刘喜平+许士超+李游+王鹏

摘要： 本机器主要针对尺寸在一定范围内的不同大小的外形轮廓近似球形的不同形状的不同品种的水果，对其进行礼品化包装，在此机器中，采用机电一体化技术实现包装纸的输送。通过异型棘轮在托盘上旋转，实现水果的运输，使水果到达机械手下后通过凸轮顶杆机构实现水果的转移和裁纸刀片的工作。机械手部分通过弹簧实现随包装物体形状而开合，从而达到包装不同尺寸，不同材质的水果的目的，后部运用收口板和封口盘实现封口动作，通过各个机构来完成包装目的。本机器利用OPP包装纸可热封的特点，对包装封口采用热封，既减少了人力投入，也因封口方式改变，省去了封口绳，节约了物力，即保留了人们对美感享受的追求，又体现了本机器的环保、快捷、节约的设计理念。

Abstract： Aimed at the different varieties of fruit with the approximate lineament and different shapes， this paper carries out the gift packaging for them. In this machine， the mechanical integration technology is used to achieve the delivery of packaging paper. The fruit transport is achieved by the rotation of the ratchet shaped on the tray to achieve the transfer of fruit and paper cutting blade work after the fruit into the mechanical hand by the cam lever mechanism. Part of the mechanical hands open and close with the shape of the packaging object by the spring to package the fruit with different sizes and different materials. The hindside uses rear closing plate and shaft cover to seal. The packaging is completed by the various agencies. Because of the OPP packaging paper can be hot sealing， this machine carries out heat sealing for the packing seal. It reduces the human input， omits the sealing rope and saves the material force by the changes of the seal. At the same time， it retains the people to enjoy the pursuit of beauty and reflects the machines design concepts of environmental protection， quick and saving.

关键词： 包装；圣诞果；机械手；热封

Key words： packaging；Christmas fruit；mechanical hand；heat sealing

中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）29-0099-03

0 引言

包装在日常生活中日趋广泛，精美包装对于人们来说更是一种追求。水果的包装不仅能给人们带来一种美的享受，也能使水果的存储时间加长。这对于市场和消费者来说都是迫切的需求。本文探讨如何设计一个机电一体化的包装机装置，以实现包装不同材质、形状和尺寸的商品，创意来源于圣诞节时的小礼物圣诞果的包装。例如包装柑橘、橙子、苹果等水果小礼品。

1 包装机的总体布局

1.1 机型选择

从实际制作上来选择，由于材料、成本和制作工艺尚存在限制，所以选择机型是小批量生产。拟定产量是20个/分钟，这样对于材料的应力就会大大减少，减少制作难度。

1.2 自动机的执行机构

根据我们的设计思路确定自动机执行机构组成如下：

①供纸机构；②顶物机构；③棘轮机构；④钳物机械手；⑤剪纸机构。

下面介绍主要执行的结构和工作原理：

棘轮和钳物机械手同步反向间歇转动，把物块依次拨至顶物包装位置（即中间啮合处）。棘轮的转动与顶物杆运动不但有时间的先后次序关系，并在空间上有一定的相互干涉，因此本设计应该避免它们的运动循时产生干涉，注意结构空间上的细节和误差。

1.3 球状水果包装机设备的工作原理

分析工艺操作顺序：

①剪纸。当送纸至指定位置时，通过刀片裁割将包装纸与卷筒分离完成剪纸动作。

②顶物。顶物杆受力向上运动，在顶物杆上升至与待包装物接触时，顶物杆顶着包装物底部向上运动，送至机械手的内部，随后顶杆返至原来位置。在这个过程中完成物品包装。

③封口。钳物机械手将物品和包装纸一起固定住，热封装置将包装口夹住，利用热封原理完成封口动作。包装机结构示意图见图1。

2 选择电动机类型

电机的选择是本次设计的重要部分，翻阅机械设计手册，结合自身设计需求，选择电动机为减速步进电机，电压为直流12V。其特点为：转速较低，工作稳定，耗电量少、运动性能稳定、工作中振动小、工作效率高、不会产生过多噪音、体积小、更易于维修。电机的相关参数如表1所示。

3 零件的设计

3.1 蜗轮蜗杆的设计

由于本次设计水果包装机的结构特殊性，要求机械手（棘轮与机械手反向同转速）每转动1圈，要包装5个水果，相当于顶物杆要推送待包装物5次。而本系统中机械手和顶物杆的速度又间接的由蜗轮蜗杆决定，所以，我们必须选择一对传动比为1：5的蜗轮蜗杆。它的材料是ZCuAl10Fe3，精度等级8，砂型铸造，适用于普通机构查表得[σH]=200MPa。蜗轮蜗杆的基本参数如表2。

3.2 锥齿轮的设计

根据设计的特殊性，需要传动比为1：1并且可以实现两个垂直轴传动来实现裁割刀片的运转。本装置选用材料为45钢的直齿圆锥齿轮。锥齿轮寿命长、高负荷承载力并且耐化学和腐蚀性强、降噪和减震、重量轻，成本低、易于成型、润滑性好。所选锥齿轮的基本参数如表3所示。

3.3 轴的设计

本次设计的水果包装机，结构比较简单，总共有5根轴，它们的受力总共来自这几个方面。一方面是轴带动装在它上面的零件过程中需要的转矩；二是凸轮及顶物杆对轴的径向冲击力；三是承受自身、轴上零件等的重力。表4为计算所得的运动参数和动力参数。

3.4 凸轮的设计

3.4.1 凸轮的选择

本次设计中，凸轮机构是一个重要环节，根据我们设计的包装机结构的特殊性，我们选用盘形凸轮。它的特点是结构简单，便于制造，广泛被用。考虑机械结构需要，选用平底直动从动件。

3.4.2 凸轮的设计与计算

根据设计空间与行程初步取基圆半径r=50mm，根据机械结构与运动需求，初步确定凸轮工作图与行程表如图2和表5。

3.5 机械手夹持装置设计

要求：①需要跟尺寸在一定范围内的水果一样的形状，并且机械手能够将待包装的水果夹住且不掉落。②保证工件正确定位。保证机械手和棘轮能在要求的位置正确定位，以便顶物杆能顺利的把物品送入机械手内腔内。机械手基本结构如图3。

3.6 箱体的设计

考虑到此包装机是属于包装食品类机械，为了食品的加工包装处于一个干净、无污等的环境中，我们利用亚克力板做箱体的上端面，将包装物品与各传动零件隔离开。箱体设计理念采用镶嵌式设计，巧妙利用铝型材自带的凹槽，将与其相适配的亚克力板固定在其中，既固定可靠，又节约亚克力板材，尽可能减少机器制造成本，提高性价比，为初期创业人员谋福利。

4 结束语

本包装设备为水果包装运输生产线全部设备的一部分，但在整个水果包装中却起到核心作用，另外本设备的结构简单，关键零部件易于加工，寿命长且加工成本低。考虑到加工技术的提高，设备制造费用应该更低一些。

经过对水果市场调查，特别是对经过外形包装和未包装的水果对比发现，经过外形包装的水果不仅比未包装的水果储藏的时间长，而且销量也要比未包装的销量大。调查还发现，消费者对于有外形包装的水果更加青睐。根据水果外形包装市场前景分析，本包装机可以节省大量的劳动力，对于水果商品销售者和网店创业初期缺少资金和人手的创业者来说，本包装机的出现，无疑是帮助他们解决了大难题，其经济价值显而易见。

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