一种全自动水果削皮去核一体机的制作方法

本发明涉及食品加工技术领域，尤其是涉及一种全自动水果削皮去核一体机。

背景技术：

提起水果，人们最先想到的就是营养价值非常高的水果之王——苹果。苹果削皮不仅是一种习惯，也是防止果皮中残留农药等有害物质对人体造成伤害的最有效的方法。尤其是对于苹果深加工企业，需要将苹果制成多种制品，为保证制成品的品质及卫生，苹果削皮、去核就更加重要。

苹果是一个形状较不规则的异形体，苹果削皮的加工难度较大，现如今家庭、餐饮行业及一些中小型苹果加工企业里仍要借助人力进行削皮，而这样操作在消毒、卫生方面都达不到国家对食品QS的规定。削皮的厚度则由工人的技术而决定，一般在2mm-3mm，大量的果肉随皮屑扔掉，使果品的制成率很低，只有65％左右^[2]。另外，对于工厂，工人削皮的劳动强度较大，机械的循环工作极易造成割伤，效率低而成本高，即使是对于一家四口满足每日所需的四个苹果，削皮也是一件尤为令人深感疲倦而又易产生伤害的劳动。因此，亟待设计一款能自动完成苹果等水果的输送、削皮、去核一体化作业的高效率、低劳动强度的全自动水果削皮去核一体机。

现有技术中设计了手摇式单果削皮机、多果半自动削皮机以及构造复杂的大型苹果削皮机等。但是手摇式和半自动式耗费人力物力，果肉损失很大，而大型的构造复杂的削皮机又非常的笨重，体积庞大，不宜推广，缺乏创意。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全自动水果削皮去核一体机，具有自动化程度高、削皮效率高、系统稳定、安全性高等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种全自动水果削皮去核一体机，包括设有送果管道的入料工位、矫位工位、削皮工位、去核工位和扎取机构，所述矫位工位、削皮工位和去核工位均设置在扎取机构的下方，并依次沿X向顺序设置，所述矫位工位包括滤网套、盛水桶和第一Z向移动组件，所述第一Z向移动组件沿Z向设置，所述滤网套设于第一Z向移动组件上，所述盛水桶设于滤网套的下方，所述送果管道的出口对准滤网套，水果经送果管道落入滤网套后，第一Z向移动组件驱动滤网套浸入盛水桶后抬起滤网套，扎取机构扎取滤网套内的水果，并将水果依次送到削皮工位、去核工位进行削皮和去核。

所述入料工位还包括旋转出料组件，所述旋转出料组件包括保护环、入料底板和入料转动电机，所述保护环设于入料底板上，保护环的圆心处设有带入料推板的推板转动轴，所述入料推板将保护环内部均分为多个扇形空间，所述入料底板上设有与送果管道入口连接的入料口，所述入料转动电机的转动轴连接推板转动轴，入料转动电机驱动入料推板转动，使得入料口分别与一扇形空间重合。

所述扎取机构包括X向移动组件、扎果针头、Z向扎取旋转轴和扎取转动电机，所述X向移动组件沿X向架设在矫位工位、削皮工位和去核工位的上方，所述Z向扎取旋转轴竖直设于X向移动组件上，Z向扎取旋转轴的顶端连接扎取转动电机，Z向扎取旋转轴的底端连接扎果针头。

所述Z向扎取旋转轴上套设有主动圆柱齿轮，所述削皮工位包括从动圆柱齿轮组、第一锥齿轮、Y向转动轴、削皮圆盘和浮动刀头，所述削皮圆盘通过Y向转动轴设置扎取机构下方，所述削皮圆盘的圆周边缘处设有第二锥齿轮，所述从动圆柱齿轮组设于扎取机构与削皮圆盘之间，所述第一锥齿轮与从动圆柱齿轮组同轴设置，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，所述浮动刀头的底端采用浮动方式设于削皮圆盘内，当扎取机构移动至削皮工位上方时，主动圆柱齿轮与从动圆柱齿轮组相啮合，且浮动刀头紧贴扎果针头上的水果表面，削皮时，扎取转动电机驱动扎果针头沿Z向转动，且浮动刀头通过齿轮传动方式沿Y向转动。

