CN110666868B - 一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线。现有西兰花切块去芯装置易出现根茎中部分块不彻底或根茎***切除过多。本发明包括机架、输送组件、落料组件、切块组件和导出板。本发明落料组件采用曲柄滑块机构，实现切块组件达到西兰花切块位置和西兰花根茎的落料位置；切块组件采用两组滑块摇杆机构和双摇杆机构，使两个连杆切刀的刀片刃口完成类圆锥轨迹，实现西兰花分块均匀、彻底，且避免根茎***切除过多；采用曲柄滑块式落料组件结合输送组件的一阶非圆齿轮副传动，以一个动力源完成西兰花输送和切块组件定位的联动动作，效率和可靠性较高，同时满足切块时西兰花在输送链板上的输送速度慢、其余输送时刻输送速度快的要求。
Description
技术领域
本发明属于蔬菜切块机械技术领域，具体涉及一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线。
背景技术
西兰花因其丰富的营养价值和药用价值，被人受欢迎。现有技术中，西兰花切块一般是人工进行操作；西兰花外形类圆锥体，花苞中部分布较密集。现有西兰花切块装置大多存在切块不均匀，切块效率较低问题。对专门从事西兰花切块、包装的企业来说，仍须进一步提高切块的均匀性、切块效果，提高智能化程度，进而减少人工投入。
申请号201711374103.4的专利公布了一种西兰花连续化切块去芯装置，包括机架、导向装置、输送装置、隔离装置、切花刀、圆弧导向板和切块装置。切块组件包括张合推杆、安装管、铰接块和半球形刀片；以一个动力源，同时实现切块刀具的循环移动和闭合切入；切除根茎前通过切花刀先行对花苞进行切割。该专利是通过定铰接点的半圆形刀片对西兰花根茎进行切块；由于西兰花根茎部分类似圆锥状，采用定铰链点的半圆形刀片必然会导致西兰花根茎中部分块不彻底或根茎***切除过多。
因此，设计一种切块均匀、彻底，且能够进行连续化作业的西兰花切块去芯生产线十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，该生产线具有连续切块、切块大小均匀的特点，提高生产效率，大幅度降低生产成本。
本发明包括机架、输送组件、落料组件、切块组件和导出板。
所述的输送组件包括第一输入轴、第二输入轴、从动轴、输送主动链轮、输送从动链轮、输送链板、托盘、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、主动非圆齿轮、从动非圆齿轮、驱动轴和步进电机；所述第一同步带轮和第二同步带轮的大小相等；机架一端与第一输入轴和第二输入轴均构成转动副，另一端与从动轴构成转动副；所述的输送主动链轮固定在第二输入轴上；所述的输送从动链轮固定在从动轴上；输送链板连接输送主动链轮和输送从动链轮；输送链板上固定有等距排布的多个托盘；所述的第一同步带轮和主动非圆齿轮均固定在第一输入轴上；第二同步带轮固定在驱动轴上，并与第一同步带轮通过同步带连接；所述的从动非圆齿轮固定在第二输入轴上，并与主动非圆齿轮啮合；驱动轴两端均通过轴承支承在机架上；驱动轴与步进电机通过链传动机构连接；所述的导出板倾斜设置在输送链板顶部，并固定在机架上。
所述的落料组件包括第一连杆、第二连杆、导轨支撑架、第一直线导轨、第一滑块、切块支撑架、第一传感器和第二传感器。对称设置在输送链板两侧的两个第一连杆的一端与驱动轴两端分别固定；两个第二连杆的一端与两个第一连杆的另一端分别铰接，另一端与切块支撑架两侧分别铰接；对称设置在输送链板两侧的两个导轨支撑架均与机架固定，每个导轨支撑架的顶部斜面上均固定有第一直线导轨；两个第一直线导轨对称设置在输送链板两侧；每个第一直线导轨与两个第一滑块构成滑动副；切刀支撑架底端与四个第一滑块均固定；第一传感器和第二传感器固定在机架同一侧，第一传感器和第二传感器的中心连线与第一直线导轨平行，且第二传感器的位置高于驱动轴的位置，第一传感器的位置低于驱动轴的位置；初始状态下，第一连杆与第二连杆的铰接轴与第二传感器对齐设置，切块组件位于导出板正上方；第一连杆转动半个周期状态下，第一连杆与第二连杆的铰接轴与第一传感器对齐设置，切块组件位于其中一个托盘正上方；第一连杆转动一个周期，输送链板输送长度为两个相邻托盘的中心距。
