苹果自动包装机的设计

苹果自动包装机的设计

王北京 1  通讯作者：吕海强 2

山东协和学院 工学院，山东 济南 250109 山东协和学院 工学院，山东 济南 250109

摘  要

中国现在包装苹果通常依赖人工实现，但人工的包装效率过低、成本过高，很大程度增加果农与经销商成本，本文使用了纯机械结构的方法，来设计一台苹果自动包装机器，设计中不需要自动化控制计算和实时监测以及传感器技术，主要结构采用齿轮机构、槽轮机构、凸轮机构、轴、减速器、电动机等的组装和精准相互配合，凭借发泡网自身弹性特点来实现苹果的连续包装功能。

本文中设计计算详细完整，利用SolidWorks实现三维建模及装配合和利用CAD画二维工程图，同时做了有限元分析、爆炸图和运动仿真。

关键词：苹果  槽轮机构  凸轮机构  发泡网

1  绪论

1.1  研究的主要内容

（1）整体设计：本项目的主要部件包括：框架，电机，槽轮机构，凸轮机构，毛刷筒，齿轮，轴，剪刀等，其工作原理是利用槽轮机构的谐波运动来完成苹果的装袋和剪袋动作，并根据规定的需要，对苹果进行持续的包装。

（2）零件设计：设计半自动苹果袋包机的框架，凸轮机构，槽轮机构，电动机的选择，传动轴和传动装置的设计和检验，平面皮带的设计等。

1.2  设计的任务

（1）查（借）阅相关理论资料，了解本课题中的注意事项、设计重点、撰写开题报告。

（2）继续阅读学习相关文献资料，在学习过程中制定苹果自动包装机总体设计方案。

（3）根据设计需求，重点解决果农的痛点，根据实际问题对结构进行设计，计算确定机构传动比。

（4）进行基础数据计算，对轴的设计及校核进行计算。

（5）通过计算数据选择合适驱动电机。

（6）对本设计产品在实际工作中可能会出现的问题以及自身所存在缺点进行分析，并尝试提出改进的方案思路。

（7）绘制苹果自动包装机的零件图和装配图，对毕业设计论文进行撰写。

1.3  设计要求

为降低果农的劳动强度，提高果品包装的效率，研制了一种包装设备，用于包装果品包装，避免果品包装时的碰撞、划伤。

(1)以小型农户为目标用户，产品体积不应太大，应容易携带、易操作、价格低廉。

(2)在进行部件设计时，应该尽量避免无谓的焊接和硬装。利用柔性螺栓进行连接固定，便于零件的拆卸和安装。

(3)在生产的时候，尽可能的采用标准零件，这样可以大大的降低生产成本，满足小型企业的要求。

(4)由于小农户的知识水平、技术素质，不一定能够解决常见的问题，因此在设计时应尽可能地便于操作人员的操作和维护。

2  苹果网套自动包装机的设计简介

2.1  工作原理

本设计中苹果自动包装机是一种可以通过巧妙的机械相互配合，从而能实现苹果的连续包装的设备。

苹果自动包装机的工作过程如下：

（1）首先在一定高度的套筒上套上合适的苹果包装发泡网，提升机构将需要包装的苹果运输到套筒里边。

（2）苹果在地心引力的影响下，顺着套管的轨道滑到了套管的底部，这时套管外部的泡沫网会自动地把苹果套在里面。

（3）同时，在凸轮的作用下，通过连接在剪刀上的绳索，将发泡网片剪断。紧接着通过苹果出果机构（运动链）运送至储存箱中储存，在储存箱内侧特别设计一个向下有一定倾斜度的挡板，目的是用来缓冲苹果滑落速度过快导致到储果斗底部时受到磕碰，避免苹果直接落下时受损。

