一种果树苹果自动套袋机的设计

张明康

摘 要：通过对苹果套袋技术的特点研究，设计出一中可以实现果树苹果自动套袋的机械，其主要组成部分分为走行模块和套袋模块两部分，行走部分采用履带设计，主要是为了更好地适应各种复杂的苹果地地形；套袋部分主要包括撑袋机构和套袋机构，撑袋机构主要由两个吸盘及真空发生器来完成，套袋机构则主要由封口块来快速地把果袋固定在果梗上。

关键词：苹果；自动套袋；走行模块；套袋模块

改革开放以来，我国水果产业发展迅猛。目前，水果已经成为继粮食、蔬菜之后的第三大消费产品，是我国农业发展的支柱产业之一，也是农民就业、增收、步入小康生活的主要途径之一。我国水果资源非常丰富，其中苹果产量居更是世界第一，据国家统计局统计表示，2015年我国苹果栽培总面积达300万公顷，苹果年产量已达到4000万吨以上，占全世界产量的三分之一以上，远远超过其他水果品种。

1 问题的提出

虽然我国水果种植面积、产量和消费量都雄踞世界第一，而且较过去几年都有很大程度的提高，几乎以每年200-300万吨的数量增长，人均消费量更是达到20公斤以上，远远超过世界平均水平，但是仍距我国水果市场所具有的发展潜力有很大程度上差距，而且在质量上在存在较大的缺陷，我们对这一问题进行的深入的分析，得到以下导致这一问题的原因为：1）管理水平不高，果品质量差。2）品种单一，结构不合理。3）盲目过度的使用化肥，使得苹果上残留超标。针对以上问题，我们在考虑到我国基本国情的基础上，提出了一系列相对应的策略：1）提高质量，增加产品竞争力。实行适地适栽，合理的布局种植区域。并充分发挥自然优势和品种优势，着重力度建设西北和环渤海湾两大优质苹果带，提高经济生产效益。2）培育新品种，改善产品结构。建议由国家落叶果树脱毒中心牵头，以国营良种场和园艺场为依托，以苗圃作为永久性育种繁育基地，培育出早中晚三个季节的优良苹果品种，以适应不同季节的苹果播种生产，逐步形成完善的良种繁育体系。3）减少农药的使用。建立无公害苹果生产技术体系的研究，包括产地环境选择、农药和肥料使用准则、栽培技术、病虫害综合防治技术等。上面所描述的几个原因都是导致我国苹果产量和质量的主要原因，但是本设计主要针对提高苹果质量、减少苹果被农药污染、减少害虫侵害方面着手，设计出一种果树苹果自动套袋机构。

2 果树苹果自动套袋机的设计

本设计利用模块化结构设计的方法，首先将实现某种特定功能作为一个特定模块，然后根据这一模块进行分解、设计，然后再将分解后的模块，进行组合从而达到设计目的。对于某个机械产品，其功能组成部分的划分一般是比较明确而且相对稳定的。因此这种设计模式普遍适用于多种机械产品。果树苹果自动套袋机所要实现的基本功能是完成对果树上苹果的自动套袋，本设计根据这一主要功能对其机构进行功能模块的分解，按其功能我们对其分解为走行模块、和套袋模块，套袋模块又可以细分成送袋机构模块、撑袋套袋机构模块和封袋机构模块，接下来我们将对各个模块进行方案的对比分析、设计工作。

1）走行模块设计。本次设计的果树苹果自动套袋机的针对对象是适用于各种地形的苹果果园的苹果进行套袋工作，为了达到这一目的，我们设计的走行模块选择了履带式的走行模块，因为其能更好地适应与各种偏远地区的复杂地形情况。如下图所示，我们在履带装置的上部我们安装的有一个司机操纵室，还有一个垂向升降装置，垂向升降装置则主要是利用剪式举升平台，该装置液压杆来提供动力源。用液压作用的剪式升降平台。

2）送袋机构设计。果树苹果套袋机构的主要目的是为了完成果树苹果的套袋，首先我们要确定苹果纸袋的尺寸，根据我国一般情况下苹果的尺寸，我们设计苹果果袋的尺寸为180mm×180mm，根据这一尺寸我们设计存放苹果袋的匣子及送袋机构尺寸。送袋机构的工作原理是：在送袋机构最下方为一固定座，固定座与垂向升降装置的上板连接固定，储存纸袋的匣子与固定座之间是销连接，也就是说纸袋存储匣子与底座之间在电机的驱动下可以相对转动，在苹果袋放置在长方体一侧开口的匣子内，在内侧弹簧的弹力作用下，始终保证匣子内的纸袋处于匣子的上顶部，然后再匣子顶部内侧我们设计的有一对滚轮，送袋机构工作时，滚轮保持转动，在滚轮与纸袋接触时的摩擦力的作用下，纸袋向外输送。3）撑袋机构设计。撑袋机构的主要目的是在纸袋由储放袋子的匣子内由送袋机构送出到苹果的位置的过程中，完成纸袋袋口的张开，以保证纸袋就能顺利的套在苹果的外面，从而实现苹果的自动套袋。本设计采用吸盘吸附原理来撑开纸袋，吸盘撑开纸袋的工作原理和流程：当纸袋由送袋机构进入撑袋装置位置时，首先在在撑袋机构右侧两对滚轮的作用下继续向左侧水平移动，当纸袋到达吸盘位置下侧时，吸盘在垂直方向伸缩杆的作用下下移，吸盘内空气压力减小，吸盘贴附在纸袋的上下表面，然后吸盘沿导槽向左移动，纸袋在吸盘的带动下继续向左侧移动，移动的同时吸盘的伸缩杆缩短，纸袋口就被撑开，一直移动到纸袋将苹果包住。4） 封袋机构。封袋结构的主要目的是在纸袋将苹果包住以后，封袋机构将纸袋口部密封住。封袋机构的主要设计原理：当封袋机构开始工作，在司机室有一个封袋踏板，当司机踏下踏板时，拉绳作用，密封块在拉绳的拉动下绕轴分别做顺时针、逆时针方向转动，纸袋密封。对套袋模块的各个组成部分组装，得到如上图所示的套袋模块示意图。

3 总结

我国目前农业机械化水平区域之间不均衡，各农作物品种之间的的农机发展不均衡，水果套袋技术的研究深度和广度都不如其他农业机械产品，因此苹果套袋机械的发展具有非常广阔的前景。

本次设计主要针对这一现象设计出一种可以实现果树苹果自动套袋技术的自动套袋机，且在本次设计中我们完成了以下任务：对水果套袋机械进行设计要求分析及功能要求分析，确定出组成套袋机械的各功能模块；分析各功能模块的工作要求，提出各功能模块的设计原理方案；经过分析、对比和评价，择优选取进行套袋机械整体方案综合设计，从而设计出一种使用各种复杂地形、自动实现果树苹果套袋的苹果套袋机器。

参考文献：

[1] 方沤鹏.水果套袋机械的关键技术研究[D].浙江理工大学，2011.

[2] 葛晓棠.半自动苹果套袋机器人的研究[D].中国农业大学，2005.

[3] 徐丽明，葛晓棠，张铁中.水果果袋自动撑开机构的研究[J].农业工程学报，2007，23（4）：138-143.