百香果自动取汁系统设计

林 静，张浩然，马侨雨，杨 臻

（茂名职业技术学院 机电信息系，广东 茂名 525000）

百香果学名西番莲，原产于巴西，采用人工提取果汁时费时费力，生产效率低，人工成本高，而且容易造成果汁飞溅，浪费较多，生产效率低，人工成本高，卫生状况也得不到保证。

本文针对百香果自动化加工设备的市场需求，和现有技术不足的情况，以PLC为控制核心，采用滑轨为运动控制加工平台，设计百香果的自动化加工装置，完成百香果的自动下料，经夹持运动模块控制百香果运动到果皮破口工位，进行上下口破口后运动至设计的自适应扩张旋转刀具工位上进行旋转取囊搅拌成果汁，最后使取汁后的果皮落入对应的收集箱，完成果皮、果汁分类收集。百香果自动取汁系统的设计适应了国家在乡村振兴政策的扶持政策，增强经济发展后劲带动乡村经济发展。

1 百香果国内外自动化加工研究现状

目前百香果的加工产业得到了大力发展，可加工为营养丰富、口味多样的果汁，饮品的种类达到了11 种，增加了产品的附加值，但目前百香果取汁主要是采用手工加工、限制了产业的发展，为解决该问题福建省农业科学院农业生态研究所的翁敏劼等研制了抽真空的百香果取果囊抽取装置，该装置通过百香果上开口后，通过抽真空将果囊抽出，但存在要求开口处密封度高，且抽取开口不能太大、效率较低的问题；东莞市金全顺五金模具有限公司的陈金等研制了开后挖果肉的百香果自动加工系统，但要求百香果大小需要比较一致，在实际生产中大小较难统一，即使进行筛选大小处理也需要更换模具，使用并不方便；国外主要是以切半挤压加工设备为主，加工速度快，但果皮损伤较大且价格昂贵。

2 研究方案

2.1 研究内容

因百香果营养丰富、果汁饮品加工需求大，针对人工加工费时费力、生产效率低、生产成本高、卫生状况无法保证[2]、抽真空方式取汁密封要求高、压榨方式对果肉损伤大、旋挖去囊方式对果实大小的要求等问题，本文设计的百香果自动取汁系统以PLC为控制核心，采用滑轨结构为加工运动平台，设计百香果自动下料模块、恒力夹持运动模块、果皮破口加工模块，基于自适应扩张旋转刀具的取汁模块，完成取汁及果皮的分类收集，能较好地实现不同大小百香果的取汁、提高生产效率、保证食品卫生、节省人工成本。适应了国家在乡村振兴政策的扶持政策，加强新兴产业的发展，增强经济发展后劲，带动乡村经济发展。

2.2 关键技术研究

（1）以PLC为控制核心，采用水平滑轨为移动加工运动平台，设计机械结构模具，完成百香果的自动下料、自动夹持运动、上下破口、基于扩张旋转刀具的旋转取囊以及果汁、果肉分类收集，系统总体设计框图如图1 所示。

（2）由于百香果的大小各不相同，通过切割开口，旋转取汁时，切割开口不能太大，普通的旋转取汁刀具很难将果肉上的果囊、果汁清除干净。本文设计可自适应扩张旋转的搅拌刀具，能适应不同百香果大小的旋转取汁搅拌刀具，刀具能自动旋转扩张，结构如图2（a）图所示，由实心轴、上端固定环、下端活动环、中间伸展部分由不锈钢缠绕弹簧构成，每条纵轴的中点为活动连接点，且由弹簧互相牵制，未穿入百香果搅拌时处于收缩状态，当搅拌刀具下行穿入百香果内部，下端活动环受空心轴作用力、同时中点弹簧受压扩张、搅拌刀具能自适应全方位在不同大小的百香果内部旋转，在通过破口后，对不同大小的百香果都能干净的取囊，果皮无粘连，使果囊、果汁无损失的取出。

（3）设计恒夹持自动收紧夹持夹具，适应百香果大小差异问题，由于在加工过程中需要对百香果果体上下破口、移动、加工等动作要求夹具能保持夹持力及摩擦力稳定，避免旋转取汁时造成果体旋转，夹具设计如图2 的（b）、（c）所示。

2.3 系统工作流程

百香果自动取汁系统工作流程如下：

（1）系统启动，进入下料模块，1 号舵机控制1 号挡板旋转60°，实现百香果的单个落下。

（2）百香果未落入时，弹性恒力夹持器处于松开状态，2号挡板处于夹持器正下方确保步骤。

（3）落入的百香果置于恒力夹持器中。

（4）传感器检测百香果落入夹具，夹持器恒力夹持百香果，延时 0.5 s，2 号舵机控制 2 号挡板旋转 90°。

（5）电机驱动滑台前进至上下破口模块对百香果的顶部、底部进行切割，并将切割的果皮收集。

（6）夹具夹持百香果直线返回搅拌模块，设计的自适应扩张旋转的搅拌刀具全方位在不同大小的百香果内部旋转，使果囊、果汁无损失的取出并收集。

（7）果汁收集后返回下料模块，夹持器松开，收集取汁后的剩余果皮。搅拌刀具复位，百香果继续下料开始新的循环。

3 结论

本文设计的百香果自动取汁系统，能较好地实现不同大小百香果的自动取汁，样机每1 h完成1 000 颗百香果加工，取汁率达到97.56%，损失小于5%，提高百香果加工的自动化水平，百香果加工成本约降低0.5 元/kg，提高工作效率，节省人工成本，增加产能、果农和加工企业收入，保证食品安全卫生，以科技引领乡村经济振兴，加强新兴产业的发展，具有重要的研究价值和市场前景，意义重大。