基于PLC的齿辊式椰子剥衣机的设计.pdf

l lI5 似 基于P L C 的齿辊式椰子剥衣机的设计 Desi gn of t he t oot hed r ol l er coconut hus ki ng m achi ne ba sed on PL C 徐茂，张燕 XU Ma o ． ZH ANG Ya n 海南大学 机电工程学院，海口 5 7 0 2 2 8 摘要针对目前国内没有成熟高效的椰子剥衣机的现状 ，基于椰子的形态特征和生理结构， 设计出～ 款全自动的齿辊式椰子剥衣机，利用P L C 进行控制，椰子自上而下通过椰子剥衣机即可实现剥 衣，效率高，全程不需人的参与。 关键词椰子；剥衣；齿辊；P L C 中图分类号8 6 6 7 ． 4 文献标识码 B 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 1 0 下 -0 1 1 2 -0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 1 0 下 ． 2 9 0 引言 椰子 属棕榈科椰子 属，是单子叶 多年生 常绿 乔木，是一种典型的热带木本油料作物⋯，在海南 省广泛种植 ，椰果有很高的营养价值 ，可制 成各 种营 养丰富的椰子类食 品 j 。海南成为 国际旅游 岛之 后，每年都吸引 了大量的游客来海南旅 游， 对椰子的需求量也逐年上升 ，其 中约1 ／ 3 是 以直接 饮用的形式消费的 ，为了方便游客直接饮用，往 往会对椰子进行剥衣处理 。另外 ，全国约有3 0 0 多 家椰子加工企业，主要集中在海南H 】 ，这些企业需 要大量的剥衣的椰 子。但是 目前 国内对椰子的加 工与利用尚处于初级阶段，没有成熟的椰子剥衣机 械，椰子的剥衣工作主要 由人工完成 ，人工剥衣效 率低、成本高 ，且易发生安全事故。 目前 ， 国内外 已 有一 些对 椰 子剥 衣 机 的研 究 ，例如泰国一所 大学研 制的利用车床切割原理 的椰子剥衣机 ，王旺平 叫 研制的一种单独利用 齿辊剥衣的椰子剥壳机等等，但 是这 些椰子剥衣 机普遍存在着 自动 化程 度不高和效率不高等种种 问题 ，目前还处于试验阶段 ，并 没有投入大规模 生产 。本设计是一款基于P L C的全 自动椰子剥衣 机 ，剥衣效率高、质量好 ，而且可 以做到全程不 需要人的参与 ，若进行大规模推广 ，将会大大提 高相关企业的生产效率 。 另外 ，椰子浑身都是宝，市场开发潜力及经济 价值巨大 。椰子的外果皮和 中果皮俗称椰 衣 ， 椰衣含有丰富的椰 子纤维 ，有较 高的利用价值 ， 椰子纤 维可 以作为沙发 、床垫的优质垫料 ，还可 以纺织成各种工艺 品 ’ J 。本椰子剥衣机可 以很好 的收集剥下来 的椰衣 ，可 以对椰子纤维进行回收 再利用 ，提高经济效益 。 1 剥衣原理 椰子倒入进料斗后 ，由外槽轮进料控制器将 椰子 适时地投入椰衣破碎滚筒 中，椰衣破碎滚筒 的内壁和中心固定圆柱 的外壁装有刀片 。椰子进 入椰 衣破碎滚筒 以后会在滚筒 内壁 与中心 固定 圆 柱之间滚动 ，刀片不停地切入椰 衣又拔 出，椰衣 便被撕裂 。由于重 力的作用 ，椰子会在椰衣破碎 滚筒中下 坠，经过5 - 1 0 秒便可从椰衣破碎滚筒 中 掉 出。落入收集漏斗 中，经过 收集漏 斗椰子落在 两剥衣齿辊的接合处 ，两个齿辊并排放置且与水 平方向有1 0 。 的夹角，两个齿辊旋向相反，椰子外 部在滚筒里被撕裂的椰衣就会在两齿辊的接合 处 被撕扯 ，撕扯下来的椰衣会落入下方放置的椰 衣 收集箱 中，又 由于两齿辊与水平面有 1 0 。 的夹角 ， 椰子就会缓慢地沿着两齿辊的接合处 向下滚动 ， 在滚动 的过程 中齿辊上 的齿还在不断撕扯椰衣 ， 直到椰衣 完全剥离 ，剥衣结束的椰子最后会落在 椰子收集箱中。 2 椰子剥衣机的主要结构与功能 2 ． 