果袋制袋機(jī)關(guān)鍵部件創(chuàng)新設(shè)計(jì)

康拓 武吉梅 劉琳琳 王睿

由于蘋果的病蟲害問題嚴(yán)重，人們往往采用噴灑農(nóng)藥的方式來減少病蟲害問題，但這樣會在蘋果上留下農(nóng)藥殘留物，從而會導(dǎo)致果品質(zhì)量嚴(yán)重下降等問題。為了解決這一嚴(yán)重問題，通過對果品進(jìn)行套袋，可以有效地避免果品病蟲害問題。隨著套袋技術(shù)的應(yīng)用，對于果品質(zhì)量提高和果品產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言是一個(gè)特別有效的途徑，可以很好地解決這一問題。目前國內(nèi)也研發(fā)了一些果袋機(jī)，但由于技術(shù)不太成熟，機(jī)器存在部分原理和結(jié)構(gòu)等方面的問題。而且生產(chǎn)的果袋制袋機(jī)有著較高的成本、出現(xiàn)故障的概率也較高，成品紙袋由于速度異步的原因?qū)е碌恼`差也很大，也不能滿足較高品質(zhì)的育果果袋生產(chǎn)的要求。因此，設(shè)計(jì)出一種高效率、高精準(zhǔn)度、結(jié)構(gòu)簡

單、易操作的果袋機(jī)是提高果品質(zhì)量的一條必經(jīng)途徑。

工藝流程

本文所設(shè)計(jì)的雙層果袋制袋機(jī)整機(jī)工藝多，制袋過程復(fù)雜要完成內(nèi)外袋的切口、切弧、側(cè)上膠、拉紙、整形、作筒等26道工序，整機(jī)的工藝流程如圖1所示。內(nèi)袋紙卷采用的材質(zhì)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(shí)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(nèi)袋紙卷在開卷后經(jīng)過倒紙輥進(jìn)行對紙張張力的調(diào)節(jié)后，經(jīng)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(zhì)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(nèi)袋紙帶在側(cè)面上膠后會經(jīng)過倒紙輥進(jìn)行作筒處理。再依次經(jīng)過整形輥、拉紙輥后上部內(nèi)袋紙筒被切斷，經(jīng)送紙裝置后掉落在外袋紙帶上，與外袋紙筒進(jìn)行復(fù)合。復(fù)合紙帶會在留邊的一側(cè)進(jìn)行上膠，上膠后會經(jīng)過進(jìn)絲工序，將鐵絲粘貼在上膠的側(cè)邊上。穿絲工序的目的是在最終完成成品果袋后，在實(shí)際對蘋果進(jìn)行套袋時(shí)，便于對套袋后的蘋果進(jìn)行捆扎。經(jīng)過穿絲工序后，在收小邊過程中會將剛才留邊上膠的側(cè)邊折疊，折疊壓緊后在斷絲工序會將鐵絲切斷。復(fù)合紙帶之后會依次經(jīng)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(jìn)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(chǎn)品添加自己的標(biāo)識。倒角工藝是給果袋底部開兩個(gè)倒角，在雨水來襲時(shí)能及時(shí)排掉果袋中的雨水，避免果袋積水，出現(xiàn)爛果壞果現(xiàn)象。復(fù)合紙帶經(jīng)拉紙后被切斷，至此，復(fù)合紙帶變?yōu)槲捶獾椎募埻?，?jīng)過底部上膠及出袋工藝，最終果袋生產(chǎn)完成。經(jīng)過折頁收集大滾筒完成對果袋的收集。

關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)理念

如圖2所示，體現(xiàn)了本文設(shè)計(jì)封底及出袋部件的整體思路，整體部件分為6個(gè)子部件。復(fù)合紙帶依次經(jīng)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(shí)現(xiàn)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(jìn)行控制，因此在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上相似，都需要采用不停機(jī)調(diào)速裝置設(shè)計(jì)，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(jìn)行印刷。將廠家的Logo、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)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(nèi)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(qiáng)外部綠葉的光合作用，增加果實(shí)養(yǎng)分的累積，有助于提高果實(shí)品質(zhì)。同時(shí)避免雨水在果袋中淤積，造成爛果現(xiàn)象。

下倒角輥通過兩個(gè)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(jìn)而帶動上部印刷部件印刷輥的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而完成印刷工序。同時(shí)，下倒角輥還要帶動其從屬部件上倒角輥轉(zhuǎn)動，根據(jù)轉(zhuǎn)軸扭矩設(shè)計(jì)和軸向穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的需求在下倒角輥固定以及齒輪固定時(shí)，需要設(shè)計(jì)更多的從屬零件以增加其強(qiáng)度，這些從屬零件及設(shè)計(jì)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(qiáng)軸向的穩(wěn)固度，并且保證機(jī)器在長時(shí)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(shè)計(jì)比拉紙部件輥?zhàn)痈鼮閺?fù)雜，這是因?yàn)榍袛嗖考墓δ軐α慵囊蟾摺D中左側(cè)部分的安裝及固定尺寸與前幾個(gè)部件均一致，采用的同樣是對輥?zhàn)髠?cè)各零部件固定的方式。右側(cè)輥體通過上部開孔，背部開槽開孔，下部開槽的復(fù)雜加工要求設(shè)計(jì)而成。切斷刀通過鉆孔后輥體上螺紋孔內(nèi)的六角平端緊定螺釘固定，這樣設(shè)計(jì)在后期生產(chǎn)使用中易換刀，且刀片可以選取更高強(qiáng)度的材質(zhì)，降低了生產(chǎn)成本。切斷刀用于切割牛皮紙，紙張強(qiáng)度與厚度較小，在設(shè)計(jì)刀面時(shí)，刀刃選用了較小角度（15°）的設(shè)計(jì)，這樣既符合切削要求，又增強(qiáng)了切斷刀的耐用性。

