一种柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置与方法与流程

本发明涉及水果副产品自动化加工领域，特别是涉及一种柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置与方法。

背景技术：

橘红、甘桔、小青桔等芸香科柑橘类水果具有较高的经济价值，全身是宝，其果肉、皮、核、络均可入药，其果皮制品“化橘红”、“陈皮”、“橘络”等具有理气调中、健脾和胃、燥湿化痰、消积化滞等功效；与普洱茶结合，具有健脾养胃、清热解毒、化痰止咳、降脂减肥、养颜美容以及抗动脉硬化、抗衰老和醒酒等作用。因此橘红普洱茶、小青桔普洱茶、甘桔普洱茶等受到市场广泛关注，生产量越来越大。制作芸香科柑橘类普洱茶的关键步骤是对芸香科柑橘类水果进行果肉去除，保留完整外皮的操作，此操作目前主要靠人工完成。而传统的手工取肉去芯方法耗时耗力，也难以使得产品规范统一，制约了该产业向规模化、规范化的方向发展。

手工操作芸香科柑橘类水果取肉去芯，其流程为：首先在果实顶部开盖，露出果肉，然后用勺子将果肉搅碎挖出，最后进行清洗。手工操作具有如下缺点：

一、开盖必须较大，不然勺子难以进入挖去果肉；

二、人工操作效率低，规范性差，取肉去芯效果不一致；

三、难以在一把刀具上集成开盖、挖肉等操作，导致难以实现自动化。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置，该装置可在一把刀具上实现取肉去芯的所有操作，效率高，易于实现自动化作业，并能适应不同大小的果实。

本发明还提供一种柑橘类水果取肉去芯的方法，其采用前述可变半径软刀装置实施，能在一把刀具上实现芸香科柑橘类水果去除果肉，保留完整外皮，可自动化作业。

本发明装置采用如下技术方案来实现：一种柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置，包括刀具本体部分和驱动控制部分；其中：

刀具本体部分包括可变半径外刀与中空的圆柱形内刀，可变半径外刀套接在圆柱形内刀外，可变半径外刀设有若干柔性软刀片，柔性软刀片与圆柱形内刀外径切面成α度切削角；

驱动控制部分包括笼形包络体半径控制电动机、丝杆、刀具旋转电动机，笼形包络体半径控制电动机与丝杆通过联轴器连接，丝杆上套接丝杆螺母，丝杆螺母与可变半径外刀连接，刀具旋转电动机通过皮带向圆柱形内刀传递运动。

优选地，可变半径软刀装置具有两种工作状态，分别为圆柱形刺入状态与笼形果肉挖取状态；

所述圆柱形内刀的内侧设有数量与柔性软刀片一致的果肉排空孔，每个柔性软刀片刚好遮挡果肉排空孔，使可变半径软刀装置在圆柱形刺入状态时呈现不带孔的圆柱形；

在笼形果肉挖取状态下，笼形包络体半径控制电动机的旋转角度转变为丝杆螺母的滑动行程，控制可变半径外刀上的柔性软刀片产生不同半径的形变而形成笼形包络体，通过控制滑动行程大小控制笼形包络体的半径。

优选地，可变半径软刀装置还包括果肉果汁收集部分，果肉果汁收集部分包括与丝杆螺母固定连接的果肉排出管、负压腔体、真空泵、果肉收集槽，果肉排出管经过第一电动阀连接到负压腔体，真空泵通过管道连接到负压腔体，负压腔体经过第二电动阀连接到果肉收集槽。

本发明方法采用如下技术方案来实现：采用上述可变半径软刀装置，包括以下步骤：

a.可变半径软刀装置在圆柱形刺入状态，可变半径外刀不产生形变，包裹在圆柱形内刀外，柔性软刀片刚好遮挡果肉排空孔，驱动刀具旋转电动机旋转，并通过向果实轴向施加压力，使圆柱形内刀的刺入端从果实轴向旋转切入，实现果实开盖，并取出果盖待用；

b.可变半径软刀装置刺入果实后，笼形包络体半径控制电动机运动，带动柔性软刀片变形，形成笼形包络体，笼形包络体沿径向辐射状初步割断果肉；

c.笼形包络体半径控制电动机正反旋转，带动丝杆螺母上下运动，往复控制笼形包络体的半径大小变化，使柔性软刀片沿径向不停切割果肉，并驱动刀具旋转电动机使刀具沿轴向旋转，两个动作的合成运动，带动笼形包络体上的柔性软刀片以动态方式遍历果实内腔，柔性软刀片分离果肉和果皮，并进一步割断、搅碎果肉；

