柑桔类水果自动包装机的研究与设计.doc

柑桔类水果自动包装机的研究与设计 赵宁（邵阳市农业机械研究所，湖南 邵阳 422001）摘要：柑桔的采后商品化过程中，不同的环节需要不同的塑料薄膜包装。本文对现有水果包装机专利技术作了分析比较，并提供了一种结构简明、单果包装成本低、功能机构切换快捷的新型水果包装机设计方案。关键词：柑橘业；机械化包装；专利分析；设计Research and design of the citrus 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 packaging, This article analysis and comparison of the current variety of fruit bagging machines patented technology, Provides a new fruit bagging machine design With simple structure , Individual fruit bagging low cost and body parts replacement convenient.key words :citrus industry；Mechanized Bagging ;patent analysis; design0 前言柑橘是世界上产量最大的水果种类，是我国有较强竞争力的果品，种植面积世界第一，产量世界第二。果实用薄膜包装贮藏已成为我国柑桔贮藏的主要方式，它能保持果实新鲜，减少损耗，延长货架寿命，吸引和方便消费者。1 技术背景当前柑桔的采后商品化过程中，不同的环节有着不同的薄膜包装需要。1、贮藏保鲜包装：一般在普通果农或专业户的生产环节使用。因水果包装量极大，为降低成本，同时解决包装保鲜与果身透气之间存在的矛盾（如果完全与外界空气隔绝，水果会很快腐烂）， 一般采用（0.001mm0003mm）的食品保鲜膜，包装塑膜很薄，且包装与果身之间呈松驰状态，内有若干空气。2、上市保鲜精品包装：一般是专业大户或经销商在流通环节使用。采用较厚的塑膜（0.008mm001mm)，便于印刷商标文字图案等，也可防止储运时出现破膜等现象。有时也会在包装袋上打上气孔，以便水果局部透气，又能使大部分果身与外界空气相隔绝。当前，我国柑桔包装还是处于手工状态。手工包装时，一般是先取成品塑膜袋，张开袋口，然后用手逐个握拿水果将其放入袋内，然后一手提袋另一只手使水果袋旋转，使塑膜袋逐渐贴紧水果（上市精品包装也较多使用胶条封贴）。这样的人工装袋，需要大量的人力，且效率低，费用极高。另外，水果在包装过程中，经手拿捏，容易造成水果损伤，并且人工装袋口扎口不齐，破损率较高，保鲜质量差，病变转移快。因此，柑桔采后商品化过程中使用自动包装机将是一个必然趋势。广大果农们、专业大户、果品经销商盼望有一种结构简易、购机价格低廉、包装速度较快、使用效果较好，单果包装成本低的水果塑膜包装机，而现有机械难以满足此需要。2 现有水果包装机技术比较2.1 中国专利号为932096654的 “水果胶膜包装机”其结构包括屯料装置，送料装置，分料装置及封包装置。该机作业时，借送料装置将水果从屯料装置运至分料装置，再由分料装置的料盘转动，将水果运送至料口，该料口下方设一料管，且末端具一热封机，另以一自动控制的封包开关，封包凸轮，封包料杆及起动开关连动，使料盘上的水果可依序被封包料杆推至料管以封包，而封包凸轮及起动开关可控制料盘的供料1。