超声切割器.pdf

用于大量高速的超声切割或切开的设备包括从往复运动的头部悬挂的有第一和第二切割边缘的刀片，在支承并推进食品的传送器上方悬伸，利用在相对侧包括第一和第二切割边缘的刀片横向切割食品。头部通过电子控制器控制以自动操作，在传送器上前进的食品的上方以预定范围内的选定的速度和选定的频率横向往复运动。刀片在约20,000Hz的频率下超声震动。第一和第二切割边缘向下会聚，限定夹角大于60度小于90度。在特定实施例中，内角为70度。在另一实施例中，角为约60度。刀片的线性平移速度为每秒25－35英寸，横向速度可为约每秒30英寸。设备可用于高速大量商业化的食品操作，以将干酪产品和其他食品从大块、片等自动切成较小的部分，也可用于其他应用中。

1.  一种超声切割设备，其包括：
传送器组件，该传送器组件支承着食品并且沿向前方向运送食品；
刀片，在其相对两端具有第一和第二切割边缘；
用于使所述刀片超声震动的装置；以及
支承着所述刀片的往复运动的头部，所述往复运动的头部可以线性地和横向地移动，以便在沿第一横向方向移动时通过所述第一切割边缘在所述食品中形成切口，并且在沿第二横向方向移动时通过所述第二切割边缘在所述食品中形成切口。

2.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传送器组件包括连续布置的第一和第二传送器以及设置在它们之间的砧座，以便在形成横向切口期间限制和支承所述食品，所述砧座具有所述刀片的一部分行进穿过其中的沟槽。

3.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，刀片在大约20,000Hz的频率下震动。

4.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一切割边缘和第二边缘相交以形成顶端。

5.  根据权利要求4所述的设备，其特征在于，该顶端具有水平边缘。

6.  根据权利要求5所述的设备，其特征在于，每一个切割边缘是倾斜的并且与顶端的水平边缘相交成钝角。

7.  根据权利要求6所述的设备，其特征在于，切割边缘和顶端的水平边缘之间的交角基本上是相同的。

8.  根据权利要求7所述的设备，其特征在于，切割边缘限定的夹角大于60度并且小于90度。

9.  根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述夹角大约是60度。

10.  根据权利要求1所述的设备，其特征在于，刀片具有的线性平移速度为至少大约每秒三十英寸，并且每分钟进行至少大约150次切割。

11.  一种用于切割食品的装置，其包括：
沿输入方向移动食品的传送器；
相对于传送器设置于固定的位置的框架；
托架，该托架可平移地固定在框架上并且可以沿着横截于食品的运动方向的方向移动，该托架包括：
刀片；以及
刀片安装在其上的头部，该头部向刀片提供超声机械震动，其中刀片具有第一切割边缘和第二切割边缘，刀片沿第一方向横向平移通过食品，由此利用第一切割边缘在食品中进行第一次切割，并且刀片沿与第一方向相反的第二方向横向平移通过食品，由此利用第二切割边缘在食品中进行第二次切割。

12.  根据权利要求11所述的装置，其特征在于，传送器包括由间隙分开的传送器部段，并且其中该装置还包括连接传送器部段的砧座。

13.  根据权利要求12所述的装置，其特征在于，当食品被传送器移动时该食品经过砧座，并且其中砧座包括限制固定件，以便限制食品沿着除了输入方向以外的方向的运动。

14.  根据权利要求13所述的装置，其特征在于，限制固定件是与食品进行线接触的转动元件。

15.  根据权利要求12所述的装置，其特征在于，砧座包括一通道，允许刀片的下顶端通过该通道并且通到食品的底表面的下面。

16.  根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该框架是基本上刚性的悬臂支架。

17.  根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该框架固定在基座上。

18.  根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该框架包括至少一个轨道，用于引导托架的侧向平移。

19.  根据权利要求18所述的装置，其特征在于，托架包括可平移地固定在每个轨道上的滑动件。

20.  根据权利要求19所述的装置，其特征在于，其包括至少一个平移力施加到其上的驱动滑块以及至少一个驱动轨道，驱动滑块可平移地固定在该驱动轨道上。

21.  根据权利要求11所述的装置，其特征在于，头部包括用于产生机械震动的信号发生器和与该信号发生器进行通讯的放大器，其中信号发生器和放大器向刀片提供机械震动。