d.果肉充分割断并搅碎后，笼形包络体半径控制电动机自锁，保持笼形包络体形状不变，以支撑果皮，排出果汁和碎小的果肉；

e.笼形包络体半径控制电动机运动带动柔性软刀片恢复原状，残留的果肉通过柔性软刀片内侧挤压而排出。

本发明采用柔顺机构的方式实现芸香科柑橘类水果取肉去芯的操作，该刀具结构简洁，易于加工，形状与参数可调，配合本发明操作方法，适合自动化生产作业，可实现芸香科柑橘类水果去除果肉，保留完整外皮的目的，适用于橘红普洱茶、小青桔普洱茶等需要芸香科柑橘类水果外皮作为容器的应用场合。相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、本发明与现有去芯刀具相比，除了圆柱形去芯外，引入了柔性软刀片结构，能根据果实的内腔形状去除果肉，保留完整果皮。

2、本发明对现有工艺流程进行改良，一个刀具能同时完成开盖、刺入、去芯等操作，可实现较小开盖操作，与传统人工作业相比保留更完整的果皮。

3、本发明除了可以保留完整果皮外，具有果肉果汁收集装置，所收集的果肉果汁可用于其他副产品加工使用，减少浪费。

4、本发明操作步骤简洁，驱动动作均为直线与旋转运动，易于实现自动化。

附图说明

图1是本发明柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置的结构示意图；

图2是本发明柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置的圆柱形刺入状态示意图；

图3是本发明柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置的笼形果肉挖取状态示意图；

图4是本发明柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置的外刀俯视图；

图中：1-可变半径外刀，2-柔性软刀片，3-圆柱形内刀，4-果肉排空孔，5-锯齿，6-笼形包络体半径控制电动机，7-刀具旋转电动机，8-联轴器，9-丝杆，10-丝杆螺母，11-皮带轮，12-皮带，13-果肉排出管，14-第一电动阀，15-果肉收集槽，16-负压腔体，17-真空泵，18-第二电动阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-4所示，所述的一种柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置，包括刀具本体部分、驱动控制部分和果肉果汁收集部分。

——刀具本体部分包括：

可变半径外刀1与中空的圆柱形内刀3，可变半径外刀套接在圆柱形内刀外。

可变半径外刀1设有若干柔性软刀片2，柔性软刀片2的数量根据不同的果实种类和不同的果实大小可相应的取不同的最优值；柔性软刀片2与圆柱形内刀3外径切面成α度切削角，该切削角的角度根据不同的果实种类和不同的果实大小切削需要而定。

本实施例中，柔性软刀片设有6片，以60度均布于可变半径外刀上，柔性软刀片与圆柱形内刀外径切面成15度切削角。图4示出本发明所述的柔性软刀片切削角。

圆柱形内刀3的内侧设有数量与柔性软刀片2一致的果肉排空孔4，每个柔性软刀片刚好遮挡果肉排空孔，使刀具的初始状态呈现不带孔的圆柱形，可减少刺入阻力，圆柱形内刀的刺入端设有锯齿5，用于刺穿果实外皮，实现刀具的切入和果实的开盖。锯齿5形状与数量可根据果实外皮坚硬程度而设置，例如优选等腰三角形的锯齿，数量为18个。

——驱动控制部分包括：

笼形包络体半径控制电动机6与丝杆9通过联轴器8连接，笼形包络体半径控制电动机6固定在机架上，当笼形包络体半径控制电动机旋转运动，带动丝杆同步运动，套接在丝杆上的丝杆螺母10产生滑动运动，丝杆螺母10与可变半径外刀1固连，笼形包络体半径控制电动机的旋转角度转变为丝杆螺母的滑动行程，可控制可变半径外刀上的柔性软刀片2产生不同半径的形变，从而控制笼形包络体半径，以适应不同果实大小。

