苹果果袋封口装置设计

杨本宁，郑艳萍，宋成杰（郑州大学机械工程学院，河南郑州　450001）



苹果果袋封口装置设计

杨本宁，郑艳萍，宋成杰
（郑州大学机械工程学院，河南郑州450001）

摘要：文章在分析水果套袋封口过程中遇到问题的基础上，自主研发了一种新型封口装置。该装置利用菱形连杆机构带动夹紧机构的平行收缩，使夹紧机构向中心靠拢封口，采取橡胶封口块保护果柄，使用转刀切除多余幼果，封口后利用弹簧本身弹力变化恢复至原始位置，以满足自动封口的要求。

关键词：水果套袋技术；纸袋；推进夹紧机构；新型封口装置

我国是世界上最大的水果生产国和出口国，苹果是其中最具出口潜力的产品之一。苹果套袋技术的推广不仅减少了虫类、鸟类破坏，增加了产量，而且减少了表面农药残留，使质量得到提升。但是目前大部分地区仍采用人工作业套袋，而且大多数苹果套袋装置都是比较繁重的设备，不符合我国当前的苹果种植国情。

从果袋种类来看，有塑料袋和纸袋两种，由于国家政策及人们环保意识的增加，纸袋越来越为大多数人所看重。人工套袋的大体步骤为：首先需修剪多余的幼果，后用手指撑开果袋，找到剩余的幼果，从下部套上，在确保不伤害所在果柄的前提下，用袋子口部的铁丝折弯拧紧，从而完成套袋过程。人工作业的优点是灵活且套袋质量高，能保证封口严密。但是人工劳动强度较大，而且需要爬上爬下的去套袋，危险系数高。按照人工套袋过程，机械化套袋设备应该由四个大方面组成，即果袋分离装置、果袋输送装置、果袋撑开装置、果袋封口装置，并且按照该顺序方式依次作业，以完成套袋过程。文章主要探讨苹果果袋封口装置，以满足果袋自动封口的要求。

1　封口装置的设计依据

在套袋封口的过程中不能伤害果柄以及旁边枝条，果柄一旦受损，幼果就难以成长。这就要求封口装置尺寸不可过大，而且封口处的材料应保证柔软，不伤害果柄。

此外，疏果与套袋一般是分离的。苹果在授粉完成后，一般在每个结果实处都有几个幼果长在一起，且都留有较长的果柄，人工作业时候需要进行一次疏果，将多余的小幼果去掉，以实现每个果苔处留有一个大的幼果，既方便后续套袋又能实现幼果的良好发育。因此我们在结构设计时拟实现套袋的同时进行疏果，提高劳动效率。

1.1果袋的选择

果袋质量的好坏也直接影响着水果的质量。苹果种类不同、孕育时期的不同、采摘时期的不一致，均能导致不同的果袋需求、不同地域、不同气候条件，果袋尺寸需求也不一致。

目前，由于地域和引进的加工设备不同，果袋尺寸虽不尽相同，但大致形式如图1所示。为了在封口时保护果柄，果袋1中间留有圆口或带有缝隙，但这种果袋存在使用缺陷，机械化套袋时，需仔细对准果袋中缝，且套袋时不能有效封口，容易脱落。

图1　果袋1

中国农业大学的徐丽明、葛晓棠等人在设计套袋机械时对现有果袋进行了改进，如图2所示。这种果袋用四根铁丝来进行封口，能够防止脱落，但仍然需要仔细找准果柄位置。

图2　果袋2

浙江理工大学的方沤鹏等人提出了一种新的果袋，如图3所示。但机械套袋时，果袋3不能张得太大，否则在套袋时会伤害其余果实和枝条；也不能张得太小，否则装不下水果。

图3　果袋3

文章在方沤鹏等人研究的基础上缩短了金属丝的长度，在袋口横向布置且保持细铁丝尾端卷曲，如图4所示。

图4　果袋4

2　封口装置设计

（1）左推进夹紧机构与左底盘的设计。本设计中的一个重要的思想就是要自动削去多余的果子，因此设计封口装置时要考虑在封口的同时利用刀具旋转到一定位置来切除。由于左推进夹紧机构本身不直接受驱动力的驱使作用，因此左端推进夹紧机构的左边不需尺寸过大，但刀具的旋转角度应要大一些，使得刀具能够切到多余果实，那么左推进夹紧机构在推进时移动距离大，使左推进夹紧机构下面中心配合凸台易推出底面圆板，那么就需要作出相应的底盘来限制左推进夹紧机构自由度。如图5所示。

