雷玉娟　王平　管雪強　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)計并建立國內(nèi)首個鮮食葡萄分選包裝工廠和配套分級包裝流水線，通過對采收、分選、分級、質(zhì)檢、定量、包裝、搭件和運輸至冷庫等8個環(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)計應(yīng)用，解決了田間搬運、貯藏和長途運輸環(huán)節(jié)貨物破損的難題；通過木質(zhì)托盤、叉車和氣動打包機的應(yīng)用，降低了分級包裝過程中搬運、倒庫、出庫和成品搭件等多環(huán)節(jié)勞動力，使工作效率較傳統(tǒng)地頭包裝提高了5倍。流水線分級包裝后產(chǎn)品等級嚴(yán)格、包裝精美，有效提升了果實的商品性，實現(xiàn)了產(chǎn)品分級銷售和優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。

關(guān)鍵詞：鮮食葡萄；分級包裝流水線系統(tǒng)；設(shè)計與實現(xiàn)

中圖分類號：S233.5 文獻標(biāo)志碼：B 論文編號：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，但由于分選分級和采后處理技術(shù)落后，在國際市場上的競爭力較差，出口量很小，相反，每年還從智利、美國大量進口高檔無核葡萄和紅地球鮮果以滿足市場需。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，同時又是鮮食葡萄生產(chǎn)的優(yōu)勢區(qū)，但長期以來，由于采用零散地頭包裝的方式，存在著“一等原料、二等加工、三等價格”的現(xiàn)象。因此，要滿足市場需求，將葡萄產(chǎn)業(yè)做大做強，迫切需要改變現(xiàn)有的加工包裝模式，實現(xiàn)果品分級、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，然而對于鮮食葡萄采用流水線進行分級包裝的模式，目前國內(nèi)尚未見報道，筆者結(jié)合西部地區(qū)鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)實際，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，以及對機械化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、包裝運輸材料等的設(shè)計和應(yīng)用，確立了一套能夠有效提高葡萄果品品質(zhì)一致性和耐貯運性的分級包裝流程，為提高西部地區(qū)鮮食葡萄在國內(nèi)高端市場和國際市場的競爭力奠定了基礎(chǔ)。

1 總體工藝設(shè)計

1.1 包裝工廠的設(shè)計應(yīng)用

筆者研究設(shè)計的分選包裝車間包括原料進料區(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。原料進料區(qū)用于暫時存放從田間轉(zhuǎn)運過來的放置于周轉(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、定量、包裝和托盤搭件工作，完成后的托盤在成品出貨區(qū)暫存等待運往預(yù)冷庫；工人更衣室可供包裝分選工人在進入車間時消毒和更衣；質(zhì)量控制室用于原料和成品的質(zhì)量檢測及控制、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個工作臺，用于產(chǎn)品分選分級；每條半成品帶上分別設(shè)有1個計重工作臺和40個操作臺，用于分級好的產(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)動的后輸送滾輪，通過推動水果箱沿導(dǎo)向軌移動并依次完成流水線分級包裝工序。

1.2.2 流水線規(guī)格 每組長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，用于分選分級和定量的工作臺大小為120 cm×60 cm×80 cm（長×寬×高），操作面設(shè)計為平面；位于半成品帶上；用于包裝的工作臺，將操作面設(shè)計為30°斜面，即將后邊抬高35 cm，以方便包裝。

2 分級包裝技術(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上，按照制定的葡萄標(biāo)準(zhǔn)（表1）進行修穗，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

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

每位分選工都有一個工號，工人將不同等級的葡萄放到對應(yīng)的包裝箱中，同時將標(biāo)有自己工號和葡萄等級的標(biāo)牌放在相應(yīng)的箱內(nèi)。以便后續(xù)計件和質(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)檢員對分選好的葡萄逐箱檢查是否符合等級標(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)牌上的工號找到對應(yīng)的分選工重新分級。

2.4 定量

每條半成品線設(shè)定一個計重定量點，對經(jīng)過質(zhì)檢的包裝箱按包裝標(biāo)準(zhǔn)（表2）要求進行定量，定量完成后由包裝工進行包裝。

2.5 包裝

2.5.1 包裝材料 經(jīng)過多年的實踐摸索，筆者設(shè)計應(yīng)用了一體式折疊箱，外形尺寸小500mm×400mm×118 mm，標(biāo)準(zhǔn)車載貨量達到19.38 t，運輸效率高且強度好，解決了在運輸過程中苯板箱包裝體積偏大而使長途冷藏車的載貨量不夠理想，且在運輸過程中經(jīng)常會有損傷；紙箱在貯藏和運輸過程中，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)移至包裝臺上，按照要求進行包裝，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包裝好的包裝箱按照不同等級搬至相應(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；最后用氣動打包機打包（圖5），2個工人僅需要10 min就能完成一個托盤的打包，比手動打包機效率提高1倍，且搭件效果好，運輸過程中很少出現(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)，每個環(huán)節(jié)都有專業(yè)工人操作，分級包裝質(zhì)量和效率大大提高，按每天工作8 h計算，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 配套機械化轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用

3.1 葡萄田間采收車的設(shè)計和應(yīng)用

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

3.1.2 轉(zhuǎn)運方法及標(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10kg的周轉(zhuǎn)筐，避免人工搬運過程中葡萄的摞放和擠壓，同時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，還可做成品托盤，同時滿足果品出口需進行熏蒸處理的要求，叉車對托盤4個方向均可進行作業(yè)。每個托盤上堆放的周轉(zhuǎn)筐不超過6層。

3.2 田間到車間運輸

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

3.3 車間內(nèi)及至冷庫的轉(zhuǎn)運

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)運托盤從短途運輸車輛上叉下，再用液壓叉板將轉(zhuǎn)運托盤轉(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，進行分級包裝。

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），運至預(yù)冷庫后由人工用液壓叉板轉(zhuǎn)運至預(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，一個標(biāo)準(zhǔn)冷藏車，需3人用時1 h即可裝車完成；而相同條件下，采用傳統(tǒng)人工進行散件裝車，需要15人用時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，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)計并建立了國內(nèi)首個葡萄分級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)品等級嚴(yán)格，包裝精美，保證了鮮食葡萄品質(zhì)的一致性，實現(xiàn)了產(chǎn)品分級銷售和優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，有利于產(chǎn)品進入國內(nèi)高端市場和國外市場，提高國內(nèi)鮮食葡萄市場競爭力；通過葡萄田間采收車和一體式折疊箱的設(shè)計和應(yīng)用，解決了田間搬運、貯藏和長途運輸環(huán)節(jié)貨物破損的難題；通過木質(zhì)托盤、叉車等先進工具的應(yīng)用，實現(xiàn)了產(chǎn)品與以海運為主的國際市場葡萄貿(mào)易的成功鏈接，為葡萄產(chǎn)品延長、拓展市場提供了解決方案。

目前國際國內(nèi)在葡萄的分選分級上主要由人工完成。雖然計算機視覺檢測技術(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，若采用計算機視覺技術(shù)進行分級，需以懸掛方式連續(xù)輸送，極易造成落?；蚵渌耄绊懮唐沸陨踔猎斐蓳p失，因此，基于機器視覺進行葡萄分級具有一定的特殊性，目前在國際上應(yīng)用較少，已報道的研究成果主要是Philippe Blanc申請的美國專利，國內(nèi)有陳英等，關(guān)于計算機視覺的葡萄檢測分析系統(tǒng)研究的報道，但僅限于對處理少量果穗的試驗設(shè)計。因此，更多關(guān)于葡萄分選分級自動化方面的技術(shù)有待于進一步研究。