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半自動蘋果套袋機
吳紹鋒
（塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300）
摘 要：蘋果是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。其生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展?fàn)顩r對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應(yīng)和出口創(chuàng)匯影響巨大。因此，對蘋果進行包裝顯得至關(guān)重要，但是，當(dāng)前對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，本文研發(fā)一種半自動蘋果套袋機，該機可無損傷的完成蘋果的包裝，并可進行連續(xù)工作，該機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，減低人工勞動強度，提高了工作效率。
關(guān)鍵詞：半自動蘋果套袋機；發(fā)泡網(wǎng)；槽輪機構(gòu)；凸輪機構(gòu)；平型帶
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0 引 言
蘋果是世界四大水果之一, 同時也是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。蘋果生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展?fàn)顩r對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應(yīng)和出口創(chuàng)匯影響巨大。
蘋果作為我國栽培面積和產(chǎn)量最大的樹種,在促進農(nóng)民脫貧致富,改善農(nóng)村經(jīng)濟狀況,促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面起到了重大作用;蘋果作為我國第一大果品,在繁榮果品市場,滿足消費者需求方面起到了基礎(chǔ)作用;蘋果作為我國少數(shù)具有國際市場競爭優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品,無論鮮食蘋果還是蘋果濃縮汁出口均取得了驕人的成績,在國際市場上顯示了舉足輕重的作用。目前,我國蘋果產(chǎn)業(yè)正進入一個由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、由世界蘋果生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果業(yè)強國的重大歷史階段。
根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2005年我國蘋果栽培面積為189萬，蘋果產(chǎn)量達(dá)到2400萬t，分別占世界蘋果總量的2/5和1/3，我國已經(jīng)成為世界最大的蘋果生產(chǎn)國。我國蘋果栽培經(jīng)歷了自1985—1995年10年大發(fā)展時期，從1997年進入調(diào)整階段,非適宜區(qū)和適宜區(qū)內(nèi)的非適宜品種，以及管理技術(shù)落后、長期不結(jié)果的果園面積持續(xù)減少，但蘋果優(yōu)生區(qū)及經(jīng)濟效益較高的地區(qū)蘋果面積穩(wěn)定發(fā)展，單位面積產(chǎn)量持續(xù)增長,由1995年的提高到了近年平均的12。蘋果產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)步增長,10年間蘋果總產(chǎn)量增長了71.5%。
隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速擴大，中國已成為世界最大的蘋果及蘋果汁生產(chǎn)國和出口國。加入WTO進一步促使中國蘋果走出國門，在世界水果市場上占有愈加重要的地位，對國內(nèi)外的果品市場均產(chǎn)生了較大的影響。而且，在物質(zhì)生活水平的不斷提高的今天，人們對蘋果的要求已經(jīng)從單純的數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，求的是“精”，不光是蘋果本身質(zhì)量上要精，而且要求包裝要精美，攜帶要方便。
因此，給蘋果進行包裝，不僅可以提高蘋果美觀程度，吸引消費者的眼球，更能提高果農(nóng)的收入，增強我國蘋果在全球市場的競爭力。好的包裝是商品的終身廣告和免費廣告，包裝直接針對產(chǎn)品，能兼起品牌商標(biāo)、廣告宣傳等作用，是果品質(zhì)量的有機組成部分。新穎美觀、迎合消費者心理的包裝，不僅能傳達(dá)商品內(nèi)涵，而且能增加產(chǎn)品價值，提高產(chǎn)品附加值。根據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計，有50%-60%的消費者是受包裝影響而產(chǎn)生購買興趣的。所以，好的包裝對于推廣品牌、增加蘋果附加值具有重要作用。在蘋果銷售中清楚認(rèn)識到包裝的作用，樹立包裝是商品第二質(zhì)量的意識，自然有助于蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如今，蘋果包裝的有以下幾個顯著特點：
