果袋制袋机关键部件创新设计

康拓 武吉梅 刘琳琳 王睿

由于苹果的病虫害问题严重，人们往往采用喷洒农药的方式来减少病虫害问题，但这样会在苹果上留下农药残留物，从而会导致果品质量严重下降等问题。为了解决这一严重问题，通过对果品进行套袋，可以有效地避免果品病虫害问题。随着套袋技术的应用，对于果品质量提高和果品产业发展而言是一个特别有效的途径，可以很好地解决这一问题。目前国内也研发了一些果袋机，但由于技术不太成熟，机器存在部分原理和结构等方面的问题。而且生产的果袋制袋机有着较高的成本、出现故障的概率也较高，成品纸袋由于速度异步的原因导致的误差也很大，也不能满足较高品质的育果果袋生产的要求。因此，设计出一种高效率、高精准度、结构简

单、易操作的果袋机是提高果品质量的一条必经途径。

工艺流程

本文所设计的双层果袋制袋机整机工艺多，制袋过程复杂要完成内外袋的切口、切弧、侧上胶、拉纸、整形、作筒等26道工序，整机的工艺流程如图1所示。内袋纸卷采用的材质是红色蜡纸，改变苹果在套袋后对色光吸收的频段，使得苹果更加红润有光泽。同时可以减少雨水对苹果的击打力并能有效防止病虫害。图中的内袋纸卷在开卷后经过倒纸辊进行对纸张张力的调节后，经过切口、切弧等步骤直接在纸带上模切出所需的形状。外带纸卷采用的材质是牛皮纸，控制太阳光照量，避免光照过剩晒伤苹果，在夜晚又能提供很好的保温作用，从而增加苹果的甜度。

内袋纸带在侧面上胶后会经过倒纸辊进行作筒处理。再依次经过整形辊、拉纸辊后上部内袋纸筒被切断，经送纸装置后掉落在外袋纸带上，与外袋纸筒进行复合。复合纸带会在留边的一侧进行上胶，上胶后会经过进丝工序，将铁丝粘贴在上胶的侧边上。穿丝工序的目的是在最终完成成品果袋后，在实际对苹果进行套袋时，便于对套袋后的苹果进行捆扎。经过穿丝工序后，在收小边过程中会将刚才留边上胶的侧边折叠，折叠压紧后在断丝工序会将铁丝切断。复合纸带之后会依次经过打气孔、印刷、切直边、倒角等工艺。打气孔为了增加果袋的透气性，使果品更好的进行光合作用，累积果量。印刷工艺是在果袋表面印刷上商家的Logo，印刷批次等信息，为产品添加自己的标识。倒角工艺是给果袋底部开两个倒角，在雨水来袭时能及时排掉果袋中的雨水，避免果袋积水，出现烂果坏果现象。复合纸带经拉纸后被切断，至此，复合纸带变为未封底的纸筒，经过底部上胶及出袋工艺，最终果袋生产完成。经过折页收集大滚筒完成对果袋的收集。

关键部件设计

1.设计理念

如图2所示，体现了本文设计封底及出袋部件的整体思路，整体部件分为6个子部件。复合纸带依次经过印刷部件、倒角部件、拉纸部件、切断部件、折底部件和出袋部件，以实现对果袋的封底及出袋功能。其中②～⑤部件都需要对上下印辊咬合位置进行控制，因此在设计结构上相似，都需要采用不停机调速装置设计，改变速度异步等问题。

2.印刷部件

印刷部件的三维模型如图3所示。印刷部件主要是通过图中的圆形印版进行印刷。将厂家的Logo、产品名称、产品代码和印刷批次等信息印刷到果袋上，从而清楚地表明果袋上的信息。通常印刷的内容为单色且简单的信息，多采用胶印的印刷方式，利用圆压平的原理，即圆形印辊压印在平板上。

3.倒角部件

上、下倒角辊的三维模型图如图4、图5所示。倒角部件的主要功能是通过在果袋底部切口来增加果袋的透气性。苹果在套袋后通过底部空气对流能增加周围的空气流动性，从而增强外部绿叶的光合作用，增加果实养分的累积，有助于提高果实品质。同时避免雨水在果袋中淤积，造成烂果现象。