5.折底部件

上折底輥的設(shè)計(jì)思路如圖7所示，與圖6的上切斷輥設(shè)計(jì)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(gè)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(jīng)裁切的復(fù)合紙筒中外袋紙筒底部需要折起的部分向下壓，已實(shí)現(xiàn)需上膠折底的底部紙邊向上折起。進(jìn)而經(jīng)過上膠部件和出袋部件實(shí)現(xiàn)底部邊緣粘貼封底。在設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)現(xiàn)折起底部紙邊的目的。

調(diào)速機(jī)構(gòu)

1.不停機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)

不停機(jī)調(diào)速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是當(dāng)出現(xiàn)各部件速度異步時(shí)進(jìn)行調(diào)整速度。其裝配圖如圖8所示，不停機(jī)調(diào)速過程如下：

在機(jī)器工作時(shí)，圖中最上面長斜齒輪體所在的輥?zhàn)雍椭虚g短斜齒輪所在的輥?zhàn)油ㄟ^斜齒輪咬合是隨機(jī)器持續(xù)轉(zhuǎn)動的。當(dāng)出現(xiàn)速度異步或各部件出現(xiàn)速度差時(shí)，通過轉(zhuǎn)動右下部手輪，可以轉(zhuǎn)動手輪所在的絲杠軸。絲杠軸的轉(zhuǎn)動會使絲桿軸上的撥叉進(jìn)行橫向運(yùn)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(dāng)下部短斜齒輪左右位移發(fā)生改變，而上部長斜齒輪固定不動時(shí)，就會在兩斜齒輪咬合時(shí)出現(xiàn)線速度上的位移，從而改變最上層長斜齒輪的運(yùn)動速度。這樣在機(jī)器持續(xù)轉(zhuǎn)動的過程中，實(shí)現(xiàn)對長斜齒輪軸進(jìn)行加速或減速。調(diào)速軸另一端與需要對輥的②～⑤部件相連，通過調(diào)速軸速度的改變，各部件對輥輥?zhàn)拥乃俣纫舶l(fā)生著改變，實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)調(diào)速功能。

2.壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于各個(gè)部件。由于各部件功能的不同，因此每個(gè)部件都需要獨(dú)立的調(diào)壓裝置。印刷部件應(yīng)根據(jù)印刷質(zhì)量及油墨承印的效果來根據(jù)實(shí)際改變壓力；倒角部件應(yīng)根據(jù)外層果袋紙帶的厚度來進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；拉紙部件應(yīng)根據(jù)整機(jī)運(yùn)行速度來進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)；折底部件應(yīng)根據(jù)折底后彎折紙帶上翹程度以及上膠效果對壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；出袋部件應(yīng)根據(jù)果袋合壓成型后質(zhì)量對壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

如圖9所示，圖中展現(xiàn)了倒角部件的壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。當(dāng)需要進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)時(shí)，通過最上端的轉(zhuǎn)動手輪，帶動與手輪連接的螺桿產(chǎn)生豎直方向的位移，從而帶動輥架進(jìn)行上下移動，實(shí)現(xiàn)上倒角輥體進(jìn)行上下位移，從而實(shí)現(xiàn)對上下倒角輥體之間的壓力調(diào)節(jié)。各個(gè)部件的壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是相同的，都是通過轉(zhuǎn)動小波手輪帶動輥架體上下產(chǎn)生位移，從而使輥架體內(nèi)的上輥輥體產(chǎn)生上下位移，實(shí)現(xiàn)對上輥和下輥的壓力調(diào)節(jié)效果。圖中給出了印刷部件的壓力調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)進(jìn)行的位移。

總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的封底及出袋部件在設(shè)計(jì)上解決了目前市面上已有果袋機(jī)的速度異步、各部件工作不協(xié)調(diào)等諸多問題。同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)各部件傳動方式簡單，傳動效率高，且能實(shí)現(xiàn)各部件的各個(gè)功能，為加工和生產(chǎn)機(jī)器提供了高效率解決方案。在簡單部件設(shè)計(jì)時(shí)采用盡可能簡單的結(jié)構(gòu)，減輕部件重量，從而進(jìn)一步提高整機(jī)的運(yùn)行速度，提高出袋效率。所有零件和裝配體已經(jīng)經(jīng)過Solidworks仿真模擬分析，無干涉等現(xiàn)象，符合加工要求。