柑桔類水果自動(dòng)包裝機(jī)的研究與設(shè)計(jì)

1、柑橘是世界上產(chǎn)量最大的水果種類,是我國(guó)有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的果品,種植面積世界第一,產(chǎn)量世界第二。果實(shí)用薄膜包裝貯藏已成為我國(guó)柑桔貯藏的主要方式,它能保持果實(shí)新鮮,減少損耗,延長(zhǎng)貨架壽命,吸引和方便消費(fèi)者。1技術(shù)背景當(dāng)前柑桔的采后商品化過(guò)程中,不同的環(huán)節(jié)有著不同的薄膜包裝需要。mm 的食品保鮮膜,包裝塑膜很薄,且包裝與果身之間呈松馳狀態(tài),內(nèi)有若干空氣。上市保鮮精品包裝:一般是專業(yè)大戶或經(jīng)銷商在流通環(huán)節(jié)使用。采用較厚的塑膜(0.0080.01mm ,便于印刷商標(biāo)文字圖案等,也可防止儲(chǔ)運(yùn)時(shí)出現(xiàn)破膜等現(xiàn)象。有時(shí)也會(huì)在包裝袋上打上氣孔,以便水果局部透氣,又能使大部分果身與外界空氣相隔絕。當(dāng)前,我國(guó)柑桔包裝還是

2、處于手工狀態(tài)。手工包裝時(shí),一般是先取成品塑膜袋,張開(kāi)袋口,然后用手逐個(gè)握拿水果將其放入袋內(nèi),然后一手提袋另一只手使水果袋旋轉(zhuǎn),使塑膜袋逐漸貼緊水果(上市精品包裝也較多使用膠條封貼。這樣的人工裝袋,需要大量的人力,且效率低,費(fèi)用極高。另外,水果在包裝過(guò)程中,經(jīng)手拿捏,容易造成水果損傷,并且人工裝袋口扎口不齊,破損率較高,保鮮質(zhì)量差,病變轉(zhuǎn)移快。因此,柑桔采后商品化過(guò)程中使用自動(dòng)包裝機(jī)將是一個(gè)必然趨勢(shì)。廣大果農(nóng)們、專業(yè)大戶、果品經(jīng)銷商盼望有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、購(gòu)機(jī)價(jià)格低廉、包裝速度較快、使用效果較好,單果包裝成本低的水果塑膜包裝機(jī),而現(xiàn)有機(jī)械難以滿足此需要。2現(xiàn)有水果包裝機(jī)技術(shù)比較(1中國(guó)專利號(hào)為932

3、09665.4的“水果膠膜包裝機(jī)”。其結(jié)構(gòu)包括屯料裝置,送料裝置,分料裝置及封包裝置。該機(jī)作業(yè)時(shí),借送料裝置將水果從屯料裝置柑桔類水果自動(dòng)包裝機(jī)的研究與設(shè)計(jì)趙寧,李平貴(邵陽(yáng)市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所,湖南邵陽(yáng)422001摘要:柑桔的采后商品化過(guò)程中,不同的環(huán)節(jié)需要不同的塑料薄膜包裝。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水果包裝機(jī)專利技術(shù)進(jìn)行分析比較,提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、單果包裝成本低、功能機(jī)構(gòu)切換快捷的新型水果包裝機(jī)設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞:機(jī)械化包裝;專利分析;包裝機(jī)設(shè)計(jì);柑桔類水果中圖分類號(hào):TB486文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-8320(200906-0015-04Research and design of the c

4、itrus automatic bagging machineZHAO Ning ,LI Ping-gui(Shaoyang Agricultural Machinery Institute ,Shaoyang ,Hunan 422001,China Abstract :In the Commerdial course of Citrus Postharvest ,different sectors require different plastic film pack -aging ,through analyzing the current fruit bagging machine s

