武宏泰， 趙若云， 邵兵

（上海電機(jī)學(xué)院，上海 200245）

0 引言

隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的大力提高，先進(jìn)的果蔬種植、培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)每年果蔬產(chǎn)量呈可喜上升趨勢(shì)，而如何在產(chǎn)品保持完整度與新鮮度之前將其推向市場(chǎng)，成為了一個(gè)讓人頭疼的問(wèn)題。

以蘋果為例，近年來(lái)我國(guó)蘋果產(chǎn)量逐漸上升。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國(guó)蘋果產(chǎn)量巨大，其栽植面積、總產(chǎn)量位居世界首位。由于當(dāng)下蘋果的篩選、包裝程序尚未完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，人力包裝的效率低下，同時(shí)隨著人力成本的逐年增高，依賴雇傭人力來(lái)實(shí)現(xiàn)蘋果的分類、包裝，已無(wú)法獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，從市場(chǎng)調(diào)研來(lái)看，蘋果顏色篩選機(jī)、自動(dòng)蘋果塑料網(wǎng)套包裝設(shè)備的使用量目前在市場(chǎng)上為零，所以蘋果自動(dòng)裝套機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)完全屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1）蘋果顏色篩選。

在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，托盤中的蘋果依次經(jīng)過(guò)放置在輸送機(jī)末端的上、下、左、右方向的顏色傳感器。經(jīng)過(guò)顏色傳感器對(duì)蘋果表面著色度的感應(yīng)，將信號(hào)傳遞到與之相連的控制系統(tǒng)，通過(guò)控制系統(tǒng)的分析處理，將指令傳遞到輸送機(jī)上的步進(jìn)電機(jī)，滑道上的擋板可在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下在一定角度范圍內(nèi)順、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將蘋果分成了全紅和不完全紅色兩種。并且經(jīng)過(guò)擋板的作用，不同顏色的蘋果進(jìn)入各自的滑道。如圖1所示。

圖1 蘋果顏色篩選結(jié)構(gòu)示意圖

2）蘋果裝套部分。

經(jīng)過(guò)顏色篩選的蘋果進(jìn)入到下一個(gè)環(huán)節(jié)——給蘋果裝套。從顏色傳感器中沿著滑道滑下的蘋果，依次滑落到裝套系統(tǒng)中裝套機(jī)的水平托盤上。在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下蘋果水平運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蘋果即將靠近豎直裝套裝置時(shí)，蘋果上方的紅外線傳感器感應(yīng)到蘋果，此時(shí)移動(dòng)裝套裝置上的步進(jìn)電機(jī)立即啟動(dòng)，帶動(dòng)裝套裝置上的移動(dòng)裝套結(jié)構(gòu)向下移動(dòng)，對(duì)水平過(guò)來(lái)的蘋果套袋。并且在移動(dòng)裝套結(jié)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于齒條的向心運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)電熱絲收縮，從而切斷網(wǎng)套。當(dāng)移動(dòng)套袋結(jié)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)恰好能完全包住蘋果時(shí)，此時(shí)動(dòng)鉤斜著向上收縮，從而放開(kāi)被撐開(kāi)的網(wǎng)套，由于彈性形變，所以網(wǎng)套失去束縛后收縮從而包裝蘋果。然后移動(dòng)裝套結(jié)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)，周而復(fù)始。如圖2所示。

圖2 蘋果裝套示意圖

1.2 創(chuàng)新點(diǎn)

1）蘋果顏色篩選的設(shè)計(jì)。該機(jī)構(gòu)打破傳統(tǒng)思維方式，將輸送機(jī)上的托盤用塑料制成無(wú)色透明狀。如此一來(lái)，便可以在蘋果的上下左右的方向都能安裝一個(gè)顏色感應(yīng)器，對(duì)蘋果的顏色進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，從而使蘋果的顏色分離更加精確。

2）蘋果裝套的設(shè)計(jì)。安裝在移動(dòng)裝套結(jié)構(gòu)中的電熱絲在蝸卷彈簧的帶動(dòng)下能自由地收縮并且切斷網(wǎng)套，不需要絲杠電機(jī)提供動(dòng)力。如此便避免了電機(jī)的使用。

2 結(jié)論與展望

目前，從市場(chǎng)調(diào)研和專利查詢來(lái)看，生活中蘋果顏色篩選機(jī)的使用很少，自動(dòng)水果塑料網(wǎng)套包裝設(shè)備目前在市場(chǎng)上仍為空白，所以蘋果自動(dòng)裝套機(jī)屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。蘋果篩選設(shè)備具有高效率、低成本的特點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算，1臺(tái)蘋果篩選裝套工作1h相當(dāng)于人力9個(gè)人。因此，從這個(gè)角度來(lái)看，該項(xiàng)設(shè)計(jì)將能很好地取代人為手工給蘋果篩選、裝套。

概括起來(lái)，蘋果篩選、裝套機(jī)系列產(chǎn)品具有如下優(yōu)勢(shì)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠度高，體積小，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；2）基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，保證了輸送機(jī)水平運(yùn)動(dòng)和裝套裝置垂直運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)同步；3）采用閉環(huán)反饋控制，有效保障了系統(tǒng)的可靠性；4）完全采用自動(dòng)控制，一旦啟動(dòng)便能自動(dòng)工作，不需要進(jìn)行很多復(fù)雜的操作；5）具有故障自動(dòng)報(bào)警裝置，防止系統(tǒng)損壞引起事故；6）本著節(jié)約、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的原則，盡量減少電機(jī)的使用；7）重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，可在粉塵、潮濕、鹽霧腐蝕嚴(yán)重的惡劣環(huán)境下正常工作。

以蘋果篩選、自動(dòng)裝套機(jī)為基礎(chǔ)，研發(fā)更加適合市場(chǎng)需求的自動(dòng)化蘋果篩選裝套設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品操作的智能化和自動(dòng)化，為將來(lái)給用戶提供性能更加優(yōu)良的產(chǎn)品服務(wù)，向著種類更多、更加廣泛的果蔬一體化篩選、包裝機(jī)械設(shè)備制造方向發(fā)展。

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