果袋制袋機關鍵部件創新設計

康拓 武吉梅 劉琳琳 王睿

由于蘋果的病蟲害問題嚴重，人們往往采用噴灑農藥的方式來減少病蟲害問題，但這樣會在蘋果上留下農藥殘留物，從而會導致果品質量嚴重下降等問題。為了解決這一嚴重問題，通過對果品進行套袋，可以有效地避免果品病蟲害問題。隨著套袋技術的應用，對于果品質量提高和果品產業發展而言是一個特別有效的途徑，可以很好地解決這一問題。目前國內也研發了一些果袋機，但由于技術不太成熟，機器存在部分原理和結構等方面的問題。而且生產的果袋制袋機有著較高的成本、出現故障的概率也較高，成品紙袋由于速度異步的原因導致的誤差也很大，也不能滿足較高品質的育果果袋生產的要求。因此，設計出一種高效率、高精準度、結構簡

單、易操作的果袋機是提高果品質量的一條必經途徑。

工藝流程

本文所設計的雙層果袋制袋機整機工藝多，制袋過程復雜要完成內外袋的切口、切弧、側上膠、拉紙、整形、作筒等26道工序，整機的工藝流程如圖1所示。內袋紙卷采用的材質是紅色蠟紙，改變蘋果在套袋后對色光吸收的頻段，使得蘋果更加紅潤有光澤。同時可以減少雨水對蘋果的擊打力并能有效防止病蟲害。圖中的內袋紙卷在開卷后經過倒紙輥進行對紙張張力的調節后，經過切口、切弧等步驟直接在紙帶上模切出所需的形狀。外帶紙卷采用的材質是牛皮紙，控制太陽光照量，避免光照過剩曬傷蘋果，在夜晚又能提供很好的保溫作用，從而增加蘋果的甜度。

內袋紙帶在側面上膠后會經過倒紙輥進行作筒處理。再依次經過整形輥、拉紙輥后上部內袋紙筒被切斷，經送紙裝置后掉落在外袋紙帶上，與外袋紙筒進行復合。復合紙帶會在留邊的一側進行上膠，上膠后會經過進絲工序，將鐵絲粘貼在上膠的側邊上。穿絲工序的目的是在最終完成成品果袋后，在實際對蘋果進行套袋時，便于對套袋后的蘋果進行捆扎。經過穿絲工序后，在收小邊過程中會將剛才留邊上膠的側邊折疊，折疊壓緊后在斷絲工序會將鐵絲切斷。復合紙帶之后會依次經過打氣孔、印刷、切直邊、倒角等工藝。打氣孔為了增加果袋的透氣性，使果品更好的進行光合作用，累積果量。印刷工藝是在果袋表面印刷上商家的Logo，印刷批次等信息，為產品添加自己的標識。倒角工藝是給果袋底部開兩個倒角，在雨水來襲時能及時排掉果袋中的雨水，避免果袋積水，出現爛果壞果現象。復合紙帶經拉紙后被切斷，至此，復合紙帶變為未封底的紙筒，經過底部上膠及出袋工藝，最終果袋生產完成。經過折頁收集大滾筒完成對果袋的收集。

關鍵部件設計

1.設計理念

如圖2所示，體現了本文設計封底及出袋部件的整體思路，整體部件分為6個子部件。復合紙帶依次經過印刷部件、倒角部件、拉紙部件、切斷部件、折底部件和出袋部件，以實現對果袋的封底及出袋功能。其中②～⑤部件都需要對上下印輥咬合位置進行控制，因此在設計結構上相似，都需要采用不停機調速裝置設計，改變速度異步等問題。

2.印刷部件

印刷部件的三維模型如圖3所示。印刷部件主要是通過圖中的圓形印版進行印刷。將廠家的Logo、產品名稱、產品代碼和印刷批次等信息印刷到果袋上，從而清楚地表明果袋上的信息。通常印刷的內容為單色且簡單的信息，多采用膠印的印刷方式，利用圓壓平的原理，即圓形印輥壓印在平板上。

3.倒角部件

上、下倒角輥的三維模型圖如圖4、圖5所示。倒角部件的主要功能是通過在果袋底部切口來增加果袋的透氣性。蘋果在套袋后通過底部空氣對流能增加周圍的空氣流動性，從而增強外部綠葉的光合作用，增加果實養分的累積，有助于提高果實品質。同時避免雨水在果袋中淤積，造成爛果現象。