图5　推进夹紧机构1

整个推进夹紧机构分为三层，底盘在最底层，第二层是刀杆刀具，第三层是左推进加紧机构，上面连接着辅助复位弹簧。左底盘中用大外圆槽和上下两个平行的槽与左推进夹紧机构相限制，使左推进夹紧机构在推进过程中不致倾斜旋转。推进过程中，由于机构4推进距离较大，故左底盘中心槽做成一端为通槽的结构，利用上下两个平行槽来限制机构4的旋转。

（2）右推进夹紧机构与右底盘的设计。右推进夹紧机构的右端连接是主动推进机构。主动推进机构在手指扣动扳手的时候产生向前的推动力，松开扳手后在内置弹簧的作用下恢复原始位置。在右推进夹紧机构处需要有结构与主动推进机构连接，此时刀具为了避免运动的干涉就必须设在连接处之外。因为整个右推进夹紧机构与主动推进机构相连接，恢复原始位置由主动推进机构带回，故不需要设置弹簧，可做成如图6的形式。

图6　推进夹紧机构2

右端推进装置由于推进时上下两个凸台在前，容易推出底面圆板，故上下两个配合槽要做成一端含有约束，一端通透的槽。中间位置的凸台有两个，在槽内保证上下两个凸台出槽后的约束，使得机构2不会发生转动，以确保加紧时候能够左右推进夹紧机构配合在一起。

（3）总封口装置的设计。整个装置设计如图7所示。

图7　新封口装置

开始工作前，左右推进夹紧机构相互分开，位于不同的位置，找准幼果相对位置后，将幼果从整个装置的上部放入，当幼果进入下方的袋子中时推动夹紧机构运动，由右推进加紧机构8的带动最上面菱形连杆机构的运动，使左推进夹紧机构4朝内运动，刀杆2连带刀具3连接在8的底面位置，且右底盘7中的外部圆槽限制刀杆移动，刀旋转运动的同时把多余果子切掉，确保每个果子有足够的生长空间。最后，袋口中的铁丝由于左右推进夹紧机构的推进夹紧呈现聚拢状态，封口扎紧。而合拢时左右推进夹紧机构中间留有缝隙，以保证不伤害果柄。同时，该装置上弹簧5与外壳相连，起到辅助复位的作用。在整个装置中，只需要右端一方用力就可以保证水果

袋口的密封，减少了双边受力导致的整体结构偏大的倾向。

3　结语

文章在对现有果袋进行分析的基础上，进行了新的改进，提出了一种更符合机械套袋的果袋样式，为后续研究果袋提供了一定的参考。其次，重点介绍了一种新型的封口装置。封口装置采用分层形式，便于安装。在套袋的同时兼顾了去除多余小幼果，提高了劳动效率。考虑到现实因素制约，论文采取的仍是半自动化推进装置，需要人工的参与。

目前，我国的水果自动套袋技术仍处于理论研究方面，未投入大规模使用。由于每个水果的空间有限，故大规模的设备不可能直接投入果园直接进行套袋，小规模的机械设备自动化水平又达不到。因此未来套袋技术发展方向将朝着小型轻量化、自动智能化发展。

参考文献

［1］方沤鹏.水果套袋机械的关键技术研究［D］.浙江：浙江理工大学，2011.

［2］徐丽明，葛晓棠，张铁中.水果果袋自动撑开机构的研究［J］.农业工程学报，2007，23（4）：138-143.

［3］葛晓棠.半自动苹果套袋机器人的研究［D］.北京：中国农业大学，2005.

［4］孙学俭，薛龙，张宝生.套袋机械手的研制［J］.中国机械工程，1997，（8）：72-73.

Apple Fruit bag Sealing Device Design

YANG Ben-ning，ZHENG Yan-ping，SONG Cheng-jie
（School of Mechanical Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou，Henan 450001，China）

Abstract：Basedontheanalysisoftheproblemsinthe processoffruitbaggingsealing，thispaperindependentlydevelopedanew type of sealing device.The device uses a diamond connecting rod mechanism to drive parallel contraction clamping mechanism，making the clamping mechanism move to the center of the seal，using the rubber sealing block to protect carpopodium，using the rotating knife to remove excessive fruit，returning to the original position by the spring elastic variation after sealing to meetthe requirementsofautomaticsealing.

Key words:fruit bagging technology；paper sack；pushing and clamping mechanism；new typesealing mechanism

中图分类号：TS255

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0050-02

收稿日期：2016-04-15

作者简介：杨本宁（1994-），男，山东临清人，主要研究方向：机械工程及自动化。