22.  一种超声切割刀片，其能够双向地切开食品而不会使所述食品与所述刀片附着，其包括：
具有第一厚度的基座部分；以及
具有第二厚度的切割部分，所述第一厚度大于所述第二厚度；
所述切割部分具有向下会聚的切割边缘，在切割边缘之间限定了一夹角；
所述夹角为60-90度。

23.  根据权利要求22所述的超声切割刀片，其特征在于，所述刀片被调整为在大约20,000Hz的频率下震动，并且能够在每秒18英寸以上的线性速度下，将高度为2.5英寸并且宽度为10英寸的天然切达干酪片横过所述片的宽度完全切穿，留下的切割表面是平滑的、有光泽并且没有毛边的，并且将所述片的一部分与其余部分分离，刀片干净且没有油污，没有碎屑或灰尘，并且所述刀片是从上方支承的。

24.  根据权利要求23所述的超声切割刀片，其特征在于，所述刀片能够在每秒30英寸以上的线性速度下切割所述片。

25.  根据权利要求24所述的超声切割刀片，其特征在于，所述刀片能够通过所述片每分钟进行150次切割。

26.  一种使用超声震动的刀片双向地切开食品而不会使所述食品与所述刀片附着的方法，其包括：
从上方支承所述刀片；
使所述刀片在大约20,000Hz的频率下震动；
在第一行程中沿第一横向方向横向驱动刀片通过所述食品，以便将所述刀片从所述食品的第一侧移动到所述食品的第二侧，从而通过食品形成第一切口以将食品的一部分从食品的其余部分上切断，通过利用设置在食品上方的可动支承件向所述刀片施加侧向力来完成所述驱动；
使食品沿向前的方向前进；以及
在第二行程中沿第二横向方向横向驱动刀片通过所述食品，以便将所述刀片从所述食品的所述第二侧移动到所述食品的所述第一侧，从而在与所述第一切口相隔开的位置通过食品形成第二切口，以将食品的一第二部分切断。

27.  根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述刀片在其相对两端上具有向下倾斜地会聚的切割边缘，并且所述片具有基本上垂直的侧面，使得在每个行程中，每个所述切割边缘的下部与所述片接合之前，每个所述切割边缘的上部与所述片接合。

28.  根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述刀片在每秒18英寸以上的线性速度下，将高度为2.5英寸并且宽度为10英寸的天然切达干酪片横过所述片的宽度完全切穿，留下的切割表面是平滑的、有光泽并且没有毛边的，并且将所述片的一部分与其余部分分离，刀片干净且没有油污，没有碎屑或灰尘，并且所述刀片是从上方支承的。

29.  根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述刀片在每秒18英寸以上的线性速度下切割所述片。

30.  根据权利要求27所述的方法，其特征在于，其还包括在所述第一和第二方向之间交替的附加行程，其中所述刀片通过所述片每分钟进行100次以上的切割。

31.  根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述刀片通过所述片每分钟进行至少150次切割，并且实现了每秒至少30英寸的线性速度。