5、patented technology ,provides a new fruit bagging machine design with simple structure ,individual fruit bagging low cost and body parts replacement convenient.Key words :mechanized bagging ;patent analysis ;bagging machine design ;citrus收稿日期:2009-09-18作者簡(jiǎn)介:趙寧(1972-,男,工程師,主要研究方向:農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)及自動(dòng)化(軟件。湖南

6、農(nóng)機(jī)HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY 第36卷第6期·學(xué)術(shù)運(yùn)至分料裝置,再由分料裝置的料盤轉(zhuǎn)動(dòng),將水果運(yùn)送至料口,該料口下方設(shè)一料管,且末端具一熱封機(jī),另以一自動(dòng)控制的封包開(kāi)關(guān),封包凸輪,封包料桿及起動(dòng)開(kāi)關(guān)連動(dòng),使料盤上的水果可依序被封包料桿推至料管以封包,而封包凸輪及起動(dòng)開(kāi)關(guān)可控制料盤的供料1。該機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,購(gòu)機(jī)價(jià)格高。另,包裝膜必須為定作的較厚的雙層塑膜,否則,包裝膜沿著長(zhǎng)而圓的料管外壁牽引到封包機(jī)構(gòu)時(shí),將走偏或扯破,同時(shí)料管管徑與包裝袋袋大小不可調(diào),不論水果果徑為60mm還是90mm均為同一規(guī)格包裝袋,浪費(fèi)嚴(yán)重,用戶的單果包裝加工成本高。(2中國(guó)專利

7、號(hào)為02109683.X的“可調(diào)式水果包裝機(jī)”。該機(jī)在機(jī)架的前上角傾斜安裝有能選出不同規(guī)格水果的數(shù)個(gè)上篩板和下篩板;下篩板尾部接有數(shù)個(gè)斷面為V形的托果底格,底格格板的長(zhǎng)方孔內(nèi)裝有電熱絲;托果底格上方相應(yīng)位置有保鮮劑加入器;安裝在機(jī)架相應(yīng)位置的供膜輪將上、下薄膜供到加入器后的匯膜輪處匯合:加入器與匯膜輪之間的擋板靠杠桿撥動(dòng)實(shí)現(xiàn)間歇供果和加入保鮮劑,然后靠匯膜輪后的橫向封膜裝置將水果橫向封膜后再由壓模輪縱向封膜,其后橫縱切膜裝置進(jìn)行縱向切膜和橫向切膜,獲得內(nèi)帶保鮮劑的單個(gè)封膜水果2。該機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單,在封膜、切膜包裝時(shí)還可完成進(jìn)行分級(jí)、保鮮劑加入等功能。但應(yīng)用該包裝機(jī)包裝水果時(shí),“先必須將兩邊帶

8、孔的包裝膜用手按到供膜輪、匯膜輪、漲緊輪和輸送輪圓周面的小圓柱上”,生產(chǎn)中走膜故障率較高。包裝膜必須為定作的較厚的兩端帶圓孔的包裝薄膜,不能采用普通保鮮膜,單果包裝加工成本較高。另外,隨著技術(shù)所進(jìn)步,現(xiàn)在水果分級(jí)工作已普遍采用電子重量分級(jí)、光電分級(jí)等專用水果分級(jí)機(jī),篩板式的機(jī)械分級(jí)因存在著分級(jí)精度不高,水果機(jī)械損傷較大等缺陷而已很少采用,該機(jī)所集成的分級(jí)功能,相對(duì)當(dāng)今的技術(shù)水平而言,略顯過(guò)時(shí),有雞肋之嫌。(3中國(guó)專利號(hào)為200610048980.8的“水果塑膜簡(jiǎn)易包裝機(jī)”。由機(jī)架及供膜裝置、割膜裝置、送料裝置和傳動(dòng)裝置構(gòu)成。雙層塑膜帶套置在供膜軸上,在塑膜帶的輸送途中依次設(shè)有壓棍、割膜道、切割