所述削皮圆盘包括相连接的削皮圆盘盒体和削皮圆盘盒盖，所述第二锥齿轮设置在削皮圆盘盒盖的圆周边缘上，所述Y向转动轴穿过削皮圆盘盒体连接削皮圆盘盒盖，所述削皮圆盘盒体的内腔底面设有半圆形凸起，所述削皮圆盘盒盖的底面上设有刀头固定座，所述浮动刀头的底部穿过削皮圆盘盒盖通过扭转弹簧设于在刀头固定座上，且浮动刀头的底端抵着削皮圆盘盒体内腔底面，随着浮动刀头转动，当浮动刀头的底端抵着圆盘盒体内腔底面上的半圆形凸起时，浮动刀头离开水果表面，进行复位。

所述去核工位包括第二Z向移动组件、去核刀和去核套筒，所述第二Z向移动组件沿Z向设置，所述去核套筒设于第二Z向移动组件上，所述去核刀设于去核套筒的中心处，当扎取机构移动至削皮工位上方时，扎取转动电机驱动扎果针头沿Z向转动，且第二Z向移动组件带动去核刀向上移动，去核刀插入水果中心进行去核。

所述去核套筒的底部设有用于检测去核套筒内是否放有去核后水果的检测水果传感器，所述检测水果传感器连接有提示器。

所述滤网套上设有朝向削皮工位的凸板。

所述滤网套底部内凹，且内凹处为光滑的弧线。

所述送果管道内设有橡胶减速带。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、系统的稳定性好，即运动平稳准确，能保证规定的运动精度，入料工位、矫位工位、削皮工位、去核工位和扎取机构相互配合，可完成水果自动输送、摆正、插果的动作，实现了上料、削皮、去核整个工作过程的全自动。

2、工作的可靠性高，即能根据功能要求完成既定的动作，且各动作应协调稳定。

3、结构简单紧凑，体积小巧，操作方便，制造容易，成本低。

4、入料工位采用转盘结构将水果推入送果管道，实现水果间歇平稳下落，同时送果管道内根据水果所需要的入料速度设有起到缓冲减速作用的橡胶减速带，可防止水果掉落在滤网套外等情况的出现，减少水果的重力对整体结构造成的震动。

5、矫位工位设置滤网套和盛水桶，利用清水清洗水果表皮上的灰尘，同时利用清水的浮力将水果由下落后的任意位置矫正为头朝上正立的位置，大大提高了后续削皮与去核位置的准确精度。

6、滤网套底部凹进结构保证水果的状态稳定，受力均匀，水果在被扎果针头扎入时不会产生歪斜。

7、在矫位工位处设置凸板，凸板卡住果核的底部，第一Z向移动组件驱动滤网套下移，使得果核脱离扎取机构的扎果针头，并落入果屑桶中，从而完成扎取机构的复位，便于快速进入下一次的工作。

8、扎取机构设置扎取转动电机，实现水果沿Z向转动，配合削皮工位和去核工位，使得削皮与去核过程更加流畅。

9、削皮工位由扎取机构提供动力，能耗少，浮动刀头根部通过扭转弹簧使之产生向水果内部的压紧力，在水果绕Z方向自转的同时，浮动刀头紧贴水果表面绕Y方向旋转完成削皮，可达到去皮厚度约0.6mm的技术指标。

10、设置浮动刀头，浮动刀头根部与削皮圆盘盒体内腔底面始终保持润滑接触，浮动刀头进入右半周时，削皮圆盘盒体内腔底面上设计的半圆形凸起形状会使浮动刀头克服扭力弹簧的弹力向外倾，浮动刀头的刀片离开水果表面，即在右半周的浮动刀头复位过程中浮动刀头的刀片与已被削皮的水果果肉没有接触，留有15-20mm的间隙，则复位过程对果肉没有损伤，达到复位与不损伤果肉的双重目的。

11、去核工位中去核刀配合水果转动同时向上进给，使整个去核过程中不出现真空产生较大阻力，设计出贯穿整个水果的去核刀钢管部分均在倾角范围内。

12、设置检查水果传感器和提示器，当去核完成时，去核后的水果落入去核套筒内，并触发检测水果传感器，则提示器发出提示信息，可及时通知用户已完成水果去核。

13、生产效率高，能耗少，前景十分广阔。

14、减轻劳动强度，不污染环境，创造文明生产条件。

15、留有发展的余地，需改进时不至于造成全机废弃。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明的左视结构示意图；

