广东农业科学２０１２年第２３期２０３基于ＰＬＣ的椰子自动剥衣机的设计和控制研究张浩栋，张燕．梁栋（海南大学机电工程学院，海南海口５７０２２８）摘要：椰子产业在海南经济中占有重要地位，但椰子加工技术特别是初加工严重了椰子产业的发展和效益。为此研发了一种椰子新型自动剥衣机，在高压气体的配合作用下，采用多个刀片两面夹持揉搓的方法，达到了良好的剥衣质量和效果。并通过ＰＬＣ对整个椰子的投料、剥衣过程实现了自动控制，从而节省人力，大大提高了椰子剥衣的效率，为椰子企业的规模化发展提供了技术基础。关键词：椰子剥衣；ＰＬＣ；自动控制；钉板；空气吹扫中图分类号：￥２２６．４文献标识码：Ａ文章编号：１００４—８７４Ｘ（２０１２）２３—０２０３—０２Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｃｏｎｕｔｓａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｃｏｒｔｉｃａｔｏｒ’ＳｄｅｓｉｇｎｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｔｈｅＰＬＣＺＨＡＮＧＨａｏ—ｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹａｎ，ＬＩＡＮＧＤｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｔ肿ｅｒｉｎｇ，ＨａｉｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ５７０２２８，Ｃｈｉｎａ）ｒｏｌｅｉｎＨａｉｎａｎｅｃｏｎｏｍｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ＣＯＣＯｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＨａｉｎａｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｔｓｐｒｉｍａｒｙｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｅｖｅｒｅｌｙｌｉｍｉｔｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｇｒｏｗｔｈｏｆＣＯＣｏｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅｈａｖｅｉｎｖｅｎｔｅｄａｎｅｗｔｙｐｅＡｂｓｔｒａｃｔ：ＣｏｃｏｉｎｄｕｓｔｒｙｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｏｆＣＯＣＯａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｅｏｒｔｉｅａｔｏｒ．Ｗｅａｄｏｐｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｂｌａｄｅｓｗｉｔｈｂｏｔｈｓｉｄｅｃｕｔ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅｇａｓｔｏｔｏａｓｓｉｓｔｓａｖｅｔｏｒｅａｃｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｅｌｉｎｇｑｕａｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄｍａｄｅｕｓｅｏｆＰＬＣｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇａｎｄｓｔｒｉｐｐｉｎｇｏｆｃｏｃｏｎｕｔｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｍａｎｐｏｗｅｒａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＯＣＯｓｔｒｉｐｐｉｎｇ．ＩｔａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣＯＣＯｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｓｃａｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＯＣＯｓｔｒｉｐｐｉｎｇ；ＰＬＣ；ａｃｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｅｇｂｏａｒｄ；ａｉｒｐｕｒｇｅｔｈｅ椰果是深受人们喜爱的热带水果之一，内外都有很高的利用价值。普通椰果的椰衣表皮厚ｌ～２ｍｍ，由革质粗纤维组成，强度大，韧性强，木质素含量较高口１。椰衣纤维由于可进行生物降解．富有回弹性、可燃性差的特点，因此具有很好的应用前景口。我国海南省有椰子加工企业近３００家，其中大部分椰子加工技术落后，难以实现很高的经济效益和资源利用率，使得企业无法规模化大发展翻。而且对于手工或半手工的加工方式，虽然加工工人的安全性差、效率低、劳动强度大，但是海南的大部分椰子产品还是采用这种传统的方式加工，从而导致综合成本偏高。极大地制约了椰子商品化和产业化的发展问。已经研究开发的齿辊式椰子剥壳机和三角锥型齿剥壳机等的剥衣效果仍然不够理想，特别是在自动剥衣方面进展不大阳。为此，我们研究开发了一种仿手工剥衣的椰衣剥除机械，该系统通过刀片滚切剥削和高压气体辅助吹扫，大大提高了椰子剥衣的质量。同时，通过可编程程序控制器（简称ＰＬＣ）对整个椰子的投送到剥衣全过程实现自动控制，使椰子剥衣的生产效率得到了极大的提高。动揉搓椰子，并以高压空气辅助吹扫，在椰子的各种加工预处理工艺中．进行剥除椰衣的加工处理。１．２剥衣原理当剥衣机开始工作时，首先用高压空气把剥衣钉板吹扫干净，之后椰子从上方投入两个剥衣钉板之间，然后左侧竖直的剥衣钉板沿Ｘ方向移动压入适当的距离。此时，顶板上的刀片扎入椰衣中，右侧倾斜的剥衣钉板沿Ｙ方向移动，超过普通椰子半周的适当距离，然后返回，并且倾斜顶板，可以根据剥衣效果适当重复Ｙ方向的移动。期间扎入椰衣的刀片便会如人工剥衣一样把椰衣撬开剥掉。同时，由于椰衣纤维的连着性，因此没有被刀片扎到的小部分椰衣也会被连带撕掉。最终椰子被剥除干净后，左侧的剥衣钉板退回。光滑的椰子落到过滤网上并滚落下来由工人收集。剥衣期间，高压空气罐里的空气通过剥衣钉板中的吹扫管道不断地把椰衣从刀片或钉板上吹落，从而保持刀具的干净锋利且不易被腐蚀。同时高压空气把椰子外壳上粘连不太紧的小块椰衣及碎屑吹扫除掉，达到辅助剥衣的效果，从而使椰子外壳更加干净、光滑。被剥除的椰衣将透过过滤网落入下面的皮屑收集箱中，保证了操作车间的整洁。２椰子自动剥衣机的主要结构和功能２．１基本结构１椰子自动剥衣机的剥衣方法和原理１．１剥衣方法国内外椰子剥衣机的设计大致分为机械剥衣和蒸汽剥衣两种．而机械剥衣常用到的刀片如盘刀等在使用过程中出现剥衣率低、内果损伤率高等情况。我们仿照手工剥衣的方法，采用特殊设计的剥衣钉板，通过电动机的带收稿日期：２０１２—１０—２３基金项目：海南大学青年基金（ｑｎｊｊｌｌ８２）作者简介：张浩栋（１９９２一），男，在读本科生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｄｔｈｉｎｋｉｎｇ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ剥衣机的结构如图１所示。２．２投椰推送器投椰推送器主要由伺服电动机、丝杠推杆和投椰通道组成（图２）。工作开始时，丝杠缩回，椰子依靠重力落入投椰通道，伺服电机运转将椰子推出，然后落入剥衣钉板之间。２．３压力传感器压力传感器装在竖直钉板的丝杠部位，这样可以通过通讯作者：张燕（１９７８一），女，硕士，讲师，Ｅ—ｍａｉｌ：ｚ＿ｙｈｓ＠１６３．ｃｏｍ万方数据２０４—心！、卫、＆＼ＦＩ动、＼。、＼＼、＼ｏ、：＼、、＼、日瑚互豁ｒ／妊醚羽ｋ。Ｊ幽２＝ｊ１：皮屑收集箱；２：过滤网；３：高压空气罐；４：启动开关；５：Ｙ方向伺服电动机；６：Ｙ方向丝杠；７：斜度调节旋钮；８：刀片；９：剥衣钉板；１０：吹扫气道；１１：Ｘ方向丝杠及压力传感器；１２：Ｘ方向伺服电动机；１３：移动滚轮；１４：椰子料斗；１５：投椰推送器图１椰子自动剥衣机的结构简图粉王芏一～工天停＿糊农村【嬲工臀工黹慕㈣图２椰子推送器简图压力检测，控制钉板的压入距离，以利于扎入合适位置剥削椰衣；此外，如果在钉板移动适当距离的过程中没有压力变动，则反馈给控制系统，自动关停剥衣机。