一种基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备及其工作方法与流程

本发明涉及一种椰肉挖取设备及方法，具体涉及一种基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备及其工作方法，属于椰肉加工领域。

背景技术：

椰肉是椰子汁饮料、椰子片等椰肉食品的重要原材料。目前，国内外对椰肉挖取机器的研究报道很少，椰肉与椰子内壳的分离技术尚未成熟，还处于人力劳动和半机械化生产阶段。张敏发明的一种便携式开椰壳刮椰肉刀(专利号：CN102357022A)，其本质是通过刀具的改良，取代大刀(劈柴刀或大菜刀)，便于携带。但是，人工挖椰肉效率低、劳动强度高，而且容易发生安全事故。秦兴春发明的便携式电动椰肉切削装置(专利号：ZL200720075417.X)，小巧但依然需要耗费大量人力，生产效率低，不能满足企业规模生产的需要。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备及其工作方法，使得挖椰肉技术自动化程度低、效率低、安全系数低等问题得到解决。

一种基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备，其特征在于，该设备包括动力驱动装置、刀片悬臂装置和锥头螺纹装置，

所述动力驱动装置包括电动机、环套、螺纹主轴、联轴器、伞齿轮和两对对心斜齿轮，

所述电动机为正反转电动机，

所述电动机的输出轴通过所述联轴器与所述伞齿轮连接，所述两对对心斜齿轮十字交叉式连接在所述伞齿轮下方，所述螺纹主轴与所述对心斜齿轮连接，

所述环套内部具有内螺纹，与所述螺纹主轴啮合，套装在所述螺纹主轴上，

所述刀片悬臂装置包括弹簧A、弹簧B、钢制小环、固定环套、连杆、刀具承载臂、伸缩杆和刀片组，

所述刀具承载臂固定连接在所述环套的一端，所述刀具承载臂通过所述伸缩杆与所述伞齿轮相连接，所述刀具承载臂由两根圆锥形圆杆组成，所述固定环套固定所述两个圆锥形圆杆使其相互平行，所述每根圆锥形圆杆上包含所述弹簧A和所述弹簧B，所述刀片组安装在所述弹簧A和所述弹簧B之间，所述钢制小环设置在所述弹簧B下方的圆杆上，所述钢制小环侧部设有活动节，所述连杆的一端与所述钢制小环通过所述活动节连接，所述连杆的另一端与所述刀片组连接，

所述锥头螺纹装置包括刨丝圆锥和压力传感器，

所述刨丝圆锥与所述螺纹主轴的底部连接，所述压力传感器设置在所述刨丝圆锥上部，所述压力传感器用于接收并传输所述刨丝圆锥上部的压力信号。

更进一步地，所述刀片组包括刀片固定板、可旋转螺栓、椰肉挡刀、弧形刀片，

所述可旋转螺栓的两边设有空心圆柱，所述空心圆柱和所述椰肉挡刀相结合，所述空心圆柱之间由所述可旋转螺栓连接，所述弧形刀片与所述可旋转螺栓连接，所述弧形刀片与所述连杆连接，所述椰肉挡刀和所述弧形刀片为弧形，所述弧形刀片中部具有条形孔洞。

更进一步地，所述刀片悬臂装置还包括刀具承载臂收放组件，所述刀具承载臂收放组件包括伺服电机、链条和固定圆柱，所述伺服电机固定安装在所述固定环套上，所述固定圆柱固定设置在所述刀片固定板上，所述链条一端与所述伺服电机的输出轴相连，另一端与所述固定圆柱相连。

更进一步地，所述设备包括PLC，所述刀具承载臂收放组件还包括斜齿轮A、线盒和电线，所述PLC通过所述电线与所述伺服电机连接，所述斜齿轮A与所述伞齿轮啮合，所述线盒具有中心轴，所述电线缠绕在所述线盒的中心轴上，所述斜齿轮A与所述线盒的中心轴连接。

更进一步地，所述刨丝圆锥上部分为圆台，下部分为倒圆锥，所述刨丝圆锥的倒圆锥上具有锥头沟痕，所述锥头沟痕上布满锥头，所述锥头从所述锥头沟痕的锥体到尖锥处由深到浅进行分布，所述压力传感器设置在所述刨丝圆锥的圆台上表面。

更进一步地，所述刀具承载臂的两根所述圆杆底部为圆锥状，端部分别设有圆珠。

更进一步地，所述设备还包括减震装置，所述减震装置包括椰肉挖取设备固定板和平衡块，所述电动机通过所述椰肉挖取设备固定板固定于固定件上，所述平衡块设置在所述环套的一端，与所述刀具承载臂相对，所述平衡块的重量和所述刀片组的重量相近。

