网店用小型全自动坚果包装机设计

屠佳炜　姜锐　刘高爽　沈碟　虞澄沁

【摘 要】本文作者设计了一款成本低、结构紧凑的小型全自动坚果包装机，主要由取袋装置、夹袋装置、包装袋输送装置、开袋装置、称重出料装置以及封袋装置等六部分组成，通过机构的组合设计，由单片机控制，自动完成取袋、送袋、開袋、坚果称重落料和袋子封口等包装工序。该设备可用于山核桃、开心果、夏威夷果、榛子等不同种类、不同规格坚果的包装，非常适合坚果类网店销售者使用。

【关键词】小型坚果包装机；夹袋装置；开袋装置；称重出料装置；山核桃

0 引言

临安是中国最大的山核桃产地，山核桃年产量约在1.1-1.3万吨左右，产值超过23亿元。在临安，70%的农户其货币收入大部分来自于山核桃。而随着临安市成立了中国坚果炒货食品城、电商科技园和跨境电子商务园，越来越多的农民投身于开坚果网店的行列中，急需能代替人手工包装山核桃的机器。虽然国内外已经有成熟的大型坚果包装机，但低成本、紧凑型的全自动坚果包装机却几乎空白。本作品在控制成本的基础上，代替人工操作，将繁琐的坚果包装动作功能自动实现，解决了坚果销售网店存在的人手少、工作量大的问题。

1 人工包装动作分析

临安网商的山核桃经过采摘、脱蒲、筛选、晒干等工序后，自己进行炒制或者委托炒货厂代加工，加工好后再进行包装，最后在网上进行售卖。包装时先取一料勺山核桃放入包装袋，接着把包装袋放入电子秤上，根据质量显示，多退少补以达到所需质量，最后利用热封机进行封袋。

2 机构及结构分析

2.1 夹袋装置

利用气缸带动推杆实现夹持手指打开，中心杆上弹簧的复位来闭合手指，从而完成袋子的夹紧动作。如图1所示，气缸1上的推杆2使夹持手指5打开，袋子6依靠取袋装置传动惯性，碰穿夹持手指5后到达预定位置，随即气缸1与推杆2缩回，压缩弹簧3复位使夹持手指5夹紧袋子6。气缸运动一次，即手指开闭一次，可实现上一周期包装好袋子的掉落与下一周期新的包装袋被夹持。

2.2 袋子输送装置

因为袋子需要在夹袋位置、开袋位置以及封袋位置停顿，且定位精度要求高。所以利用电机带动丝杆转动，丝杆螺母推动剪叉机构实现升降的原理。如图2所示，即电机6旋转带动丝杆5旋转，根据螺纹传动原理，丝杆螺母4会随之轴向移动，进而推动剪叉机构2底端的轴3水平移动，实现升降平台的升降。左右两个升降台需同步升降，因此设计了左旋丝杆5与右旋丝杆7，两丝杆通过联轴器连接。

2.3 开袋装置

在落料之前需把袋子打开。开袋装置运用了连杆机构，使用一个气缸就实现两侧同步运动。具体如下：气缸推动开袋臂，开袋臂固定在两个箱式直线轴承上。通过连杆机构，实现两个开袋臂同时靠拢或者打开。在开袋臂上加吸盘，通过吸盘与气缸的有序运动实现袋子开合。

2.4 出料、称重及补偿装置

2.4.1 出料装置

把取一部分坚果准备称重的过程为出料，把达到预期质量的坚果落入袋子中的过程为落料。出料是包装过程中关键的一步，出料的多少对补偿次数及包装效率有较大的影响。主要运用容积法进行出料。具体原理如下：用气缸推动大容器内的物料向上运输，物料会通过料仓侧面的开口落入轨道中，最后落至暂存料斗。由于不同坚果体积不同，要求大容器容积可调节，因此在大调节板上开了槽口，用于调节大三角块与大调节板之间的相对高度，从而达到目的。

2.4.2 称重装置

袋装坚果质量准确与否对于创业人员和顾客来说至关重要。称重方式有机械方式与电子方式两种，为了达到称重精确，我们采用应变式压力传感器称重方式。

2.4.3 重量补偿装置

称重装置会对暂存料斗内的坚果进行初步测量，计算出与所需坚果质量的差值，计算好后发送信号给单片机，然后进行补偿。为了达到体积小，机构简单的目的，提出容积补偿方式。重量补偿装置原理与出料方式相同，气缸从下往上推动容器，到达指定高度后坚果从侧面沿着轨道落至暂存料斗。与出料装置相比只是缩小了容积，从而达到重量补偿。补偿装置安放在落料装置旁边，相比其他方式，不需要额外部件，节约体积与成本。

3 创新点

（1）通过齿轮双齿条机构调整储袋框大小适应袋子总体尺寸的改变，利用螺旋机构调节包装袋夹持手指的中心距和通过斜顶块位置调节以适应袋宽变化；此外，通过螺旋机构调节出料装置容积达到适应不同包装重量的要求。

（2）剪叉机构与不同旋向丝杆的结合，实现两侧升降平台的同步升降。

（3）先将坚果倒入料仓，利用容积控制使坚果接近设定质量，再通过称重反馈对坚果重量进行补偿，使其最终达到设定值。整个过程称重准确，效率高。

4 结论

该包装机自动完成一包坚果的包装动作需要18秒，包装效率高于一般人工操作。目前市场上没有体积小、价格低的坚果包装机存在，该包装机的出现满足了当前大量以家庭作坊运营模式为主的坚果类网店创业人员的需求。本作品可以用于不同种类、不同规格坚果的包装，操作简单，体积小、搬运方便；此外，本作品预计售价4000元，价格可被网店人员接受，可以室内全天候开展生产工作，既提高了坚果包装效率、减轻了人工劳动强度和降低了包装成本，又能保证包装的坚果更加卫生，具有较好的应用价值和市场前景。

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[责任编辑：张涛]