1整体结构 如 图1 所 示 ，该机 器主 要 由进 料斗 、椰 衣破 碎滚筒、收集漏 斗、剥衣齿辊 、机 架、椰衣收集 箱、椰子收集箱组成 。 收稿日期2 0 1 4 - 0 5 - 2 7 基金项目海南省教育科学 “ 十二五”规划课题 Q J Y1 2 5 0 1 2 作者简介徐茂 1 9 9 2一，男，山东莱阳人，本科在读，研究方向为机电工程。 [ 1 1 2 ] 第3 6 卷第1 O 期2 0 1 4 -1 0 下 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 匐 似 1 ．进料 斗2 ． 椰衣破碎滚筒 ；3 ． 收集漏斗；4 ． 椰衣收集箱 ； 5 ．机 架6 ． 剥衣 辊 7 ． 椰子收集箱 图 1 整体结构 2 ．2 进料斗与收集漏斗 进 料 斗是 控 制椰 子 落入 椰 衣 破 碎滚 筒 的机 构，结构如图2 所示。其上半部分是储备箱，存放 待剥衣的椰子 ，下半部分是外槽轮进料控制器 ， 其结构 与功能类似 于小麦播种机上的外槽轮排种 器。外 槽轮进料控制器是 由伺服电机驱动 ，伺服 电机由P L C 控制 。 2 1 ． 储 备 箱 2 ．外 槽 轮 进 料 控 制 器 图2 进料斗 收集漏 斗 的结构 如图3 所 示 ，收 集漏 斗的作 用是收集从椰 衣破碎滚筒中落下的椰子 ，并将其 准确的放置 在剥衣齿辊的接合处 。收集漏斗 出口 的下端 内壁上 装有一个行程 开关 ，每落下 一个椰 子 ，行程开关就 会被撞击一 次 ，撞击产生的电信 号 传输 到P L C控制 系统 ，P L C就会控制进 料伺服 电机转动6 0 。 ，进料伺服电机就会带动外槽轮进料 控制器转动6 0 。 ，就会 向椰衣破碎滚筒投入一个椰 子 。这样就 可以保证椰衣破 碎滚筒 中始终有一定 数 量的椰子 ，提高剥衣效率。在刚开动机器的时 候需要手动从 收集漏斗外部 按下行程开关 ，使进 料控制器 向椰衣破碎滚筒中投入5 - 6 个椰子 ，后续 生产过程便不再需要人的参与。 图3 收集漏斗 2 ． 3 椰衣破碎滚筒 椰衣破碎滚筒的结构如图4 所示，由中心固定 圆柱 、滚筒、齿轮 、电动机 、轴承 以及镶嵌在 中 心圆柱外壁和滚筒内壁的刀片组成。 椰子从 进料 控制器落入滚筒 中， 由于滚筒和 中心 固定圆柱之 间有相对转动 ，所 以椰子落入滚 筒 中后会在 中心 固定 圆柱与滚筒 内壁之 间滚动， 这样镶嵌在 中心 固定 圆柱外壁和滚筒内壁的刀片 就会不停的切入 、拔 出椰衣，会将椰衣撕裂 。由 于重力的作用，椰子会慢慢 向下移动，经过5 ～ l 0 秒就会从椰衣破碎滚筒中掉出。 1中心固定圆柱； 2 ． 滚筒； 3 ． 轴承；4刀片 ； 5 ． 齿轮与电动机 图4 椰衣破碎滚筒 2 ． 4 剥衣齿辊 剥衣齿辊部分的结构如图5 所示 ，两根齿辊放 置在与水平面成1 0 。 夹角的平面上，如图6 所示 。由 三相异 步电动机提供动力 ，由齿轮传递动力，使 两齿辊的旋向相反，转速相同。 齿辊上 有密集的钉 齿，且 两齿辊上 的钉 齿相 互错开 ，保证转动时不发生碰撞。 椰 衣 已经 被撕 裂 的椰 子 落 在两 齿 辊 的结 合 处 ，齿辊上 的钉齿插入到被撕裂的缝隙中，随着 齿辊 的旋转 ，钉齿就会将椰衣向外撕扯 ，被撕扯 下 的椰 衣 随着 齿辊 的转 动从 两齿 辊 的接合 处落 下 ，落入椰衣收集箱 中。由于齿辊的安装平面与 水平 面存在 1 0 。 的夹 角，所 以椰子会在 齿辊 的接 合处缓慢 向下滚动 。齿辊上的椰子 由于受力不对 称 ，会在齿辊上旋转滚动 ，这样椰子的各个 方向 的椰衣都会接触到钉齿 ，并被剥下。随着椰子 的 第3 6 卷第1 O 期2 0 1 4 - 1 0 下 [ 1 1 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 訇 似 向下滚动 ，椰 衣也被渐渐 的被撕扯下来 ，最终会 将椰衣剥净而不破坏椰子外壳 ，椰子从剥衣齿辊 上落入椰 子收集箱中。