基本信息
- 项目名称：
- 全自动莲子去芯机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本莲子去芯机是前年受花石某莲子加工企业委托后，课题组经过长时间的设计与制造于去年六月份试制成功的一款纯机械式的全自动莲子去芯机，本机器的使用成本仅为人工成本的1/10，效率为人工的3倍以上，且经久耐用。去年年底在花石展览中，得到了当地企业家的充分肯定。现场签约50台，现已制造交货完全。在产品全面推广的情况下，预计以后每年可为当地社会创造价值500万左右。
- 详细介绍：
- 莲子因味美且保健，深受人们的喜爱，随着我国经济水平的提高，莲子被摆上了越来越多家庭的餐桌。与销量剧增不相适应的是莲子的现有去芯加工方式却还停留在手工加工阶段，过低的生产效率难以满足巨大的市场需求。以全国最大的莲子加工集散地湘潭花石为例，当地莲子加工企业一直饱受人力资源不足的困扰，先后开发过多款全自动莲子去芯机，但是都因为加工质量不过关而未能投入实际生产。去年年初受当地企业的委托，本课题组设计生产了这款纯机械式莲子去芯机。本机利用莲子椭圆外形，通过特形滚子滚动使莲子达到摆正效果。通过主要部件蜗轮、蜗杆、弧面凸轮、平面凸轮等的传动实现链条的送、停，压头的压、松，钻杆的钻、退等各个动作精确配合。 主要零部件弧面凸轮曲线采用修正弦曲线做到传动时振动小，保证了莲子摆正效果；机器实现莲子在静态压实下钻削，最大程度上保证了钻削质量；传动部件全部做到浸油润滑，极大地减少了传动部件的磨损，延长部件使用寿命。在接受当地企业委托后，课题组经过长时间的设计与制造于去年六月份生产出第一台样机，本机器的使用成本仅为人工成本的1/10，效率为人工的3倍以上，且经久耐用。去年年底在花石展览中，得到了当地企业家的充分肯定。现场签约50台，现已制造交货30台。在产品全面推广的情况下，预计以后每年可为当地社会创造价值500万左右。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计发明目的：湘莲是湖南的特色农产品，湘潭誉有“中国湘莲之乡”的美称。由于莲子形状特殊，难以实现机械自动化加工，现仍然采用手工去芯作业。基本思路和创新点： 1)基本思路：由于莲子形状特殊，传统夹具无法适应其几何参数的变化，很难保证钻头轴线与莲芯轴线同轴，从而引起钻头在去芯过程中偏离莲芯位置，造成去芯不彻底和增加去芯过程中莲子的损耗。本项目拟根据莲子的几何特征，应用特形滚子链和弧面凸轮技术实现精确定心。 2）创新点：（1）基于莲子的几何特征，提出用特形滚子链和弧面凸轮机构实现快速自动定心的方法。借助链条滚子与支撑板的摩擦而绕自身轴线不断滚动，从而解决莲子不规则体的自动定心问题。（2）为满足莲子高效自动化加工要求，提出用弧面凸轮和平面凸轮组合机构实现分度、压紧、钻入、工进、钻出、快退和松开等全自动去芯动作。 技术关键:建立不规则体的定心模型，找出莲芯摆正规律，进而确立莲子的定心方法；研究特形滚子链和弧面凸轮连续分度技术，保证在加工位置莲芯轴线与钻头轴线对齐。研究用弧面凸轮和平面凸轮组合机构实现分度、压紧、钻入、工进、钻出、快退和松开等全自动去芯动作；研究机械化去芯工作循环图，优化重叠系数，使各动作互相协调，提高机械化去芯的工作效率。 主要技术指标：电机 550w 1450r/min 莲子加工速度 126颗/min
科学性、先进性
- 目前市场上虽已有厂家试制出全自动莲子去芯设备，由于相关基础理论问题没有解决，仍然会出现钻偏、崩碎和设备漏油等问题，所以并没有被市场上接受。与现有技术相比，作品的实质性技术特点和显著进步。 1)充分考虑设计的合理性，采用特形凸轮传动技术，做到传动件全部密封于箱体内部，加工的产品安全卫生。 2）基于莲子的几何特征，借助链条滚子与支撑板的摩擦而绕自身轴线不断滚动，使莲子由不规则摆放变为其莲芯方向与钻花轴线平行的位置，从而解决莲子不规则体的自动定心问题。钻芯质量达到出口要求。 3）进行了全面的莲子物理特性研究，科学的研究，并通过大量实验定出合理的钻芯参数，加工过程中基本没有出现莲子蹦碎现象和断钻花现象，钻芯过程平稳机器性能良好。 4)产品耐磨性好。本机关键零件经淬火处理或氮化处理，各运动部件用机油润滑，加上本机整机功率小，因此产品具有很高的耐磨性，使用寿命长。
