全自动环形三刀开皮机的设计

谭伟超

（江门职业技术学院，江门 529090）

新会陈皮又称广陈皮、冈州红皮和柑果皮，具有较高的药用价值，也是广东传统的调味佳品[1]，一直被我国南方及东南亚等地民众广泛食用。茶枝柑这个品种在新会地区种植，成熟的果皮会开成3 片状，将其晒干或者烘干后，在江门新会地区陈化3 年以上，才能称之为新会陈皮[2]。传统的陈皮制作方法为：首先，将柑果置于柑果清洗槽内进行清洗；其次，通过使用“两刀法”或“三刀法”人工切割开皮的工艺将柑果的果皮切割成2 块或3 块，在切果时要保证3 块果皮是完整的，不能分离；最后，将切割完成的果皮晒干或烘干。

目前，国内主要使用的就是这种人工开皮取肉或采用简单小型机械代替人工切割的制作方式。由于人工切割速度比较慢，作业效率低，切果深浅不易控制，并且在柑果切割过程中，易切到手和柑肉，且稍微用力挤压柑果，就会造成柑果汁液大量流出，从而污染柑皮内侧面。另外，采用机械切割的方式在切割过程中无法避免柑果汁液的大量流出，并且切割退刀时，刀具容易被果肉夹住，造成柑果粘附在刀具上，需要人工协助取下柑果[3]。基于此，设计了一种多工位环形自动开皮和果皮果肉分离装置。

1 产品结构组成

1.1 整体设计方案

如图1 所示，本文主要根据陈皮的加工工艺设计了一个果皮和果肉剥离设备[4-7]，以提高陈皮的制作效率，该设备主要包括转盘装置、切果开皮装置、果皮抓爪装置和控制装置。其中：转盘装置包括转盘、转盘电机、机架以及柑果硅胶座，柑果硅胶座安装于转盘上，用于放置和固定柑果，转盘分为上料区、开皮切果区、抓爪取肉区和落料区4 个加工区域；切果开皮装置设有切割轮，主要结构采用“三刀”开皮方式；果皮抓爪装置设有果皮抓爪手，用于分离果肉。切果开皮装置和果皮抓爪装置如图2 所示，刀架结构如图3 所示。

图1 环形三刀开皮机

图2 切果开皮装置和果皮抓爪装置

图3 刀架结构图

这种全自动环形三刀开皮机提高了开皮效率，柑皮清洁无污染，退刀时柑果不会随刀具上行，还具有自动落料的功能。其加工流程为：下料→切割柑皮→挖肉→取出柑皮。具体工作方式为：先将8 个柑果放置在上料区的柑果硅胶座上，然后启动伺服电机，并逆时针旋转90°，柑果到达开皮切果区域后，被压盘下压固定，之后3 个下推气缸开始向下工作，切果开皮装置在刀架的作用下下降，到达下限位即开皮切果完成，然后气缸上升，在切果开皮装置的作用下使切割好的柑果皮掉入落料槽内，上升气缸到位后，伺服电机启动，并顺时针旋转90°，转至抓爪取肉区后，由果皮抓爪装置将果肉分离。

1.2 切果开皮装置设计

切果开皮属于加工柑果的第一工序，如果不能完整开皮，将直接影响后续果皮抓爪分离果肉。切果开皮装置如图4 所示，切果刀固定在机架的U 形推板上，U 形支架上固定有3 个下推气缸，U 形支架下端连接切果开皮刀，切果开皮刀位于转盘中每一个柑果硅胶座的正上方，切果开皮刀的3 块切割刀片的末端相接，柑果侧面切割刀片之间不相接，并预留有空档。各刀片之间呈120°分布，能够在柑皮处切割出3 条互为120°的切割线，以便于将柑皮剥开，从而使柑果的果肉与柑皮分离，开皮刀结构如图5 所示。

图4 切果开皮装置

图5 开皮刀结构

切果开皮装置工作过程如图6 所示，其工作原理为：在下推气缸的作用下，切刀下降，三爪切刀中心点插入柑果顶部，如图6（a）B 区域圆圈所指处，随着切刀继续向下运动，此时在柑果的阻力下三爪切刀开始往3 个方向张开，如图6（a）C 区域所示，刀尖在柑果内沿箭头向下切割得到如图6（b）D 区域所示的切刀轨迹，切刀继续向下到达柑果底部后，在复位拉簧的作用下，切果开皮刀复位，然后下推气缸向上复位，开皮刀从柑果硅胶座中向上带出，在带导落角的开皮刀的刀角作用下将柑果推出，使其落到外壳的落料槽中，如图6（b）E 区域所示，最终开皮效果如图7 所示。

图6 切果开皮装置工作过程

图7 切果开皮效果图

皮肉分离装置如图8 所示，高压气槽向周围吹出高压气体后，会将落到刀架上的多余果肉残渣吹到外壳的废料槽内，然后从进气口的箭头处排出，在伺服电机带动下，将柑果内部多余的果肉从柑果皮中推出，在推出过程中，由于开口刀直径大于挖肉刀的直径，所以方便从下部的开口处排出剩下的果肉。

图8 皮肉分离装置

3 结语

通过分析现有开皮挖肉技术方案和柑果的形状、直径、高度等物理参数，确定柑果切果开皮方案，设计了一种基于“三刀法”环形多工位的切果开皮装置，该切果开皮装置创新设计了切割轮，切果开皮速度快，可适应不同大小的柑果加工。本文机构原理可为其他去皮或者去核机构设计提供理论依据，同时也为食品加工自动化提供了新的思路，对后续的研究有重要的前瞻性。