另外 ，齿辊 的安装角度可 调 ，操作人员可 以根据剥衣 的效果调节角度 的大 小 ，若剥衣不彻底 ，可减小安 装角度 ；若想提高 剥衣速度 ，可增大安装角度 。 l 2 3 』 上 _ L L 厂 1 _ 丁 r 1 ． 电动机 ； 2 ．齿轮 3 ． 齿辊 图5 剥衣齿辊 图6 齿辊安装角度 齿辊剥离椰衣示意图如图7 所示。 图7 齿辊 剥衣原理 示意 图 3 椰子剥衣过程及其控制系统 3 ． 1椰子剥衣过程 椰子 由上料装置输送到进料斗 中，进料斗 中 的外槽轮进料控制器 由进料伺服电机带动 ，向椰 衣破碎滚筒 中投入椰子 。机器刚开始运行时需 要 手动从收集漏斗外部按下行程开关 ，使外槽轮进 料控制器 向椰衣破碎滚筒中连续投入5 - 6 个椰子。 椰子进入椰衣破碎滚筒 中后椰 衣被滚筒内部 的刀 I 1 1 4 1 第3 6 卷第1 O 期2 0 1 4 ～1 0 下 片撕扯 ，经过5 1 0 秒 ，椰子掉入收集漏斗 中，撞 击到收集漏斗 出口处的行程 开关。行程开关将 电 信号传输到P L C 控制 系统 P L C 控制进料伺服电机 转动6 0 。 ，使外槽轮进料控制器转过6 0 。 ，便将下一 枚椰 子投入椰衣破碎滚筒 中。椰衣被撕 裂的椰子 经过 收集漏斗掉落在剥衣齿辊上 ，剥衣齿辊 上的 钉齿 在转动 的过程 中插入被撕裂的椰衣缝隙中 ， 并将椰 衣一 点一点 的撕扯下 ，椰衣落入椰 衣收集 箱 中。完成剥衣的椰子从剥衣齿辊的末端掉入椰 子收集箱中，即完成对一个椰子的剥衣 。 3 ． 2 P L C 控 制系统设计 P L C 可编程序控制器是现代工业生产中广 泛应用的控制器 ，它能够存储和执行指令 ，进行 逻辑运算、顺序控制 、定时 、计数和算数运算等 操作 ，并通过数 字式和模拟式 的输入输 出，控制 各种类型的机械和生产过程n ” 。另外，P L C 控制还 具有可靠性高，功能性强等特点 ，故本椰子剥 衣机 的控制系统采用P L C控制 。 本椰子剥衣机的P L C 控制系统的作用是控制外 槽轮进料控制器适时地向破碎滚 筒中投入椰子 ， 所以P L C的工作过程相对简单，因此采用经验设计 法设计梯形图。P L C 控制系统梯形图如图8 所示。 图8 P L C 控制 系统梯形 图 P L C的I ／ O分配如图9 所示。 一 Xl C0Ml 开机按钮 ■ r 一 X2 停帆按钮 Yl ． 一 X3 行程 J 于 关 M 图9 I ／ O 分配 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 结束语 本椰子 剥衣机 采用椰衣破碎滚筒 与剥衣 齿辊 配合来 剥除椰衣 ，并用P L C控制 系统 进行 自动化 控制 ，剥衣效 率高 、质量好，若 与 自动上 料装置 想配合就 可以实现全 过程 全 自动 剥衣 ，极大的节 省 了人 力，能有效缓解劳动 力短缺 的问题 ，并 能 提高椰子剥衣过程 中工人 的安全性 。若 能大规模 推广本椰子剥衣机将大大提高椰子 企业的生产效 率 ，并且降低成本 ，促进椰子 的企 业的规模化 生 产，进而促进整个椰子产业的发展 。 参考文献 【 1 】廖 明保， 潘友仙， 黄 文强． 海南椰子产业 的实证分析 [ J ] ． 技 术经济与管理研究， 2 0 0 5 ， 0 6 7 7 7 8 ． 【 2 】张 瀚卿 ， 龙亮 亮 ， 张 燕 ． 全 自动椰 子 剥衣 机 【 J 】 ． 食 品 与机 械， 2 0 1 3 ， 0 6 1 3 0 1 3 2 1 8 6 ． 【 3 】梁栋． 椰青加工技术的现状及对策【 J 】 ． 农业机械,2 0 0 9 , 1 8 5 9 - 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