获奖情况及鉴定结果
- 于2010年9月在中国最大的莲子交易市场花石镇展览，得到了很多生产厂家的认可和一致好评，现已接到50份一期订单，并已经开始初步投入生产。 参加湖南省第九届挑战杯 获得一等奖
作品所处阶段
- 一期产品已经交货，性能良好。 正进行下一步的市场推广。
技术转让方式
- 合作开发
作品可展示的形式
- 实物、图片、三维动画等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本机器使用简单员工只需要在料斗内倒入莲子，插上电源即可。 主要技术特点和优势有：1）使用方便，对操作人员的操作水平要求低，操作人员只需在料斗内倒入莲子，插上电源即可。2）功能齐全，可加工各种大小的莲子，本机配有多种型号钻夹头，可更换直径2.4~3.0mm的钻头。本机配有三种规格的落料管，可满足大中小莲子的加工要求。3）维护方便。4）产品能耗低。产品的使用成本很低。5）投资回收期限短。一年之内可以收回投资。 产品应用范围：使用简单,产量大，可满足大型企业的需求，也适用于家庭式的小作坊生产。 推广前景：通过长期与花石等地的企业家接触，本机器的市场前景是相当可观的，部分企业当场就要求订货。随着其大批量生产，生产成本的降低，定能得到更多消费者的肯定。 经济效益预测：按照现有人工加工成本算，每加工一公斤莲子我们要为企业节省0.7元，也就是在为企业解决人力资源问题的前提下，每台机器每月节省1500元左右，即每月可为社会创利120万元。
同类课题研究水平概述
- 国内外首次研发投产成功。 莲子属于我国特色农产品，目前从事莲子加工技术研究的人员主要集中在我国。国内从事莲子加工技术研究的单位主要有华中农业大学、江西农业大学、浙江大学、福建农林大学以及相关莲子加工企业。研究方向主要为莲子物理特性、莲子分级、莲子脱壳和莲子去芯。研究成果主要体现在以下四个方面： 1）莲子物理特性研究。 华中农业大学宗力团队测试了莲子的单粒重、含水量、壳莲平均直径和壳皮厚度等参数，为莲子脱壳工艺参数的确定提供了理论依据。赵丽娟等，用压缩试验的方法获得了各种工况下莲子的机械特性，针对莲子脱壳问题，分析了莲子等级和加载速率对其破壳力的影响。同时，赵丽娟还对莲子脱壳过程建立了受静态正压力的有限元分析模型，分析了莲子在多种工况下的应力、应变情况，为脱壳设备的研制提供了参考依据。此外，江西农业大学刘桦等对干壳红莲、白莲千粒重、含水率、三维尺寸、壳厚度、壳仁间隙进行了测试和分析，获得了相关物理特性。 2）莲子分级技术研究 华中农业大学杜铮等根据莲子脱壳对分级的要求，开发了干壳莲子螺杆分级机，应用螺杆传动实现莲子连续分级。所研制的莲子分级机可对中径范围在9～14mm内的干壳莲子进行0．5mm精确分级，满足莲子剥壳对分级的要求。武汉工业学院丁世云等对莲子分级筛的孔径大小形状进行了实验研究，得到了相关工艺参数，并开发了实验样机。 3）莲子脱壳技术研究 浙江大学郑传祥等开展了莲子脱壳技术研究，利用高速旋转的刀具对莲子外壳进行切割和挤压，从而使其脱壳，并设计了一种高效莲子脱壳机。福建农林大学吴传宇等开展了挤压式莲子机械脱壳机理试验研究，用挤压脱壳法实现壳仁分离。华中农业大学赵小广等人采用正交试验方法，对剥壳刀具的参数进行了试验研究，并开发了全自动干莲剥壳机，剥净率≥97％，破碎率≤5％。此外，刘绍雄等对莲子加工工艺与剥壳原理进行了分析 ，刘守祥等对莲子壳仁分离技术进行了相关实验研究。 4）莲子去芯技术研究 虽有厂家试制出去芯设备，但由于其去芯质量不稳定、去芯过程中莲仁损耗大、以及难以保证规模化生产的效率，因此，目前还没有在生产中广泛应用。作为全国莲子加工贸易集散地、湘莲主产区湖南省湘潭县，莲子去芯仍以手工操作为主。 相对于国内来说,国外由于莲子产业并不发达，因此并没有看到相关的莲子去芯机。