下倒角輥通過兩個齒輪帶動將動力傳遞給①部件即印刷部件的傳動輥，該傳動輥進而帶動上部印刷部件印刷輥的轉動，進而完成印刷工序。同時，下倒角輥還要帶動其從屬部件上倒角輥轉動，根據轉軸扭矩設計和軸向穩定性設計的需求在下倒角輥固定以及齒輪固定時，需要設計更多的從屬零件以增加其強度，這些從屬零件及設計同樣適用于也需求于③～⑤部件。由圖5可以看出，下倒角輥采用兩端滾珠軸承和擋圈的固定方式，這樣可以增強軸向的穩固度，并且保證機器在長時間工作中下倒角輥兩端的同軸度。

4.切斷部件

由圖6中可以看出，上切斷輥的設計比拉紙部件輥子更為復雜，這是因為切斷部件的功能對零件的要求更高。圖中左側部分的安裝及固定尺寸與前幾個部件均一致，采用的同樣是對輥左側各零部件固定的方式。右側輥體通過上部開孔，背部開槽開孔，下部開槽的復雜加工要求設計而成。切斷刀通過鉆孔后輥體上螺紋孔內的六角平端緊定螺釘固定，這樣設計在后期生產使用中易換刀，且刀片可以選取更高強度的材質，降低了生產成本。切斷刀用于切割牛皮紙，紙張強度與厚度較小，在設計刀面時，刀刃選用了較小角度（15°）的設計，這樣既符合切削要求，又增強了切斷刀的耐用性。

5.折底部件

上折底輥的設計思路如圖7所示，與圖6的上切斷輥設計思路相近。采用的折底刀尺寸與折斷刀的尺寸一致，但在刀面上開了兩個錐孔，目的是為了將折底刀固定在上拉紙輥體上。此部件的功能是將已經裁切的復合紙筒中外袋紙筒底部需要折起的部分向下壓，已實現需上膠折底的底部紙邊向上折起。進而經過上膠部件和出袋部件實現底部邊緣粘貼封底。在設計時，折底刀并沒有安裝在中心軸面上，通過與下折底輥的凹槽配合，以實現折起底部紙邊的目的。

調速機構

1.不停機調速機構

不停機調速機構設計的目的是當出現各部件速度異步時進行調整速度。其裝配圖如圖8所示，不停機調速過程如下：

在機器工作時，圖中最上面長斜齒輪體所在的輥子和中間短斜齒輪所在的輥子通過斜齒輪咬合是隨機器持續轉動的。當出現速度異步或各部件出現速度差時，通過轉動右下部手輪，可以轉動手輪所在的絲杠軸。絲杠軸的轉動會使絲桿軸上的撥叉進行橫向運動，通過撥叉的左右移動從而帶動短斜齒輪在軸向方向左右移動。當下部短斜齒輪左右位移發生改變，而上部長斜齒輪固定不動時，就會在兩斜齒輪咬合時出現線速度上的位移，從而改變最上層長斜齒輪的運動速度。這樣在機器持續轉動的過程中，實現對長斜齒輪軸進行加速或減速。調速軸另一端與需要對輥的②～⑤部件相連，通過調速軸速度的改變，各部件對輥輥子的速度也發生著改變，實現了不停機調速功能。

2.壓力調節機構

壓力調節機構應用于各個部件。由于各部件功能的不同，因此每個部件都需要獨立的調壓裝置。印刷部件應根據印刷質量及油墨承印的效果來根據實際改變壓力；倒角部件應根據外層果袋紙帶的厚度來進行壓力調節；拉紙部件應根據整機運行速度來進行壓力調節；折底部件應根據折底后彎折紙帶上翹程度以及上膠效果對壓力進行調節；出袋部件應根據果袋合壓成型后質量對壓力進行調節。

如圖9所示，圖中展現了倒角部件的壓力調節機構。當需要進行壓力調節時，通過最上端的轉動手輪，帶動與手輪連接的螺桿產生豎直方向的位移，從而帶動輥架進行上下移動，實現上倒角輥體進行上下位移，從而實現對上下倒角輥體之間的壓力調節。各個部件的壓力調節機構是相同的，都是通過轉動小波手輪帶動輥架體上下產生位移，從而使輥架體內的上輥輥體產生上下位移，實現對上輥和下輥的壓力調節效果。圖中給出了印刷部件的壓力調節裝置三維模型，圖中對輥架體做了透明處理，以便清楚地看清動力調節進行的位移。

總結

本文設計的封底及出袋部件在設計上解決了目前市面上已有果袋機的速度異步、各部件工作不協調等諸多問題。同時在設計時各部件傳動方式簡單，傳動效率高，且能實現各部件的各個功能，為加工和生產機器提供了高效率解決方案。在簡單部件設計時采用盡可能簡單的結構，減輕部件重量，從而進一步提高整機的運行速度，提高出袋效率。所有零件和裝配體已經經過Solidworks仿真模擬分析，無干涉等現象，符合加工要求。