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緒 論
1.課題的背景
我國(guó)是農(nóng)副產(chǎn)品出口大國(guó)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)：2014年我國(guó)水果總產(chǎn)量增長(zhǎng)至26142.24萬(wàn)噸，較去年數(shù)據(jù)分析水果產(chǎn)量同比增長(zhǎng)4.5%左右，與往年水果產(chǎn)量數(shù)據(jù)比較，我國(guó)的水果產(chǎn)量正逐年穩(wěn)步提高。隨著水果產(chǎn)量的提高，除去一部分水果經(jīng)簡(jiǎn)單的加工直接銷(xiāo)售以外，大部分的水果被精加工制作成罐頭制品。在我國(guó)水果產(chǎn)量大幅提升的大背景下，我國(guó)的罐頭行業(yè)正逐漸成為我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品加工的重要產(chǎn)業(yè)之一，另外我國(guó)的罐頭行業(yè)也是傳統(tǒng)的出口行業(yè)之一，在改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)出口行業(yè)發(fā)展迅猛，罐頭出口借此大展身手，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的作用，2010年，我國(guó)罐頭出口銷(xiāo)售額達(dá)到34.56億美元，我國(guó)儼然已經(jīng)成為世界水果罐頭加工制造與出口大國(guó)。水果罐頭是我國(guó)食品工業(yè)加工制造、出口的重要產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售量也逐年攀高。除去很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外，因?yàn)槠涫秤梅奖?、安全，風(fēng)味獨(dú)特，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)深受人們的喜愛(ài)。我們知道，水果中含有大量的維持我們生命的糖、維生素、礦物質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、纖維素等營(yíng)養(yǎng)成分。隨著時(shí)代的遷移和人們生活水平的提高，消費(fèi)者最關(guān)注的話(huà)題逐漸從吃什么到怎么吃健康上來(lái)。但是現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，為提高水果產(chǎn)量和提升果質(zhì)，果農(nóng)們有時(shí)候不得不使用一定量的化肥、激素和農(nóng)藥，這些化肥、激素和農(nóng)藥會(huì)在水果表面形成一定量的殘留，很多農(nóng)藥、化肥中含有的有機(jī)磷等化學(xué)成分，這些化學(xué)成分在清洗過(guò)程中很難祛除，進(jìn)入人體后會(huì)引發(fā)人體中毒，長(zhǎng)期慢性的接觸會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)造成無(wú)法修復(fù)的損害。若在食用水果時(shí)不削皮，經(jīng)常食用帶有化肥、農(nóng)藥殘留的水果以及水果制品輕則會(huì)引起消化系統(tǒng)的各種病癥，造成惡心、腹瀉，重則會(huì)危及生命。
談及罐頭生產(chǎn)，我國(guó)的罐頭行業(yè)興起于1906年，發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，已經(jīng)逐步趨于成熟，加工水平、效率較以前得到了顯著的提高，但由于在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的不足，缺少核心、關(guān)鍵的技術(shù)，導(dǎo)致我國(guó)的生產(chǎn)設(shè)備比其他發(fā)達(dá)國(guó)家落后，自動(dòng)化程度較低。另外我國(guó)的一些傳統(tǒng)罐頭加工企業(yè)存在生產(chǎn)工藝比較原始、工序復(fù)雜、生產(chǎn)效率普遍偏低、標(biāo)準(zhǔn)化程度不是很高等不足之處，很難適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)作為主導(dǎo)的今天，企業(yè)要想有良好的發(fā)展前景，必須有前瞻的意識(shí)，自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備，以便能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化連續(xù)化的生產(chǎn)過(guò)程，這樣才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中穩(wěn)住腳跟。在我國(guó)的很多中小企業(yè)中因?yàn)樯a(chǎn)成本的限制，很多企業(yè)在水果削皮時(shí)采用化學(xué)處理的方法，例如為了去除果皮很多企業(yè)在去皮時(shí)選擇用氫氧化鈉溶液浸泡的方法，利用氫氧化鈉的強(qiáng)堿性使果皮與果肉分離。這種加工方法會(huì)使化學(xué)制品滲入果肉，這樣化學(xué)制品隱藏在果肉中根本清洗不掉，一方面嚴(yán)重破壞了水果營(yíng)養(yǎng)成分，果肉發(fā)生質(zhì)變使口感變差，另一方面果肉中清洗不掉的殘留化學(xué)藥物成分嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的身體健康。對(duì)于國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，雖然數(shù)字化、自動(dòng)化、連續(xù)化程度比較高，但這種設(shè)備一般體型巨大占據(jù)大量的空間，學(xué)習(xí)成本、維護(hù)成本也比較高。生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)需要請(qǐng)廠家專(zhuān)門(mén)的維修人員，維修不方便。所以引進(jìn)國(guó)外的生產(chǎn)設(shè)備從小的方面講一方面維護(hù)花費(fèi)巨大，從大的方面講另一方面不是我國(guó)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不利于國(guó)內(nèi)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。國(guó)外的生產(chǎn)設(shè)備不適合現(xiàn)階段中國(guó)的中小企業(yè)應(yīng)用環(huán)境。另外我國(guó)的中小企業(yè)也需要完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備以應(yīng)對(duì)難以琢磨的經(jīng)濟(jì)風(fēng)暴。
