鮮食葡萄分級(jí)包裝流水線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷玉娟　王平　管雪強(qiáng)　何娟

摘要：為改變鮮食葡萄傳統(tǒng)地頭低端、低效的包裝模式，設(shè)計(jì)并建立國內(nèi)首個(gè)鮮食葡萄分選包裝工廠和配套分級(jí)包裝流水線，通過對(duì)采收、分選、分級(jí)、質(zhì)檢、定量、包裝、搭件和運(yùn)輸至冷庫等8個(gè)環(huán)節(jié)的研究和應(yīng)用，制定了一套完整的鮮食葡萄分級(jí)包裝流程和標(biāo)準(zhǔn)；通過葡萄田間采收車和一體式折疊箱的設(shè)計(jì)應(yīng)用，解決了田間搬運(yùn)、貯藏和長(zhǎng)途運(yùn)輸環(huán)節(jié)貨物破損的難題；通過木質(zhì)托盤、叉車和氣動(dòng)打包機(jī)的應(yīng)用，降低了分級(jí)包裝過程中搬運(yùn)、倒庫、出庫和成品搭件等多環(huán)節(jié)勞動(dòng)力，使工作效率較傳統(tǒng)地頭包裝提高了5倍。流水線分級(jí)包裝后產(chǎn)品等級(jí)嚴(yán)格、包裝精美，有效提升了果實(shí)的商品性，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品分級(jí)銷售和優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。

關(guān)鍵詞：鮮食葡萄；分級(jí)包裝流水線系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：S233.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 論文編號(hào)：casb14110068

0 引言

國內(nèi)鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，種植面積從2000年到2012年增加了90%，產(chǎn)量超過800萬t，占世界鮮食葡萄總量的34.7%，穩(wěn)居世界首位。然而統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，雖然中國在世界鮮食葡萄的生產(chǎn)數(shù)量上遙遙領(lǐng)先，但由于分選分級(jí)和采后處理技術(shù)落后，在國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力較差，出口量很小，相反，每年還從智利、美國大量進(jìn)口高檔無核葡萄和紅地球鮮果以滿足市場(chǎng)需。按照中國與秘魯簽署的自由貿(mào)易協(xié)定，2015年秘魯鮮食葡萄將以零關(guān)稅出口中國，屆時(shí)國內(nèi)鮮食葡萄將面臨更大的沖擊和挑戰(zhàn)。

新疆是中國重要的葡萄主產(chǎn)區(qū)之一，栽培面積及產(chǎn)量接近全國的1/4，同時(shí)又是鮮食葡萄生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)區(qū)，但長(zhǎng)期以來，由于采用零散地頭包裝的方式，存在著“一等原料、二等加工、三等價(jià)格”的現(xiàn)象。因此，要滿足市場(chǎng)需求，將葡萄產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)，迫切需要改變現(xiàn)有的加工包裝模式，實(shí)現(xiàn)果品分級(jí)、包裝和入冷庫流水線作業(yè)，建立健全果品采后處理技術(shù)體系。

國內(nèi)就鮮食葡萄采后處理技術(shù)多集中在對(duì)采后生理和貯藏保鮮技術(shù)的研究，目前國內(nèi)鮮食葡萄保鮮通常采用“微型節(jié)能冷庫+保鮮袋+葡萄專用保鮮劑”的技術(shù)模式，有效解決了葡萄貯藏保鮮問題，然而對(duì)于鮮食葡萄采用流水線進(jìn)行分級(jí)包裝的模式，目前國內(nèi)尚未見報(bào)道，筆者結(jié)合西部地區(qū)鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)實(shí)際，根據(jù)鮮食葡萄分選包裝要求，在新疆率先建立了鮮食葡萄分選包裝工廠及配套流水線，通過流水線各環(huán)節(jié)及作業(yè)效率的研究，以及對(duì)機(jī)械化轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、包裝運(yùn)輸材料等的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，確立了一套能夠有效提高葡萄果品品質(zhì)一致性和耐貯運(yùn)性的分級(jí)包裝流程，為提高西部地區(qū)鮮食葡萄在國內(nèi)高端市場(chǎng)和國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。

1 總體工藝設(shè)計(jì)