更进一步地，所述设备还包括夹紧装置，所述夹紧装置包括夹紧底座、弹簧组C、夹紧块，所述夹紧底座中间具有圆孔，所述刨丝圆锥能够伸入圆孔内，所述圆孔内四个方位各包含一组所述弹簧组C，所述夹紧块位于所述弹簧组C端部。

一种利用上述设备实现基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取的工作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，

S1、对椰子进行预处理，即在竖直方向上椰子顶部削去一部分露出椰肉，并倒出椰子水，将预处理后的椰子放入所述夹紧装置中固定；

S2、启动电动机，所述电动机带动所述伞齿轮转动，所述伞齿轮通过两对所述对心斜齿轮将所述电动机的转矩改变方向后传递给所述螺纹主轴，使得所述螺纹主轴转动的方向与所述刀具承载臂的转动方向相反；

S3、所述环套随所述螺纹主轴的转动向下运动，所述伺服电机不工作，所述链条对所述弹簧A的拉紧力取消,所述弹簧A复原从而所述刀具承载臂伸长，所述弧形刀片与椰肉贴合，在所述刀具承载臂进行旋转的时候所述弧形刀片斜切入椰肉中，所述刀具承载臂的两根圆杆底部刺穿椰肉止于椰壳，圆杆底部紧贴椰壳，所述弧形刀片通过旋转对椰壳内的椰肉进行环形切割，椰肉顺着弧形刀口被割成椰条，从所述弧形刀片上的孔洞滑出，当速度过快时，割出的椰条可能不沿孔洞滑出，此时所述椰肉挡刀将其一部分阻挡或者对椰肉进行二次切割，椰肉顺着所述椰肉挡刀滑出；

S4、通过所述螺纹主轴的转动带动所述刨丝圆锥转动，在椰子底部所述刀片组无法割取椰肉的位置所述刨丝圆锥与椰肉相接触，通过旋转，利用所述锥头沟痕边缘将椰肉成丝状刨出；

S5、当所述PLC接收到所述压力传感器的输出信号后，控制所述电动机反转，将所述弧形刀片收起，所述PLC通过电信号控制所述伺服电机使其转动，所述伺服电机通过所述链条拉动所述固定圆柱，迫使所述弹簧A压缩，从而缩短所述刀具承载臂的半径，使其半径远小于椰壳半径，方便下一个工作循环的入刀。

更进一步地，在所述方法的步骤S3中，根据椰壳半径的不同，通过所述弹簧A7和所述弹簧B10的双弹簧式结构与所述活动节一起实时调整所述弧形刀片的高低，保证在同一高度即使椰子截面形状不为圆形也能做到工作全程所述弧形刀片紧贴椰壳，并利用钢制小环11上的活动节来增加所述弧形刀片的转动副，辅助所述弧形刀片调整角度。

本发明的有益效果：

本发明连接巧妙，只需启动设备即可进行椰肉挖取，操作简单方便，解决手工挖椰肉耗时耗力问题，对椰肉的取出率大大提高，提升了挖椰肉的安全性和效率以及保存了椰壳的完整，提高了椰子综合利用率，大大提高了椰肉挖取的自动化程度。

附图说明

图1是本发明的基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备主视图；

图2是本发明的基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备左视图；

图3是本发明的基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备右视图；

图4是本发明的基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备后视图；

图5是本发明的基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备立体图；

图6是本发明的斜齿轮A23、伞齿轮29和对心斜齿轮31连接示意图；

图7是本发明的刀片悬臂装置结构主视图；

图8是本发明的刀片悬臂装置结构后视图；

图9是本发明的刀片悬臂装置结构俯视图；

图10是本发明的刀片悬臂装置结构立体图；

图11是本发明的钢制小环结构立体图；

图12是本发明的刨丝圆锥6结构立体图；

图13是本发明的夹紧装置主视图；

图14是本发明的夹紧装置三维图；

图15是本发明的夹紧装置俯视图。

其中：1-电动机，2-电动机三角插头，3-椰肉挖取设备固定板，4-环套，5-螺纹主轴，6-刨丝圆锥，7-弹簧A，8-刀片固定板，9-可旋转螺栓，10-弹簧B，11-钢制小环，12-圆珠，13-固定环套，14-椰肉挡刀，15-弧形刀片，16-连杆，17-刀具承载臂，18-锥头沟痕，19-平衡块，20-压力传感器，21-PLC，22-联轴器，23-斜齿轮A，24-线盒，25-电线，26-伺服电机，27-链条，28-固定圆柱，29-伞齿轮，30-伸缩杆，31-对心斜齿轮，32-夹紧底座，33-弹簧组C，34-夹紧块。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