所述的切块组件包括气缸、切刀安装架、第二直线导轨、第二滑块、连杆铰接块、切块第一连杆、切块第二连杆、切块第三连杆和连杆切刀。气缸的缸体固定在切块支撑架顶部；切刀安装架与切块支撑架固定；所述的第二直线导轨固定在切块支撑架上，与气缸的活塞杆平行且不共面；所述的第二滑块与第二直线导轨构成滑动副，并与气缸的活塞杆固定；连杆铰接块与第二滑块固定；对称设置在第二直线导轨两侧的两个切块第一连杆一端均与连杆铰接块铰接，另一端分别与一个切块第二连杆中部铰接；两个切块第二连杆一端均与第二直线导轨铰接，另一端分别与一个连杆切刀的刀柄部一端铰接；两个切块第三连杆的一端均与切刀安装架铰接，另一端分别与一个连杆切刀的刀柄部另一端铰接；两个连杆切刀对称设置在第二直线导轨两侧；两个连杆切刀的刀片刃口相对设置。
当第一传感器检测到第一连杆与第二连杆的铰接轴时，控制器接收到第一传感器的检测信号，控制气缸的推杆推出；当第二传感器检测到与第二连杆的铰接轴时，控制器接收到第二传感器的检测信号，控制气缸的推杆缩回。
进一步地，所述托盘的侧壁靠底部位置为横截面由上至下逐渐缩小的锥面，或托盘的底面为圆弧面。
进一步地，两个托板对称设置在输送链板两侧；托板开设的调节槽与机架顶部开设的通孔通过螺栓连接，托板的上表面与输送链板上部平面段的内侧面接触。
进一步地，所述的链传动机构包括传动主动链轮、链条和传动从动链轮；所述的传动主动链轮固定在步进电机的输出轴上，传动从动链轮固定在驱动轴上，并与传动主动链轮通过链条连接。
进一步地，所述的主动非圆齿轮和从动非圆齿轮均为一阶非圆齿轮。
进一步地，所述机架的顶部斜面倾斜角在30°～40°之间取值。
进一步地，所述的切块组件位于托盘正上方时，输送链板的输送速度为整个输送周期中最高输送速度的40％以下。
进一步地，所述连杆切刀的刀片呈弧形面。
进一步地，两个连杆切刀的刀片刃口运动时实现类圆锥轨迹。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明落料组件采用曲柄滑块机构，实现切块组件达到所需的两个不同高度的工作位置：西兰花切块位置和西兰花根茎的落料位置；切块组件采用两组对称设置的滑块摇杆机构和双摇杆机构，使两个连杆切刀的刀片刃口完成类圆锥轨迹，实现西兰花分块均匀、彻底，且避免根茎***切除过多。
2、本发明采用曲柄滑块式落料组件结合输送组件的一阶非圆齿轮副传动，以一个动力源完成了西兰花输送和切块组件定位的联动动作，实现了连续化切块，效率和可靠性较高，同时满足切块时西兰花在输送链板上的输送速度很慢、其余输送时刻在输送板链上的输送速度较快的要求。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体图；
图2是本发明中输送组件的结构立体图；
图3是本发明中输送组件的结构侧视图；
图4是本发明中落料组件的结构立体图；
图5是本发明中两个连杆切刀分开时切块组件的结构示意图；
图6是本发明中两个连杆切刀闭合时切块组件的结构示意图；
图7是本发明中主动非圆齿轮与从动非圆齿轮的节曲线啮合示意图；
图8是本发明中输送组件和落料组件的时序图；
图9是本发明中切块工位时的位置图；
图10是本发明中落料工位时的位置图；
图11是本发明中连杆切刀的刀片刃口类圆锥轨迹与现有球面轨迹的对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，包括机架1、输送组件2、落料组件3、切块组件4和导出板5。
