第７期 ２０１２年７月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０７—００２５～０３
新型果蔬切丁机的设计术
杨德勇１，２胡建平 许晓东 黄英飒 史桂宏
（’江苏大学机械工程学院，镇江２１２０１３）
（ 江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，镇江２１２０１３）
（３江苏大学信息化中心，镇江２１２０１３）（ 江苏李工果蔬机械有限公司，兴化２２５７００）
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｎｅｗ Ｄｉｃｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ
ＹＡＮＧ Ｄｅ—ｙｏｎｇｌ＇ｚ，ＨＵ Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ２，ＸＵ Ｘｉａｏ－ｄｏｎ￣，ＨＵＡＮＧ Ｙｉｎｇ－ｓａｚ，ＳＨＩ Ｇｕｉ－ｈｏｎｇ４
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅ￣ｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
（ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｍ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ＆Ｊｉａｎｇｓｕ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
（。Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）
（４ｊｉａｎｇｓｕ Ｌｉｇｏｎｇ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｘｉｎｇｈｕａ ２２５７００，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】国内现有切丁机存在着结构复杂、生产效率低、切出１０ｍｍ以上果蔬大丁形状不规整
的问题，无法满足国内果蔬加工业的发展需求。提出采用离心切削法进行果蔬切片、圆盘刀切丝、横切
刀切丁的三维切丁技术的新型果蔬切丁机方案。通过对果蔬的切丁成型分析，得到切１０ｍｍ以上果蔬
大丁形状不规整的原因。仿真分析得到切丁机推进器和横切刀之间的速比以及两者之间的中心位置
布置的合理组合。对切丁机主要结构部件进行了设计，研制果蔬切丁机样机。性能试验表明：切出的
（１５ｘ１５ｘ１５）ｍｍ和（２０ｘ２０ｘ２０）ｍｍ马铃薯立方块形状规整，其相对百分数均小于１５％，达到了设计要
求。
关键词：果蔬；切丁机；设计；性能试验
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｎ ｖｉｅｗ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ，ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆｄｉｃｉｎｇ
ｍａｃｈｉｎｅｆｏｒｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，Ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｃｌｕｄ－
ｉｎｇ ｓｌｉｃｉｎｇ ｂｙ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｈｒｅｄｄｉｎｇ ｂｙ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｋｎｉｖｅｓ ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ ｄｉｃｉｎｇ ｂｙ ｃｒｏｓｓｃｕｔ ｋｎｉｖｅｓ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆｔｈｅ ｄｉｃｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ Ｃ０２１￥ｅ ｏｆｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ １０ｍｍ ｄｉｃｅｒ
ｗａｓ ａｃｑｕｉｒｅｃＬＡ ｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｒａｔｉｏ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ａｎｄ ｃｒｏｓｓｃｕｔ ｋｎｉｖｅｓ． ｗｅｌｌ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｒｏｓｓｃｕｔ ｋｎｉｖｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｗｅｒｅ ｇｏｔ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｓ－
ｓｅｍｂＺｙ Ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｗａｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｕｔｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ：
Ｓｍｏｏｔｈ ｐｏｔａｔｏ ｃｕｂｅｓ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ １５ｘ１５ｘ１５）ｍｍ ａｎｄ（２０ ｘ２０ｘ２０）ｍｍ ｗｅｒｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｒｅｚ
ｔｉｖｅｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｏｆｉｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｄｅｇｒｅｅ ｂｅｉｎｇｌｅｓｓ ｔｈａｎ１５％ｗｈｉｃｈｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅ ｅｘｐｅｃｔｅｄｔａｒｇｅｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｆｒｕｉｔｓ ａｎｄ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ；Ｄｉｃｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ；Ｄｅｓｉｇｎ；Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔ
中图分类号：ＴＨ１２，，Ｉ１Ｓ９７２．２１文献标识码：Ａ
１引言
我国是果蔬生产大国。据联合国粮农组织统计，２００７年我国 水果产量１．８亿吨、蔬菜５．６亿吨，分别占全球总产量的２０％和 ４９％，总产值约１５００亿美元，是全球最大的果蔬生产国和果蔬制 品加工基地。果蔬产业对全国农民人均纯收入的贡献额超过
１０００元。果蔬产业已成为中国广大农村和农民最主要的经济来 源和农村新的经济增长点，是我国农产品加工业中具有明显优势 和国际竞争力的行业 。 近年来我国的果蔬加工业取得显著进步，已具备了一定的
技术水平和较大的生产规模，但果蔬加工装备主要还是靠引进国 外机型，通过模仿设计进行研制，先进装备、技术方面仍受制于发 达国家。传统的果蔬切丁加工是手工进行切片，然后再进行纵向
和横向切割，其工作效率低、劳动强度大。针对手工作业缺点，设 计了利用机械刀片实现果蔬制品的横向和纵向切割的二维切割
方式，这种方式的工作效率有了较大提高，但在加工过程中不能
实现连续送料、连续切削，而且需对切割果蔬进行夹持，从而影响
了加工效率和适应能力 。随着果蔬加工生产规模的不断扩大，国
外先进的果蔬加工机械逐渐抛弃了二维切割方式，采用了能实现
连续喂料、分步连续切削加工作业成型的三维切割加工模式。如 美国某公司的Ｇ—Ａ型果蔬切丁机、比利时某公司的Ｆｌｅｘｉｆａｍ三
维切丁机。国内企业在分析国外先进的果蔬三维切丁机基础上，
通过自主研制开发，研制出了采用三维切割加工模式的果蔬切丁
★来稿日期：２０１１－０９—１７★基金项目：江苏省科技支撑计划—农业部分（ＢＥ２００８３８５）
２６ 杨德勇等：新型果蔬切丁机的设计 第７期
机，如江苏某果蔬机械有限公司生产的ＬＧ一３５０型切丁机。但国
内切丁机内部结构比较复杂，易发生滞留阻料、生产效率较低，同
时难以切出１０ｍｍ以上果蔬大丁，无法满足国内果蔬加工业的需 求。在分析切丁机的切丁成形机理的基础上，研究开发新型的果
蔬三维切丁机，解决了国内现有切丁机存在的问题。
２整机方案和技术参数
２．１方案设计
为提高加工效率和保证果蔬的加工质量，新型果蔬切丁机
采用三维加工模式，即从三个方向分别对果蔬进行加工，实现切 片、切丝、切丁操作。果蔬三维切丁机的整机方案，如图１所示。工
作时，首先将需加工的果蔬物料Ｉ通过进料斗不断送人到滚筒２ 内，电机通过传动系统带动推进器３、圆盘刀总成５和横切刀总
成６高速旋转。果蔬随推进器在滚筒内旋转运动，在离心力的作
用下紧贴滚筒内侧，切片刀４对果蔬进行切片动作。果蔬切片沿 切片刀送入到圆盘刀总成５，片状果蔬被圆盘刀切成长条状，随
即直接进入旋转的横切刀总成６，被切割成立方块、长方块或其 他预设尺寸的果蔬丁。由于果蔬在离心切片后直接切丝、切丁，省
去了国内现有切丁机辅进料机构送料切丁、梳齿机构梳齿的环
节，从而简化了新型果蔬切丁机的整机结构，提高了加工效率，又 避免了切割过程易发生滞留阻料问题。
图Ｉ果蔬切丁机的整机方案 １．果蔬２．滚筒３推进器４．七刀片刀５．圆盘刀总成６横切刀总成７．横切刀 ２－２主要技术参数
考虑国内果蔬加工企业的需求，新的果蔬切丁机的主要技
术指标为：
生产能力：（１０００－－４０００）ｋｇ／ｈ 电机功率：１．５ｋＷ
产品规格：丁（３ｘ３ｘ３—１６ｘｌ６ｘｌ６）ｍｍ；
条（３ｘ３—１６ｘｌ６）ｍｍ：
片（１．６～１６）ｍｍ。
３切丁成形机理的分析
经过切丝圆盘刀的条状物料被切丁条刀切成丁状，如图２
所示。国内现有的切丁机难以切出１０ｍｍ以上大丁主要是指切丁
机切出的大丁的断面偏差较大，无法满足果蔬业的加工要求。下
面分析果蔬切丁时其断面的曲线方程。
设厚度为Ｄ的条状物料沿切片刀刀面以速度 。匀速向下
运动，横切刀以角速度 ，绕刀轴中心０点旋转。横切刀刀尖在Ａ
点开始切人物料，在Ｆ点切出物料。当横切刀刀尖从Ａ点随刀轴 转过 角时，刀尖与物料中的Ｅ点接触，这样Ｅ点的轨迹就是丁
断面形状曲线。以横切刀刀轴中心Ｏ为坐标原点建立坐标系，Ｙ
轴平行于切片刀且方向与物料下落方向相反。由于横切刀刀尖与 物料的接触点Ｅ是物料的移动和横切刀转动的复合运动，所以
可得层点的参数方程为：
切片
图２切丁成形机理示意图
３ｓｉｎ（￣ｂ＋ａｒｃｓｉｎ等）
却。 ｎ等 ｔｏ３
根据上述丁断面曲线方程，Ｅ点的轨迹为一曲线，故果蔬切
丁断面形状为变化的曲面。切丁断面形状与切丁机的结构参数Ⅳ、
Ｒ 、Ｒ，，切丁厚度Ｄ以及推进器与横切刀角速度比 ．／ｔｏ 等因素有
关。这些参数变化导致切丁断面形状变化，切丁断面的偏差不同。
设计时，考虑果蔬切丁机的产量，先确定出推进器半径尺。
和横切刀尖处半径Ｒ 。而尺寸参数 与推进器和横切刀中心的
相对位置相关。因此，当切丁厚度Ｄ一定时，切丁断面形状主要 与推进器与横切刀角速度比和推进器与横切刀相对位置有关。当
推进器和横切刀之间的速比匹配以及两者之间的中心位置布置
不合理就导致切丁断面出现大的弧形、倾斜，断面的偏差难以满足
果蔬业的要求，这是国内现有切丁机难以切出１０ｍｍ以上大丁的原
因。为研究推进器与横切刀角速度比和推进器与横切刀相对位置对切
丁断面影响，建立果蔬切丁机的虚拟样机，对果蔬切丁机的切丁过程进 行仿真，如图３所示。仿真分析推进器与横切刀角速度比在（０．１ １～
０．２２）、推进器中心与横切刀中心水平间距在（２６０～３１０）ｍｍ范围内
变化时切得的丁断面曲线形状和断面偏差。根据仿真结果的数据
分析可得出切得理想丁断面时推进器和横切刀之间的角速度比 及两者之间的中心位置参数最佳组合，即角速度比ｃｔＪ ／ｔｏ 为０．１７、
推进器中心与横切刀中心水平间距为２７０ｍｍ。
图３切丁机的切丁仿真