盆花包裝機(jī)的開發(fā)

黃森林，梁志偉，黃文杰，尹樹文，李福強(qiáng)，楊艷麗，辜 松※

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州 510642；2.廣州實凱機(jī)電科技有限公司，廣州 510642）

盆花包裝機(jī)的開發(fā)

黃森林1，梁志偉1，黃文杰1，尹樹文1，李福強(qiáng)1，楊艷麗2，辜 松1※

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，廣州 510642；2.廣州實凱機(jī)電科技有限公司，廣州 510642）

針對我國花卉行業(yè)生產(chǎn)中盆花包裝環(huán)節(jié)仍以人工包裝為主，效率低成本高的問題，開發(fā)了一種盆花包裝機(jī)械。并提出了一種鉤袋式負(fù)壓吸附開袋方法，以保證開袋機(jī)構(gòu)能在運(yùn)動中穩(wěn)定可靠地打開包裝袋，使包裝機(jī)開袋成功率和作業(yè)生產(chǎn)率得到改善。

盆花 包裝機(jī) 開發(fā) 鉤袋

0 引言

近年來，由于我國人均收入增加而導(dǎo)致其消費(fèi)水平的提升。國人對花卉的需求量也越來越大，花卉市場正處于迅猛發(fā)展的階段。而在這個大環(huán)境下，對有安全、便利及美觀等多個優(yōu)點(diǎn)的包裝功能人們也越來越重視，所以對花卉包裝的要求也越來越嚴(yán)苛[1-5]?，F(xiàn)下，大部分的盆花產(chǎn)品都采用塑料透明薄膜袋進(jìn)行包裝生產(chǎn)。不過值得注意的是，2010年我國花卉種植面積已達(dá)91.76萬hm2，花卉的生產(chǎn)量是具有一定規(guī)模的。而與之對應(yīng)的是相對效率較低的盆花包裝工序：主要由人工完成，平均作業(yè)生產(chǎn)率僅為300盆/h左右。由此可見，對于隨著我國花卉市場的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大和現(xiàn)在的人力資源價格也日益提高的今天來說[6-10]，目前的生產(chǎn)包裝模式已不再合適，花卉包裝需要進(jìn)入自動化時代。

現(xiàn)在的園藝強(qiáng)國荷蘭已在盆花生產(chǎn)的過程中實現(xiàn)并廣泛使用了自動化裝備進(jìn)行作業(yè)。其中專門針對包裝工序已開發(fā)出多種類型的包裝機(jī)械[11-17]。例如VISSER公司開發(fā)的大型盆花包裝機(jī)（Sleeving machine VikopackⅢ）[18]，生產(chǎn)率為2 000盆/h；Createch公司開發(fā)的小型盆花包裝機(jī)[19]，生產(chǎn)率為1 200盆/h。以上兩款機(jī)械都是利用負(fù)壓吸盤打開包裝袋，再為盆花套上完成包裝的形式來進(jìn)行作業(yè)。不過，以上機(jī)械由于單價成本較貴，所以并不適合國內(nèi)的生產(chǎn)模式[20-23]。此外，國外的盆花包裝機(jī)開袋機(jī)構(gòu)由于負(fù)壓吸盤的不穩(wěn)定，所以在包裝作業(yè)時開袋的成功率并不如人意，影響了整體包裝作業(yè)的成功率。

本文針對開袋不穩(wěn)定這個問題，設(shè)計出了鉤袋式的負(fù)壓吸附開袋機(jī)構(gòu)，通過有鉤袋開袋機(jī)構(gòu)和無鉤袋開袋機(jī)構(gòu)的開袋成功率試驗的對比，研究結(jié)果會為盆花包裝機(jī)的開發(fā)提供支持。

1 總體設(shè)計

1.1 作業(yè)流程

盆花的包裝一般是指給成品盆花套上包裝袋。目前人工包裝盆花主要有以下幾個流程（如圖1）：首先是打開薄膜袋；二是固定薄膜袋；三是將包裝袋撐開；四是將盆花放入包裝袋中；最后完成包裝。盆花包裝機(jī)的工作流程和以上流程大致相同，本包

