大蒜削根削茎一体机的设计

刘 进 牛得学

大蒜削根削茎一体机的设计

刘 进 牛得学

（滨州学院，滨州 256603）

本文设计了一款集大蒜削根、削茎一体化的实用型机械装置，该一体机可简化大蒜初加工工序，具有操作方便、稳定性好、效率高等特点。

大蒜 削根削茎 单片机 滚珠丝杠

引言

在我国，大蒜年均生产量在500万吨左右，大蒜收割后的初加工工序未实现自动化和机械化，特别是削根、削茎等工序基本依靠人工完成，劳动强度大、费时费力。为了提高大蒜初加工的生产效率，更好、更快的为蒜农带来经济效益，本文研究设计了一款集大蒜削根与削茎一体化的机器，该机器结构设计合理，自动化程度，可为蒜农在大蒜初加工中解决自动化削根、削茎的问题，具有一定的经济意义和实用价值。

1 系统结构组成

1.1 系统总体结构设计

通过调查研究，具体理论、实验数据计算以及模拟仿真，设计了系统总体结构，如图1所示。该装置主要有以下部分组成：削根装置。削根装置包括削根导轨、滚珠丝杠、减速电机、直流电机和旋转刀片等组成，滚珠丝杠通过减速电机和轴承座与削根装置机架连接，滚珠丝杠两侧分别装有削根导轨，削根装置平台上一侧装有可旋转的刀片，旋转刀片装置通过直流电机和滚珠丝杠连接在一起，当系统控制电机正反转时，可使旋转刀片进给与回退，实现对大蒜根部的切削。

削茎装置。削茎装置包括曲柄滑块、推杆、削刀轨道、削刀和步进电机，削刀轨道与同步带上的刀孔槽垂直对应，并与架体连接，切刀通过推杆与曲柄滑块连接，曲柄滑块与步进电机连接，使曲柄滑块运动，从而带动推杆运动，进而实现切刀在轨道内上下移动，完成削茎功能。

压紧装置。大蒜压紧装置主要气缸、气泵、弹簧组成。气缸与弹簧相连，弹簧的下端正对凹槽。当大蒜被传送到凹槽部分时，电磁阀自动打开，气泵给气缸充气，气缸带动与之相连的弹簧向下运动，实现对大蒜的压紧。

图1　系统总体结构

1.2 系统工作原理

大蒜通过手工方式放置在同步带9上，步进电机10通过联轴器带动滚筒转动进而使同步带转动，将大蒜传送至气缸7的正下方，继电器控制电磁阀3的启闭来控制气缸7伸缩，压紧大蒜，为大蒜的切削做好准备；减速电机1通过联轴器与滚珠丝杠2连接，带动削刀6向前运动，当削刀运行至限位开关5设定位置后，减速电机停止转动，削刀对大蒜的根部进行加工，达到加工时间，滚珠丝杠带动削刀返回原位置。同时在此过程中，曲柄滑块11转动使切刀8上下平动，加工大蒜的茎部；检测装置检测到根部、茎部加工完成后，电磁阀得电，使气缸收缩，步进电机转动，大蒜落入收集装置，完成一次加工过程，系统工作过程如图2所示。

图2　系统工作流程图

2 控制系统设计

大蒜削根削茎一体机控制系统采用ATmega16单片机为控制核心，电气控制元件主要由单片机、步进电机、直流电机、碰撞开关、光电开关、液晶屏、电磁换向阀、按键系统、电源等部分组成。液晶屏与控制器连接，提示各种状态和相应的操作。按键系统可根据实际操作不同过程，输入、修改系统的参数。碰撞开关安装于滚珠丝杠前进的方向上，滚珠丝杠碰到碰撞开关后，会被单片机检测到，将触发相应的电机开始转动。首先，当滚珠丝杠向前移动的时候，带动滚珠丝杠的减速电机是正转，此时上方的直流电机是不转动的；滚珠丝杠前进碰到碰撞开关，单片机检测到，步进电机停止正转，上方的直流电机开始转动，此时有3秒的延时是用来切根的；当3秒延时到达后，减速电机开始反转，滚珠丝杠向后运动，运动3秒后自动停止，完成一个周期的运动。控制系统组成如图3所示。