超声切割器
技术领域
本发明涉及一种用于切割食品例如干酪产品的设备，具体地说涉及一种超声切割器。
背景技术
包括在此作为参考的美国专利No.6,403,138描述了使用特殊形式的超声切割设备来与在连续过程中制造零售尺寸的干酪块相结合。各种其他形式的切割设备用于其他的高速大量商业化的食品操作中，以将干酪产品和其他食品从大块、片等自动切成较小的部分。
在用于制造、包装和以其他方式处理食品的特定高速商业化的操作中，出于很多原因，超声切割设备对于常规的刀片来说可以是优选的。超声刀片通过避免食品例如果仁糖或糖衣的附着可以提供较好的切割质量，并且还能够以较高的速度切过产品，例如干酪。
现有技术包括的超声切割器已知为铡刀，它用于在传送机上的食品中形成横向切口。铡刀刀片悬伸在传送器上方并被向下驱动到支承在传送器上的产品中，然后被升起以允许产品前进经过刀片并且定位产品以便进行下次横向切割。现有技术还包括静止的超声切割器，用于当产品在传送器上前进时进行纵向切割。垂直地往复运动的铡刀和静止切割器的组合在过去已用于将大片移动的食品分割成较小的矩形部分。
铡刀和相关的变换器和放大器的重量导致了对铡刀刀片长度和刀片可以往复运动的速度的实际限制。在一种特定的应用中，最大的刀片长度小于14英寸，最佳的长度为7英寸或更小，并且铡刀往复运动的线性速度局限为大约每秒18英寸。增大线性速度超过每秒18英寸会导致过大的机械震动。这产生了很差的切割效果，并且产生了可能损坏系统部件的应力。在这种特定的应用中，已经发现，铡刀能够提供每分钟最多大约75-85次切割，以及仅提供每分钟65次的高质量切割。
发明内容
本发明提供了一种用于高速切割食品的改进的超声切割装置。该设备优选地包括从往复运动的头部悬挂的双作用的刀片，在支承并推进食品的传送器上方悬伸，利用在其各个相对侧面包括第一和第二切割边缘的刀片横向切割食品。头部优选地通过电子控制器控制以进行自动操作，在传送器上前进的食品的上方以预定范围内的选定的速度和选定的频率横向往复运动。当头部沿第一方向平移时第一切割边缘切割食品，并且在返回行程中第二切割边缘切割食品。刀片优选地超声震动，并且优选地在约20,000Hz的频率下震动。
第一和第二切割边缘优选地向下会聚，限定的夹角大于60度并且小于90度。在一个特定实施例中，内角为70度。在另一个实施例中，该角为约60度。
切割边缘优选地以相同的角度倾斜，并且优选地与刀片的水平底边缘相交成相同的钝角。食品优选地具有基本上垂直的侧面，使得食品与刀片的横向接合导致了食品的上角部与刀片的初始接合，随后随着穿透深度增大，连续地增大食品与刀片的接合，刀片水平移动，并且食品上的合力是具有向下的分量和横向水平分量的矢量。刀片可以具有的线性平移速度为每秒25-35英寸，更具体的说其横向速度为每秒大约三十英寸。
该设备可以还包括静止框架和可平移地固定到框架上的托架，以便相对于食品的运动方向可以横向移动，其中托架包括刀片和头部，该头部支承着刀片并且向刀片提供超声机械震动。
在一种形式中，传送器可以包括由间隙分开的传送器部段，以及定位在传送器部段之间的砧座。当食品被传送器推进时，该食品可以经过砧座的底部上方以及砧座的侧部之间，并且砧座优选地能够支承食品，并且阻止食品向下移动和沿着任一个水平横向方向横向移动。砧座可以包括各种用于接合食品的元件，例如转动元件、移动的带子或O型环、或者静止的元件。砧座优选地在其下部中具有一沟槽或通道，其宽度稍微大于刀片的宽度，以在切割食品时允许刀片的下部通到食品的底表面的下面。砧座还优选地具有侧间隙，其宽度大于刀片的厚度，以允许刀片或其部分侧向通过砧座地侧面之外。
框架可以固定在基座上，并且可以包括一个或多个轨道以便引导托架的侧向平移。托架可以包括可平移地固定在每个轨道上的滑动件。该装置可以包括平移力施加到其上的驱动滑块以及驱动轨道，驱动滑块可平移地固定在该驱动轨道上。头部可以包括信号发生器和放大器，以便向刀片提供机械震动。
本发明可以用于高速大量商业化的食品操作，以将干酪产品和其他食品从大块、片等自动切成较小的部分，也可用于其他应用中。
附图说明
图1是双向超声切割器和传送器的前视图；
图2是图1的设备的局部侧视图；
图3是其另一个局部侧视图；
图4是其局部平面图；
图5是该设备的刀片的前视图；以及
图6是其侧视图。
具体实施方式
首先参照图1，本发明优选地实施为一种双向超声切割机10，其包括支承在基座18上的框架16上的可平移的托架14。如下所述，切割机10在支承于传送器组件32上的食品片5中形成横向切口，该传送器组件包括设置于一对传送器之间的砧座36。
该设备的结构可以采取各种不同的形式。一种特定的结构如下所述并且示于附图中，以便进行示例。