一是方便小巧型。目前，城鎮(zhèn)水果消費已逐步趨向買新吃鮮、少量多次的特點，方便是消費者永恒的追求，因此10公斤以上箱裝的水果已不能滿足消費者的需求，取而代之的是3-5公斤，甚至更少含量的小包裝水果。
二是精美高檔型。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果包裝高檔化將是占領(lǐng)國內(nèi)市場、走出國門參與國際競爭的必然選擇。
三是信任透明型。在包裝時采用部分透明材料，設(shè)計出一些可以透視的窗口，以吸引消費者的眼球，讓消費者能夠?qū)λ耐庑巍⒋笮?、顏色等一目了然，增強了自然親和力，促使消費者在進行同類比較后，較快地做出傾向性選擇，提高了消費者的購買欲和信任感。
四是綠色環(huán)保型。果品的包裝勢必向綠色包裝轉(zhuǎn)變?；貧w自然，追求健康，不單單是消費者對果品品質(zhì)的要求，也是對其包裝的必然要求。目前果品包裝材料已突破了普通紙箱包裝的單一格局，向精美竹編、藤制、木制、可回收瓦楞紙箱等綠色環(huán)保、生態(tài)性能的包裝材料發(fā)展。
而想要在低成本的情況下達(dá)到以上包裝效果，使用塑料發(fā)泡網(wǎng)無疑是最好的選擇。
塑料網(wǎng)套主要應(yīng)用于怕擠壓、需隔離的水果、瓜類和蔬菜等包裝。由于其造價低廉，包裝效果好，已逐漸取代紙包裝，成為水果儲運包裝中的潮流。而且塑料網(wǎng)套包裝不僅有利于水果的儲運，對其貨架保鮮期也有較大的貢獻。
塑料發(fā)泡網(wǎng)套在水果包裝特別是單果包裝中應(yīng)用非常廣泛，主要因其可以改善水果在運輸中的碰撞和擠壓等機械破損。其主要優(yōu)點有：
(1)具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損。
(2)重量輕，成本低，便于運輸，減少了運輸成本。
(3)塑料網(wǎng)套的色澤可以選擇潔白色，也可以通過加色料而改變其色澤，這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買。
(4)塑料網(wǎng)套是由塑料經(jīng)過發(fā)泡得到的，包裝使用很方便。一般采用發(fā)泡LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。
但是，在當(dāng)前，對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，研發(fā)一種全自動套袋機或半自動套袋機勢在必行！
通過對手工套袋過程的研究，本課題提出研究制造一種小型輕便的半自動水果套袋機，簡單并且容易操作。在保證作業(yè)要求（對蘋果無損傷）的前提下，盡量降低成本，讓果農(nóng)容易接受，以達(dá)到減輕工作人員勞動強度，降低勞動危險系數(shù)和提高勞動生產(chǎn)率的目的。
1 設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)
1.1 設(shè)計原理
半自動蘋果套袋機是一種手工結(jié)合機器實現(xiàn)蘋果套袋的機器。首先將發(fā)泡網(wǎng)套在套管上，并將套管安裝在機架上，運輸帶將蘋果送入套筒中，當(dāng)蘋果落入底部后，凸輪機構(gòu)運動，帶動綁在剪刀上的繩子運動，將泡網(wǎng)剪斷；然后蘋果滾出來，手工將套好的蘋果拿出；兩個毛刷筒轉(zhuǎn)動，促使發(fā)泡網(wǎng)向下運動包裝一個蘋果所需發(fā)泡網(wǎng)的長度；此時第二個蘋果落下，至此完成一個蘋果的套袋過程。其中，剪刀的運動由凸輪機構(gòu)實現(xiàn)；毛刷筒的運動由平帶實現(xiàn)；剪刀和毛刷筒運動的先后順序由槽輪機構(gòu)實現(xiàn)。
1.2 總體設(shè)計
如圖1-1總裝圖所示
圖1-1 總裝圖
圖2-1槽輪機構(gòu)
2 主要零部件
2.1 槽輪機構(gòu)
如圖2-1所示,槽輪機構(gòu)由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu),又稱馬爾他機構(gòu)。它被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工,工作可靠,轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確,機械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大,有沖擊,并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇,故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動。
槽輪機構(gòu)的工作原理，如圖2-2所示，它是由具有徑向槽的槽輪2、帶有圓銷A的撥盤1和機架組成的。撥盤1作勻速轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使槽輪2作時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。撥盤1上的圓銷A尚未進入槽輪2的徑向槽時，由于槽輪2的內(nèi)凹鎖住弧β被撥盤1的外凸圓弧ɑ卡住,故槽輪2靜止不動。圖中所示位置是當(dāng)圓銷A開始進入槽輪2的徑向槽時的情況。這時鎖住弧被松開，因此槽輪2受圓銷A驅(qū)使沿逆時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被撥盤1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動，直到圓銷A再進入槽輪2的另一徑向槽時，兩者又重復(fù)上述的運動循環(huán)。