图３椰子剥衣机的自动工作过程件和输出分别表示如下：Ｘ０：椰子剥衣机无异常，开始进入工作；Ｘｌ：高压空气开关，剥衣钉板被吹扫；Ｘ２：行位开关，用来控制图２中投椰伺服电动机的正转；Ｘ３：行位开关，用来控制图２中投椰伺服电动机的反转；Ｘ４：压力传感器，表示刀片已经扎进椰衣合适位置；Ｘ５：行位开关，用来控制图ｌ中Ｘ方向伺服电动机的正转：Ｘ６：行位开关，用来控制图１中Ｘ方向伺服电动机的反转：Ｘ７：行位开关，用来控制图１中Ｙ方向伺服电动机的正转；Ｘ８：行位开关．用来控制图１中Ｙ方向伺服电动机的反转：Ｙ０：投椰丝杠推杆收缩；Ｙ１：投椰丝杠推杆推出；Ｙ２：竖直钉板压入：３自动剥衣过程及控制系统３．１自动剥衣工作过程首先椰子剥衣机开启开关后，高压空气也随之打开，清扫剥衣钉板及刀具：然后由ＰＬＣ控制的伺服电动机投入椰子，通过伺服电动机的带动及螺杆的传动１７１，实现剥衣钉板的横向扎入和纵向揉搓．期间通过压力传感器和行程开关的通断控制两个钉板的运动。同时又有高压空气的吹扫辅助。清除了没有被顶板刀具剥除的小块椰衣。当剥衣钉板归位，椰子落下，即完成一次自动剥衣。当椰子料斗中没有椰子时，竖直顶板上的压力感应器检测不到压力，整个机器就会自动停止工作。这样的自动剥衣过程很好地实现了椰子剥衣的要求．是一种质量、效率都较高的可行方案。根据剥衣的工作过程，ＰＬＣ程序设计流程如图３所示：３．２ＰＬＣ控制系统的程序设计及Ｉ，ｏ接线在工业环境下带有存储器和可以编制程序的控制器的数字运算操作电子装置叫做ＰＬＣ，它是专门为工业应用而设计的。它能够通过数字式和模拟式的输入输出，存储和执行指令，进行算术运算、计数、顺序控制、定时和逻辑运算等操作。从而实现控制各类的工业生产和机械操作过程罔。本椰子剥衣机的控制将采用１３本三菱公司生产的ＦＸ２Ｎ一３２Ｍ系列ＰＬＣ来完成。为了实现整个椰子剥衣系统的自动控制。用ＳＴＬ（步进梯形指令）编写椰子自动剥衣机的控制程序。其Ｉ／Ｏ接线顺序如图４所示。其中转换条Ｙ３：竖直钉板归位：Ｙ４：倾斜钉板正进：Ｙ５：倾斜钉板归位。４结语本研究基于海南椰子市场的剥衣需求，介绍了一种新型自动剥衣机，其中着重介绍了椰子的剥衣原理、主要结（下转第２０８页）万方数据２０８（５］丘宝剑，卢其尧．我国热带一南亚热带的农业气候区划［Ｊ】．地理学报，１９６１，２７（０）：２８—３７．【６】丘宝剑．我国亚热带划分中的一些问题【Ｊ】．地理研究，１９８４，３（１）：６６－７６．【１９】林超．中国自然区划大纲（摘要）【Ｊ］．地理学报，１９５４，２０（４）：３９５－４１８．［２０］罗开富．中国自然地理分区草案【Ｊ］．地理学报，１９５４，２０（４）：３７９－３９４，［２ｌ】黄秉维．中国综合自然区划草案【Ｊ】．科学通报，１９５９，１８：５９４—６０２．［２２】任美锷，杨纫章，包浩生．中国自然区划纲要［Ｍ】．北京：商务印书馆，１９７９．（７】杨勤业，郑度，吴绍洪．关于中国的亚热带【Ｊ】．亚热带资源与环境学报，２００６，１ｆ１）：ｌ—１０．【８１韩渊丰．对云南热带一南亚热带区域的再认识【Ｊ】．华南师院学报（自然科学版），１９７９，６（２）：４８—５８．【９】曾延庆．试论云南热区范围【Ｊ１．云南热作科技，１９８８，１２（２）：７—１０．［１０】况雪源，苏志，涂方旭．广西气候区划［Ｊ］．广西科学，２００７，１４（３）：２７８—２８３．【２３Ｊ赵松乔．中国综合自然区划的一个薪方案【Ｊ】．地理学报，１９８３，３８（１）：１－１０．［２４］侯学煜．中国自然生态区划与大农业发展战略［ＭＩ．北京：科学出版社．１９８８．【２５】傅伯杰，刘国华，陈利顶，等．中国生态区划方案【Ｊ］．生态学报，２００１，２１（１）：１—６．［２６】李世奎．中国农业气候资源和农业气候区划［Ｍ】．北京：科学出版社，１９８８．［２７】郑景云，尹云鹤，李炳元．中国气候区划新方案田地理学报，２０１ｆｆ６５ｆ１）：３—１２．［１１］丘小军，王宏志．广西地带的划分与气候资源利用【Ｊ］．