本发明提供一种基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备，该设备包括动力驱动装置、刀片悬臂装置和锥头螺纹装置，刀片悬臂装置和锥头螺纹装置分别安装在动力驱动装置上，动力驱动装置为刀片悬臂装置和锥头螺纹装置工作提供动力，对待加工椰子的椰肉进行挖取。

如图1至图5所示，该动力驱动装置包括电动机1、环套4、螺纹主轴5、PLC21、联轴器22、电线25、伞齿轮29和两对对心斜齿轮31。

电动机1设有电动机三角插头2，电动机1为正反转电动机，通过电动机三角插头2与电源连接，由于本装置运行环境为高速转动，采用电动机三角插头2可防止漏电，增加设备工作的稳定性和安全性。

电动机1的输出轴通过联轴器22与伞齿轮29连接，如图6所示，两对对心斜齿轮31十字交叉式连接在伞齿轮29下方，由伞齿轮29带动其转动，螺纹主轴5与对心斜齿轮31连接。电动机1带动伞齿轮29转动，伞齿轮29通过两对对心斜齿轮31将电动机1的转矩改变方向后传递给螺纹主轴5，电动机1通过齿轮与螺纹主轴5连接，避免复杂的传动，减少能量的损失。螺纹主轴5的螺纹为双线矩形螺纹，可使该装置运行更稳定，其旋向为右旋，螺纹主轴5内安装有电线25，与PLC21连接，PLC21固定在联轴器22上。

环套4内部具有矩形内螺纹，与螺纹主轴5啮合，套装在螺纹主轴5上，在工作时可以沿着螺纹主轴5螺旋形上升或下降。

如图7至图10所示，刀片悬臂装置包括弹簧A7、弹簧B10、钢制小环11、圆珠12、固定环套13、连杆16、刀具承载臂17、伸缩杆30(见图5)和刀片组。刀具承载臂17固定连接在环套4的一端，与环套4一起上下移动，刀具承载臂17由两根圆锥形圆杆组成，固定环套13与两根圆杆固定连接使其相互平行，以防止其在工作时两个圆杆错位导致装置工作出现异常。刀具承载臂17的每根圆杆上包含两根弹簧，分别为弹簧A7和弹簧B10，两根圆杆可相互独立伸缩。由于椰子的大小不一，同一个椰子的不同高度下椰子的半径也不同，当椰子半径小时，弹簧受力收缩，当椰子半径大时则弹簧压缩量小，弹簧在设备割取椰肉工作的全程都处于压缩状态。两根圆杆底部为圆锥状，其端部分别设有一个圆珠12，由于椰肉的硬度和椰壳的硬度相差甚远，在设备工作的时候圆杆底部的圆锥状部分刺穿椰肉止于椰壳，圆锥底部的圆珠12和椰壳进行紧密接触，圆珠12在工作的时候滚动，从而减少锥体与椰壳的阻力。

通过伸缩杆30刀具承载臂17与伞齿轮29相连接，当伞齿轮29转动的时候可以带动刀具承载臂17一起转动，由于伞齿轮29通过两对对心斜齿轮31将电动机1的转矩改变方向后传递给螺纹主轴5,刀片悬臂装置17的旋向与螺纹主轴5的运动方向相反,使得刀片悬臂装置17迅速下降从而增加工作效率。与螺纹主轴5静止刀具承载臂17转动的工作方式相比本设备提高了切割椰肉的效率。

刀片组包括刀片固定板8、可旋转螺栓9、椰肉挡刀14、弧形刀片15，刀片固定板8通过可旋转螺栓9安装在弹簧A7和弹簧B10之间，双弹簧式结构可以保证刀片组在弹簧A7和弹簧B10的弹性形变的范围内能够上下移动，椰肉挡刀14和弧形刀片15安装在刀片固定板8上，椰肉挡刀14靠近弹簧A7。椰肉挡刀14为弧形，能够对其中一部分椰肉进行阻挡或者对椰肉进行二次切割。弧形刀片15的弧度在110～130度之间为宜，方便与椰子外壳相贴合，为便于弧形刀片15的刀口切入椰肉内与椰壳相接触，弧形刀片15的刀口也为弧形，弧形刀片15中部设计为条形孔洞，方便椰肉从孔洞漏出。双弹簧式结构不仅使得刀具承载臂17的长短可以根据椰子的不同半径进行自动调整，并且使得弧形刀片15能够贴合椰壳，将椰肉挖出。