9、絲、切割片、袋口夾、旋轉(zhuǎn)棍等機(jī)構(gòu)及水果送料裝置,送風(fēng)裝置等。傳動(dòng)裝置中一只控制鏈輪的齒牙呈非環(huán)狀設(shè)置,所有轉(zhuǎn)動(dòng)軸由電機(jī)經(jīng)鏈條間隙驅(qū)動(dòng)3。該實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、造價(jià)低廉,但包裝膜必須為雙層塑膜,需另用送風(fēng)裝置吹成圓筒狀,再用電熱絲切割、封底制袋,水果裝入塑膜袋后采用一把剪刀將塑膜帶剪斷,然后由剪刀下部的袋口夾將水果袋袋口夾緊,之后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)棍,使水果袋逐漸旋緊,當(dāng)塑膜袋被完全旋緊后,再松開(kāi)袋口夾放下水果。本裝置完全模仿手工包裝逐個(gè)包裝水果的程序,存在著步驟繁瑣、速度緩慢,功能單一,旋緊的封口容易散開(kāi)等不足。(4中國(guó)專利號(hào)為200610053878.7的“水果包裝機(jī)”。其包括機(jī)架、間隙式供果機(jī)構(gòu)、間

10、隙式供膜機(jī)構(gòu)、間隙式塑膜切割熱封機(jī)構(gòu),以及帶動(dòng)上述機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制器。間隙式供果機(jī)構(gòu)是水果托架固定在鏈條上構(gòu)成回字形回路的輸送帶,在輸送帶上方設(shè)置一個(gè)塑膜切割平臺(tái),其中部開(kāi)一個(gè)通孔,當(dāng)水果托架運(yùn)動(dòng)至通孔下方時(shí),供膜機(jī)構(gòu)輸送塑膜片至平臺(tái)通孔的上平面處?kù)o止;該通孔正上方的熱風(fēng)罩與環(huán)形切割刀下降,先將塑膜片熱切割后,落至最低位置而擱置在塑膜切割平臺(tái)上;熱風(fēng)罩下降至熱風(fēng)罩罩口與水果上端面相抵時(shí),熱風(fēng)套筒中的送風(fēng)機(jī)開(kāi)始送次冷風(fēng),使已切割的塑膜片下垂,然后,熱封卡杯向塑膜片合攏,此時(shí),送風(fēng)機(jī)再開(kāi)啟加熱開(kāi)關(guān),開(kāi)始送熱風(fēng),塑膜片在熱風(fēng)作用下,塑合在果身周圍,完成貼體包裝,然后熱風(fēng)罩、環(huán)形切

11、割刀等上升,輸送帶又開(kāi)始運(yùn)動(dòng),開(kāi)始又一個(gè)工作循環(huán)4。該機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)作復(fù)雜,包裝速度較慢,包裝膜為熱收縮塑膜,僅適用于小批量精品貼體包裝的特定需求。(5中國(guó)專利號(hào)為CN的200710047865.3的“一種水果包裝機(jī)”。其包括震動(dòng)水果分級(jí)篩、供果傳動(dòng)帶、撥果記數(shù)裝置供袋、打孔機(jī),裝袋機(jī)器手,出果傳送帶等。供袋材料為發(fā)泡減振塑料,需特制的供袋、打孔機(jī)構(gòu)制作一個(gè)開(kāi)口的防震塑料膜袋,再由機(jī)械手實(shí)現(xiàn)“取袋、裝袋、放置”3個(gè)動(dòng)作5。該包裝機(jī)的配套購(gòu)機(jī)成本與單果包裝成本極高,僅適用于工業(yè)化生產(chǎn),針對(duì)特定高檔水果進(jìn)行精品包裝,不適于我國(guó)廣大普通果農(nóng)與專業(yè)戶的大量果品保鮮包裝的需求。3DKD-BH90型球形水果自動(dòng)