（4）在苹果包装动作结束之后，两个毛刷筒便会转动起来，以推动发泡网持续向下移动，从而填充上一个苹果包装时所用的发泡网，发泡网的移动距离为上一个苹果所用的发泡网的固定长度，当发泡网自动补充完成后，下一个苹果沿着套筒轨迹由于重力作用继续滑落到达套筒底部，以此类循环实现苹果的自动包装。

整个工作过程中通过凸轮机构来实现剪刀剪切发泡网的动作，凸轮具体原理下文会详细介绍，通过平带带动来完成毛刷筒带动发泡网。

2.3  苹果自动网套自动包装机的主要零件介绍

2.3.1  槽轮机构

槽轮机构具有比较高的机械效率，而且加工起来也比较方便。不过，它的行程时间不能进行调整，且旋转角度不能太小。因为槽轮在起动和停止时的冲击力和加速度都在不断增加，随着速度的增加或槽轮槽数的增加，槽轮的加速度也会随之而增大。因此，它并不适合高速的运动，而是经常用来实现位移的移动且不需要经常的来进一步调整。

2.3.2  凸轮机构

凸轮机构的从动件为连杆，连杆末端的一端沿着凸轮的内轮廓曲线接触，顺着内轮廓轨迹传递动力。在从动件连杆的末端特意设计了滚轮，其作用目的是为减少凸轮与从动件与之间摩擦阻力过大以及产生过多的磨损，增加机械机构的使用寿命，

2.3.3  齿轮机构

在日常运用中，齿轮传动是应用最为广泛的传动机构之一。以其适用范围广、结构紧凑、传动效率高、寿命长和工作可靠等一系列优点而为人们所喜爱。当然齿轮传动也存在一些缺点如安装时对精度要求高、制造成本高、在某些特定工作环境中，如在经常受到冲击的场景中工作时容易变形从而降低传动效率和传动平顺性，因此齿轮传动的选择也应该结合实际需求来进行。

2.4  本章小结

本章节对苹果包装机的整体结构作了详细的说明，叙述了苹果包装机工作的的流程原理，重点说明槽轮机构、凸轮机构等重要机构的运作机理。对整体装置的主要零部件和辅助零部件作了三维模型介绍。

3  苹果自动包装机电动机类型结构选择

本苹果自动包装机主要是单班制工作，需要确保一年至少300天的工作标准，且需要满足至少10年的正常工作寿命，输送皮带的传动速度误差应控制在±3%以内。

依据原始数据：输送带牵引力为F=0.1kn，主动轴圆周速度为V=0.20m/s，轴直径为D=30mm。

4  减速器箱内的圆柱齿轮传动的设计

在这个方案中，高速段的齿轮使用斜齿轮，低速段则使用直齿轮。

因计算方式存在重复性，为避免累赘和篇幅繁琐，在齿轮校核中，仅以其中一直齿圆柱齿轮为例作详细校核，其他校核计算，这里不做一一说明。

主轴属普通旋转轴，可采用弯曲和扭转组合公式来计算和检验其强度。（附：选择强度校核的理由：为了防止或者检验轴的断裂和塑性变形，且轴的工作能力状况通常主要取决于轴的强度。）通过有关的受力分析可知，该主轴属普通转轴，可用弯曲和扭转组合公式来计算和检验其强度。

5  苹果自动包装机的缺点与改进

本文在完成机构或装置的设计时，可能存在不能完全的满足所有要求条件，苹果自动包装机在某种特定情况下，会存在设计缺陷和有待优化改进的方面。因此本章节结合理论实践详细说明了其中可能会存在的设计缺陷和工作状态下有待改进的地方。

参考文献

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[2].封胜军,褚一帆,王铁军,沈重仪,周建顺,王通波.FDY自动化包装线PLC控制翻转机构的设计[J].合成纤维,2023,52(02):32-35.DOI:10.16090/j.cnki.hcxw.2023.02.011.

[3].王琰,高丽华.基于PLC和机器视觉的药瓶包装系统设计[J].机电工程技术,2023,52(01):172-176.

论文来源：2023届本科毕业论文（设计）

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