蘋果果袋封口裝置設(shè)計(jì)

楊本寧，鄭艷萍，宋成杰（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州　450001）

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蘋果果袋封口裝置設(shè)計(jì)

楊本寧，鄭艷萍，宋成杰
（鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州450001）

摘要：文章在分析水果套袋封口過程中遇到問題的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了一種新型封口裝置。該裝置利用菱形連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的平行收縮，使夾緊機(jī)構(gòu)向中心靠攏封口，采取橡膠封口塊保護(hù)果柄，使用轉(zhuǎn)刀切除多余幼果，封口后利用彈簧本身彈力變化恢復(fù)至原始位置，以滿足自動(dòng)封口的要求。

關(guān)鍵詞：水果套袋技術(shù)；紙袋；推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)；新型封口裝置

我國是世界上最大的水果生產(chǎn)國和出口國，蘋果是其中最具出口潛力的產(chǎn)品之一。蘋果套袋技術(shù)的推廣不僅減少了蟲類、鳥類破壞，增加了產(chǎn)量，而且減少了表面農(nóng)藥殘留，使質(zhì)量得到提升。但是目前大部分地區(qū)仍采用人工作業(yè)套袋，而且大多數(shù)蘋果套袋裝置都是比較繁重的設(shè)備，不符合我國當(dāng)前的蘋果種植國情。

從果袋種類來看，有塑料袋和紙袋兩種，由于國家政策及人們環(huán)保意識的增加，紙袋越來越為大多數(shù)人所看重。人工套袋的大體步驟為：首先需修剪多余的幼果，后用手指撐開果袋，找到剩余的幼果，從下部套上，在確保不傷害所在果柄的前提下，用袋子口部的鐵絲折彎擰緊，從而完成套袋過程。人工作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是靈活且套袋質(zhì)量高，能保證封口嚴(yán)密。但是人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且需要爬上爬下的去套袋，危險(xiǎn)系數(shù)高。按照人工套袋過程，機(jī)械化套袋設(shè)備應(yīng)該由四個(gè)大方面組成，即果袋分離裝置、果袋輸送裝置、果袋撐開裝置、果袋封口裝置，并且按照該順序方式依次作業(yè)，以完成套袋過程。文章主要探討蘋果果袋封口裝置，以滿足果袋自動(dòng)封口的要求。

1　封口裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)

在套袋封口的過程中不能傷害果柄以及旁邊枝條，果柄一旦受損，幼果就難以成長。這就要求封口裝置尺寸不可過大，而且封口處的材料應(yīng)保證柔軟，不傷害果柄。

此外，疏果與套袋一般是分離的。蘋果在授粉完成后，一般在每個(gè)結(jié)果實(shí)處都有幾個(gè)幼果長在一起，且都留有較長的果柄，人工作業(yè)時(shí)候需要進(jìn)行一次疏果，將多余的小幼果去掉，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)果苔處留有一個(gè)大的幼果，既方便后續(xù)套袋又能實(shí)現(xiàn)幼果的良好發(fā)育。因此我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)擬實(shí)現(xiàn)套袋的同時(shí)進(jìn)行疏果，提高勞動(dòng)效率。

1.1果袋的選擇

果袋質(zhì)量的好壞也直接影響著水果的質(zhì)量。蘋果種類不同、孕育時(shí)期的不同、采摘時(shí)期的不一致，均能導(dǎo)致不同的果袋需求、不同地域、不同氣候條件，果袋尺寸需求也不一致。

目前，由于地域和引進(jìn)的加工設(shè)備不同，果袋尺寸雖不盡相同，但大致形式如圖1所示。為了在封口時(shí)保護(hù)果柄，果袋1中間留有圓口或帶有縫隙，但這種果袋存在使用缺陷，機(jī)械化套袋時(shí)，需仔細(xì)對準(zhǔn)果袋中縫，且套袋時(shí)不能有效封口，容易脫落。

圖1　果袋1

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的徐麗明、葛曉棠等人在設(shè)計(jì)套袋機(jī)械時(shí)對現(xiàn)有果袋進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2所示。這種果袋用四根鐵絲來進(jìn)行封口，能夠防止脫落，但仍然需要仔細(xì)找準(zhǔn)果柄位置。

圖2　果袋2

浙江理工大學(xué)的方漚鵬等人提出了一種新的果袋，如圖3所示。但機(jī)械套袋時(shí)，果袋3不能張得太大，否則在套袋時(shí)會(huì)傷害其余果實(shí)和枝條；也不能張得太小，否則裝不下水果。

圖3　果袋3

文章在方漚鵬等人研究的基礎(chǔ)上縮短了金屬絲的長度，在袋口橫向布置且保持細(xì)鐵絲尾端卷曲，如圖4所示。

圖4　果袋4

2　封口裝置設(shè)計(jì)

（1）左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)與左底盤的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的思想就是要自動(dòng)削去多余的果子，因此設(shè)計(jì)封口裝置時(shí)要考慮在封口的同時(shí)利用刀具旋轉(zhuǎn)到一定位置來切除。由于左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)本身不直接受驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)使作用，因此左端推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)的左邊不需尺寸過大，但刀具的旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)要大一些，使得刀具能夠切到多余果實(shí)，那么左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)在推進(jìn)時(shí)移動(dòng)距離大，使左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)下面中心配合凸臺易推出底面圓板，那么就需要作出相應(yīng)的底盤來限制左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)自由度。如圖5所示。

