轴14通过键15连接，锥齿轮动力输出轴14与花键轴12通过锥齿轮啮合，这样，电动机2的动力就传到花键轴12上。传动链轮3通过链传动使左右两边的集成去皮装置4有相同的动力输入。

由图2所示，本发明的集成去皮装置4由左右对称的铣削部分与中间的传动部分组成。每一个铣削部分包括三组去皮单体，其中相邻两组去皮单体之间公用一个传动区9，中间传动部分包括四个纵向锥齿轮16，这四个纵向锥齿轮16之间通过花键孔轴11和花键轴12连接，每一个纵向锥齿轮16都与两个横向锥齿轮17相啮合。这四个纵向锥齿轮16与八个横向锥齿轮17构成了一个集成去皮装置4的传动部分，它们相互啮合并带动传动区锥齿轮轴905转动，最终保证上插针903与下插针904同向同速旋转。一个集成去皮装置4即可保证至多六个荸荠同时完成铣削去皮。

由图4-图6所示，本发明的去皮单体由去皮区10和与其相邻的两个传动区9组成。

去皮区10包括：去皮壳体1001、底面削刀1002、平刀1010和侧面削刀1003，底面削刀1002、平刀1010和侧面削刀1003均安装在去皮壳体1001内部，侧面削刀1003的刀片呈弧形，根据上述荸荠外形尺寸特性拟合曲线设计。与之相连的刀柄1004长度为荸荠横径半径变化最大值。刀座1005与刀柄1004采用卡扣连接的方式，即刀柄1004的末端与刀座1005的入口处均有环形突起，在安装时，由于刀柄1004具有一定弹性，对其末端施加力即可使之卡入刀座1005内部。这种连接方式使得刀柄1004装配与拆卸方便且与刀座1005的连接更加可靠。刀柄1004通过刀座1005上的凸台即刀座轨道1009可以在刀座1005中前后移动。弹簧1006套在刀座轨道1009上。弹簧1006由于预紧压力的存在，将为刀柄1004施加压力，确保侧面削刀1003可靠地贴合在荸荠表面。去皮区侧门1007可通过去皮壳体1001上预留的轨道1008上下移动，去皮区侧门1007由于重力作用下常处于轨道1008最下端。

传动区9包括：插针锥齿轮轴901、插针弹簧902、位于同一直线上的上插针903与下插针904，其中上插针903通过插针弹簧902提供的预压力与插针轴连接，下插针904与下一传动区的插针锥齿轮轴901连接。上插针903与上一传动区的插针锥齿轮轴901间装有插针弹簧902，插针弹簧902的弹力可使上插针903插入荸荠顶部，并在去皮前，使上插针903上移，留出放置空间。

上述铣削式荸荠去皮机的工作过程如下：工作时，由操作人员手动抬起去皮区侧门1007与上插针903，将荸荠竖直放入去皮单体内，底部插入下插针904固定，上插针903插入荸荠顶部。接通电源，电动机2将动力传递至t型转向器7，t型转向器7通过传动带轮5带动右侧集成去皮装置4的输入轴，同轴设置的传动链轮3通过链条带动左侧的集成去皮装置4的输入轴转动，使四个集成去皮装置4的动力输入相同。集成去皮装置4的中间传动部分通过横向锥齿轮轴8带动左右两边各去皮单体的传动区锥齿轮轴905转动，传动区锥齿轮轴905通过与插针锥齿轮轴901啮合，带动各去皮单体的上插针903与下插针904旋转，同一单体的上插针903与下插针904作用于同一荸荠，带动荸荠旋转，与平刀1010、侧面布置的侧面削刀1003和底面布置的底面削刀1002接触，将荸荠皮去除，去皮工艺结束，操作人员手动抬起去皮区侧门1007与上插针903，取出去皮单体内的荸荠。最后，打开水流输入口13上端保护盖，在顶部接入的水流冲洗下，去除的荸荠皮和其他杂质，通过去皮单体的镂空部分下落至去集成皮装置4下方的集渣槽6中。

实施例2。本发明为确定试验刀具的因素与水平，对荸荠的外形特征进行测量与建模。试验中所用的荸荠为湖北本地孝感荸荠。对100个随机大小的荸荠进行测量，测量参数如图7所示。

以荸荠中总高中心为ox轴，横径中心为oy轴，测得一定横径下对应的上下部分高度值分别为y1，y2，利用matlab拟合得到荸荠外轮廓拟合曲线如图8所示。可见底部凹陷部分、顶芽部分呈现锥面，且顶芽部分锥角较小，几乎接近平面。由于顶芽较深，直接用平刀去顶芽，底部锥角较大，采用倾斜的底面削刀去除底部，侧面采用圆弧状的侧面削刀。弧直径为测得荸荠横径均值42.75mm。

测得荸荠侧高在18mm～22mm，试验中取23mm、25mm、27mm；底高范围在2mm～4mm，均值为2.975mm，底宽在26mm～30mm，均值为26.39mm，则底面削刀与竖直方向的夹角γ：