市場(chǎng)對(duì)水果罐頭制品的要求越來(lái)越高，另外，水果在削皮之后，果肉與空氣中的氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，影響果肉的色澤，同時(shí)也不利于果肉的深加工，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此水果必須快速的完成削皮切塊過(guò)程，以免造成氧化。在國(guó)內(nèi)，亟需研發(fā)一套數(shù)字化、自動(dòng)化、連續(xù)化程度高的水果削皮設(shè)備供給中小型企業(yè)，支持其生產(chǎn)。保證高效率的生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的果肉質(zhì)量。為我國(guó)廣大的中小型企業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
2.課題的意義
現(xiàn)代世界各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)、科技的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于核心技術(shù)的掌握程度是判斷一個(gè)國(guó)家在世界中競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的根本，也是衡量一個(gè)企業(yè)能否在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中能否存活的依據(jù)。如果一個(gè)國(guó)家或者企業(yè)在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面存在嚴(yán)重的不足，先進(jìn)的制造設(shè)備全靠引進(jìn)，那這個(gè)國(guó)家或者企業(yè)在規(guī)劃中是很難能有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展的，他們的制造水平和制造工藝完全是在別人的引導(dǎo)之下，很難靈活的改變生產(chǎn)方針，調(diào)整生產(chǎn)模式。如果他們能在技術(shù)和科技的創(chuàng)新上超前一步，那么他們就能在新的世界分工格局中掌握主動(dòng)權(quán)。自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)有了質(zhì)變的飛躍，經(jīng)濟(jì)體制逐漸完善，經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)足發(fā)展并取得了很大的成就，但隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程步伐的加快，國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易與發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)店逐漸轉(zhuǎn)移到科技與創(chuàng)新上來(lái)，所以需要具備自主創(chuàng)新意識(shí)，提高自主創(chuàng)新能力，研發(fā)大量具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，是快速提升國(guó)家在世界經(jīng)濟(jì)格局地位的關(guān)鍵。想要實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，振興國(guó)民經(jīng)濟(jì)，富國(guó)強(qiáng)民，必須扎扎實(shí)實(shí)做實(shí)、做好、做強(qiáng)創(chuàng)新工作，要有一種工匠精神不能空想空談，端正態(tài)度完善體制鼓勵(lì)創(chuàng)新，掌握更多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，積累更多的核心關(guān)鍵的先進(jìn)技術(shù)，從中國(guó)制造模式逐步過(guò)渡到中國(guó)創(chuàng)造模式上來(lái)，以強(qiáng)有力的創(chuàng)新、科技優(yōu)勢(shì)在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興?，F(xiàn)今的世界格局錯(cuò)綜復(fù)雜，要想在新的國(guó)際形勢(shì)中尋求科技的發(fā)展，掌握大量的先進(jìn)的核心的科技，根本的立足點(diǎn)和落腳點(diǎn)在于創(chuàng)新，我們要想前人之不敢想做前人之不敢做，創(chuàng)前人沒(méi)有創(chuàng)的經(jīng)驗(yàn)。于此同時(shí)，要吸收借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)新性知識(shí)，另外也不能盲目的套用他人的創(chuàng)新模式，要量力而行，如若盲目的跟從他人的創(chuàng)新模式容易顧此失彼，學(xué)到的只是模仿方式，不能從根本上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，所以必須要結(jié)合自身所在的環(huán)境，找準(zhǔn)自身特點(diǎn)，發(fā)掘適合自身的創(chuàng)新方法，準(zhǔn)確的找到切入點(diǎn)，瞄準(zhǔn)創(chuàng)新發(fā)展的前沿，加大投入成本，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)實(shí)施攻關(guān)，緊緊抓住制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，不放手、多渠道地尋找突破口，以理論創(chuàng)新?tīng)恳龑?shí)踐創(chuàng)新，爭(zhēng)取早日成為前沿科技下的創(chuàng)新性國(guó)家，提高綜合國(guó)力，屹立于世界民族之林。