刀具旋转电动机7与皮带轮11同轴连接，皮带轮11和圆柱形内刀3通过皮带12连接并传递运动，当刀具旋转电动机旋转，带动圆柱形内刀旋转，从而带动整个刀具旋转。

——果肉果汁收集部分包括：

与丝杆螺母10固定连接的果肉排出管13经过第一电动阀14连接到负压腔体16，真空泵17通过管道连接到负压腔体16，负压腔体16经过第二电动阀18连接到果肉收集槽15。果肉果汁收集部分的工作步骤如下：

a.开启真空泵17，关闭第一电动阀14和第二电动阀18，等待压力达标；

b.收集果肉果汁时，开启第一电动阀14，果肉果汁由于负压被抽取到负压腔体16中；

c.关闭真空泵17，关闭第一电动阀14，开启第二电动阀18，果肉果汁通过重力落到果肉收集槽15内。

本发明柑橘类水果取肉去芯的可变半径软刀装置，具有两种工作状态，分别为圆柱形刺入状态(图2)与笼形果肉挖取状态(图3)。在圆柱形刺入状态下，圆柱形内刀3内侧果肉排空孔被柔性软刀片2遮盖，刀具整体呈不带孔的圆柱形，圆柱形内刀3通过锯齿5刺入果实，形成果实开盖状态，开盖大小与圆柱形内刀外径相关，可根据不同果实大小和工艺要求设计。在笼形果肉挖取状态下，套接在外的可变半径外刀1通过笼形包络体半径控制电动机6驱动，使丝杆螺母10产生轴向滑动，带动柔性软刀片2变形而形成笼形包络体，通过控制滑动行程大小可控制笼形包络体的半径，柔性软刀片2具有柔性，可被动自适应果实内腔大小和形状。

本发明采用柔顺机构的设计方法，设计刚-柔套接刀具，具有两种状态，可实现状态转换。本发明配合如下操作步方法，能在一把刀具上实现芸香科柑橘类水果去除果肉，保留完整外皮的目的。柑橘类水果取肉去芯的方法，采用前述可变半径软刀装置来实施，包括如下步骤：

a.装置初始状态为圆柱形刺入状态，可变半径外刀1不产生形变，包裹在圆柱形内刀3外，柔性软刀片2刚好遮挡果肉排空孔4，使刀具呈现不带孔的圆柱形，驱动刀具旋转电动机7旋转，并通过向果实轴向施加压力，使锯齿5从果实轴向旋转切入，实现果实开盖，并取出果盖待用；

b.装置刺入果实后，笼形包络体半径控制电动机6运动，带动柔性软刀片2变形，形成笼形包络体，笼形包络体沿径向辐射状初步割断果肉；

c.笼形包络体半径控制电动机6正反旋转，带动丝杆螺母10上下运动，往复控制笼形包络体的半径大小变化，使柔性软刀片2沿径向不停切割果肉，并驱动刀具旋转电动机7使刀具沿轴向旋转，两个动作的合成运动，带动笼形包络体上的柔性软刀片2以动态方式遍历果实内腔，柔性软刀片以合适的切削角度分离果肉和果皮，并进一步割断、搅碎果肉；

d.果肉充分割断并搅碎后，笼形包络体半径控制电动机6自锁，保持笼形包络体形状不变，以支撑果皮，开启真空泵17，关闭第一电动阀14和第二电动阀18，等待压力达标；负压达标后，开启第一电动阀，由于负压力作用，果汁与碎小的果肉经过果肉排空孔4向果肉排出管13排出，被抽取到负压腔体16中；关闭真空泵17，关闭第一电动阀，开启第二电动阀，果肉果汁通过重力落到果肉收集槽15内；

e.笼形包络体半径控制电动机6运动带动柔性软刀片2恢复原状，较大的残留果肉通过柔性软刀片内侧挤压，进一步从果肉排空孔4经过圆柱形内刀3的中空部分到达果肉排出管13，在负压作用下向果肉收集槽15排出抽走；

f.装置从果实中抽出，完整的果实外皮输送到清洗水槽，进一步清理残留果汁、果肉。

在本实施例中，可变半径外刀1和柔性软刀片2采用0.15mm厚度不锈钢制作，圆柱形内刀3采用0.5mm厚度不锈钢制作；笼形包络体半径控制电动机6与刀具旋转电动机7均采用步进电动机，联轴器8采用刚性联轴器，丝杆9采用滚珠丝杆，皮带轮11采用gt2同步带轮，皮带12采用7mm宽gt2同步带，第一电动阀14和第二电动阀18采用12v直流驱动电磁阀，真空泵采用三相交流泵。

在本实施例中，刀具参数以橘红取肉去芯为例，橘红选取直径50mm到80mm大小为宜；为适应橘红普洱茶生产，开盖大小为直径20mm，因此圆柱形内刀3的外径为20mm；以50mm大小橘红保留5mm果皮为例，笼形包络体外径为40mm，因此滑动行程约为14mm。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。