图3　控制系统工作原理图

3 系统结构性能分析

3.1 系统功能分析

大蒜削根削茎一体机实现了对大蒜的传送功能、压紧功能、削根功能、削茎功能、计数功能等。

传送功能：大蒜传送功能的实现主要是借助于皮带与两个滚轴（其中一个滚轴与电机相连）。当大蒜被放在皮带上后，与滚轴相连的电机转动带动滚轴的转动，进而使传送带和固定传送带的滚轴发生转动，将大蒜向凹槽部分传动；凹槽后面的超声波通过测量与大蒜的距离来实现对大蒜的精确定位，使大蒜准确的停留在凹槽处，为大蒜的切削工作做准备。

削根功能：此功能实现的装置主要由滑轨、滚珠丝杠、削刀组成。当大蒜到达凹槽处时，压紧装置启动，将大蒜准确压入凹槽内，同时滚珠丝杠和滑轨带动削刀向前运动，削刀与电机相连，对大蒜根部削切，削切的深度由碰撞开关控制，当滚珠丝杠与碰撞开光碰撞后削切停止。

切茎功能：此功能实现的装置主要由曲柄滑块机构、滑轨切刀构成。当大蒜到达凹槽处时，压紧装置启动，将大蒜准确压入凹槽内，同时由电机带动的曲柄滑块机构带动切刀上下运动，实现对大蒜茎部的切削。

计数功能：通过LCD12864进行对所加工的大蒜的个数、机器工作的时间计数等。

3.2 技术性能指标

系统的技术指标见表1所示。

表1　技术指标

4 创新性与实用价值

4.1 系统创新性

采用Atmega16微控制器进行电气控制，机械与电气相结合，不仅可以对大蒜进行加工，还可以对洋葱等农产品进行初步的加工；

市面上的大蒜削根机只能单独的切削蒜根，还没有一款机器可以同时切削蒜根和蒜茎，此机器就弥补了市场的空白；

压紧装置采用气动原理，气缸带动压紧弹簧对大蒜进行快速压紧及收缩；

削根装置由滚珠丝杠控制削刀精确移动，提高切削精度；

削茎装置由曲柄滑块机构将电机转动转换为切刀上下的平动，切削力大，工作速度快。

4.2 系统实用价值

大蒜削根削茎一体机对大蒜进行初加工，因此其使用对象主要为：

机器小巧灵活，适合多种场所进行作业；切削精度高，控制简单、方便；成本低，效率高、节省资源；

普通大蒜种植家庭：此系统操作简单，体积小，易于放置，价格低，蒜农可以接受；

小型工厂：对大蒜进行初加工的小型工厂，可以利用此设备，解决人手不足的问题；

大型工厂：流水式生产大蒜产品的工厂，此一体机可以提高对大蒜初加工的效率，加快生产。

5 结束语

随着科学技术的迅速发展，研制自动化程度高、效率高的大蒜切削机械装备已成为大蒜深加工和市场发展的必然要求。大蒜切根削茎一体机实现了大蒜切削的自动化和机械化，更好地满足市场的要求。具有实时通信、人机互换、数据显示存储和多重保护的功能，实现了大蒜切削的自动化和机械化，更好地满足市场的要求。且加工成本低、效率高，有效地提高我国大蒜的加工质量和水平，将会在未来市场赢得先机，因此其应用前景十分广阔。

[1]林悦香，尚书旗.大蒜生产机械的现状与发展[J].农机化研究，2012.

[2]李参.大蒜生产机械化技术[J].北京农业，2010.

[3]杨柯，胡志超.大蒜机械切须技术研究及试验[J].中国农机化学报，2015.

The Design of a Unity Machine for the Garlic Root and Stem Cutting

LIU Jin, NIU Dexue
(Department of electromechanical engineering,Binzhou University,Binzhou 256603)

This paper designs a practical unity machine for the garlic root and stem cutting. This unity machine can simplify the initial processing of garlic and have specialties of convenient operation, good stability and high efficiency etc.

garlic,cutting roots and stems,Micro-controller, ball screw