本課題的探討正是順應(yīng)上述要求，謀求以科技強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)的一小步。我們從生活中要善于發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)，逐漸提升自己的創(chuàng)新意識(shí)，創(chuàng)新來(lái)源與生活服務(wù)于生活，另外創(chuàng)新并沒(méi)有什么深層次難以理解的內(nèi)容，創(chuàng)新在生活中的意義就是用一種新穎的模式讓生活變得更容易。在工業(yè)加工中的意義就是用盡可能簡(jiǎn)單的方法加工制造出符合要求、實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品。本課題中，柔性刀具的設(shè)計(jì)，退刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)上料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是結(jié)合生活中的實(shí)例和自己的想法自主設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為我國(guó)的創(chuàng)新事業(yè)做出自己的小小貢獻(xiàn)。
本次課題設(shè)計(jì)的全自動(dòng)水果削皮機(jī)除適用于蘋(píng)果、梨等水果的加工制造以外，同樣適用于馬鈴薯、紅薯等的削皮切塊加工，實(shí)用性強(qiáng)。另外該設(shè)備主要面向國(guó)內(nèi)眾多的中小型企業(yè)。它具有體積下、結(jié)構(gòu)緊湊、加工效率高、自動(dòng)化和連續(xù)化強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，完全適用于當(dāng)今中國(guó)社會(huì)中小型企業(yè)的發(fā)展模式?？梢源蠓档凸と说膭趧?dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。另外也可以提高加工質(zhì)量，使加工過(guò)程更加安全衛(wèi)生，減少化學(xué)制品的使用。
3.研究現(xiàn)狀：
幾種現(xiàn)有的水果削皮設(shè)備：
（1） 單果手動(dòng)削皮機(jī)
功能與原理：如圖所示，單果手動(dòng)削皮機(jī)有插針結(jié)構(gòu)，機(jī)器需要工作時(shí)將蘋(píng)果等水果插在插針上固定住，手動(dòng)搖動(dòng)削皮機(jī)的手柄，插針帶動(dòng)蘋(píng)果發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，單果手動(dòng)削皮機(jī)配備了仿形刀具，在插針帶動(dòng)蘋(píng)果發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)仿形刀具在彈簧的拉動(dòng)下緊緊貼在蘋(píng)果表面。仿形刀具在彈簧拉動(dòng)的同時(shí)內(nèi)部也有齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)仿形刀具緊緊貼在蘋(píng)果表面圍繞蘋(píng)果的腰線(xiàn)發(fā)生移動(dòng)將果皮削下。
特點(diǎn)：這種機(jī)器使用的材料是鋁鎂合金支架，機(jī)構(gòu)隱蔽，用的是真空原理的塑膠吸盤(pán)固定機(jī)子，方便而牢固，設(shè)計(jì)的彈性削皮刀具仿形能力很強(qiáng)能適應(yīng)切削不同的橢圓度和凹凸面。整機(jī)有鋁合金和不銹鋼刀具等材料組成。另部件經(jīng)過(guò)電鍍、電刨、噴涂等工藝處理，加工后切成的無(wú)皮、無(wú)芯的薄片果肉，食用時(shí)松脆、不傷牙齦。特別社和老年人嬰幼兒食用新鮮、衛(wèi)生的水果及家庭廚房制作果醬、果汁、果片等食品創(chuàng)造了許多便利，是文明生活的好幫手。由于弧形削皮刀的支撐桿配置課伸縮式彈簧，在削皮的過(guò)程中，不論蘋(píng)果大小，是否規(guī)則，都是中緊貼果皮進(jìn)行工作，所以完全不必要擔(dān)心果皮未被切削干凈，課放心食用。不足之處：該類(lèi)去皮機(jī)需人工查過(guò)，削完后人手取下，故插、取果時(shí)易傷手。手搖式，費(fèi)勁，速度慢，效率低。切削寬度較大，已加工的蘋(píng)果幾何都變成了“梯田”狀。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，勞動(dòng)強(qiáng)度不高，但是工作效率很低不能在工廠大規(guī)模量產(chǎn)的情況下使用。
（2） 多果自動(dòng)削皮機(jī)
如圖所示，首先人工將蘋(píng)果以蘋(píng)果梗垂直于水平面的方向放置于蘋(píng)果內(nèi)，氣缸推桿回縮，將蘋(píng)果提升至削皮刀高度，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)插針、蘋(píng)果一起旋轉(zhuǎn)，直到完成蘋(píng)果削皮工作，左后人工將蘋(píng)果卸下。該類(lèi)去皮機(jī)每臺(tái)機(jī)器至少一人甚至兩人負(fù)責(zé)放果和卸果。勞動(dòng)強(qiáng)度較大生產(chǎn)效率較低。刀片裝在彈性刀架上，課自動(dòng)與被加工表面吻合，故對(duì)于表面不規(guī)則的蘋(píng)果也能很好的加工。該機(jī)構(gòu)的不足之處：削掉的果皮全在地板散落，故影響環(huán)境衛(wèi)生，插果、卸果需要人工來(lái)完成，而且一臺(tái)機(jī)器最少需要一個(gè)人來(lái)負(fù)責(zé)放果、卸果。該機(jī)構(gòu)雖屬于多果切削，但工作能力較低，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。
（3） 單果自動(dòng)去皮機(jī)
其工作原理如圖所示，該類(lèi)去皮機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有數(shù)個(gè)蘋(píng)果轉(zhuǎn)動(dòng)插針，均勻分布在果盤(pán)的圓周之內(nèi)。首先由人工將蘋(píng)果插于蘋(píng)果插針，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，蘋(píng)果被送于去皮工位，完成去皮工作，圓盤(pán)再轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，蘋(píng)果完成切片工作，圓盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。蘋(píng)果被送于去核工位，蘋(píng)果核在該工位被除去，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。此類(lèi)去皮機(jī)較其他去皮機(jī)速度較快，但仍然需要人工上果，生產(chǎn)速度多由人工的熟練程度決定。