1.1 包裝工廠的設(shè)計(jì)應(yīng)用

筆者研究設(shè)計(jì)的分選包裝車間包括原料進(jìn)料區(qū)、包裝物料區(qū)、分選包裝區(qū)、成品出貨區(qū)、工人更衣室、質(zhì)量控制室等。原料進(jìn)料區(qū)用于暫時(shí)存放從田間轉(zhuǎn)運(yùn)過來的放置于周轉(zhuǎn)筐中的葡萄；包裝物料區(qū)用于存放葡萄包裝所需要的物料；分選包裝區(qū)是包裝車間的核心區(qū)域，在這里完成葡萄的分選、分級(jí)、定量、包裝和托盤搭件工作，完成后的托盤在成品出貨區(qū)暫存等待運(yùn)往預(yù)冷庫；工人更衣室可供包裝分選工人在進(jìn)入車間時(shí)消毒和更衣；質(zhì)量控制室用于原料和成品的質(zhì)量檢測(cè)及控制、可追溯標(biāo)簽的打印。包裝車間大小為54.6 m×15.0m，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 流水線的設(shè)計(jì)應(yīng)用

分選包裝流水線（圖2）位于分選包裝區(qū)，包括5條分選包裝帶，其中第1、3、5條為原料帶和成品帶，第2、4條為半成品帶。每條原料帶上設(shè)有40個(gè)工作臺(tái)，用于產(chǎn)品分選分級(jí)；每條半成品帶上分別設(shè)有1個(gè)計(jì)重工作臺(tái)和40個(gè)操作臺(tái)，用于分級(jí)好的產(chǎn)品定量、包裝和貼標(biāo)等工作。

1.2.1 流水線結(jié)構(gòu) 分選包裝流水線由左立架、右立架、前導(dǎo)向軌、后導(dǎo)向軌、前輸送輪軸、后輸送輪軸、前輸送滾輪和后輸送滾輪構(gòu)成，其中，前導(dǎo)向軌和后導(dǎo)向軌的左右兩端分別固定安裝在左立架和右立架上，前導(dǎo)向軌上均勻固定有前輸送輪軸并安裝有能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的前輸送滾輪，后導(dǎo)向軌上均勻固定有后輸送輪軸并安裝有能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的后輸送滾輪，通過推動(dòng)水果箱沿導(dǎo)向軌移動(dòng)并依次完成流水線分級(jí)包裝工序。

1.2.2 流水線規(guī)格 每組長(zhǎng)6m、高1.6m，分上、中、下3層，其中上層高度為1.6 m，為成品輸送線；中層高度為80 cm，為原料線和半成品線；下層高度為30 cm，為周轉(zhuǎn)筐回收線。

1.2.3 工作臺(tái)的選擇 為滿足不同工序工人操作方便，位于原料帶上，用于分選分級(jí)和定量的工作臺(tái)大小為120 cm×60 cm×80 cm（長(zhǎng)×寬×高），操作面設(shè)計(jì)為平面；位于半成品帶上；用于包裝的工作臺(tái)，將操作面設(shè)計(jì)為30°斜面，即將后邊抬高35 cm，以方便包裝。

2 分級(jí)包裝技術(shù)

2.1 修穗

分選工人將周轉(zhuǎn)筐從原料線上搬至分選工作臺(tái)上，按照制定的葡萄標(biāo)準(zhǔn)（表1）進(jìn)行修穗，剪除病蟲、干枯和腐爛果粒，小青?；虺墒觳涣嫉墓Ｒ帐案蓛?。

2.2 分級(jí)

嚴(yán)格按照不同品種的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，著色深的和著色淺的分開，大小粒不均勻的按小粒定級(jí)，著色不良的按等外果處理，嚴(yán)禁混級(jí)和以次充好。

每位分選工都有一個(gè)工號(hào)，工人將不同等級(jí)的葡萄放到對(duì)應(yīng)的包裝箱中，同時(shí)將標(biāo)有自己工號(hào)和葡萄等級(jí)的標(biāo)牌放在相應(yīng)的箱內(nèi)。以便后續(xù)計(jì)件和質(zhì)檢可追溯。