该机结构相对复杂，购机价格高。另，包装膜必须为定作的较厚的双层塑膜，否则，包装膜沿着长而圆的料管外壁牵引到封包机构时,将走偏或扯破，同时料管管径与包装袋袋大小不可调，不论水果果径为60mm还是90mm均为同一规格包装袋，浪费严重，用户的单果包装加工成本高。22 中国专利号为02109683X的 “可调式水果包装机”该机在机架的前上角倾斜安装有能选出不同规格水果的数个上筛板和下筛板；下筛板尾部接有数个断面为V形的托果底格，底格格板的长方孔内装有电热丝；托果底格上方相应位置有保鲜剂加入器；安装在机架相应位置的供膜轮将上、下薄膜供到加入器后的汇膜轮处汇合：加入器与汇膜轮之间的挡板靠杠杆拨动实现间歇供果和加入保鲜剂，然后靠汇膜轮后的横向封膜装置将水果横向封膜后再由压模轮纵向封膜，其后横纵切膜装置进行纵向切膜和横向切膜，获得内带保鲜剂的单个封膜水果。 2。该机结构相对较简单，在封膜、切膜包装时还可完成进行分级、保鲜剂加入等功能。但应用该包装机包装水果时，“先必须将两边带孔的包装膜用手按到供膜轮、汇膜轮、涨紧轮和输送轮圆周面的小圆柱上”，生产中走膜故障率较高。包装膜必须为定作的较厚的两端带圆孔的包装薄膜，不能采用普通保鲜膜，单果包装加工成本较高。另外，随着技术所进步，现在水果分级工作已普遍采用电子重量分级、光电分级等专用水果分级机，筛板式的机械分级因存在着分级精度不高，水果机械损伤较大等缺陷而已很少采用，该机所集成的分级功能，相对当今的技术水平而言，略显过时，有鸡肋之嫌。23中国专利号为200610048980.8的“水果塑膜简易包装机”由机架及供膜装置、割膜装置、送料装置和传动装置构成。双层塑膜带套置在供膜轴上，在塑膜带的输送途中依次设有压棍、割膜道、切割丝、切割片、袋口夹、旋转棍等机构及水果送料装置，送风装置等。传动装置中一只控制链轮的齿牙呈非环状设置，所有转动轴由电机经链条间隙驱动3。该实用新型的结构简易、造价低廉。但包装膜必须为双层塑膜，需另用送风装置吹成圆筒状，再用电热丝切割、封底制袋；水果装入塑膜袋后再采用一把剪刀将塑膜带剪断，然后由剪刀下部的袋口夹将水果袋袋口夹紧。再启动旋转棍，使水果袋逐渐旋紧，当塑膜袋被完全旋紧后、再松开袋口夹放下水果。本装置完全模仿手工包装逐个包装水果的程序，存在着步骤繁琐、速度缓慢，功能单一，旋紧的封口容易散开等不足。24 中国专利号为200610053878.7的 “水果包装机”其包括机架、间隙式供果机构、间隙式供膜机构、间隙式塑膜切割热封机构，以及带动上述机构动作的动力装置、传动机构及其控制器。间隙式供果机构是水果托架固定在链条上构成回字形回路的输送带，在输送带上方设置一个塑膜切割平台，其中部开一个通孔，当水果托架运动至通孔下方时，供膜机构输送塑膜片至平台通孔的上平面处静止；该通孔正上方的热风罩与环形切割刀下降，先将塑膜片热切割后，落至最低位置而搁置在塑膜切割平台上；热风罩下降至热风罩罩口与水果上端面相抵时，热风套筒中的送风机开始送次冷风，使已切割的塑膜片下垂，然后，热封卡杯向塑膜片合拢，此时，送风机再开启加热开关，开始送热风，塑膜片在热风作用下，塑合在果身周围，完成贴体包装，然后热风罩、环形切割刀等上升，输送带又开始运动，开始又一个工作循环4。该机构动作复杂，包装速度较慢，包装膜为热收缩塑膜，仅适用于小批量精品贴体包装的特定需求。