12、包裝機(jī)設(shè)計(jì)為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本方案提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)明、單果包裝成本低、能適用貯藏保鮮與上市精品包裝兩種需求的水果包裝機(jī)。該包裝機(jī)要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)是:保鮮包裝,能使用普通食品保鮮的超薄塑膜,自動(dòng)制袋包裝,不需要對(duì)塑膜提出定作要求,最大限度地降低包裝物料消耗與定作成本。能使用厚塑膜進(jìn)行上市精品包裝。相關(guān)機(jī)構(gòu)可簡(jiǎn)單、快速地切換,作到保鮮包裝與精品包裝一機(jī)兩用。能實(shí)現(xiàn)保鮮劑涂刷與包裝袋打孔功能,功能機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,可輕易安裝使用與撤換。整機(jī)結(jié)湖南農(nóng)機(jī)2009年11月16構(gòu)簡(jiǎn)明,售價(jià)相對(duì)低廉,適用于普通果農(nóng)大戶、經(jīng)銷商的大批量包裝。為達(dá)到上述設(shè)計(jì)目的,設(shè)計(jì)的技術(shù)方案如下:本水果包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)包括機(jī)架,以及設(shè)

13、置在機(jī)架上的毛刷輥送果機(jī)構(gòu)、間歇式供膜與縱封機(jī)構(gòu)、橫封機(jī)構(gòu)、附屬托料(打孔及噴頭裝置和帶動(dòng)上述動(dòng)作的動(dòng)力(電動(dòng)、氣動(dòng)裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其控制器,另有獨(dú)立的間歇式貯果供果機(jī)構(gòu),見(jiàn)圖1。機(jī)架01、料斗101;毛刷輥送果機(jī)構(gòu)02、毛刷輥201、刷輥電動(dòng)機(jī)202、T形門203、保鮮劑噴頭204、推果桿205、阻果彎桿206、送果氣207;供膜與縱封機(jī)構(gòu)03、卷筒薄膜301、膜架302、導(dǎo)輥(桿303、象鼻成型器305、縱封輥306、供膜伺服電機(jī)304、縱封伺服電機(jī)307;橫封機(jī)構(gòu)04、海綿托板401、外側(cè)橫封板件402、橫封板牽引導(dǎo)軌403、內(nèi)側(cè)橫封板404、外橫封氣缸405、內(nèi)橫封氣缸406;貯果供果

14、機(jī)構(gòu)05、501貯果斗、502提升機(jī);電控箱06、供果感應(yīng)器601、送果感應(yīng)器602、橫封備料傳感器603、橫封傳感器604;打孔頭701、打孔墊702圖1組裝示意圖(除去了外圍殼體及部分附件(1供膜與縱封機(jī)構(gòu)。位于機(jī)架前上方,由膜架、若干導(dǎo)輥(桿、象鼻成型器、三組內(nèi)含加熱元件的縱封輥及供膜伺服電機(jī)、縱封伺服電機(jī)組成。單張卷筒薄膜經(jīng)多道導(dǎo)輥、成型器,將薄膜卷折成筒狀,并被回轉(zhuǎn)的縱封輥牽引、加熱加壓縱向熱封定型(此為普通食品包裝機(jī)的常規(guī)裝置,不擬贅述。(2送果機(jī)構(gòu)。主體為一對(duì)毛刷輥,由刷輥電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。輥輪上均勻植有刷毛,防止果料與輥輪碰撞受損。毛刷在旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的向上推力既可托起果料,又不會(huì)對(duì)果

