椰子剥衣机的现状与发展趋势

河北科技师范学院欧美学院科研技能训练——综述

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专业：

机械设计制造及其自动化

欧美学院机电科学与工程系

2014年12月

椰子剥衣机的现状与发展趋势

（河北科技师范学院）

指导教师：

摘要：农业机械化是我国农业实现现代化的必由之路，在促进农业经济增长和农民增收方面起着重要作用。因此要加强椰子加工处理机械化的发展，从而确保椰子产业化可持续发展，促进农业增效，农民增收。我国椰子种植已经有2000多年的历史，目前我国椰子生产虽然已达到一定规模，但仍不能满足国内市场需求，每年还要从国外进口大量的椰子和椰子产品，针对这一现状，本文总结了多种椰子剥衣机的工作原理，指出现有剥衣机存在的问题，对一些新型椰子剥衣机的研究提出有效建议。

关键词：椰子，剥衣机，机械化

文献标识码：A

中图分类号：S226.4

1引言

椰子属于棕榈科椰子属，是一种热带木本油料作物和食品能源作物，其综合利用经济价值极高，故享有“宝树”的美誉[1]。我国椰子种植已经有2000多年的历史，主要分布于海南省，在广东、广西、云南和台湾有少量种植。目前我国椰子种植面积为4.6万公顷，年产椰果2.43亿个[2～3]。目前我国椰子生产虽然已达到一定规模，但仍不能满足国内市场需求，每年还要从国外进口大量的椰子和椰子产品。因此要加强椰子加工处理机械化的发展，从而确保椰子产业化可持续发展，促进农业增效，农民增收。农业机械化是我国农业实现现代化的必由之路, 在促进农业经济增长和农民增收方面起着重要作用[4]。

国内大部份椰子产品是采用传统的手工或半手工方式加工的，加工效率低，综合成本偏高。在国外，椰子的去衣、脱壳、削皮及清洗等工序由机械连续完成，生产效益高；在国内，大多程序则主要由人工完成，生产效率低下，也影响了产品成本[3]。椰子剥衣是椰子加工中极为重要的步骤，剥衣后的椰衣、椰子果（内含椰子水）才能进一步加工成相应产品[5～7]。目前椰子剥衣主要采用手工辅以简单机械来完成，主要是通过焊接在固定三脚架上的三棱刀齿，运用外力刺破椰衣再手工剥除，这种剥衣方法费力、费时，危险性高，且效率很低，因此需要研制一款机械化剥衣机器取代传统的手工剥衣，以提高剥衣效率，降低危险性[5][8～11]。

2 椰子剥衣机的应用状况

2.1 椰青加工机

最近几年，国外针对椰青的加工进行了深入的研究，并从初始的实验机器研究逐渐转为适合于投放市场的适用机型研究。

2004年，泰国农业大学以车床为原型，设计了一款椰青加工机，这款椰青加工机的目的是将椰子加工成特定形状，方便保存和运输。由于嫩椰子的椰衣水分含量较高，因此可采用剥衣刀对椰衣切除的方法实现椰子剥衣，该机器需要手工对椰子进行夹紧，两个剥衣刀通过手动控制进给量完成对椰衣的切除，最后通过切割刀切除椰子底部完成对椰子剥衣，这台机器每小时能完成21个椰子的剥衣工作，虽然低于人工剥衣的约40个/h，但初步实现了椰子剥衣的机械化，提高了剥衣的安全性，为以后的椰子剥衣机的设计提供参考。

2008年，泰国农业大学根据之前对椰青加工机的研究。设计了一款自动椰青加工机。这台机器包含3个切削台，切削台固定在机架上，椰子固定在工作台上，并由电机驱动绕主轴旋转，如图1所示。待剥衣的椰子依次经过3个切削台，完成对椰子的剥衣。这台机器在原有机器的基础上进行改进!将椰子剥衣分为三步，在3个工作台上完成，并实现了椰子剥

衣的自动化，椰子剥衣的效率也得到了很大的提高，达到86个/h[5]。

图1 自动椰青加工机

2.2 齿辊式椰子剥衣机

徐茂，张燕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，设计出一款全自动的齿辊式椰子剥衣机，利用PLC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。

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，如图2所示。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5～10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两剥衣齿辊的接合处，两个齿辊并排放置且与水平方向有10°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10°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[12～18]。

图2齿辊式椰子剥衣机

2.3 机械手式椰子脱壳机

脱壳机械主要由机械手"特制刀具"夹具及控制系统组成，其主要工作流程如图3所示。

图3 切割工作流程

当椰子放入机械手中时，由于机械手上激光感应器的作用，机械手夹紧椰子并手自转; 同时，刀具也向下切割运动，特殊刀具能够自动地调节刀尖的切入深度，防止破坏椰肉被损坏，椰汁泄漏; 当特制刀具向下运动，刀尖触碰到机械手手尖的压力传感器时，控制刀具退刀，恢复到原位，机械手放松，切割过程结束[19～20]。

2.3.1 脱壳机械的构造

脱壳机械的示意图如图4所示。

图4 脱壳机械示意图

2.3.2 特制刀具的应力分析

刀具材料为Q345。材料特性：弹性模量E=210GPa，泊松比μ=0.26，屈服强度σ=345MPa，具体的实体模型生成方法有2种: 一是利用ANSYS软件本身的建模功能，在ANSYS工作环境中直接创建实体模型，这种方法建立的模型往往是比较简单，且实体形状较为规则。二是若形状为比较复杂的曲面模型或结构模型，可以通过ANSYS的实体模型导入接口传入模型。ANSYS设置了多个接口(CAD，CAM，CAE软件的数据传输接口如PRO/E，CATIA，UG等)，通过这些接口，可以把其他造型软件开发的、较为复杂的实体模型直接传入ANSYS[21～25]。2.4 旋转盘刀式剥衣机

盘形盘刀切削式椰子剥衣机是陈秀文等为解决单齿辊滚动式剥衣机在剥衣过程中出现的问题而设计的。椰子放置在夹持旋转机构上，夹紧装置两端都为锥形齿设计，人工旋转上方手轮使上下锥形齿都插入椰子果皮，使椰子固定。此后电机带动盘形车刀旋转，通过手轮控制盘刀的进给量，盘刀接触椰衣，完成对椰衣的切除。

这种设计通过旋转椰子，完成对椰子的剥衣，夹紧装置固定的部位无法进行剥衣，导致剥衣机整体的剥衣率不高，最高仅为57.3%，剥下的椰衣纤维被盘形车刀打碎，无法加以利用，作为废料丢弃会对环境造成污染[5]。