图4为本发明的立体结构示意图；

图5为滤网套的结构示意图；

图6为浮动刀头在削皮圆盘上的安装示意图；

图7为浮动刀头与扎果针头相配合的结构示意图；

图8为齿轮传动原理示意图；

图9为浮动刀头的爆炸图；

图10为去核刀的结构示意图；

图11为去核刀去核原理示意图。

图中：101、送果管道，102、保护环，103、入料底板，104、入料转动电机，105、推板转动轴，106、入料推板，107、入料口，201、滤网套，202、盛水桶，203、第一Z向移动组件，204、凸板，301、从动圆柱齿轮组，302、第一锥齿轮，303、Y向转动轴，304、浮动刀头，305、第二锥齿轮，306、削皮圆盘盒体，307、削皮圆盘盒盖，308、半圆形凸起，309、刀头固定座，310、扭转弹簧，311、果屑桶，312、果针套筒，313、刀片，401、第二Z向移动组件，402、去核刀，403、去核套筒，501、X向移动组件，502、扎果针头，503、Z向扎取旋转轴，504、扎取转动电机，505、主动圆柱齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-4所示，一种全自动水果削皮去核一体机，包括入料工位、矫位工位、削皮工位、去核工位和扎取机构，矫位工位、削皮工位和去核工位均设置在扎取机构的下方，并依次沿X向顺序设置，入料工位设于矫位工位的一侧，其中，入料工位完成水果的间歇平稳下落，矫位工位对水果的位置自动矫正，具体为将水果从入料工位下落至矫位工位的所处任意自动方向的位置矫正为头正立的位置，头正立的位置便于扎取机构对水果的扎取，扎取机构带动水果从矫位工位依次到削皮工位和去核工位，削皮工位完成削皮过程，并使得削下果皮的厚度尽可能的均匀，去核工位完成果与核的分离，最后扎取机构复位回矫位工位的过程中实现自动卸除扎取机构上的果核。下面以苹果的削皮去核为例，以水平面为xy面、竖直方向为z方向建坐标系，对各部分结构进行具体说明：

一、入料工位

入料工位采用转盘结构将苹果推入送果管道101，实现苹果间歇平稳下落。

如图1-4所示，入料工位包括送果管道101和旋转出料组件，旋转出料组件包括保护环102、入料底板103和入料转动电机104，保护环102设于入料底板103上，保护环102的圆心处设有带入料推板106的推板转动轴105，入料推板106将保护环102内部均分为多个扇形空间，入料底板103上设有与送果管道101入口连接的入料口107，入料转动电机104的转动轴连接推板转动轴105，入料转动电机104驱动入料推板106以推板转动轴105为中心轴转动，使得入料口107分别与一扇形空间重合，送果管道101的出口对准矫位工位。送果管道101内根据苹果所需要的入料速度设有起到缓冲减速作用的橡胶减速带。

本实施例中，入料推板106为个，将保护环102内部均分为四个圆心角为90度的扇形空间，其中一个空间对应的入料底板103上设计有一个直径为100mm的圆孔作为入料口107，送果管道101采用90度的弯管，保护环102的高度为80mm，为普通苹果的平均高度。在上一个苹果削皮去核结束后旋转出料组件转动90度，待处理苹果在旋转出料组件中被入料推板106和保护环102共同作用产生的的合力推入入料口107中，从而落入送果管道101，进入下一工位。

二、矫位工位

如图1-4所示，矫位工位利用清水清洗苹果表皮上的灰尘，同时利用清水的浮力将苹果由下落后的任意位置矫正为头朝上正立的位置。若规定苹果带梗的一端为上端，将苹果正立后，苹果的结构关于中心轴成轴对称，而关于水平横截面不对称，水的压力始终垂直于苹果表面，是苹果在浮力的作用下达到平衡位置即正立状态。

