贮藏用柑橘薄膜包装机的设计与试验

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柑橘产业是国内南方农村经济支柱产业,全国柑橘种植面积和产量持续增加。约1/3的柑橘在采后需贮藏2-3个月,用于市场调节,但柑橘在贮藏过程中非常容易受到青霉和绿霉的侵染,导致成柑橘大面积腐烂,造成大量经济损失。采用透水透气性较好的薄膜对柑橘进行单果包装,可有效地避免柑橘的交叉感染,减少柑橘的失水及腐烂。柑橘贮藏采用的薄膜为0.01~0.03mm,厚度较薄,抗拉强度低,用在现有的薄膜包装机上时易产生撕裂,难以包装。目前,柑橘入库前的贮藏包装主要依靠人工套袋完成,劳动强度大且效率较低,因此,开展贮藏用柑橘薄膜包装机械的研究具有重要的现实意义。为了代替人工实现自动包装,本文在研究不同薄膜材料对柑橘贮藏效果的影响以及薄膜的热封特性的基础上,打破传统的套袋包装模式,采用上、下双层膜,结合热封热切装置,设计了一种新型的薄膜制袋包装机,为柑橘贮藏保鲜包装机械的开发提供了新的研究思路。本文的主要研究内容和方法如下:(1)开展不同包装材料对柑橘贮藏品质影响的试验研究,确定适合柑橘贮藏用薄膜包装材料。以温州蜜柑为研究对象,分别采用市场上常用的0.01mm、0.02mm、0.03mm的聚乙烯(Polyethylene,PE)薄膜和0.02mm的低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)薄膜对温州蜜柑进行薄膜包装,通过对柑橘贮藏期腐烂率、失重率、呼吸强度、可溶性固形物、可滴定酸、乙醛及乙醇等指标的变化情况,采用主成分分析法,构建综合评价模型,计算综合评价指标F值。结果表明,由于不同薄膜包装材料具有不同的水蒸气、O2、CO2透过率的不同,使得包装内部的气体成分各不相同,对柑橘贮藏保鲜的程度有所差异。0.02mm PE薄膜在保持温州蜜柑的感官品质、抑制水分流失、保持较高的糖酸比和较低的呼吸等方面优于其他包装材料。(2)在研究分析国内外薄膜包装机结构的基础上,针对贮藏用薄膜抗拉强度低、易撕裂的特点,采用上、下双层膜,结合热封热切机构,设计了一种新型的四边封口制袋包装机。该机主要由多排进料装置、柑橘输送装置、封切升降装置、组合封切装置组成。利用封合后的前膜带动后膜的方式送膜,避免了薄膜撕裂;采用半球形结构,可实现多排多列果实的连续薄膜制袋包装。多排进料装置通过传感器与电机配合,使柑橘在一次进料阶段完成前后两排进料;柑橘输送装置采用链条传动、链托支撑,将柑橘运往各个工位,并为封切提供支撑力;组合封切装置同时对两排四列柑橘进行封切包装,其内置弹簧刀架提供封切所需的正压力以及补偿加工误差。封切升降装置采用曲柄滑块机构,通过运动学仿真,对滑块轨迹进行优化,使得其与弹簧刀架配合,在装置不停顿的情况下,达到热封时间的要求。(3)为确定最佳的热封工艺参数,以贮藏用薄膜材料为研究对象,热封温度、热封时间、正压力为影响因素,进行三因素三水平正交试验,采用万能材料试验机测得各组试验的热封强度。(4)根据贮藏用薄膜包装机的工艺流程,绘制包装机逻辑工作流程图,完成了个部分模块的程序设计。对整机控制系统的硬件组成及其功能进行介绍,完成了外围控制电路的连接,并通过对整机的调试和试验来检验控制系统的工作性能。(5)完成贮藏用柑橘薄膜包装机样机试制和调试,开展样机性能测试试验研究,样机包装柑橘的速度为每分钟97.6个,包装率为98.6%,达到了设计要求和预期目标。
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