蘋果果袋封口裝置設計

楊本寧，鄭艷萍，宋成杰（鄭州大學機械工程學院，河南鄭州　450001）

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蘋果果袋封口裝置設計

楊本寧，鄭艷萍，宋成杰
（鄭州大學機械工程學院，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上，自主研發了一種新型封口裝置。該裝置利用菱形連桿機構帶動夾緊機構的平行收縮，使夾緊機構向中心靠攏封口，采取橡膠封口塊保護果柄，使用轉刀切除多余幼果，封口后利用彈簧本身彈力變化恢復至原始位置，以滿足自動封口的要求。

關鍵詞：水果套袋技術；紙袋；推進夾緊機構；新型封口裝置

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

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保意識的增加，紙袋越來越為大多數人所看重。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。人工作業的優點是靈活且套袋質量高，能保證封口嚴密。但是人工勞動強度較大，而且需要爬上爬下的去套袋，危險系數高。按照人工套袋過程，機械化套袋設備應該由四個大方面組成，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，以完成套袋過程。文章主要探討蘋果果袋封口裝置，以滿足果袋自動封口的要求。

1　封口裝置的設計依據

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，一般在每個結果實處都有幾個幼果長在一起，且都留有較長的果柄，人工作業時候需要進行一次疏果，將多余的小幼果去掉，以實現每個果苔處留有一個大的幼果，既方便后續套袋又能實現幼果的良好發育。因此我們在結構設計時擬實現套袋的同時進行疏果，提高勞動效率。

1.1果袋的選擇

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

目前，由于地域和引進的加工設備不同，果袋尺寸雖不盡相同，但大致形式如圖1所示。為了在封口時保護果柄，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，機械化套袋時，需仔細對準果袋中縫，且套袋時不能有效封口，容易脫落。

圖1　果袋1

中國農業大學的徐麗明、葛曉棠等人在設計套袋機械時對現有果袋進行了改進，如圖2所示。這種果袋用四根鐵絲來進行封口，能夠防止脫落，但仍然需要仔細找準果柄位置。

圖2　果袋2

浙江理工大學的方漚鵬等人提出了一種新的果袋，如圖3所示。但機械套袋時，果袋3不能張得太大，否則在套袋時會傷害其余果實和枝條；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上縮短了金屬絲的長度，在袋口橫向布置且保持細鐵絲尾端卷曲，如圖4所示。

圖4　果袋4

2　封口裝置設計

（1）左推進夾緊機構與左底盤的設計。本設計中的一個重要的思想就是要自動削去多余的果子，因此設計封口裝置時要考慮在封口的同時利用刀具旋轉到一定位置來切除。由于左推進夾緊機構本身不直接受驅動力的驅使作用，因此左端推進夾緊機構的左邊不需尺寸過大，但刀具的旋轉角度應要大一些，使得刀具能夠切到多余果實，那么左推進夾緊機構在推進時移動距離大，使左推進夾緊機構下面中心配合凸臺易推出底面圓板，那么就需要作出相應的底盤來限制左推進夾緊機構自由度。如圖5所示。

圖5　推進夾緊機構1

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

（2）右推進夾緊機構與右底盤的設計。右推進夾緊機構的右端連接是主動推進機構。主動推進機構在手指扣動扳手的時候產生向前的推動力，松開扳手后在內置彈簧的作用下恢復原始位置。在右推進夾緊機構處需要有結構與主動推進機構連接，此時刀具為了避免運動的干涉就必須設在連接處之外。因為整個右推進夾緊機構與主動推進機構相連接，恢復原始位置由主動推進機構帶回，故不需要設置彈簧，可做成如圖6的形式。

圖6　推進夾緊機構2

右端推進裝置由于推進時上下兩個凸臺在前，容易推出底面圓板，故上下兩個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，在槽內保證上下兩個凸臺出槽后的約束，使得機構2不會發生轉動，以確保加緊時候能夠左右推進夾緊機構配合在一起。

（3）總封口裝置的設計。整個裝置設計如圖7所示。

圖7　新封口裝置

開始工作前，左右推進夾緊機構相互分開，位于不同的位置，找準幼果相對位置后，將幼果從整個裝置的上部放入，當幼果進入下方的袋子中時推動夾緊機構運動，由右推進加緊機構8的帶動最上面菱形連桿機構的運動，使左推進夾緊機構4朝內運動，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，刀旋轉運動的同時把多余果子切掉，確保每個果子有足夠的生長空間。最后，袋口中的鐵絲由于左右推進夾緊機構的推進夾緊呈現聚攏狀態，封口扎緊。而合攏時左右推進夾緊機構中間留有縫隙，以保證不傷害果柄。同時，該裝置上彈簧5與外殼相連，起到輔助復位的作用。在整個裝置中，只需要右端一方用力就可以保證水果

袋口的密封，減少了雙邊受力導致的整體結構偏大的傾向。

3　結語

文章在對現有果袋進行分析的基礎上，進行了新的改進，提出了一種更符合機械套袋的果袋樣式，為后續研究果袋提供了一定的參考。其次，重點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。在套袋的同時兼顧了去除多余小幼果，提高了勞動效率。考慮到現實因素制約，論文采取的仍是半自動化推進裝置，需要人工的參與。

目前，我國的水果自動套袋技術仍處于理論研究方面，未投入大規模使用。由于每個水果的空間有限，故大規模的設備不可能直接投入果園直接進行套袋，小規模的機械設備自動化水平又達不到。因此未來套袋技術發展方向將朝著小型輕量化、自動智能化發展。

參考文獻

［1］方漚鵬.水果套袋機械的關鍵技術研究［D］.浙江：浙江理工大學，2011.

［2］徐麗明，葛曉棠，張鐵中.水果果袋自動撐開機構的研究［J］.農業工程學報，2007，23（4）：138-143.

［3］葛曉棠.半自動蘋果套袋機器人的研究［D］.北京：中國農業大學，2005.

［4］孫學儉，薛龍，張寶生.套袋機械手的研制［J］.中國機械工程，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

文獻標識碼：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：機械工程及自動化。