基于重力的筷子分选装置设计与研究

欧学平， 欧佳顺， 刘金荣

(1.嘉禾职业中专，湖南 嘉禾 424500；2.长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410123)

筷子是我国及东亚国家用餐的主要工具，筷子分为一次性筷子和反复使用的筷子，然而一次性筷子存在众多问题，它导致大量的树木被砍伐，如用价格低廉的毛竹为原料生产一次性筷子，容易霉变，如用有毒的化学物质处理回收使用过的一次性筷子，会对人类的身体产生严重的危害，而大部分消费者对此并不知情[1]。另外有相关研究数据也表明，一次性筷子在水里面泡久以后会出现有害物质，且一次性筷子会对生态造成严重的影响[2-4]。反复使用筷子的不合理消毒、放置及其使用也会导致饮食健康安全问题，如今在外就餐，经常可以看到筷子放到一个筷子盒或者消毒箱中，但是筷子的大头和小头并不是朝着一个方向，在取筷子的时候，小头接触食物的一端则会被污染，筷子成为主要的细菌传播渠道之一[5]。这就容易染上消化道疾病，如肝炎、痢疾等疾病，它也可以成为幽门螺旋杆菌等细菌的传播工具，容易引发肠胃炎、十二指肠溃疡等疾病[6]。因此在食堂，筷子的统一朝向可以有效地避免疾病传播。但是目前由于没有成本低廉、操作简单的筷子朝向分选装置，导致食堂或者餐饮店的筷子朝向不一致，所以急需研发出一款成本低、操作方便的筷子朝向分选装置，以解决筷子使用安全问题。

1 国内外研究现状

筷子主要在中国、日本及韩国等东亚国家普遍使用，欧美等国家基本不使用筷子，所以目前关于筷子生产加工、整理设备的研究，仅仅在国内相对较多。张春磊设计了一种筷子刮边自动控制系统，主要用于筷子自动刮边。张东成设计了一款竹筷生产用切割装置，主要用于筷子切割。顾运辉设计了一种竹筷生产用打磨装置，主要用于筷子外表面打磨。吴建华设计了一种筷子切头机，主要用于筷子切头。薛敏[7]研发了篾条自动分选设备，其利用镜面反射原理，通过三菱 PLC控制，实现的智能篾条分选，具有分选精度高、操作简单、维护方便、运行可靠等特点，但是该设备仅适用于篾条分选。钟卫东[8]在筷子生产设备尾部增加了自动卫生筷子机成品分流器，在机床后端一侧设计了一套齿轮传动的偏心轮摇杆机构，实现了成品筷子大小头的自动分选，主要用于筷子加工设备。

从国内外研究现状可以看出，目前关于筷子的生产加工设备相对较多，而对于筷子朝向分选的装置研究较少，且运用在食堂和餐厅的筷子分选设备几乎没有研究，因此急需研究一款结构简单的筷子分选设备，以降低工作人员的劳动强度和保障筷子使用的健康安全。

2 分选装置的设计

根据现有国内外研究，结合现有技术水平，本文筷子朝向分选装置采用了新的设计理念进行朝向分选，该装置主要是利用了重力不平衡原理进行分选，利用筷子大头和小头的重量不一样，使得朝向不一样的就会分开，本装置可以适用于不同长度、直径的筷子，适应性强，操作方便。

根据设计目标筷子朝向分选装置整体的结构设计如图1所示。装置主要由手柄、主动轮、分隔板、筷子收集槽、传送带、张紧轮、分选区域、从动轮、装置支撑部分、分选收集箱等组成。收集箱是用来收集未分向的筷子，主动轮带动从动轮与传送带上均匀分布的分隔板(如图2所示)，两个分隔板之间的间隙正好可以容纳一根筷子的宽度，避免间隙容纳两根筷子。张紧轮的顶部与从动轮顶部处于水平状态，使得传送带到达分选区域时，传送带处于水平状态，利于筷子的朝向分选。分选区域两边有筷子收集槽，用来收集朝向不同的筷子。

图1 整体结构图

传送机构的设计如图2所示，传送带处于中间位置，带的宽度较小，分隔板均匀分布于传送带中，分隔板的间隙只能容纳一根筷子，分隔板的高度是筷子直径的2/3，分隔板的两边安装有调整带7，调整带可以调整不同的宽度，以适应不同长度的筷子，调整带底部与分隔板顶部相互连接。

图2 传送机构的设计

3 工作原理分析

结合图1对装置的工作原理进行分析，朝向不统一的筷子放到筷子收集箱4中，当手柄1沿着顺时针转动时，带动主动轮2顺时针旋转，主动轮带动传送带顺时针运动，收集箱里面的筷子则会掉入分隔板间隙中，从而向上运动。当筷子随着传送带运动到分选区域时，筷子处于水平状态，由于筷子的两头的重量不一样，大的一头则会掉下。具体分选原理如图3所示，当筷子进入传送带后，由于两头的重量大小不一样，如小头受到的重力为G1，大头受到的重力为G2，由于两边的重力不一样，则筷子会倒向重的一边，从而进入分选箱，实现筷子的朝向分选。

图3 受力分选图

4 总结与展望

通过上述的设计分析可知，本文设计的分选装置整体结构简单，占用位置空间小，成本低，利用重力不平衡的原理分选，简单可靠，省去了复杂的电气控制系统，便于操作。利用调节带的调整，可以适应不同长度的筷子分选，适应性较强。通过调节分隔板不同间隙，可以适应不同直径的筷子。通过本装置可以有效地实现筷子朝向分选，具有较广阔的市场场景，因此具有较大的推广价值。