屠佳煒　姜銳　劉高爽　沈碟　虞澄沁

【摘 要】本文作者設(shè)計(jì)了一款成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的小型全自動(dòng)堅(jiān)果包裝機(jī)，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(jī)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)，由單片機(jī)控制，自動(dòng)完成取袋、送袋、開袋、堅(jiān)果稱重落料和袋子封口等包裝工序。該設(shè)備可用于山核桃、開心果、夏威夷果、榛子等不同種類、不同規(guī)格堅(jiān)果的包裝，非常適合堅(jiān)果類網(wǎng)店銷售者使用。

【關(guān)鍵詞】小型堅(jiān)果包裝機(jī)；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(chǎn)地，山核桃年產(chǎn)量約在1.1-1.3萬噸左右，產(chǎn)值超過23億元。在臨安，70%的農(nóng)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(jiān)果炒貨食品城、電商科技園和跨境電子商務(wù)園，越來越多的農(nóng)民投身于開堅(jiān)果網(wǎng)店的行列中，急需能代替人手工包裝山核桃的機(jī)器。雖然國內(nèi)外已經(jīng)有成熟的大型堅(jiān)果包裝機(jī)，但低成本、緊湊型的全自動(dòng)堅(jiān)果包裝機(jī)卻幾乎空白。本作品在控制成本的基礎(chǔ)上，代替人工操作，將繁瑣的堅(jiān)果包裝動(dòng)作功能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，解決了堅(jiān)果銷售網(wǎng)店存在的人手少、工作量大的問題。

1 人工包裝動(dòng)作分析

臨安網(wǎng)商的山核桃經(jīng)過采摘、脫蒲、篩選、曬干等工序后，自己進(jìn)行炒制或者委托炒貨廠代加工，加工好后再進(jìn)行包裝，最后在網(wǎng)上進(jìn)行售賣。包裝時(shí)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(jù)質(zhì)量顯示，多退少補(bǔ)以達(dá)到所需質(zhì)量，最后利用熱封機(jī)進(jìn)行封袋。

2 機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)分析

2.1 夾袋裝置

利用氣缸帶動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)夾持手指打開，中心桿上彈簧的復(fù)位來閉合手指，從而完成袋子的夾緊動(dòng)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(dòng)慣性，碰穿夾持手指5后到達(dá)預(yù)定位置，隨即氣缸1與推桿2縮回，壓縮彈簧3復(fù)位使夾持手指5夾緊袋子6。氣缸運(yùn)動(dòng)一次，即手指開閉一次，可實(shí)現(xiàn)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?yàn)榇有枰趭A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(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿螺母推動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)升降的原理。如圖2所示，即電機(jī)6旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲桿5旋轉(zhuǎn)，根據(jù)螺紋傳動(dòng)原理，絲桿螺母4會(huì)隨之軸向移動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)剪叉機(jī)構(gòu)2底端的軸3水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升降平臺(tái)的升降。左右兩個(gè)升降臺(tái)需同步升降，因此設(shè)計(jì)了左旋絲桿5與右旋絲桿7，兩絲桿通過聯(lián)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(yùn)用了連桿機(jī)構(gòu)，使用一個(gè)氣缸就實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同步運(yùn)動(dòng)。具體如下：氣缸推動(dòng)開袋臂，開袋臂固定在兩個(gè)箱式直線軸承上。通過連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)開袋臂同時(shí)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)袋子開合。

2.4 出料、稱重及補(bǔ)償裝置

2.4.1 出料裝置

把取一部分堅(jiān)果準(zhǔn)備稱重的過程為出料，把達(dá)到預(yù)期質(zhì)量的堅(jiān)果落入袋子中的過程為落料。出料是包裝過程中關(guān)鍵的一步，出料的多少對(duì)補(bǔ)償次數(shù)及包裝效率有較大的影響。主要運(yùn)用容積法進(jìn)行出料。具體原理如下：用氣缸推動(dòng)大容器內(nèi)的物料向上運(yùn)輸，物料會(huì)通過料倉側(cè)面的開口落入軌道中，最后落至?xí)捍媪隙?。由于不同?jiān)果體積不同，要求大容器容積可調(diào)節(jié)，因此在大調(diào)節(jié)板上開了槽口，用于調(diào)節(jié)大三角塊與大調(diào)節(jié)板之間的相對(duì)高度，從而達(dá)到目的。

2.4.2 稱重裝置

袋裝堅(jiān)果質(zhì)量準(zhǔn)確與否對(duì)于創(chuàng)業(yè)人員和顧客來說至關(guān)重要。稱重方式有機(jī)械方式與電子方式兩種，為了達(dá)到稱重精確，我們采用應(yīng)變式壓力傳感器稱重方式。

2.4.3 重量補(bǔ)償裝置

稱重裝置會(huì)對(duì)暫存料斗內(nèi)的堅(jiān)果進(jìn)行初步測(cè)量，計(jì)算出與所需堅(jiān)果質(zhì)量的差值，計(jì)算好后發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，然后進(jìn)行補(bǔ)償。為了達(dá)到體積小，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的目的，提出容積補(bǔ)償方式。重量補(bǔ)償裝置原理與出料方式相同，氣缸從下往上推動(dòng)容器，到達(dá)指定高度后堅(jiān)果從側(cè)面沿著軌道落至?xí)捍媪隙?。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達(dá)到重量補(bǔ)償。補(bǔ)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(jié)約體積與成本。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過齒輪雙齒條機(jī)構(gòu)調(diào)整儲(chǔ)袋框大小適應(yīng)袋子總體尺寸的改變，利用螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)包裝袋夾持手指的中心距和通過斜頂塊位置調(diào)節(jié)以適應(yīng)袋寬變化；此外，通過螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)出料裝置容積達(dá)到適應(yīng)不同包裝重量的要求。

（2）剪叉機(jī)構(gòu)與不同旋向絲桿的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)升降平臺(tái)的同步升降。

（3）先將堅(jiān)果倒入料倉，利用容積控制使堅(jiān)果接近設(shè)定質(zhì)量，再通過稱重反饋對(duì)堅(jiān)果重量進(jìn)行補(bǔ)償，使其最終達(dá)到設(shè)定值。整個(gè)過程稱重準(zhǔn)確，效率高。

4 結(jié)論

該包裝機(jī)自動(dòng)完成一包堅(jiān)果的包裝動(dòng)作需要18秒，包裝效率高于一般人工操作。目前市場(chǎng)上沒有體積小、價(jià)格低的堅(jiān)果包裝機(jī)存在，該包裝機(jī)的出現(xiàn)滿足了當(dāng)前大量以家庭作坊運(yùn)營模式為主的堅(jiān)果類網(wǎng)店創(chuàng)業(yè)人員的需求。本作品可以用于不同種類、不同規(guī)格堅(jiān)果的包裝，操作簡(jiǎn)單，體積小、搬運(yùn)方便；此外，本作品預(yù)計(jì)售價(jià)4000元，價(jià)格可被網(wǎng)店人員接受，可以室內(nèi)全天候開展生產(chǎn)工作，既提高了堅(jiān)果包裝效率、減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度和降低了包裝成本，又能保證包裝的堅(jiān)果更加衛(wèi)生，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

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