可旋转螺栓9的两边为空心圆柱，空心圆柱和椰肉挡刀14相结合，空心圆柱之间由可旋转螺栓9连接，弧形刀片15与可旋转螺栓9连接。

钢制小环11安装在弹簧B10下方的圆杆上，钢制小环11(见图11)外侧具有一个连接凹槽，在连接凹槽内置有活动节，连杆16一端与弧形刀片15连接，另一端通过活动节与钢制小环11相连，连杆16可通过活动节在钢制小环11的连接凹槽内转动，活动节可控制连杆16仅能顺时针转动，逆时针转动时则会卡死，活动节的使用也增加了弧形刀片15的转动副，辅助弧形刀片15调整角度。并且可旋转螺栓9转动角度的范围与钢制小环11转动角度的范围相同。通过实践发现，当弧形刀片15在0～30度之间转动时便于切割椰肉，通过钢制小环11控制连杆16在0～30度范围之间旋转，从而和可旋转螺栓9一起控制弧形刀片15在0～30度之间转动。

椰子在同一高度的时候椰子的截面不一定为圆形，当椰壳到螺纹主轴5的半径改变时弹簧A7和弹簧B10压缩，弧形刀片15向着压缩大的方向移动但弧形刀片15依然紧贴椰壳，连杆16起到固定弧形刀片15的作用，可以根据不同椰子的情况，通过双弹簧式结构和活动节实时调整刀的高低，做到工作全程弧形刀片15能紧贴椰壳。

该刀片悬臂装置还可设置刀具承载臂收放组件，该刀具承载臂收放组件包括伺服电机26、链条27、固定圆柱28，伺服电机26固定安装在固定环套13上，通过电线25与PLC21连接，固定圆柱28固定设置在刀片固定板8上，链条27一端与伺服电机26的输出轴相连，另一端与固定圆柱28相连。当开始工作时，伺服电机26不动作，链条27对弹簧7A的拉紧力取消,弹簧A7复原从而刀具承载臂17伸长，当电动机1反转退刀时，PLC21通过电信号控制伺服电机26使其转动，伺服电机26通过链条27拉动固定圆柱28，迫使弹簧A7压缩，从而缩短刀具承载臂17的半径，使其半径远小于椰壳半径，方便下一个工作循环的入刀。

PLC21通过电线25控制伺服电机26，为防止工作时电线25缠绕螺纹主轴5，该刀具承载臂收放组件还可设置斜齿轮A23和线盒24，将斜齿轮A23与伞齿轮29啮合，如图6所示，当伞齿轮29转动时斜齿轮A23绕着伞齿轮29中心做圆周运动，并且也在自转，斜齿轮A23与刀具承载臂17相互平行，两者绕着螺纹主轴5做旋转运动时相对位置不变，斜齿轮A23连接着线盒24的中心轴，电线25缠绕在线盒24的中心轴上。当斜齿轮A23顺时针自转时，线盒24中心轴也顺时针转动，电线25伸长，当斜齿轮A23逆时针自转时，线盒24中心轴也逆时针转动，电线25缩短，工作期间，电线25与螺纹主轴5时刻保持平行，避免在工作状态下电线25与螺纹主轴5发生缠绕。

锥头螺纹装置包括刨丝圆锥6和压力传感器20，刨丝圆锥6与螺纹主轴5的底部连接，如图12所示，刨丝圆锥6上部分为圆台，下部分为倒圆锥，刨丝圆锥6的下部分倒圆锥上包含锥头沟痕18，锥头沟痕18上布满锥头，锥头从锥头沟痕18的锥体到尖锥处由深到浅进行分布。压力传感器20设置在刨丝圆锥6的圆台上表面，当环套4底部与刨丝圆锥6的圆台上表面接触时，压力传感器20接收刨丝圆锥6上表面的压力，并将压力信号通过电线25传递给PLC21，由此PLC21将信号转化为电信号控制电动机1反转，使得环套4上升到螺纹主轴5的顶部，达到退刀的效果。在锥头螺纹装置工作时候，对椰子底部刀片组无法割取椰肉的位置进行椰肉刨丝，将椰肉充分的挖出，并且该刨丝圆锥6能临时存储被挖出的椰丝。

为减少该设备工作时的振动，该设备还包括减震装置，该减震装置包括椰肉挖取设备固定板3和平衡块19，如图4所示，利用椰肉挖取机固定板3将电动机1固定于固定件上，可将电动机1工作时所产生的振动通过椰肉挖取设备固定板3传导出去。平衡块19设置在环套4的一端，与刀具承载臂17相对设置，平衡块19的重量和刀片组的重量相近，以平衡刀具，降低其工作时抖动。