底面削刀长度d：

试验中取γ分别为72°、77°、82°，d取13mm、14mm、15mm。转速n对去皮影响较大，过快会造成荸荠崩裂，损失率高、去净率低，过慢既会影响效率又会影响去皮表面光滑度，取30r/min、40r/min、50r/min。从而得到试验因素水平表如表1所示。

表1去皮试验因素水平表

1、去皮试验方法

采用单因素试验，在其它因素一定条件下，改变荸荠转速，确定最优转速；再以此转速，对底面削刀倾角的各水平进行试验，确定最优的底面倾角与削刀的长度；在荸荠转速、底面削刀倾角与长度确定的条件下，对侧面削刀弦长的各水平进行试验，最终得到去皮刀具的最优参数组合。试验中采集去皮损失率与去净率，分析各因素对上述两个指标的影响，确定各因素的最佳水平。

去皮损失率采用以下公式计算：

式(1)中，m1为去皮损失，％；w1是实验前荸荠的重量，g；w2是实验后荸荠的重量，g。为防止荸荠去皮后水分损失过快，故去皮后要立即用电子秤称重。

去净率采用以下公式来计算：

式(2)中，m2是去净率，％；s1为试验前荸荠表皮面积，mm²；s2为试验后荸荠表皮面积，mm²。

采用拓印法测量去净率，将试纸覆盖在荸荠表面，用签字笔在试纸上拓出区域形状和剩余的果皮形状，再将纸上的图形网格化，得到面积值，从而计算出剩余皮的比例。

2、结果与分析

2.1荸荠转速对去皮损失率与去净率的影响

采用长度14mm、倾角77°的底面削刀、弦长22mm的侧面削刀进行切削试验，切削时间为5s。改变荸荠的转速，得到不同转速下的去皮损失率与去净率如图9所示。当荸荠转速较小时，去皮损失较大，原因在于刀具与荸荠表面的接触时间长，果皮不易及时排出，堵塞在荸荠与刀具之间，增加了摩擦力，造成荸荠果肉损失。去净率随着转速的增大而降低，随着转速的增大，刀具与表皮接触的时间减少，容易出现漏削的现象，去净率下降较快。在转速为40r/min时，去净率高于50r/min，但损失率反而更低，这是由于转速过高，增加了刀具对果肉的冲击，而荸荠脆性较大，造成果肉崩裂，损失大。由于转速30r/min与转速40r/min的去净率差异不大，而转速40r/min时去皮损失率最小，是去皮适宜转速。

2.2底面削刀倾角对去皮效果的影响

荸荠转速为40r/min，底面削刀长度为14mm，试验只布置底面削刀，去皮时间为5s。改变斜刀倾斜角度，得到不同倾角下的损失率与去净率如图10所示。去皮损失率与去净率均随着斜刀倾角的增大而增大；倾角72°时，去皮损失较小，但去净率很低，原因是角度过小，刀具与荸荠底部的接触面积变小，很难削去底面凹陷最低点附近的表皮；倾角82°时，去皮损失和去净率均最大，因为倾角越大，刀具与荸荠接触面积增大，去皮越多，损失越大。由于荸荠底部硬度较高，去皮难度较大，故选取82°倾角。

2.3底面削刀长度对去皮效果的影响

试验条件荸荠转速为40r/min，底面削刀布置倾角为82°，侧面削刀弦长为22mm，试验只布置底面削刀，得到不同倾角下的损失率与去净率如图11所示。随着底面削刀长度的增加，去皮损失和去净率变化差异越来越小。削刀长度越短，切削的表皮越少，去皮损失小，去净率低。斜刀长度1mm时，去净率最高，损失率与最小值相差不大，是最优去皮斜刀长度。

2.4侧面削刀弦长对去皮效果的影响

试验时荸荠转速为40r/min，底面削刀长度为14mm，布置倾角为82°，单个试验时间为5s。改变圆弧刀弦长，得到圆弧刀弦长对去皮损失率与去净率如图12所示。去皮损失率与去净率均随侧面削刀弦长的增大而增大，这是由于侧面弯刀的弦长越大，刃口弧线越长，刀具与荸荠侧面的接触范围越大，去净率越高，损失率越大。在弦长为22mm时，去净率达到93％，损失率为24.4％，是适合的侧面削刀参数。此外，对比试验2.2、2.3与2.4可以发现，荸荠底部去净率仅占整个荸荠去净率的10％，而底部损失率却占整个荸荠损失率的25％，因此降低荸荠底部去皮损失率是减少损失率的重要方面，提高荸荠去净率的关键是提高侧皮去净率。

本发明采用单因素试验，确定了切削速度、底面削刀倾角与长度、侧面削刀弦长对去皮损失率与去净率的影响，确定了适宜的作业参数，在转速为40r/min、底面削刀倾角为82°、底面削刀长度为14mm、侧面削刀弦长为22mm(直径42.75mm)的条件下，去净率达到93％，损失率为24.4％。

上述实施例仅为本发明的较佳的实施方式，并非对本发明实施方式的限定。在上述实施例的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法穷举所有实施方式。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化与改动仍属于本发明的保护范围之内。

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