矫位工位包括滤网套201、盛水桶202和第一Z向移动组件203，第一Z向移动组件203沿Z向设置，滤网套201设于第一Z向移动组件203上，盛水桶202设于滤网套201的下方，送果管道101的出口对准滤网套201，水果经送果管道101落入滤网套201，第一Z向移动组件203采用丝杆螺母与直流减速电机配合结构，滤网套201在第一Z向移动组件203带动下下移进入盛水桶202中，盛水桶202中的清水可以清洗去苹果表面的浮尘并利用浮力将苹果的位置矫正，位置矫正完成后第一Z向移动组件203驱动滤网套201上移，将苹果拖出水面。

第一Z向移动组件203驱动滤网套201浸入盛水桶202后抬起滤网套201，扎取机构扎取滤网套201内的水果，并将水果依次送到削皮工位、去核工位进行削皮和去核。

滤网套201为可替换部件，本实施例中，根据用户的需要，滤网套201有三种不同的系列，可适应于大、中、小型的苹果，也可以适用于形状近似于球形的梨子和猕猴桃。苹果落入滤网套201后其位置状态由下落过程决定，具有随机性。

如图5所示，滤网套201底部根据苹果的外形设计成将苹果定心的内凹结构，且内凹处为光滑的弧线，苹果位置经水浮矫正后滤网套201将苹果抬起，内部凹进结构保证苹果的状态稳定，受力均匀，苹果在被扎果针头502扎入时不会产生歪斜。

滤网套201上还设有朝向削皮工位的凸板204，本实施例中凸板204采用U型的卡爪结构，当扎取机构在去核工位完成去核，扎取机构带着果核复位到矫位工位时，凸板204卡住果核的底部，第一Z向移动组件203驱动滤网套201下移，使得果核脱离扎取机构的扎果针头502，并落入果屑桶311中，从而完成扎取机构的复位，便于快速进入下一次的工作。

三、扎取机构

扎取机构对心扎取苹果，实现苹果与机器结合，控制苹果移动。

如图1-4所示，扎取机构包括X向移动组件501、扎果针头502、Z向扎取旋转轴503和扎取转动电机504，X向移动组件501沿X向架设在矫位工位、削皮工位和去核工位的上方，Z向扎取旋转轴503竖直设于X向移动组件501上，X向移动组件501带动扎果针头502沿X向水平运动，Z向扎取旋转轴503的顶端连接扎取转动电机504，Z向扎取旋转轴503的底端连接扎果针头502，扎取转动电机504带动扎果针头502沿Z向转动，来配合削皮工位和去核工位。

Z向扎取旋转轴503经联轴器将扎果针头502与扎取转动电机504相连，可以实现苹果绕着Z方向的自转。Z向扎取旋转轴503上套设有主动圆柱齿轮505，主动圆柱齿轮505为下一工位的主动轮，始终与扎取机构的Z向扎取旋转轴503固连，并随扎取机构移动，在扎取机构右移进入削皮工位时，主动圆柱齿轮505与削皮工位的齿轮啮合。

本实施例中，扎果针头502设有四根不锈钢针，不锈钢针的直径3.5mm，刚度较高，对于苹果削皮和去核时产生的扭矩具有足够的抗性，可以保证扎取后的所有工序钢针不发生变形。Z向扎取旋转轴503细长部分直径8mm，材料为不锈钢，Z向扎取旋转轴503在苹果削皮过程中易出现因苹果转动离心力发生绕中心轴自转失稳以及在削皮刀对苹果沿y方向的作用力下产生弯曲的问题，为解决这一系列问题，在Z向扎取旋转轴503外设计了外径32mm厚度3mm的圆柱状塑料套筒作为果针套筒312。果针套筒312靠下端配合安装外径26mm内径8mm的轴承，轴承将Z向扎取旋转轴503与果针套筒312联结，大大增强了整体的刚度与稳定性，使之符合要求，在受力分析实验中，由于此Z向扎取旋转轴503被加固后弯曲变形量可以忽略不计，固将其理想化为无弯曲变形。

X向移动组件501包括两个沿X向平行设置的导轨，以及平行设置在两导轨之间的丝杠，丝杠由电机提供动力，丝杠上通过螺母设置滑块，Z向扎取旋转轴503和扎取转动电机504竖直设置在滑块上。