裝機(jī)的開發(fā)也是圍繞以上工作流程進(jìn)行的。

圖1 作業(yè)流程

圖2 包裝機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

1.2 主要構(gòu)成

盆花包裝機(jī)的構(gòu)成主要有供袋機(jī)構(gòu)、開袋機(jī)構(gòu)、夾袋機(jī)構(gòu)、套袋機(jī)構(gòu)、機(jī)架、控制部分等（如圖2）。供袋機(jī)構(gòu)在開袋位置連續(xù)供給包裝袋；開袋機(jī)構(gòu)在開袋位置將供給的包裝袋打開；夾袋機(jī)構(gòu)在包裝袋打開后將包裝袋上口撐開至近似圓形，并將其夾住，以便盆花能順利落入包裝袋中；套袋機(jī)構(gòu)在包裝袋到達(dá)套袋位置后，將盆花送入到上口撐開呈近似圓形的包裝袋中。為提高作業(yè)效率，盆花包裝機(jī)分別設(shè)置2套供袋機(jī)構(gòu)、開袋機(jī)構(gòu)和夾袋機(jī)構(gòu)，在一套機(jī)構(gòu)進(jìn)行套袋工序時，另一套機(jī)構(gòu)開始準(zhǔn)備下一個包裝袋。兩套供袋機(jī)構(gòu)、開袋機(jī)構(gòu)分別呈對稱布置，安裝在機(jī)器左右兩邊。2套夾袋機(jī)構(gòu)呈90°布置，可繞換位軸旋轉(zhuǎn)，依次循環(huán)將兩套開袋機(jī)構(gòu)打開的包裝袋撐開、夾住，并送到套袋位置。

此外，本盆花包裝機(jī)相對于其他機(jī)型增加了一個鉤袋裝置，安裝在開袋機(jī)構(gòu)上，主要用于防止開袋過程中由于開袋機(jī)構(gòu)吸盤負(fù)壓不足導(dǎo)致包裝袋滑落的情況。鉤袋裝置的應(yīng)用明顯了提高包裝機(jī)的工作效率。

1.3 主要參數(shù)

該盆花包裝機(jī)樣機(jī)的外形尺寸為1 850 mm× 978 mm×1 384 mm。主要是針對花盆盆徑為170～230 mm的盆花設(shè)計的。適用的包裝袋尺寸總高610 mm，上邊寬540 mm，下邊寬190 mm，包裝袋夾持帶高度45 mm；生產(chǎn)率1 287盆/h。

1.4 工作原理

包裝機(jī)作業(yè)流程：①通過人工將包裝袋單元放入左右供袋機(jī)構(gòu)上，供袋機(jī)構(gòu)自動把包裝袋單元運(yùn)到開袋位置。②盆花通過輸入輸送帶送到套袋機(jī)構(gòu)的盆花落板處。③其中一套開袋機(jī)構(gòu)打開開袋位置處的包裝袋單元最外層的包裝袋，并把包裝袋上口拉開。④夾袋機(jī)構(gòu)向下插入包裝袋中，然后將包裝袋上口撐開成近似圓形并夾住。⑤換位軸轉(zhuǎn)過90°，被夾持的包裝袋被撕下沿撕拉線脫離包裝袋單元，跟隨夾持機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)至套袋位置，與此同時，另一夾袋機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到另一開袋的位置處。⑥套袋機(jī)構(gòu)上的盆花落板打開，待包裝的盆花落到已打開好呈接近圓形的包裝袋中，盆花套上包裝袋。⑦夾袋機(jī)構(gòu)松開已包裝好盆花的包裝袋，包裝好的盆花落在盆花托盤上，通過輸出輸送帶送出包裝機(jī)，完成一次盆花包裝作業(yè)。⑧換位軸接著轉(zhuǎn)過90°，重復(fù)上述過程，進(jìn)入下一次包裝循環(huán)作業(yè)。

本文提出的鉤袋裝置主要由吸盤、鉤袋裝置、運(yùn)動裝置等組成，如圖3。其工作原理是：在負(fù)壓式吸盤將供袋機(jī)構(gòu)的包裝袋吸附運(yùn)動打開的過程中，鉤袋裝置夾住運(yùn)動的包裝袋上被吸附的一邊，避免吸盤和吸附的包裝袋脫開；吸盤通過負(fù)壓把包裝袋吸住，鉤袋裝置將吸盤吸開的包裝袋鉤住，防止了包裝袋的脫落，運(yùn)動裝置帶動吸盤和鉤袋裝置把包裝袋拉開。

2 性能試驗

圖3 鉤袋裝置

盆花包裝機(jī)的工作效率主要由盆花和包裝袋的供給速度決定，而包裝袋的供給速度在很大程度上影響了開袋成功率，所以盆花包裝機(jī)的試驗主要包括兩個內(nèi)容：一是考察現(xiàn)有盆花包裝機(jī)的開袋成功率和存在問題，二是在盆花包裝機(jī)中增設(shè)鉤袋機(jī)構(gòu)后的開袋成功率和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2.1 試驗方法