2.3 質(zhì)檢

每條原料線定崗1名質(zhì)檢員，質(zhì)檢員對(duì)分選好的葡萄逐箱檢查是否符合等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（圖3），檢查合格的移至半成品線上；不合格的通過箱內(nèi)標(biāo)牌上的工號(hào)找到對(duì)應(yīng)的分選工重新分級(jí)。

2.4 定量

每條半成品線設(shè)定一個(gè)計(jì)重定量點(diǎn)，對(duì)經(jīng)過質(zhì)檢的包裝箱按包裝標(biāo)準(zhǔn)（表2）要求進(jìn)行定量，定量完成后由包裝工進(jìn)行包裝。

2.5 包裝

2.5.1 包裝材料 經(jīng)過多年的實(shí)踐摸索，筆者設(shè)計(jì)應(yīng)用了一體式折疊箱，外形尺寸小500mm×400mm×118 mm，標(biāo)準(zhǔn)車載貨量達(dá)到19.38 t，運(yùn)輸效率高且強(qiáng)度好，解決了在運(yùn)輸過程中苯板箱包裝體積偏大而使長(zhǎng)途冷藏車的載貨量不夠理想，且在運(yùn)輸過程中經(jīng)常會(huì)有損傷；紙箱在貯藏和運(yùn)輸過程中，易吸水變軟；中空板箱經(jīng)常發(fā)生底層折斷而造成葡萄損失等問題。

2.5.2 包裝方法 包裝工將半成品線上經(jīng)過定量的葡萄轉(zhuǎn)移至包裝臺(tái)上，按照要求進(jìn)行包裝，先在包裝箱內(nèi)鋪密孔透明大包裝袋，每箱葡萄用9個(gè)小穗袋分裝后均勻擺放在包裝箱的大包裝袋中（無核品種必須用小穗袋），上面依次放吸水紙和保鮮紙，然后將包裝箱封好并轉(zhuǎn)移至成品帶上。

2.6 托盤式碼垛、貼標(biāo)、搭件

搭件工將成品帶上已分級(jí)包裝好的包裝箱按照不同等級(jí)搬至相應(yīng)的成品托盤上，并在包裝箱外側(cè)整齊的貼上相應(yīng)等級(jí)的商標(biāo)（圖4），每托盤成品的高度不超過2.3 m，搭件的包裝箱之間不留空隙；最后用氣動(dòng)打包機(jī)打包（圖5），2個(gè)工人僅需要10 min就能完成一個(gè)托盤的打包，比手動(dòng)打包機(jī)效率提高1倍，且搭件效果好，運(yùn)輸過程中很少出現(xiàn)托盤歪斜造成的葡萄損失。

2.7 流水線作業(yè)效率

通過流水線作業(yè)，每個(gè)環(huán)節(jié)都有專業(yè)工人操作，分級(jí)包裝質(zhì)量和效率大大提高，按每天工作8 h計(jì)算，本研究提及的分選包裝廠和配套流水線，每天日分選包裝量為150 t，相同用工下，比傳統(tǒng)地頭包裝（30 t/80人）效率提高了5倍。

3 配套機(jī)械化轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

3.1 葡萄田間采收車的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

3.1.1 基本構(gòu)造 由車架、車輪、采收筐承載臺(tái)組成，車架底部安裝4個(gè)車輪；車架長(zhǎng)1.5 m、寬1.1 m、高1.3 m，采收筐承載臺(tái)寬度與車架寬度一致。

3.1.2 轉(zhuǎn)運(yùn)方法及標(biāo)準(zhǔn) 田間采收車采用標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)筐裝卸葡萄，標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)筐尺寸為60 cm×40 cm×18 cm，只擺放一層，每車可以放置6個(gè)10kg的周轉(zhuǎn)筐，避免人工搬運(yùn)過程中葡萄的摞放和擠壓，同時(shí)避免果品采下后周轉(zhuǎn)筐置于地面造成的灰塵二次污染。

3.1.3 木質(zhì)托盤的應(yīng)用 應(yīng)用的木質(zhì)托盤大小為1 m×1.2 m，不僅可用做原料轉(zhuǎn)運(yùn)，還可做成品托盤，同時(shí)滿足果品出口需進(jìn)行熏蒸處理的要求，叉車對(duì)托盤4個(gè)方向均可進(jìn)行作業(yè)。每個(gè)托盤上堆放的周轉(zhuǎn)筐不超過6層。