四、削皮工位

削皮工位完成削皮过程，并使削下果皮的厚度尽可能均匀。技术指标：去皮厚度约0.6mm。

如图1-4所示，削皮工位包括从动圆柱齿轮组301、第一锥齿轮302、Y向转动轴303、削皮圆盘和浮动刀头304，削皮圆盘通过Y向转动轴303设置扎取机构下方，削皮圆盘的圆周边缘处设有第二锥齿轮305，从动圆柱齿轮组301设于扎取机构与削皮圆盘之间，第一锥齿轮302与从动圆柱齿轮组301同轴设置，第一锥齿轮302与第二锥齿轮305相啮合，浮动刀头304的底端采用浮动方式设于削皮圆盘内，如图6所示，当扎取机构移动至削皮工位上方时，主动圆柱齿轮505与从动圆柱齿轮组301相啮合，且浮动刀头304紧贴扎果针头502上的水果表面，如图7所示，通过设置主动圆柱齿轮505、从动圆柱齿轮组301、第一锥齿轮302和第二锥齿轮305，实现由扎取机构的扎取转动电机504提供削皮工位运行的动力，削皮时，扎取转动电机504驱动扎果针头502沿Z向转动，且浮动刀头304通过齿轮传动方式沿Y向转动，则在苹果绕Z方向自转的同时，浮动刀头304紧贴苹果表面绕Y方向旋转完成削皮。

扎果针头502即苹果自身的转动角速度大约是绕y方向旋转的浮动刀头304的转动角速度的10-15倍，这样才能保证削皮效果，如果要更加具有普适性，对削皮的洁净程度有更高的要求，那么主动圆柱齿轮505到第二锥齿轮305的传动比i应在1/15-1/20。本实施例中，传动比i为1/20，如图8所示，从动圆柱齿轮组301包括三个从动圆柱齿轮，第一个从动圆柱齿轮与主动圆柱齿轮505相啮合，第二个从动圆柱齿轮与第一个从动圆柱齿轮同轴设置，第三个从动圆柱齿轮与第二个从动圆柱齿轮相啮合，且与第一锥齿轮302同轴设置，三个从动圆柱齿轮的齿数分别为：58个、28个、28个，主动圆柱齿轮505的齿数为12个，第一锥齿轮302的齿数为14个，第二锥齿轮305的齿数为58个，则传动比i满足：

如图6-7所示，削皮圆盘包括相连接的削皮圆盘盒体306和削皮圆盘盒盖307，第二锥齿轮305设置在削皮圆盘盒盖307的圆周边缘上，Y向转动轴303穿过削皮圆盘盒体306连接削皮圆盘盒盖307，削皮圆盘盒体306的内腔底面设有半圆形凸起308，削皮圆盘盒盖307的底面上设有刀头固定座309，浮动刀头304的底部穿过削皮圆盘盒盖307通过扭转弹簧310设于在刀头固定座309上，且浮动刀头304的底端抵着削皮圆盘盒体306内腔底面。

苹果旋转10-12圈，浮动刀头304完成绕Y方向旋转的左半周，在左半周内完成对苹果的削皮，剩余右半周的旋转是为了使浮动刀头304复位，便于下一个苹果进入削皮。浮动刀头304根部与削皮圆盘盒体306内腔底面始终保持润滑接触，浮动刀头304进入右半周时，削皮圆盘盒体306内腔底面上设计的半圆形凸起308形状会使浮动刀头304克服扭力弹簧的弹力向外倾，浮动刀头304的刀片313离开苹果表面，即在右半周的浮动刀头304复位过程中浮动刀头304的刀片313与已被削皮的苹果果肉没有接触，留有15-20mm的间隙，则复位过程对果肉没有损伤。

如图9所示，浮动刀头304设计有可更换刀片313的刀片313盖，由螺钉螺纹固定，不锈钢刀片313可正常使用较长时间而不更换，当用户想改变刀片313的伸出量(影响到削下苹果果皮的厚度，根据不同的刀片313伸出量，果皮厚度在0.4-1.2mm之间)或刀片313意外磨损时可进行刀片313的更换。