15、料表面產(chǎn)生損傷。毛刷輥略傾斜放置,兼具推送果料前進(jìn)的功效。毛刷輥較高端位于單獨(dú)的貯果供果機(jī)構(gòu)的提升機(jī)出果口處,中部有“T”形門,右側(cè)(進(jìn)果端裝有供果感應(yīng)器、左側(cè)裝有保鮮劑噴頭。供果感應(yīng)器用于控制提升機(jī)間歇啟動(dòng)。保鮮劑噴霧機(jī)構(gòu)非常簡(jiǎn)單方便,由氣泵給保鮮劑藥桶加壓,供果感應(yīng)器計(jì)數(shù)達(dá)一定數(shù)量,電控程序間隙啟動(dòng)電磁閥,控制保鮮劑噴頭工作。旋轉(zhuǎn)的毛刷輥可保證保鮮劑能均勻涂刷在果料表面。較低端靠近象鼻成型器處,此處毛刷輥上方有送果感應(yīng)器,下方有推果桿、前下方有阻果彎桿。當(dāng)果料從貯果供果機(jī)構(gòu)進(jìn)入后,在毛刷輥的作用下,自動(dòng)依次排成單列前行,隊(duì)列在阻果彎桿處停止住。送果感應(yīng)器檢測(cè)到果料后,阻果彎桿向下沉,推果桿

16、快速伸出,阻住第二個(gè)果料的同時(shí),將料口處的果料頂入象鼻成形器的內(nèi)部通道,然后阻果彎桿向上抬起,推果桿縮回,第二個(gè)果料在毛刷輥及重力作用下行進(jìn)到料口處,完成一次送果動(dòng)作。此二桿均由氣動(dòng)元件控制拉伸。果料通過(guò)象鼻成形器的內(nèi)部通道進(jìn)行縱封后形成的膜筒,并停留在橫封機(jī)構(gòu)的海綿托板上。(3橫封機(jī)構(gòu)。由外側(cè)橫封板件、內(nèi)側(cè)橫封板件、橫封板牽引導(dǎo)軌管及外、內(nèi)橫封氣缸組成。橫封板牽引導(dǎo)軌的主體是導(dǎo)軌管。內(nèi)側(cè)橫封板件套在導(dǎo)軌管上滑動(dòng),而外橫封板件則固定在牽引桿上,牽引桿從導(dǎo)軌管內(nèi)部穿過(guò)并可并自由滑動(dòng),內(nèi)外橫封板件由兩個(gè)氣缸同步實(shí)現(xiàn)推拉。松開(kāi)相應(yīng)止動(dòng)螺栓,外、內(nèi)兩個(gè)橫封板件便可直接從導(dǎo)軌管退出,根據(jù)需要快捷地拆裝、

17、更換兩個(gè)橫封板件上的部件。內(nèi)、外橫封板件上部位置均固定有海綿托板。內(nèi)外橫封板件合攏時(shí),海綿托板形成“Y”型,用以接住落下的果料?！癥”型中上部位置的右側(cè)機(jī)架延伸出一橫封備料傳感器,外側(cè)橫封板件中下部安裝橫封傳感器。外側(cè)橫封板件中間位置安裝有熱封刀,內(nèi)側(cè)橫封板件中間位置安裝有熱封墊。熱封刀、熱封墊內(nèi)部均有發(fā)熱元件及測(cè)溫傳感線,熱封墊表面貼有耐熱的硅橡膠。根據(jù)普通保鮮薄膜包裝與精品包裝的不同要求,熱封刀、熱封墊均可從橫封板件上快捷拆裝切換。普通保鮮薄膜包裝時(shí),熱封刀為自行設(shè)計(jì)加工,刀口端為平齊的“山”形,熱熔切斷。當(dāng)精品包裝時(shí),熱封刀換為包裝機(jī)通用的鋸齒刀。(4簡(jiǎn)易打孔裝置。外側(cè)橫封板件左下部貼近