2.1.1 無鉤袋機(jī)構(gòu)的盆花包裝機(jī)試驗

試驗考察在不同的開袋速度v的情況下包裝機(jī)開袋成功率。開袋速度v是指開袋機(jī)構(gòu)上吸盤在進(jìn)行開袋作業(yè)時圓周運(yùn)動的切線速度，可以通過調(diào)節(jié)推桿氣缸進(jìn)氣調(diào)速閥調(diào)節(jié)。使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實拍氣缸驅(qū)動運(yùn)動裝置的最大開袋速度v可以達(dá)到0.56 m/s，通過調(diào)節(jié)氣缸調(diào)速閥，開袋速度v在0.09 m/s到0.56 m/s間取10個近似等間隔的速度點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)試驗。每個速度點(diǎn)進(jìn)行50次試驗，作業(yè)過程通過數(shù)字?jǐn)z像機(jī)拍攝，測取開袋速度v、開袋耗時t，計算開袋成功率。

2.1.2 有鉤袋機(jī)構(gòu)的盆花包裝機(jī)的試驗

在無鉤袋機(jī)構(gòu)的試驗中確定合理的開袋速度區(qū)域，在合理區(qū)域內(nèi)取3個速度對有鉤袋機(jī)構(gòu)的盆花包裝機(jī)進(jìn)行作業(yè)試驗，每組重復(fù)9次考察作業(yè)情況。通過PLC設(shè)定吸盤在運(yùn)動裝置帶動下開始拉袋0.15 s后開始鉤袋。

2.2 試驗結(jié)果與分析

2.2.1 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果見表1和表2。

表1 無鉤袋盆花包裝機(jī)試驗結(jié)果

表2 有鉤袋盆花包裝機(jī)試驗結(jié)果

2.2.2 分析

表1中試驗結(jié)果顯示，隨著開袋速度的增加，開袋的成功率逐漸下降，成反比關(guān)系。但速度v達(dá)到0.30 m/s時，成功率下降至90%以下；當(dāng)達(dá)到最大速度0.56 m/s時，成功率下降到13%。由此可見，無鉤袋機(jī)構(gòu)的盆花包裝機(jī)的開袋速度v不宜大于0.30 m/s，否則開袋成功率下降到90%以下，無法滿足實際生產(chǎn)需求。

比較表1和表2的試驗數(shù)據(jù)可以看出，以往無鉤袋盆花包裝機(jī)為保證達(dá)到實際生產(chǎn)要求的開袋成功率90%，其開袋速度v只能維持在0.30 m/s以下；在增設(shè)鉤袋機(jī)構(gòu)以后，開袋速度v提高到0.41 m/s時仍可以獲得95%的開袋成功率。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，v=0.26 m/s時，開袋時間t=0.58 s；v=0.41 m/s時，開袋時間t=0.37 s，即增設(shè)鉤袋機(jī)構(gòu)后在單盆花包裝作業(yè)循環(huán)時間可節(jié)約0.21 s?，F(xiàn)有的盆花包裝機(jī)的單盆包裝作業(yè)耗時為3.00 s，生產(chǎn)率約為1 200盆

/h，則采用鉤袋機(jī)構(gòu)后單盆包裝時間節(jié)省0.21 s，生產(chǎn)率可提高7.3%。

3 結(jié)論

圖4 盆花包裝機(jī)的實體作業(yè)

1）盆花包裝機(jī)的生產(chǎn)率為1 200盆/h以上，較人工包裝大大提高了盆花包裝的效率。

2）鉤袋機(jī)構(gòu)的應(yīng)用使盆花包裝機(jī)在提高開袋速度時有效防止包裝袋的脫落，并在維持開袋成功率達(dá)95%的條件下，可提高包裝作業(yè)生產(chǎn)率7.3%以上，其實體作業(yè)如圖4。

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Exploitation of the Potted Flower Packing Machine

Huang Senlin1Liang Zhiwei1Huang Wenjie1Yin Shuwen1Li Fuqiang1Yang Yanli2Gu Song1
(1.College of Engineering,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China;2.Guangzhou Sky Mechanical&electrical Technology CO.,Ltd,Guangzhou 510642,China;)

Considering the problem that the package of potted flower is mainly based on artificial packaging in the flower industry as well as the problem of high efficiency and low cost,now we have exploited a potted flower packaging machine,and came up a hook-bag way and vacuum adsorption method,in order to ensure the machine could open the bag stably and reliably while in motion,thus the success rate of opening bags and efficiency can be improved.

Potted Flower Packing Machine Exploitation hook-bag

黃森林（1993-），男，工學(xué)學(xué)士，E-mail:huangslin1993@163.com。

※通訊作者：辜松（1963-），男，博士生導(dǎo)師，教授，博士，農(nóng)業(yè)工程學(xué)會會員，主要從事現(xiàn)代園藝生產(chǎn)裝備的研究。廣州華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，510642。Email:sgu666@sina.com