所示的基座18包括操作控制器并且提供托架14平移的动力。所示的框架16包括水平横向的顶部和底部构件20和22，它们支承着垂直侧面构件24。导轨28和驱动轨道30在传送器上方水平地并且彼此平行横向地延伸，它们分别通过基座18和侧面构件24支承在在相对端部支承着。托架14可滑动地支承在框架轨道28和30上。托架14可以沿着轨道28和30限定的路径，以双向的方式如箭头R所示地往复运动。
所示的托架14包括可滑动地安装在导轨28上的导向件128和支承在驱动轨道30上的驱动滑块130。导向件128和驱动滑块130安装在垂直构件132上，该垂直构件132又安装在水平纵向延伸的上部和下部支架134上。支架134支承着包括刀片54的头部136，该刀片54从包括信号发生器144和放大器140的震动器138上悬挂。震动器138将通过电力联接器146供应的电能转换成刀片54在大约20,000Hz的超声频率下的机械震动。
电信号发生器144、放大器140和电力联接器146可以是从美国Illinois的St.Charles的Dukane公司和联合王国的RHM Technology得到的型号。电力联接器146可以包括电源线和/或一个或多个连接器。
所示的传送器组件32包括两个或更多连续布置的传送器部段40。每个传送器部段可以包括带式传送器、O型环传送器或者其他传送器。每个所示的传送器部段包括端部辊子34和一个或多个可动构件38，例如带、条、O型环等等。食品通过传送器部段32沿箭头I的方向运载，而邻近的传送器部段的端部辊子34沿着其上所示的箭头的方向转动。在所示的实施例中，静止的砧座36设置在传送器部段40的端部42之间的间隙46中，支承着食品，并且阻止食品向下移动和沿着任一个水平横向方向横向移动。砧座36包括刀片54可以通过其中的横向沟槽或通道50，使得刀片54的底部可以延伸到待切的食品的底侧的下面。
所示的砧座36包括侧面构件62，在刀片54与食品58相接合时，该侧面构件阻止食品侧向移动。所示的侧向构件64是可以绕着垂直轴63自由转动的圆柱形元件，提供了转动元件64与食品之间的线接触。在其他的实施例中，侧面构件可以包括低摩擦静止块或移动带子，带有用于与食品低压滑动接合的平表面，或者其他元件。
当食品被传送器32连续地或者间歇地移动经过砧座36时，托架14横截于传送器32上的食品的运动方向沿着箭头R所示的第一方向平移。刀片54从传送器32的一侧平移通过砧座36的通道50并且通过食品，到达传送器32的另一侧，由此分割食品。传送器32沿着箭头I的方向继续移动食品，并且刀片54沿着与第一方向相反的第二方向横过传送器平移，再次通过通道50并且分割食品。
传送器32可以是步进式传送器，它在一系列的间歇运动中逐步地使食品前进通过刀片，各自具有一纵向尺寸，对应于待分割的食品的部分所需的纵向尺寸，而每次由刀片54进行切割时，传送器暂停。
图5-6示出了根据本发明的实施例的刀片54。刀片54优选地由铝、不锈钢、钛和/或其他金属合金制成，并且优选地被制造成精确的公差，并且被调整为在大约20,000Hz下超声震动。
刀片具有厚度或深度为D的上柄部90，以及相对于柄部具有较小厚度或深度的下切割部分。柄部由头部支承和接合，以允许横过界面91(图2)进行超声震动，并且柄部具有凹座94以接纳安装螺钉、螺柱或者其他从头部136向下延伸的突出部。顶面90的深度D大约为1英寸。
刀片54包括前表面98和后表面100。当刀片54通过食品时，前表面98和后表面100接触食品。刀片54与食品之间的摩擦量与刀片54接触食品的表面积相关，因此通常期望减小接触食品的刀片表面积。然而，减小刀片的尺寸，即，减小由切割边缘限定的宽度W和角度θ，就减小了刀片54的强度和刚度，这降低了刀片切割的准确性。在所示的实施例中，这些因素这样来平衡，即，将切割边缘102、106定向为相同的倾斜度，并且内部角度θ为60-90度。在一个实施例中，角度θ为65-75度，或者大约为70度。刀片54的切割部分的厚度T大约为八分之一英寸。刀片54的宽度W大约为3英寸，并且总长度L大约为53/16英寸。利用这种构型，在一个实例中，刀片54能以每秒18英寸以上的速度，更具体的说以每秒30英寸以上的速度进行操作，以便每分钟进行100次以上的切割，更具体的说每分钟进行150次以上的切割，所切穿的天然切达干酪片的高度大约为2.5英寸，宽度大约为10英寸，刀片在每次通过的每个终端清理切口，提供的切割表面是平滑的、有光泽并且没有毛边的，将所述片的一部分与其余部分分离，刀片干净且没有油污，没有碎屑或灰尘。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是应该理解，本发明不限于上述的实施例。