全自动红枣去核机机械结构设计

王帅，张新聚，赵王斌

（河北科技大学机械工程学院，河北 石家庄 050018）

红枣富含蛋白质、脂肪、糖类、胡萝卜素、B族维生素、维生素C、维生素P以及钙、磷、铁和环磷酸腺苷等营养成分。其中，维生素C的含量在果品中名列前茅，有维生素王之美称，具有补血养颜治疗失眠之功效。同时，红枣口感甘甜，是很多人喜欢的日常食品。但红枣的枣核质地坚硬且形状尖长，很容易对食用者造成伤害，尤其对于老人和孩子来说，更是不安全。河北医科大学附属第二医院、河北医科大学附属第四医院和河北白求恩国际和平医院等大型医院的胃镜手术室，几乎每天都有因枣核卡喉前来就诊的患者。因此，红枣在食用前去核，具有较强的实用价值。

大枣去核是一项比较棘手且繁杂的过程，现在主要采用人工去核，或者连杆去核机、槽式去核机等简易设备去核，生产效率低，卫生条件较差。根据红枣去核机的生产要求，进行了全自动红枣去核机的设计。

1 全自动红枣去核机总体方案设计

全自动红枣去核机由筛选系统、上料系统以及去核系统组成。

在筛选系统中，考虑到要把符合加工标准的红枣筛选出来至少要经过两次筛选，所以，本次红枣去核机设计，把筛选系统分二级筛选，依次筛选出符合尺寸要求的红枣。筛选动作由连杆机构带动网格筛实现，一级网格筛先把较小的红枣筛选出来，然后，送入二级筛中，再经过二级网格筛筛选，把符合标准的红枣筛选出来，送入上料系统中。

在上料系统中，需要把红枣运输到待加工的工位，方便下一步加工，这就对红枣的排序以及定位提出了要求。红枣上料装置采用振动盘，振动盘可以把红枣准确地、有序地、排列整齐地输送到加工工位。红枣完成了排序工作后，就需要完成定位任务。可以选择在振动盘的出料口安装一个电磁振动直线料道，可以把排序好的红枣继续往前运输，在直线料道的另一头安装一个盛红枣的模具，下一步取出夹持，这样就完成了红枣的定位以及排序。红枣的取出夹持可以简单地设计一个机械手来运输红枣。机械手把经过排序定位的红枣取出，放入去核系统中的下模，这就完成了去核机上料系统的方案设计。

最后，是去核系统设计。现在常见的去核方式是顶针直接把枣核从果肉中顶出来，这种方式果肉损失率较高。为降低果肉损失率，考虑从加工工艺出发，先对待加工的红枣进行一个顶部划口动作，给红枣划一个口子，让果核暴露出来。在去核的时候，采用分两步去核，先加工红枣的一头，使果肉和枣核分离，然后，把红枣翻转180°，从另一面施力，将枣核剔除，这种方式可以降低果肉的损失率。优化去核刀头结构，不用之前的去核顶针，根据加工工艺可以设计一个贴合枣核外形的冲具，避免果肉的过多损失。去核时，红枣需要定位夹紧，选择上下模的形式，便于红枣翻转和分两步去核。

图1 红枣去核机三维设计图

2 去核系统设计

2.1 去核结构方案的选择

去核机的设计一般分三种：转盘式、输送带式和模具式。相对于转盘式去核机和输送带式去核机，模具式去核机结构大大简化，成本大大降低。模具具有夹紧功能，可以保证原料的完整性，可以减少原料的损失。

2.2 去核机模具的设计

模具的设计要求：

（1）模具应具有较大的承受能力，而且刚性好重量比较轻。模具钢性的大小直接会影响工作的稳定性、定位的精度和运动速度。如果模具的刚性比较差，模具在被加紧或者直线运行时，变形会比较大，就可能发生震动，或者因为软件的故障导致不能正常运行。所以，为了提高模具的刚度，一般会采用一些硬度比较高的材质。

（2）模具的大小适中，闭合可以夹紧原料，张开又不至于改变原料方向。模具具有盛放和夹紧原料的功能，因此，夹持装置（扶正模）下模主视图为八角形，中空以放原料，中间断开由弹簧和柱形条连接，柱形条长于扶正模空隙的直径，通过冲针外的气缸爪加紧，然后，冲针进行去核。模上下两个面有圆形凸起和模板的凹槽固定，以定位。

模具的外径与上模匹配，中间圆柱形区域与枣的大小匹配，高度为30mm，压紧后的直径为20mm，为了使放入的枣尽量保持竖直方向，模具打开后的直径为25mm，即中间连接弹簧的直径为5mm。连接两段模具和固定弹簧的细杆要长于完全打开的缝隙，且不宜过长，设定为9mm。为了更好地使上模夹紧，斜面的角度不宜过小，过大也会延长模具的长度，否则，无法达到加紧的目的，故斜面斜角设置为60°。为了达到节约果肉的目的，分别对枣的两端去核，下模通过升降机上下运动，在冲针上行升降机下降的时候，通过旋转气缸和气动手指的配合进行夹紧转向，然后，进行对枣另一端的去核运动。

模具的材料选用首先要满足工作条件的要求，由于模具要受到夹紧、挤压等动作，因此，需要有足够的硬度、强度和耐磨性。同时，还应具有良好的工艺性能，满足便于加工、加工过程变形量小等要求。还要满足经济性要求，尽可能选用较低价格的材料，有效地降低生产成本。可以选用价格较低，应用广泛的45#钢，零件进行表面淬火。

模具三维模型如图2所示。

2.3 去核机冲头的设计

为了尽量减少果肉的损失，达到浪费果肉不超过3%的要求，故去核分为两个工位，第一个工位进行果肉和枣核的分离，为了尽量减小开口面积，冲针设计成花瓣锥形，具有弹性，进入枣后可沿枣核进行扩张，分离枣的一半，模具翻转分离另一半。所以，冲头深度约为枣的一半，本次设计取15mm。冲头前端直径越小进入枣后浪费的果肉越少，为了能在枣中顺利行进而不与枣核发生冲突，故不能太小，此次取5mm，后端略大于枣核最大直径，可取8～9mm。由于枣核结构小，受力不能太大，应选用弹性高的材料，同时，满足抗磨损，抗压不易发生疲劳，断裂等现象，60Mn钢弹性好强度和硬度较高，满足本次设计的基本条件，故选用60Mn钢作为冲头的原材料。结构如图3。

图2 模具

图3 分离冲头

第二个工位的冲头为实体柱形，直径小于枣核即可，用以将枣核顶出。由于前边已经对果肉和枣核进行过分离处理，故冲头直径在3～5mm皆可，本次设计选取5mm为冲核针直径。长度选取条件能够将枣核顶出，贯通枣会加大破坏果肉结构的概率，取长度为枣的一半15mm。此冲头只需满足硬度高、抗压能力强等条件，选用常见的45#钢。三维结构如图4。

图4 去核冲头

3 结语

本次设计的红枣去核机，主要使用气缸提供动力，极大地降低了能源浪费以及碳排放，减少了对环境的污染。同时，有效提高了红枣去核加工效率，降低了劳动强度，有效改善了食品加工过程的卫生情况，带来了十分可观的经济效益和社会效益。