25中国专利号为CN的200710047865.3的“一种水果包装机” 其包括震动水果分级筛、供果传动带、拨果记数装置供袋、打孔机，装袋机器手，出果传送带等。供袋材料为发泡减振塑料，需特制的供袋、打孔机构制作一个开口的防震塑料膜袋，再由机械手实现“取袋、装袋、放置”这样三个动作5。该包装机的配套购机成本与单果包装成本极高，仅适用于工业化生产，针对特定高档水果进行精品包装，不适于我国广大普通果农与专业户的大量果品保鲜包装的需求。3、 DKD-BH90型球形水果自动包装机设计31 设计目标为了克服现有技术的不足, 本方案提供一种结构简明、单果包装成本低、能适用贮藏保鲜与上市精品包装两种需求的水果包装机。该包装机要达到的设计目标是：保鲜包装，能使用普通食品保鲜的超薄塑膜，自动制袋包装，不需要对塑膜提出定作要求，最大限度地降低包装物料消耗与定作成本。能使用厚塑膜进行上市精品包装。相关机构可简单、快速地切换，作到保鲜包装与精品包装一机两用。能实现保鲜剂涂刷与包装袋打孔功能，功能机构简单，可轻易安装使用与撤换。整机结构简明，售价相对低廉,适用于普通果农大户、经销商的大批量包装。32 技术方案为达到上述设计目的，设计的技术方案如下：本水果包装机的结构包括机架，以及设置在机架上的毛刷辊送果机构、间歇式供膜与纵封机构、横封机构、附属托料（打孔）及喷头装置和带动上述动作的动力（电动、气动）装置、传动机构及其控制器，另有独立的间歇式贮果供果机构；见图1。图1 组装示意图（除去了外围壳体及部分附件）。机架01、料斗101；毛刷辊送果机构02、毛刷辊201、刷辊电动机202、T形门203、保鲜剂喷头204、推果杆205、阻果弯杆206、送果气 207；供膜与纵封机构03、卷筒薄膜301、膜架302、导辊（杆）303、象鼻成型器305、纵封辊306、供膜伺服电机304、纵封伺服电机307；横封机构04、海绵托板401、外侧横封板件402、横封板牵引导轨403、内侧横封板404、外横封气缸405、内横封气缸406；贮果供果机构05、501贮果斗、502提升机；电控箱06、供果感应器601、送果感应器602、横封备料传感器603、横封传感器604；打孔头701、打孔垫702321 供膜与纵封机构 位于机架前上方，由膜架、若干导辊（杆）、象鼻成型器、三组内含加热元件的纵封辊及供膜伺服电机、纵封伺服电机组成。单张卷筒薄膜经多道导辊、成型器,将薄膜卷折成筒状,并被回转的纵封辊牵引、加热加压纵向热封定型（此为普通食品包装机的常规装置，不拟赘述）。322 送果机构 主体为一对毛刷辊，由刷辊电动机驱动。辊轮上均匀植有刷毛，防止果料与辊轮碰撞受损。毛刷在旋转时所产生的向上推力既可托起果料，又不会对果料表面产生损伤。毛刷辊略倾斜放置，兼具推送果料前进的功效。毛刷辊较高端位于单独的贮果供果机构的提升机出果口处，中部有“T”形门，右侧（进果端）装有供果感应器、左侧装有保鲜剂喷头。供果感应器用于控制提升机间歇启动。保鲜剂喷雾机构非常简单方便，由气泵给保鲜剂药桶加压, 供果感应器计数达一定数量，电控程序间隙启动电磁阀，控制保鲜剂喷头工作。旋转的毛刷辊可保证保鲜剂能均匀涂刷在果料表面 ；较低端靠近象鼻成型器处，此处毛刷辊上方有送果感应器，下方有推果杆、前下方有阻果弯杆。当果料从贮果供果机构进入后，在毛刷辊的作用下，自动依次排成单列前行，队列在阻果弯杆处停止住。送果感应器检测到果料后，阻果弯杆向下沉，推果杆快速伸出，阻住第二个果料的同时，将料口处的果料顶入象鼻成形器的内部通道，然后阻果弯杆向上抬起，推果杆缩回，第二个果料在毛刷辊及重力作用下行进到料口处，完成一次送果动作。