圖5　推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)1

整個(gè)推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)分為三層，底盤在最底層，第二層是刀桿刀具，第三層是左推進(jìn)加緊機(jī)構(gòu)，上面連接著輔助復(fù)位彈簧。左底盤中用大外圓槽和上下兩個(gè)平行的槽與左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)相限制，使左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)在推進(jìn)過程中不致傾斜旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)過程中，由于機(jī)構(gòu)4推進(jìn)距離較大，故左底盤中心槽做成一端為通槽的結(jié)構(gòu)，利用上下兩個(gè)平行槽來限制機(jī)構(gòu)4的旋轉(zhuǎn)。

（2）右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)與右底盤的設(shè)計(jì)。右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)的右端連接是主動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)。主動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)在手指扣動(dòng)扳手的時(shí)候產(chǎn)生向前的推動(dòng)力，松開扳手后在內(nèi)置彈簧的作用下恢復(fù)原始位置。在右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)處需要有結(jié)構(gòu)與主動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)連接，此時(shí)刀具為了避免運(yùn)動(dòng)的干涉就必須設(shè)在連接處之外。因?yàn)檎麄€(gè)右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)與主動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)相連接，恢復(fù)原始位置由主動(dòng)推進(jìn)機(jī)構(gòu)帶回，故不需要設(shè)置彈簧，可做成如圖6的形式。

圖6　推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)2

右端推進(jìn)裝置由于推進(jìn)時(shí)上下兩個(gè)凸臺在前，容易推出底面圓板，故上下兩個(gè)配合槽要做成一端含有約束，一端通透的槽。中間位置的凸臺有兩個(gè)，在槽內(nèi)保證上下兩個(gè)凸臺出槽后的約束，使得機(jī)構(gòu)2不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保加緊時(shí)候能夠左右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)配合在一起。

（3）總封口裝置的設(shè)計(jì)。整個(gè)裝置設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7　新封口裝置

開始工作前，左右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)相互分開，位于不同的位置，找準(zhǔn)幼果相對位置后，將幼果從整個(gè)裝置的上部放入，當(dāng)幼果進(jìn)入下方的袋子中時(shí)推動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，由右推進(jìn)加緊機(jī)構(gòu)8的帶動(dòng)最上面菱形連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，使左推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)4朝內(nèi)運(yùn)動(dòng)，刀桿2連帶刀具3連接在8的底面位置，且右底盤7中的外部圓槽限制刀桿移動(dòng)，刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)把多余果子切掉，確保每個(gè)果子有足夠的生長空間。最后，袋口中的鐵絲由于左右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)的推進(jìn)夾緊呈現(xiàn)聚攏狀態(tài)，封口扎緊。而合攏時(shí)左右推進(jìn)夾緊機(jī)構(gòu)中間留有縫隙，以保證不傷害果柄。同時(shí)，該裝置上彈簧5與外殼相連，起到輔助復(fù)位的作用。在整個(gè)裝置中，只需要右端一方用力就可以保證水果

袋口的密封，減少了雙邊受力導(dǎo)致的整體結(jié)構(gòu)偏大的傾向。

3　結(jié)語

文章在對現(xiàn)有果袋進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了新的改進(jìn)，提出了一種更符合機(jī)械套袋的果袋樣式，為后續(xù)研究果袋提供了一定的參考。其次，重點(diǎn)介紹了一種新型的封口裝置。封口裝置采用分層形式，便于安裝。在套袋的同時(shí)兼顧了去除多余小幼果，提高了勞動(dòng)效率。考慮到現(xiàn)實(shí)因素制約，論文采取的仍是半自動(dòng)化推進(jìn)裝置，需要人工的參與。

目前，我國的水果自動(dòng)套袋技術(shù)仍處于理論研究方面，未投入大規(guī)模使用。由于每個(gè)水果的空間有限，故大規(guī)模的設(shè)備不可能直接投入果園直接進(jìn)行套袋，小規(guī)模的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化水平又達(dá)不到。因此未來套袋技術(shù)發(fā)展方向?qū)⒊⌒洼p量化、自動(dòng)智能化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］方漚鵬.水果套袋機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.浙江：浙江理工大學(xué)，2011.

［2］徐麗明，葛曉棠，張鐵中.水果果袋自動(dòng)撐開機(jī)構(gòu)的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（4）：138-143.

［3］葛曉棠.半自動(dòng)蘋果套袋機(jī)器人的研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

［4］孫學(xué)儉，薛龍，張寶生.套袋機(jī)械手的研制［J］.中國機(jī)械工程，1997，（8）：72-73.

Apple Fruit bag Sealing Device Design

YANG Ben-ning，ZHENG Yan-ping，SONG Cheng-jie
（School of Mechanical Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：Basedontheanalysisoftheproblemsinthe processoffruitbaggingsealing，thispaperindependentlydevelopedanew type of sealing device.The device uses a diamond connecting rod mechanism to drive parallel contraction clamping mechanism，making the clamping mechanism move to the center of the seal，using the rubber sealing block to protect carpopodium，using the rotating knife to remove excessive fruit，returning to the original position by the spring elastic variation after sealing to meetthe requirementsofautomaticsealing.

Key words:fruit bagging technology；paper sack；pushing and clamping mechanism；new typesealing mechanism

中圖分類號：TS255

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0050-02

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：楊本寧（1994-），男，山東臨清人，主要研究方向：機(jī)械工程及自動(dòng)化。