圖2-3凸輪機構(gòu)
圖2-2槽輪機構(gòu)原理示意圖
2.2 凸輪機構(gòu)
凸輪機構(gòu)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,一般為主動件,作等速回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)直線運動。
本凸輪機構(gòu)(如圖4)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。本凸輪是一個具有凹槽的構(gòu)件，為主動件,等速回轉(zhuǎn)運動。
從動件為桿,與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律,一般做往復(fù)直線運動。桿的末端加一滾子，以減少凸輪與從動件的摩擦,延長使用壽命。
凸輪機構(gòu)在應(yīng)用中的基本特點在于能使從動件獲得較復(fù)雜的運動規(guī)律。因為從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應(yīng)用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設(shè)計凸輪的輪廓曲線就可以了。本凸輪機構(gòu)所要實現(xiàn)的功能是拉動剪刀剪斷發(fā)泡網(wǎng)為蘋果套袋。
凸輪機構(gòu)由凸輪的回轉(zhuǎn)運動或往復(fù)運動推動從動件作規(guī)定往復(fù)移動或擺動的機構(gòu)，本機構(gòu)中采用回轉(zhuǎn)運動。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，本土論采用凹槽，有盤形凸輪、圓柱凸輪和移動凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線，因而屬于空間凸輪。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)任意運動，但尖端容易磨損，適用于傳力較小的低速機構(gòu)中。
本凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便，可實現(xiàn)從動件任意預(yù)期運動，由于凸輪容易磨損，主要原因之一是接觸應(yīng)力較大，可在從動桿件軸端加一滾輪來減小磨損。
3 套袋機的缺陷及改進
雖然本套袋機能夠?qū)崿F(xiàn)蘋果的套袋，并且保證蘋果不受損傷，在一定程度上降低了人工勞動強度，但是本套袋機仍有不足之處，由于蘋果套袋和發(fā)泡網(wǎng)的特殊性，本套袋機無法實現(xiàn)蘋果的無限連續(xù)套袋，此套袋機在工作一定時間后，就必須重新更換圓筒或者重新將發(fā)泡網(wǎng)套在圓筒上；此外，當(dāng)蘋果套好袋以后，不能運用機構(gòu)將蘋果送出，還是要依靠人工將包裝好的蘋果運出，所以蘋果的輸送機構(gòu)有待改進；除此之外，在蘋果的進料口處，可通過輸送帶實現(xiàn)蘋果的連續(xù)進入。
4 總 結(jié)
在畢業(yè)設(shè)計的二十四周時間里，我學(xué)習(xí)到了很多書本外的知識，深刻的理解了實踐和理論的區(qū)別。本設(shè)計主要根據(jù)現(xiàn)有的知識理論設(shè)計半自動蘋果套袋機，以實現(xiàn)蘋果的機器套袋，并進行軸，齒輪等的計算和校核。通過畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了以下幾點:
1、綜合運用機械設(shè)計及其他先修課的知識，進行機械設(shè)計訓(xùn)練，使已學(xué)知識得以鞏固、加深和擴展；
2、學(xué)習(xí)和掌握通用機械零件、部件、機械傳動及一般機械的基本設(shè)計方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和分析問題，解決問題的能力；
3、提高在計算、制圖、運用設(shè)計資料（手冊、圖冊）進行經(jīng)驗估算及考慮技術(shù)決策等機械設(shè)計方面的基本技能和機械CAD技術(shù)以及solidworks技術(shù)
在設(shè)計中也出現(xiàn)了很多問題，但學(xué)習(xí)就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題和不斷解決問題的過程，出現(xiàn)問題然后尋找原因，再想辦法解決，最終提升自己。
各種各樣的機械設(shè)備一般都要實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程和操作過程的自動化，這就要求進行各種機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計和常見機構(gòu)的組合應(yīng)用。因此，畢業(yè)設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生對機械運動機構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)計能力起到至關(guān)重要的作用。
通過此次畢業(yè)設(shè)計，我在學(xué)到新知識的同時，還深刻感受到自己知識儲備的不足，在今后的工作和學(xué)習(xí)中我會繼續(xù)努力，不斷提升自己，力爭自己運用機械知識有所作為！
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