網店用小型全自動堅果包裝機設計

屠佳煒　姜銳　劉高爽　沈碟　虞澄沁

【摘 要】本文作者設計了一款成本低、結構緊湊的小型全自動堅果包裝機，主要由取袋裝置、夾袋裝置、包裝袋輸送裝置、開袋裝置、稱重出料裝置以及封袋裝置等六部分組成，通過機構的組合設計，由單片機控制，自動完成取袋、送袋、開袋、堅果稱重落料和袋子封口等包裝工序。該設備可用于山核桃、開心果、夏威夷果、榛子等不同種類、不同規格堅果的包裝，非常適合堅果類網店銷售者使用。

【關鍵詞】小型堅果包裝機；夾袋裝置；開袋裝置；稱重出料裝置；山核桃

0 引言

臨安是中國最大的山核桃產地，山核桃年產量約在1.1-1.3萬噸左右，產值超過23億元。在臨安，70%的農戶其貨幣收入大部分來自于山核桃。而隨著臨安市成立了中國堅果炒貨食品城、電商科技園和跨境電子商務園，越來越多的農民投身于開堅果網店的行列中，急需能代替人手工包裝山核桃的機器。雖然國內外已經有成熟的大型堅果包裝機，但低成本、緊湊型的全自動堅果包裝機卻幾乎空白。本作品在控制成本的基礎上，代替人工操作，將繁瑣的堅果包裝動作功能自動實現，解決了堅果銷售網店存在的人手少、工作量大的問題。

1 人工包裝動作分析

臨安網商的山核桃經過采摘、脫蒲、篩選、曬干等工序后，自己進行炒制或者委托炒貨廠代加工，加工好后再進行包裝，最后在網上進行售賣。包裝時先取一料勺山核桃放入包裝袋，接著把包裝袋放入電子秤上，根據質量顯示，多退少補以達到所需質量，最后利用熱封機進行封袋。

2 機構及結構分析

2.1 夾袋裝置

利用氣缸帶動推桿實現夾持手指打開，中心桿上彈簧的復位來閉合手指，從而完成袋子的夾緊動作。如圖1所示，氣缸1上的推桿2使夾持手指5打開，袋子6依靠取袋裝置傳動慣性，碰穿夾持手指5后到達預定位置，隨即氣缸1與推桿2縮回，壓縮彈簧3復位使夾持手指5夾緊袋子6。氣缸運動一次，即手指開閉一次，可實現上一周期包裝好袋子的掉落與下一周期新的包裝袋被夾持。

2.2 袋子輸送裝置

因為袋子需要在夾袋位置、開袋位置以及封袋位置停頓，且定位精度要求高。所以利用電機帶動絲桿轉動，絲桿螺母推動剪叉機構實現升降的原理。如圖2所示，即電機6旋轉帶動絲桿5旋轉，根據螺紋傳動原理，絲桿螺母4會隨之軸向移動，進而推動剪叉機構2底端的軸3水平移動，實現升降平臺的升降。左右兩個升降臺需同步升降，因此設計了左旋絲桿5與右旋絲桿7，兩絲桿通過聯軸器連接。

2.3 開袋裝置

在落料之前需把袋子打開。開袋裝置運用了連桿機構，使用一個氣缸就實現兩側同步運動。具體如下：氣缸推動開袋臂，開袋臂固定在兩個箱式直線軸承上。通過連桿機構，實現兩個開袋臂同時靠攏或者打開。在開袋臂上加吸盤，通過吸盤與氣缸的有序運動實現袋子開合。

2.4 出料、稱重及補償裝置

2.4.1 出料裝置

把取一部分堅果準備稱重的過程為出料，把達到預期質量的堅果落入袋子中的過程為落料。出料是包裝過程中關鍵的一步，出料的多少對補償次數及包裝效率有較大的影響。主要運用容積法進行出料。具體原理如下：用氣缸推動大容器內的物料向上運輸，物料會通過料倉側面的開口落入軌道中，最后落至暫存料斗。由于不同堅果體積不同，要求大容器容積可調節，因此在大調節板上開了槽口，用于調節大三角塊與大調節板之間的相對高度，從而達到目的。

2.4.2 稱重裝置

袋裝堅果質量準確與否對于創業人員和顧客來說至關重要。稱重方式有機械方式與電子方式兩種，為了達到稱重精確，我們采用應變式壓力傳感器稱重方式。

2.4.3 重量補償裝置

稱重裝置會對暫存料斗內的堅果進行初步測量，計算出與所需堅果質量的差值，計算好后發送信號給單片機，然后進行補償。為了達到體積小，機構簡單的目的，提出容積補償方式。重量補償裝置原理與出料方式相同，氣缸從下往上推動容器，到達指定高度后堅果從側面沿著軌道落至暫存料斗。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達到重量補償。補償裝置安放在落料裝置旁邊，相比其他方式，不需要額外部件，節約體積與成本。

3 創新點

（1）通過齒輪雙齒條機構調整儲袋框大小適應袋子總體尺寸的改變，利用螺旋機構調節包裝袋夾持手指的中心距和通過斜頂塊位置調節以適應袋寬變化；此外，通過螺旋機構調節出料裝置容積達到適應不同包裝重量的要求。

（2）剪叉機構與不同旋向絲桿的結合，實現兩側升降平臺的同步升降。

（3）先將堅果倒入料倉，利用容積控制使堅果接近設定質量，再通過稱重反饋對堅果重量進行補償，使其最終達到設定值。整個過程稱重準確，效率高。

4 結論

該包裝機自動完成一包堅果的包裝動作需要18秒，包裝效率高于一般人工操作。目前市場上沒有體積小、價格低的堅果包裝機存在，該包裝機的出現滿足了當前大量以家庭作坊運營模式為主的堅果類網店創業人員的需求。本作品可以用于不同種類、不同規格堅果的包裝，操作簡單，體積小、搬運方便；此外，本作品預計售價4000元，價格可被網店人員接受，可以室內全天候開展生產工作，既提高了堅果包裝效率、減輕了人工勞動強度和降低了包裝成本，又能保證包裝的堅果更加衛生，具有較好的應用價值和市場前景。

【參考文獻】

[1]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].8 版.北京：高等教育出版社，2010.

[2]申永勝.機械原理教程[M].2 版.北京：清華大學出版社，2008.

[3]于駿一，鄒青.機械制造技術基礎[M].2 版.北京：機械工業出版社，2010.

[4]李紹炎.自動機與自動線[M].2 版.北京：清華大學出版社，2015.

[5]SMC（中國）有限公司.現代實用氣動技術[M].3 版.北京：機械工業出版社，2015.

[6]郝用興.機電傳動控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2009.

[7]楊良渠.包裝機械原理與設計[M].重慶：西南交通大學出版社，2014.

[8]張國全.包裝機械設計[M]. 北京：印刷工業出版社，2013.

[9]李連進.包裝機械選型設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2014.

[責任編輯：張濤]