为使椰子在加工时保持稳定，不发生位移，该设备还可包括夹紧装置，如图13至图15所示，夹紧装置包括夹紧底座32、弹簧组C33、夹紧块34。夹紧底座32中间具有圆孔，刨丝圆锥6能够伸入圆孔内，圆孔内四个方位各包含一组弹簧组C33，每组弹簧含3条外弹簧，每条外弹簧相互平行，并且每条外弹簧内还有一条与外弹簧旋向相反的内弹簧，防止其发生共振而使得弹簧断开，夹紧块34位于弹簧组C33端部。将椰子压入夹紧装置，由于椰子大小不同所以压缩的弹簧的长度也不同，椰子在夹紧装置内受到四个方向的作用力，并且与椰子接触的夹紧块34表面由摩擦系数大的材料制成，夹紧块34与椰子产生摩檫力来平衡刨丝圆锥6的压力，椰子受力平衡，在设备工作时保持相对静止。

利用上述基于PLC双弹簧回转式椰肉挖取设备，将椰肉由椰壳内挖出的工作方法是：

在椰子取肉之前要对椰子进行预处理，即将竖直方向上椰子底部距离顶部约15㎝，或在离顶部五分之一至四分之一处水平削去(开盖)，露出椰肉，并倒出椰子水，将预处理后的椰子放入夹紧装置中固定。

将电动机三角插头2插入插座，启动电动机1，电动机1带动伞齿轮29转动，伞齿轮29通过两对对心斜齿轮31将电动机1的转矩改变方向后传递给螺纹主轴5，使得螺纹主轴5转动的方向与刀具承载臂17的转动方向相反。

椰肉挖取工作开始前,由于链条27拉伸弹簧7,刀具承载臂17的长度小于椰子半径,环套4和刀具承载臂17伸入椰壳内,当开始挖取椰肉时,环套4随螺纹主轴5的转动向下运动，伺服电机26不工作，链条27对弹簧7A的拉紧力取消,弹簧A7复原从而刀具承载臂17伸长，弧形刀片15与椰肉贴合。在刀具承载臂17进行旋转的时候弧形刀片15斜切入椰肉中，刀具承载臂17的两根圆杆底部的圆锥状部分刺穿椰肉止于椰壳，圆锥底部的圆珠12和椰壳进行紧密接触，圆珠12在工作的时候滚动，从而减少锥体与椰壳的阻力，弧形刀片15通过旋转对椰壳内的椰肉进行环形切割，椰肉顺着弧形刀口被割成椰条，从弧形刀片15上的孔洞滑出，当速度过快时，割出的椰条可能不沿孔洞滑出，此时刀具上的椰肉挡刀14将其一部分阻挡或者对椰肉进行二次切割，椰肉顺着椰肉挡刀14滑出。

根据椰壳半径的不同，通过弹簧A7和弹簧B10的双弹簧式结构与活动节一起实时调整弧形刀片15的高低，保证在同一高度即使椰子截面形状不为圆形也能做到工作全程弧形刀片15紧贴椰壳，并利用钢制小环11上的活动节来增加弧形刀片15的转动副，辅助弧形刀片15调整角度。当椰子的半径变小时，椰壳挤压弧形刀片15，弧形刀片15推动弹簧A7压缩量增大，弹簧B10压缩量减小，弧形刀片15向着压缩大的方向移动但弧形刀片15依然紧贴椰壳，连杆16起到固定弧形刀片15的作用，当椰子的半径突然增大时，弹簧A7和弹簧B10的压缩量减小，弧形刀片15向外移动，使得弧形刀片15依旧紧贴椰壳。

通过螺纹主轴5的转动带动刨丝圆锥6转动，在椰子底部刀片组无法割取椰肉的位置刨丝圆锥6与椰肉相接触，通过旋转，利用锥头沟痕18将椰肉成丝状刨出。

当刀具承载臂17向下运动环套4接触到刨丝圆锥6时，压力传感器20接收到传来的压力，并将信号通过螺纹主轴5内的电线25传递给PLC21，PLC21将信号转化为电信号控制电动机1反转。

当电动机1反转将弧形刀片15收起时，PLC21通过电信号控制伺服电机26使其转动，伺服电机26通过链条27拉动固定圆柱28，迫使弹簧A7压缩，从而缩短刀具承载臂17的半径，使其半径远小于椰壳半径，方便下一个工作循环的入刀。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。