广西林业科学，２００６，３５（２）：１０２—１０４．［１２】涂方旭，苏志，刘任业．广西气候带的划分［Ｊ】－广西科学，１９９７，４（３）：３７—４２．［１３】谭瑞伟，张声舞．南亚热带北界广东中段分界的探讨【Ｊ】．热带地理，１９８６，６（３）：１９３—２００．【１４］晏路明．福建省境内中、南亚热带之间界线的数值划分【Ｊ】．地理科学，１９８８，８（２）：１８ｌ一１８８，２００．［１５］王霞，王青．贵州的南亚热带气候［Ｊ］．贵州科学，１９９８，１６（４）：２９８—３０１．［２８１中国科学院自然区划工作委员会．中国水文区划（初稿）［Ｍ】，北京：科学出版社，１９５９．【２９】侯学煜．中国的植被［ＭＩ．北京：人民教育出版社，１９６０：１—２０１，［３０】周立三．中国综合农业区划［Ｍ］．北京：农业出版社，１９８１：１－２６５．［３１】郑度，葛全胜，张雪芹，等．中国区划工作的回顾与展望［Ｊ】．地理研究．２００５．２４（３）：３３０－３４４．［３２】冯绳武．中国自然地理区划大纲草案［Ｊ】．兰州大学学报，１９５９（１）：３９－４３．［１６】气候变化国家评估报告编写委员会．气候变化国家评估报告［Ｍ】．北京：科学出版社，２００７．［１７］李勇，杨晓光，王文峰，等．全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ｖ．气候变暖对中国热带作物种植北界和寒害风险的影响【３３】曾昭漩，刘南威，李国珍，等．我国热带界线问题的商榷【Ｊ】．地理学报，１９８０。３５（１）：８７—９２．分析【Ｊ】．中国农业科学，２０１０，４３（１２）：２４７７—２４８４．［１８】竺可桢．中国气候区域论［Ｊ】．地理杂志，１９３０，３（２）２２—３４．誊鼙鼗业业肇逝船业，凶｝始鞋业薯｝刍譬业业照§每业业誊业童妇业业业业业逝业文拿业业业业业业业业业业螺业业业凶｝（上接第２０４页）——～一，“■侧矧瓤剥Ⅲ：三。ｊＸＯＹＯ蝴川；，，一，“—————』Ｘ１Ｌ—，一一∥。———√×２Ｙ１㈣硼…。一一～一７７～～～。Ｘ３０——一—”７…———。×４Ｙ２Ｌ—／７—ｊ×５…刖…“Ｙ３Ｌ～一’一－——一一×６刚㈨训刚川ｉ薹删娜胁Ⅷ㈣嘴搽转精卜孑…一×７０一／一——ｘ８ＣＯＭ图４Ｙ４Ｙ；佰ＬＵＭｌ１１０分配图２３构和ＰＬＣ控制系统的设计。从椰子投料到椰子剥衣，整个过程实现了自动控制。本椰子剥衣机能降低工人劳动强度、有效缓解劳动力紧缺矛盾、提高工人劳动安全性。由于结合机械剥衣和高压气体辅助剥衣，可以达到较好的剥衣效果，使椰子剥衣更加干净有效，极大地降低生产成本，为后续的椰子加工提供足够的原材料，使椰子加工的产业化、自动化程度加大，带动椰子企业的规模化生产。参考文献：［１］李秀娟，李小慧．新鲜椰子的综合加工【Ｊ］食品科技，１９９９（１）：４７—４９李昌如．国外椰子加工和利Ｊ羽ＩＪ］．热带作物研究．１９８７（１）：７８—７９．夏秋瑜，李瑞，赵松林，等．椰子的利用价值及综合加工技术［Ｊ】．中国热带农业。２００７（３）：３７—３８．４５梁栋．椰青加工技术的现状及对策［Ｊ］．农业机械，２００９（１８）：５９—６０．王旺平，李诗龙，刘晓艳．椰子剥壳机的研制【Ｊ１。农业机械，２０１１ｆ２０１：１７９—１８１．６陈秀文，谢俊夫，陈和贤．椰子剥壳机构之研制［Ｊ］．农业机械学刊，２００６，１５（３）：２３－３２．７肖仁鹏，马鑫，刘四新，等．椰子自动剥衣机的设计［Ｊ］．食品与机械，２０１２，２８（１）：１４２－１４３．８张旭飞，张燕，梁栋．基于ＰＬＣ的椰子切割机的设计与控制研究［ｊ】．农机化研究；２０１２（３）：】９９—２０２．万方数据基于PLC的椰子自动剥衣机的设计和控制研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
张浩栋， 张燕， 梁栋， ZHANG Hao-dong， ZHANG Yan， LIANG Dong海南大学机电工程学院,海南海口,570228广东农业科学
Guangdong Agricultural Sciences2012,39(23)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gdnykx201223062.aspx
