屠佳煒　姜銳　劉高爽　沈碟　虞澄沁

【摘 要】本文作者設(shè)計了一款成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的小型全自動堅果包裝機，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，通過機構(gòu)的組合設(shè)計，由單片機控制，自動完成取袋、送袋、開袋、堅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)格堅果的包裝，非常適合堅果類網(wǎng)店銷售者使用。

【關(guān)鍵詞】小型堅果包裝機；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)民投身于開堅果網(wǎng)店的行列中，急需能代替人手工包裝山核桃的機器。雖然國內(nèi)外已經(jīng)有成熟的大型堅果包裝機，但低成本、緊湊型的全自動堅果包裝機卻幾乎空白。本作品在控制成本的基礎(chǔ)上，代替人工操作，將繁瑣的堅果包裝動作功能自動實現(xiàn)，解決了堅果銷售網(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，自己進行炒制或者委托炒貨廠代加工，加工好后再進行包裝，最后在網(wǎng)上進行售賣。包裝時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，多退少補以達到所需質(zhì)量，最后利用熱封機進行封袋。

2 機構(gòu)及結(jié)構(gòu)分析

2.1 夾袋裝置

利用氣缸帶動推桿實現(xiàn)夾持手指打開，中心桿上彈簧的復位來閉合手指，從而完成袋子的夾緊動作。如圖1所示，氣缸1上的推桿2使夾持手指5打開，袋子6依靠取袋裝置傳動慣性，碰穿夾持手指5后到達預定位置，隨即氣缸1與推桿2縮回，壓縮彈簧3復位使夾持手指5夾緊袋子6。氣缸運動一次，即手指開閉一次，可實現(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

因為袋子需要在夾袋位置、開袋位置以及封袋位置停頓，且定位精度要求高。所以利用電機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿螺母推動剪叉機構(gòu)實現(xiàn)升降的原理。如圖2所示，即電機6旋轉(zhuǎn)帶動絲桿5旋轉(zhuǎn)，根據(jù)螺紋傳動原理，絲桿螺母4會隨之軸向移動，進而推動剪叉機構(gòu)2底端的軸3水平移動，實現(xiàn)升降平臺的升降。左右兩個升降臺需同步升降，因此設(shè)計了左旋絲桿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。開袋裝置運用了連桿機構(gòu)，使用一個氣缸就實現(xiàn)兩側(cè)同步運動。具體如下：氣缸推動開袋臂，開袋臂固定在兩個箱式直線軸承上。通過連桿機構(gòu)，實現(xiàn)兩個開袋臂同時靠攏或者打開。在開袋臂上加吸盤，通過吸盤與氣缸的有序運動實現(xiàn)袋子開合。

2.4 出料、稱重及補償裝置

2.4.1 出料裝置

把取一部分堅果準備稱重的過程為出料，把達到預期質(zhì)量的堅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，出料的多少對補償次數(shù)及包裝效率有較大的影響。主要運用容積法進行出料。具體原理如下：用氣缸推動大容器內(nèi)的物料向上運輸，物料會通過料倉側(cè)面的開口落入軌道中，最后落至暫存料斗。由于不同堅果體積不同，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)板之間的相對高度，從而達到目的。

2.4.2 稱重裝置

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

2.4.3 重量補償裝置

稱重裝置會對暫存料斗內(nèi)的堅果進行初步測量，計算出與所需堅果質(zhì)量的差值，計算好后發(fā)送信號給單片機，然后進行補償。為了達到體積小，機構(gòu)簡單的目的，提出容積補償方式。重量補償裝置原理與出料方式相同，氣缸從下往上推動容器，到達指定高度后堅果從側(cè)面沿著軌道落至暫存料斗。與出料裝置相比只是縮小了容積，從而達到重量補償。補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

（1）通過齒輪雙齒條機構(gòu)調(diào)整儲袋框大小適應袋子總體尺寸的改變，利用螺旋機構(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)以適應袋寬變化；此外，通過螺旋機構(gòu)調(diào)節(jié)出料裝置容積達到適應不同包裝重量的要求。

（2）剪叉機構(gòu)與不同旋向絲桿的結(jié)合，實現(xiàn)兩側(cè)升降平臺的同步升降。

（3）先將堅果倒入料倉，利用容積控制使堅果接近設(shè)定質(zhì)量，再通過稱重反饋對堅果重量進行補償，使其最終達到設(shè)定值。整個過程稱重準確，效率高。

4 結(jié)論

該包裝機自動完成一包堅果的包裝動作需要18秒，包裝效率高于一般人工操作。目前市場上沒有體積小、價格低的堅果包裝機存在，該包裝機的出現(xiàn)滿足了當前大量以家庭作坊運營模式為主的堅果類網(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)格堅果的包裝，操作簡單，體積小、搬運方便；此外，本作品預計售價4000元，價格可被網(wǎng)店人員接受，可以室內(nèi)全天候開展生產(chǎn)工作，既提高了堅果包裝效率、減輕了人工勞動強度和降低了包裝成本，又能保證包裝的堅果更加衛(wèi)生，具有較好的應用價值和市場前景。

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[責任編輯：張濤]