如图2和3所示，输送组件2包括第一输入轴19、第二输入轴20、从动轴18、输送主动链轮14、输送从动链轮15、输送链板13、托盘11、托板12、第一同步带轮8、第二同步带轮10、同步带9、主动非圆齿轮6、从动非圆齿轮7、驱动轴16和步进电机17；第一同步带轮8和第二同步带轮10的大小相等；机架1一端与第一输入轴19和第二输入轴20均构成转动副，另一端与从动轴18构成转动副；输送主动链轮14固定在第二输入轴20上；输送从动链轮15固定在从动轴18上；输送链板13连接输送主动链轮14和输送从动链轮15；输送链板13上固定有等距排布的多个托盘11；托盘11的侧壁靠底部位置为横截面由上至下逐渐缩小的锥面，或托盘11的底面为圆弧面；两个托板12对称设置在输送链板13两侧；托板12开设的调节槽与机架1顶部开设的通孔通过螺栓连接，托板12的上表面与输送链板13上部平面段的内侧面接触；第一同步带轮8和主动非圆齿轮6均固定在第一输入轴19上；第二同步带轮10固定在驱动轴16上，并与第一同步带轮8通过同步带9连接；从动非圆齿轮7固定在第二输入轴20上，并与主动非圆齿轮6啮合；驱动轴16两端均通过轴承支承在机架1上；驱动轴16与步进电机17通过链传动机构连接；链传动机构包括传动主动链轮、链条和传动从动链轮；传动主动链轮固定在步进电机17的输出轴上，传动从动链轮固定在驱动轴16上，并与传动主动链轮通过链条连接。导出板5倾斜设置在输送链板13顶部，并固定在机架1上。
如图4所示，落料组件3包括第一连杆21、第二连杆22、导轨支撑架26、第一直线导轨25、第一滑块24、切块支撑架23、第一传感器27和第二传感器28。对称设置在输送链板13两侧的两个第一连杆21的一端与驱动轴16两端分别固定；两个第二连杆22的一端与两个第一连杆21的另一端分别铰接，另一端与切块支撑架23两侧分别铰接；对称设置在输送链板13两侧的两个导轨支撑架26均与机架1固定，每个导轨支撑架26的顶部斜面上均固定有第一直线导轨25；两个第一直线导轨25对称设置在输送链板13两侧；每个第一直线导轨25与两个第一滑块24构成滑动副；切刀支撑架23底端与四个第一滑块24均固定；第一传感器27和第二传感器28固定在机架同一侧，均用于检测对应侧那个第一连杆21与第二连杆22铰接轴的到位信号；第一传感器27和第二传感器28的中心连线与第一直线导轨25平行，且第二传感器28的位置高于驱动轴16的位置，第一传感器27的位置低于驱动轴16的位置，从而使得第一传感器27能检测到第一滑块24是否处于最低点，第二传感器28能检测到第一滑块24是否处于最高点。初始状态下，第一连杆21与第二连杆22的铰接轴与第二传感器28对齐设置，切块组件4位于导出板5正上方；第一连杆21转动半个周期状态下，第一连杆21与第二连杆22的铰接轴与第一传感器27对齐设置，切块组件4位于其中一个托盘11正上方；第一连杆21转动一个周期，输送链板13输送长度为两个相邻托盘11的中心距。
如图5和6所示，切块组件4包括气缸29、切刀安装架30、第二直线导轨33、第二滑块31、连杆铰接块32、切块第一连杆34、切块第二连杆35、切块第三连杆36和连杆切刀37。气缸29的缸体固定在切块支撑架23顶部；切刀安装架30与切块支撑架23固定；第二直线导轨33固定在切块支撑架23上，与气缸29的活塞杆平行且不共面；第二滑块31与第二直线导轨33构成滑动副，并与气缸29的活塞杆固定；连杆铰接块32与第二滑块31固定；对称设置在第二直线导轨33两侧的两个切块第一连杆34一端均与连杆铰接块32铰接，另一端分别与一个切块第二连杆35中部铰接；两个切块第二连杆35一端均与第二直线导轨33铰接，另一端分别与一个连杆切刀37的刀柄部一端铰接；两个切块第三连杆36的一端均与切刀安装架30铰接，另一端分别与一个连杆切刀37的刀柄部另一端铰接；两个连杆切刀37对称设置在第二直线导轨33两侧；连杆切刀37的刀片呈弧形面；两个连杆切刀37的刀片刃口相对设置。
如图7和8所示，主动非圆齿轮6与从动非圆齿轮7啮合；主动非圆齿轮节曲线6-1和从动非圆齿轮7-1始终相切，通过改变传动比来实现从动非圆齿轮7的转速；输送板链13的输送速度特性最终由从动非圆齿轮7决定，经过主动非圆齿轮6与从动非圆齿轮7的传动能实现输送板链13的输送速度周期性地由快变慢再由慢变快的变化；结合第一连杆21、第二连杆22、第一直线导轨25和第一滑块24构成的曲柄滑块机构的运动规律，能实现输送板链13的输送速度处于最慢状态下时切块支撑架23正好位于托盘11的正上方。