18、熱封刀的位置,可安裝打孔頭,內(nèi)側(cè)橫封板件下部貼近熱封座的對(duì)應(yīng)位置可安裝打孔墊。打孔頭主體為沖頭,內(nèi)有電熱器件和測(cè)溫探頭,工作時(shí)使沖頭加熱到適宜溫度,沖頭外圍套有一耐高溫橡膠圈,耐高溫橡膠圈前部均勻開(kāi)有8條開(kāi)口槽,受擠壓時(shí)可呈喇叭狀向外張開(kāi),前端比沖頭稍長(zhǎng),起遮蓋作用。打孔墊內(nèi)有緩沖彈簧。橫封時(shí),打孔頭隨外橫封板件向中間移動(dòng),耐高溫橡膠圈先接觸、推動(dòng)薄膜,可防止沖頭過(guò)早接觸、加熱薄膜,當(dāng)對(duì)面的打孔墊隨內(nèi)橫封板到達(dá)中間位置時(shí),耐高溫橡膠圈在打孔墊擠壓下向外張開(kāi),打趙寧,等:柑桔類水果自動(dòng)包裝機(jī)的研究與設(shè)計(jì)17第36卷第6期孔頭接觸薄膜,將其擠壓在打孔墊上,在一定溫度與壓力下,熱燙(擠壓出一個(gè)小圓孔

19、。本簡(jiǎn)易裝置不需要額外的動(dòng)力與較復(fù)雜的上、下模刀的機(jī)構(gòu)配合與精度要求,簡(jiǎn)單輕松地滿足了部分用戶想在包裝袋打孔的需求。(5料斗。料斗用鉸鏈固定在此處的機(jī)架上,料斗底部聯(lián)接有三角塊。內(nèi)側(cè)橫封板件下部?jī)啥颂幬恢醚b有料斗推動(dòng)桿。當(dāng)內(nèi)側(cè)橫封板件向中間運(yùn)動(dòng)時(shí),料斗推動(dòng)桿沿料斗底部三角塊斜面前進(jìn),將料斗托平,果料落在其上完成橫封后,料斗推動(dòng)桿隨內(nèi)側(cè)橫封板件退回,料斗隨即傾下,將其上包裝好的果料放下。(6系統(tǒng)控制。整個(gè)系統(tǒng)用一個(gè)電子程序控制流程來(lái)完成,見(jiàn)圖2。圖2程序控制流程圖開(kāi)機(jī)初始化膜長(zhǎng)、包裝速度等設(shè)置啟動(dòng)自動(dòng)包裝狀態(tài)?供果感應(yīng)器601檢測(cè)無(wú)果料關(guān)閉提升機(jī)602有果料計(jì)時(shí),數(shù)秒后仍無(wú)果,則啟動(dòng)提升機(jī)502

20、供果;送果感應(yīng)器602檢測(cè)有果料無(wú)果料否否推果桿推果桿205、阻果彎桿206動(dòng)作送果;計(jì)數(shù),一定數(shù)量后啟動(dòng)保鮮劑噴頭204;供膜與縱封機(jī)構(gòu)03送膜;橫封機(jī)構(gòu)04封合、張開(kāi)橫封備料傳感器603檢測(cè)橫封傳感器604檢測(cè)有果料關(guān)機(jī)否?是結(jié)束是該方案已申請(qǐng)國(guó)家專利(申請(qǐng)?zhí)?00920259082.6,并已進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)、投入市場(chǎng)。其產(chǎn)品特點(diǎn)是:(1高質(zhì)薄膜單個(gè)封口,不易破損,保鮮性強(qiáng),整齊美觀,大大提高產(chǎn)品品位。(2實(shí)現(xiàn)普通卷筒膜的自動(dòng)制袋、果料包裝的同時(shí),能實(shí)現(xiàn)保鮮劑涂刷與包裝袋打孔功能。(3能使用普通食品保鮮的超薄塑膜進(jìn)行貯藏保鮮包裝,最大限度地降低包裝物料消耗與定作成本;也能使用厚塑膜進(jìn)行上市精品包裝;相關(guān)機(jī)構(gòu)可簡(jiǎn)單、快速地切換,作到保鮮包裝與精品包裝一機(jī)兩用。(4智能化程度較高,步進(jìn)電機(jī)運(yùn)膜、數(shù)字式溫控、微電腦程序控制等系統(tǒng)狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別與調(diào)整,自動(dòng)停機(jī)等。包裝速度較快,每小時(shí)最高可達(dá)24003000個(gè)(根據(jù)果