苹果的削皮刀设计为浮动刀头304，浮动刀头304根部通过扭转弹簧310使之产生向苹果内部的压紧力，使得削皮过程中刀片313紧紧贴合苹果表面，根据刀片313伸出量，削皮厚度可达到0.4-1.2mm，并且可以适应于各种不同形状不同大小的苹果。

五、去核工位

去核工位实现苹果果核与果肉的分离，去核工位即在苹果削皮结束后进入整机的第三工位，苹果被一根不锈钢管的去核刀402对心插入，实现果核果肉分离。

如图1-4所示，去核工位包括第二Z向移动组件401、去核刀402和去核套筒403，第二Z向移动组件401沿Z向设置，去核套筒403设于第二Z向移动组件401上，第二Z向移动组件401采用丝杆螺母与直流减速电机配合结构，去核刀402设于去核套筒403的中心处，当扎取机构移动至削皮工位上方时，扎取转动电机504驱动扎果针头502沿Z向转动，且第二Z向移动组件401带动去核刀402向上移动，去核刀402插入水果中心进行去核。即分离的过程是苹果在扎取转动电机504带动下继续保持转动，去核刀402配合苹果转动同时向上进给。

去核套筒403的底部设有用于检测去核套筒403内是否放有去核后水果的检测水果传感器，检测水果传感器连接有提示器，当去核完成时，去核后的水果落入去核套筒403内，并触发检测水果传感器，则提示器发出提示信息，本实施例中，检测水果传感器采用压力传感器，提示器可采用蜂鸣器。

如图10-11所示，去核刀402设计为具有14度倾角θ，以防止插入苹果时苹果果汁与钢管表面形成真空压力从而产生很大的阻力。

根据苹果果核去除量设计去核刀402直径设计为20mm，为使整个去核过程中不出现真空产生较大阻力，设计出贯穿整个苹果的钢管部分均在倾角范围内。

一体机工作流程为：

S1：通过入料转动电机104驱动推板转动轴105绕Z向转动九十度，入料底板103上的苹果经送果管道101落入管道出口下的滤网套201中。

S2：第一Z向移动组件203运行，利用直流减速电机驱动竖直丝杆螺母，实现滤网套201带动苹果完成Z方向的上下移动，苹果随滤网套201沿Z轴下移进入盛水桶202(盛水桶202中盛有清水)完成苹果浸水，借助水的浮力完成对苹果的清洗和矫正姿态，而后矫正的苹果沿Z正方向被滤网套201抬起带出水面。

S3：X向移动组件501运行，电机驱动横向丝杆螺母，实现扎果针头502沿X方向左右移动，扎果针头502沿X向左移至滤网套201中心上方，第一Z向移动组件203运行，电机驱动竖直丝杆螺母抬升滤网套201，扎果针头502对心扎入苹果。

S4：扎入后滤网套201下降，苹果随扎果针头502右移进入削皮工位，扎取转动电机504转动扎果针头502使苹果绕Z方向自转并通过齿轮组传动，使浮动刀头304紧贴苹果表面绕Y方向旋转完成削皮。

S5：削皮结束后扎果针头502带着削皮后的苹果沿X向右移进入去核工位，去核时苹果继续由扎取转动电机504带动自转，去核刀402由第一Z向移动组件203的直流减速电机驱动竖直丝杆螺母实现Z方向上下移动，去核刀402对心插入苹果并去除果核。去核结束后苹果顺着去核刀402滑落至下方去核套筒403中，蜂鸣器响提醒用户苹果处理完成。

S6：果核随扎果针头502左移，被滤水工位的卡爪形凸板204从扎果针头502上拉下落入果屑桶311中。

综上，本发明的削皮去核一体机采用旋转传动技术、水浮立正技术、弹簧压紧技术、14度去核技术对苹果进行流水线式全自动削皮去核，富有创意且具有很高的技术含量。不仅适用于工厂，而且非常适用于餐饮行业和作为家用电器。可加工苹果、梨、猕猴桃等球形水果，浮动刀头304可适应不同形状的大小水果，可拓展性强。成本低易推广，模块化设计，适用范围广。节省了人力物力，避免了浪费，提高了苹果的制成率，具有非常广阔的市场前景。