如图9和10所示，当第一传感器27检测到第一连杆21与第二连杆22的铰接轴时，连杆切刀37正好处于托盘11的正上方，控制器接收到第一传感器27的检测信号，控制气缸29的推杆推出，两个连杆切刀37闭合切下西兰花根茎；当第二传感器28检测到与第二连杆22的铰接轴时，连杆切刀37正好处于导出板5的正上方，控制器接收到第二传感器28的检测信号，控制气缸29的推杆缩回，两个连杆切刀37张开排出西兰花根茎。
如图11所示，申请号为201711374103.4的专利公布了一种西兰花连续化切块去芯装置，其两个半球形刀片的刀片刃口运动时形成球面轨迹37-1(该轨迹是由于两个半球形刀片都是绕固定铰接点转动的)，不能完全将西兰花花苞一38-1和花苞二38-2切割开；本发明中两个连杆切刀的刀片刃口运动时形成类圆锥轨迹37-2(该轨迹是由于两个连杆切刀都是绕可动铰接点转动的，且该可动铰接点由多连杆机构带动运动)，可以将西兰花花苞一38-1和花苞二38-2彻底的分割开，实现了西兰花分块彻底的功能。
本发明的工作原理如下：
步骤一、步进电机17转动，通过链传动机构带动驱动轴转动；驱动轴16通过第二同步带轮10、同步带9和第一同步带轮8驱动第一输入轴19转动；第一输入轴19通过主动非圆齿轮6(一阶非圆齿轮)和从动非圆齿轮7(一阶非圆齿轮)驱动输送主动链轮14、输送链板13和输送从动链轮15运动，托盘11随输送链板13一起运动。
步骤二、驱动轴16转动驱动第一连杆21、第二连杆22、切块支撑架23、第一滑块24和第一直线导轨25运动，使切块支撑架23沿第一直线导轨25往复直线运动；当切块支撑架23运动到最低点时，一个托盘11被输送链板13以整个输送周期中较低(最高输送速度的40％以下)的输送速度(如图8所示，该输送速度为步进电机转动弧度π时对应的托盘输送速度，由于设计时需要保证非圆齿轮的传动特性，所以刚好将该输送速度设计为整个输送周期中最低的输送速度较为困难)输送到切块组件4的正下方，此时，控制器接收到第一传感器27的检测信号。
步骤三、控制器控制气缸29的推杆推出，带动第二滑块31和连杆铰接块32向下沿第二直线导轨33移动，从而使切块第一连杆34和切块第二连杆35摆动；切块第二连杆35摆动带动切块第三连杆36和连杆切刀37摆动；两个连杆切刀37合拢，切下西兰花根茎。由于切块组件3是由两组对称设置的滑块摇杆机构(由第二直线导轨33、连杆铰接块32、切块第一连杆34和切块第二连杆35组成)和双摇杆机构(由第二直线导轨33、切块第二连杆35、切块第三连杆36和连杆切刀37组成)组成的，实现了两个连杆切刀37刀片刃口的类圆锥轨迹。
步骤四、切块支撑架23运动到最高点时，切块组件4位于导出板5正上方，此时，控制器接收到第二传感器28的检测信号，控制气缸29的推杆缩回，带动第二滑块31和连杆铰接块32向上沿第二直线导轨33移动，带动切块第一连杆34、切块第二连杆、切块第三连杆36和连杆切刀37摆动；两个连杆切刀37张开，排出切下的西兰花根茎。
Claims (8)
1.一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，包括机架、输送组件、落料组件、切块组件和导出板，其特征在于：所述的输送组件包括第一输入轴、第二输入轴、从动轴、输送主动链轮、输送从动链轮、输送链板、托盘、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、主动非圆齿轮、从动非圆齿轮、驱动轴和步进电机；所述第一同步带轮和第二同步带轮的大小相等；机架一端与第一输入轴和第二输入轴均构成转动副，另一端与从动轴构成转动副；所述的输送主动链轮固定在第二输入轴上；所述的输送从动链轮固定在从动轴上；输送链板连接输送主动链轮和输送从动链轮；输送链板上固定有等距排布的多个托盘；所述的第一同步带轮和主动非圆齿轮均固定在第一输入轴上；第二同步带轮固定在驱动轴上，并与第一同步带轮通过同步带连接；所述的从动非圆齿轮固定在第二输入轴上，并与主动非圆齿轮啮合；驱动轴两端均通过轴承支承在机架上；驱动轴与步进电机通过链传动机构连接；所述的导出板倾斜设置在输送链板顶部，并固定在机架上；