此二杆均由气动元件控制拉伸。果料通过象鼻成形器的内部通道进行纵封后形成的膜筒，并停留在横封机构的海绵托板上。图2是第一个实施例的构造图。图3是第二个实施例的构造图。为突出显示阻果弯杆效果，图2、3中均除去了主机架、一侧毛刷辊及部分立柱。23横封机构 由外侧横封板件、内侧横封板件、横封板牵引导轨管及外、内横封气缸组成。横封板牵引导轨的主体是导轨管。内侧横封板件套在导轨管上滑动，而外横封板件则固定在牵引杆上，牵引杆从导轨管内部穿过并可并自由滑动，内外横封板件由两个气缸同步实现推拉。松开相应止动螺栓，外、内两个横封板件便可直接从导轨管退出，根据需要快捷地拆装、更换两个横封板件上的部件。内、外横封板件上部位置均固定有海绵托板。内外横封板件合拢时，海绵托板形成“Y”型，用以接住落下的果料。Y”型中上部位置的右侧机架延伸出一横封备料传感器，外侧横封板件中下部安装横封传感器。外侧横封板件中间位置安装有热封刀，内侧横封板件中间位置安装有热封垫。热封刀、热封垫内部均有发热元件及测温传感线，热封垫表面贴有耐热的硅橡胶。根据普通保鲜薄膜包装与精品包装的不同要求，热封刀、热封垫均可从横封板件上快捷拆装切换。普通保鲜薄膜包装时，热封刀为自行设计加工，刀口端为平齐的“山”形，热熔切断。当精品包装时，热封刀换为包装机通用的锯齿刀。图4是横封机构的构造示意图（接近闭合位置）。 图5是横封机构的仰视构造示意图（最 大开口位置）。 图4、5中除去了主机架及部分小附件，图5保留了机架上的出料斗。324 简易打孔装置 外侧横封板件左下部贴近热封刀的位置，可安装打孔头，内侧横封板件下部贴近热封座的对应位置可安装打孔垫。打孔头主体为冲头，内有电热器件和测温探头，工作时使冲头加热到适宜温度，冲头外围套有一耐高温橡胶圈，耐高温橡胶圈前部均匀开有8条开口槽，受挤压时可呈喇叭状向外张开，前端比冲头稍长，起遮盖作用。打孔垫内有缓冲弹簧。横封时，打孔头随外横封板件向中间移动，耐高温橡胶圈先接触、推动薄膜，可防止冲头过早接触、加热薄膜，当对面的打孔垫随内横封板到达中间位置时， 耐高温橡胶圈在打孔垫挤压下向外张开，打孔头接触薄膜，将其挤压在打孔垫上，在一定温度与压力下，热烫（挤压）出一个小圆孔。本简易装置不需要额外的动力与较复杂的上、下模刀的机构配合与精度要求，简单轻松地满足了部分用户想在包装袋打孔的需求。325 料斗用铰链固定在此处的机架上，料斗底部联接有三角块。内侧横封板件下部两端处位置装有料斗推动杆。（参见图5）当内侧横封板件向中间运动时，料斗推动杆沿料斗底部三角块斜面前进，将料斗托平，果料落在其上完成横封后，料斗推动杆随内侧横封板件退回，料斗随即倾下，将其上包装好的果料放下。326 整个系统用一个电子程序控制流程来完成，见图2。图2 程序控制流程图33 方案特点该方案产品特点是：1、高质薄膜单个封口，不易破损，保鲜性强，整齐美观，大大提高产品品位。2、实现普通卷筒膜的自动制袋、果料包装的同时，能实现保鲜剂涂刷与包装袋打孔功能。3、能使用普通食品保鲜的超薄塑膜进行贮藏保鲜包装，最大限度地降低包装物料消耗与定作成本；也能使用厚塑膜进行上市精品包装；相关机构可简单、快速地切换，作到保鲜包装与精品包装一机两用。4、智能化程度较高，步进电机运膜、数字式温控、微电脑程序控制等系统状态自动识别与调整，自动停机等。包装速度较快，每小时最高可达24003000个（根据果径浮动）。5