下倒角辊通过两个齿轮带动将动力传递给①部件即印刷部件的传動辊，该传动辊进而带动上部印刷部件印刷辊的转动，进而完成印刷工序。同时，下倒角辊还要带动其从属部件上倒角辊转动，根据转轴扭矩设计和轴向稳定性设计的需求在下倒角辊固定以及齿轮固定时，需要设计更多的从属零件以增加其强度，这些从属零件及设计同样适用于也需求于③～⑤部件。由图5可以看出，下倒角辊采用两端滚珠轴承和挡圈的固定方式，这样可以增强轴向的稳固度，并且保证机器在长时间工作中下倒角辊两端的同轴度。

4.切断部件

由图6中可以看出，上切断辊的设计比拉纸部件辊子更为复杂，这是因为切断部件的功能对零件的要求更高。图中左侧部分的安装及固定尺寸与前几个部件均一致，采用的同样是对辊左侧各零部件固定的方式。右侧辊体通过上部开孔，背部开槽开孔，下部开槽的复杂加工要求设计而成。切断刀通过钻孔后辊体上螺纹孔内的六角平端紧定螺钉固定，这样设计在后期生产使用中易换刀，且刀片可以选取更高强度的材质，降低了生产成本。切断刀用于切割牛皮纸，纸张强度与厚度较小，在设计刀面时，刀刃选用了较小角度（15°）的设计，这样既符合切削要求，又增强了切断刀的耐用性。

5.折底部件

上折底辊的设计思路如图7所示，与图6的上切断辊设计思路相近。采用的折底刀尺寸与折断刀的尺寸一致，但在刀面上开了两个锥孔，目的是为了将折底刀固定在上拉纸辊体上。此部件的功能是将已经裁切的复合纸筒中外袋纸筒底部需要折起的部分向下压，已实现需上胶折底的底部纸边向上折起。进而经过上胶部件和出袋部件实现底部边缘粘贴封底。在设计时，折底刀并没有安装在中心轴面上，通过与下折底辊的凹槽配合，以实现折起底部纸边的目的。

調速机构

1.不停机调速机构

不停机调速机构设计的目的是当出现各部件速度异步时进行调整速度。其装配图如图8所示，不停机调速过程如下：

在机器工作时，图中最上面长斜齿轮体所在的辊子和中间短斜齿轮所在的辊子通过斜齿轮咬合是随机器持续转动的。当出现速度异步或各部件出现速度差时，通过转动右下部手轮，可以转动手轮所在的丝杠轴。丝杠轴的转动会使丝杆轴上的拨叉进行横向运动，通过拨叉的左右移动从而带动短斜齿轮在轴向方向左右移动。当下部短斜齿轮左右位移发生改变，而上部长斜齿轮固定不动时，就会在两斜齿轮咬合时出现线速度上的位移，从而改变最上层长斜齿轮的运动速度。这样在机器持续转动的过程中，实现对长斜齿轮轴进行加速或减速。调速轴另一端与需要对辊的②～⑤部件相连，通过调速轴速度的改变，各部件对辊辊子的速度也发生着改变，实现了不停机调速功能。

2.压力调节机构

压力调节机构应用于各个部件。由于各部件功能的不同，因此每个部件都需要独立的调压装置。印刷部件应根据印刷质量及油墨承印的效果来根据实际改变压力；倒角部件应根据外层果袋纸带的厚度来进行压力调节；拉纸部件应根据整机运行速度来进行压力调节；折底部件应根据折底后弯折纸带上翘程度以及上胶效果对压力进行调节；出袋部件应根据果袋合压成型后质量对压力进行调节。

如图9所示，图中展现了倒角部件的压力调节机构。当需要进行压力调节时，通过最上端的转动手轮，带动与手轮连接的螺杆产生竖直方向的位移，从而带动辊架进行上下移动，实现上倒角辊体进行上下位移，从而实现对上下倒角辊体之间的压力调节。各个部件的压力调节机构是相同的，都是通过转动小波手轮带动辊架体上下产生位移，从而使辊架体内的上辊辊体产生上下位移，实现对上辊和下辊的压力调节效果。图中给出了印刷部件的压力调节装置三维模型，图中对辊架体做了透明处理，以便清楚地看清动力调节进行的位移。

总结

本文设计的封底及出袋部件在设计上解决了目前市面上已有果袋机的速度异步、各部件工作不协调等诸多问题。同时在设计时各部件传动方式简单，传动效率高，且能实现各部件的各个功能，为加工和生产机器提供了高效率解决方案。在简单部件设计时采用尽可能简单的结构，减轻部件重量，从而进一步提高整机的运行速度，提高出袋效率。所有零件和装配体已经经过Solidworks仿真模拟分析，无干涉等现象，符合加工要求。