所述的落料组件包括第一连杆、第二连杆、导轨支撑架、第一直线导轨、第一滑块、切块支撑架、第一传感器和第二传感器；对称设置在输送链板两侧的两个第一连杆的一端与驱动轴两端分别固定；两个第二连杆的一端与两个第一连杆的另一端分别铰接，另一端与切块支撑架两侧分别铰接；对称设置在输送链板两侧的两个导轨支撑架均与机架固定，每个导轨支撑架的顶部斜面上均固定有第一直线导轨；两个第一直线导轨对称设置在输送链板两侧；每个第一直线导轨与两个第一滑块构成滑动副；切刀支撑架底端与四个第一滑块均固定；第一传感器和第二传感器固定在机架同一侧，第一传感器和第二传感器的中心连线与第一直线导轨平行，且第二传感器的位置高于驱动轴的位置，第一传感器的位置低于驱动轴的位置；初始状态下，第一连杆与第二连杆的铰接轴与第二传感器对齐设置，切块组件位于导出板正上方；第一连杆转动半个周期状态下，第一连杆与第二连杆的铰接轴与第一传感器对齐设置，切块组件位于其中一个托盘正上方；第一连杆转动一个周期，输送链板输送长度为两个相邻托盘的中心距；
所述的切块组件包括气缸、切刀安装架、第二直线导轨、第二滑块、连杆铰接块、切块第一连杆、切块第二连杆、切块第三连杆和连杆切刀；气缸的缸体固定在切块支撑架顶部；切刀安装架与切块支撑架固定；所述的第二直线导轨固定在切块支撑架上，与气缸的活塞杆平行且不共面；所述的第二滑块与第二直线导轨构成滑动副，并与气缸的活塞杆固定；连杆铰接块与第二滑块固定；对称设置在第二直线导轨两侧的两个切块第一连杆一端均与连杆铰接块铰接，另一端分别与一个切块第二连杆中部铰接；两个切块第二连杆一端均与第二直线导轨铰接，另一端分别与一个连杆切刀的刀柄部一端铰接；两个切块第三连杆的一端均与切刀安装架铰接，另一端分别与一个连杆切刀的刀柄部另一端铰接；两个连杆切刀对称设置在第二直线导轨两侧；两个连杆切刀的刀片刃口相对设置；
当第一传感器检测到第一连杆与第二连杆的铰接轴时，控制器接收到第一传感器的检测信号，控制气缸的推杆推出；当第二传感器检测到与第二连杆的铰接轴时，控制器接收到第二传感器的检测信号，控制气缸的推杆缩回。
2.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：所述托盘的侧壁靠底部位置为横截面由上至下逐渐缩小的锥面，或托盘的底面为圆弧面。
3.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：两个托板对称设置在输送链板两侧；托板开设的调节槽与机架顶部开设的通孔通过螺栓连接，托板的上表面与输送链板上部平面段的内侧面接触。
4.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：所述的链传动机构包括传动主动链轮、链条和传动从动链轮；所述的传动主动链轮固定在步进电机的输出轴上，传动从动链轮固定在驱动轴上，并与传动主动链轮通过链条连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：所述机架的顶部斜面倾斜角在30°～40°之间取值。
6.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：所述的切块组件位于托盘正上方时，输送链板的输送速度为整个输送周期中最高输送速度的40％以下。
7.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：所述连杆切刀的刀片呈弧形面。
8.根据权利要求1所述的一种具有类圆锥切割轨迹的西兰花切块去芯生产线，其特征在于：两个连杆切刀的刀片刃口运动时实现类圆锥轨迹。
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