3.2 田間到車間運(yùn)輸

葡萄要隨采隨運(yùn)，選擇廂式貨車或裝車后覆蓋篷布，載貨量實(shí)行“少載多跑”的原則，保證采下的葡萄在2 h內(nèi)運(yùn)送到分選包裝工廠。

3.3 車間內(nèi)及至冷庫的轉(zhuǎn)運(yùn)

在分選包裝工廠的原料入口，用電瓶叉車將周轉(zhuǎn)筐連同轉(zhuǎn)運(yùn)托盤從短途運(yùn)輸車輛上叉下，再用液壓叉板將轉(zhuǎn)運(yùn)托盤轉(zhuǎn)移至分選包裝工廠的原料暫存區(qū)（圖7），由上料工人將周轉(zhuǎn)筐搬至分選包裝線的原料線上，進(jìn)行分級(jí)包裝。

搭件完成后的成品在成品暫存區(qū)暫放，并在2 h內(nèi)由電瓶叉車裝車（圖8），運(yùn)至預(yù)冷庫后由人工用液壓叉板轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)冷車間預(yù)冷。

3.4 出庫裝車

出庫采用電瓶叉車裝車的方式，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)冷藏車，需3人用時(shí)1 h即可裝車完成；而相同條件下，采用傳統(tǒng)人工進(jìn)行散件裝車，需要15人用時(shí)5 h才能裝完。因此，采用電瓶叉車裝車效率提高了25倍，減少用工的同時(shí)，大大加快了出貨速度。

4 結(jié)論和討論

2013年，中國鮮食葡萄有條件的獲準(zhǔn)輸入澳大利亞，這給中國鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)帶來了良好的發(fā)展機(jī)遇，加快鮮食葡萄由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變是國人面臨的巨大歷史任務(wù)。事實(shí)上國內(nèi)鮮食葡萄質(zhì)量表現(xiàn)逐年提高，與國際接軌和建立自己的質(zhì)量指標(biāo)體系不應(yīng)該成為中國鮮食葡萄出口的限制因素。

本研究設(shè)計(jì)并建立了國內(nèi)首個(gè)葡萄分級(jí)包裝工廠及配套流水線，改變了鮮食葡萄傳統(tǒng)地頭低端、低效的包裝模式。工廠化流水線包裝后的產(chǎn)品等級(jí)嚴(yán)格，包裝精美，保證了鮮食葡萄品質(zhì)的一致性，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品分級(jí)銷售和優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，有利于產(chǎn)品進(jìn)入國內(nèi)高端市場(chǎng)和國外市場(chǎng)，提高國內(nèi)鮮食葡萄市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；通過葡萄田間采收車和一體式折疊箱的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，解決了田間搬運(yùn)、貯藏和長(zhǎng)途運(yùn)輸環(huán)節(jié)貨物破損的難題；通過木質(zhì)托盤、叉車等先進(jìn)工具的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品與以海運(yùn)為主的國際市場(chǎng)葡萄貿(mào)易的成功鏈接，為葡萄產(chǎn)品延長(zhǎng)、拓展市場(chǎng)提供了解決方案。

目前國際國內(nèi)在葡萄的分選分級(jí)上主要由人工完成。雖然計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在蘋果、柑桔、桃子、梨等近球形單粒水果上廣泛應(yīng)用，但由于葡萄是穗狀水果，形狀復(fù)雜，若采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)進(jìn)行分級(jí)，需以懸掛方式連續(xù)輸送，極易造成落?；蚵渌?，影響商品性甚至造成損失，因此，基于機(jī)器視覺進(jìn)行葡萄分級(jí)具有一定的特殊性，目前在國際上應(yīng)用較少，已報(bào)道的研究成果主要是Philippe Blanc申請(qǐng)的美國專利，國內(nèi)有陳英等，關(guān)于計(jì)算機(jī)視覺的葡萄檢測(cè)分析系統(tǒng)研究的報(bào)道，但僅限于對(duì)處理少量果穗的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。因此，更多關(guān)于葡萄分選分級(jí)自動(dòng)化方面的技術(shù)有待于進(jìn)一步研究。