蘋果分選機機械系統(tǒng)設計-水果分選機分級【7張CAD高清圖紙、文檔所見所得】【YC系列】

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上海電機學院 畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱 __蘋果分選機機械系統(tǒng)設計_ _ 學 院 機械學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化（數(shù)控方向） 班 級 BJ1004 學 號 101002050441 姓 名 周佳偉 指導教師 歐陽華兵 定稿日期： 2014 年 02月20日 9 蘋果分選機機械系統(tǒng)設計 1 選題背景及其意義 本課題主要設計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。 由2010年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達到21401萬多噸，果園面積也達到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農(nóng)政策下來之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產(chǎn)業(yè)強國的經(jīng)驗表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后簡單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒有經(jīng)過任何的分級操作就進入市場供應，而水果發(fā)展強國的水果采后簡單商品化處理率達到了95%以上，這里就形成的了很大的對比，也是我們務必需要改進和完善的地方。 最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。 自從上個世紀90年代，水果強國就開始大量應用水果自動分級設備實現(xiàn)水果自動分級，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當可觀的經(jīng)濟效益。最近幾年國內(nèi)迫于人力成本壓力和市場壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營者從國外引進了一些國外比較先進的水果分級生產(chǎn)線，但是價格比較昂貴，而且由于我國水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國應用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級技術和設備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進行推廣應用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。 2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢） 2.1國外水果分選機的研究與發(fā)展 國外研究者20世紀80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測和分級的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng)裝置, 在20世紀90年代開始研究基于計算機視覺技術的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級生產(chǎn)線就可用于各類水果的分級和品質(zhì)檢測操作。國外水果分選機的輸送系統(tǒng)大多是采用輥子傳動結構,蘋果在一邊移動的同時一邊還在自身轉(zhuǎn)動,同時安裝在輸送輥上方的攝像機需要采集蘋果多個表面的圖像,才能采集到蘋果全圖,而且在采集的過程中,容易重采或漏采;另外,蘋果的果梗和花萼區(qū)與缺陷圖像相似,圖像處理時需要將其從真實缺陷中區(qū)分出來,這就會造成圖像處理時間的增加和識別精度的降低，對圖像處理裝置的要求也會變的更高，成本就會更大。 2.2國內(nèi)水果分選機的研究與發(fā)展 改革開放以來，經(jīng)濟和科技等都得到了快速的發(fā)展，于是我國從上個世紀80年代開始研究水果分級技術，在過去30多年中水果分級技術正在由半自動化向全自動化、水果外部品質(zhì)檢測向水果內(nèi)部品質(zhì)檢測、水果分選設備結構的復雜化向簡單化，水果單一參數(shù)檢測向水果綜合品質(zhì)檢測轉(zhuǎn)化，基于此而研制出來的水果產(chǎn)品的自動化分級裝備大大的減少了水果產(chǎn)品在分級、包裝、儲存、加工和運輸過程中造成的損失。在大量的水果分級裝備中，稱重式水果分選機以其結構簡單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點成為目前國內(nèi)外應用最為廣泛的水果分選設備。目前稱重式水果分選設備主要有機械稱重式水果分選機和電子稱重式水果分選機兩種。 （1）機械稱重式水果分選機 機械稱重式水果分選機在早期時候一般是基于杠桿原理進行分級卸料的。水果分選設備在運行過程中，杠桿兩端分別為水果托盤和平衡砝碼，水果托盤與杠桿鉸接，平衡砝碼下面有支撐，確保杠桿能處于水平位置，當水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時候就會導致杠桿傾斜，完成分級卸料。調(diào)節(jié)平衡砝碼的大小和位置就能將水果按重量不同分為若干個等級，目前機械稱重式水果分選機主要有固定衡量秤體運動輸送托盤式和固定限位裝置運動衡量秤體式兩種機型得到了比較廣泛的應用。 （2）電子稱重式水果分選機 近年來計算機技術和稱重傳感技術的快速發(fā)展，以及相關技術的促進，電子式稱重技術及應用有了長足的發(fā)展。稱重傳感器已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛應用，能夠輕松實現(xiàn)對被測物準確、快速的測量，特別是單片機技術的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的越來越高，稱重傳感器己經(jīng)成為過程控制中的一種必需的裝置，目前比較先進的單片機控制的電子稱重式水果分選機采用最新的電子設備測量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準確的分級標準，分級精度較高，基于此電子稱重式水果分選機已經(jīng)得到比較廣泛的應用。 3 研究內(nèi)容 蘋果分選機機械系統(tǒng)設計主要結構組成：蘋果的輸送裝置，定節(jié)拍裝置，分級裝置，稱重及卸料裝置，收集裝置等。 本課題以蘋果的質(zhì)量不同分成不同的等級，實現(xiàn)蘋果自動分級的裝置。按重量分級的方法保證了蘋果在運行時不與托盤之間碰撞，避免了對水果分級時造成的損傷，而且蘋果形狀對分級結果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分選機的通用性比較好，可以應用于不同種類的水果。本論文研究重點為電子稱重式蘋果分選機的機械系統(tǒng)設計，輸送裝置的設計，定節(jié)拍裝置的設計，分級傳送裝置的設計，卸料裝置的設計，最終實現(xiàn)蘋果分級卸料。主要研究內(nèi)容如下： （1） 輸送裝置的設計。根據(jù)生產(chǎn)線結構要求，設計輸送裝置來完成蘋果的大批量輸送，與分級傳送裝置配合； （2）定節(jié)拍裝置的設計。根據(jù)分級裝置傳送的要求，設計定節(jié)拍裝置來完成蘋果整齊有序的排列運動，來完成與分級裝置的配合； （3）分級傳送裝置的設計。設計分級裝置傳動的方式，蘋果托盤的類型，托盤與鏈的鏈接方式，稱重模塊的設計（稱重傳感器的選擇、稱重底板和稱重底板的設計，以及螺栓和螺釘?shù)倪x擇）； （4）卸料裝置的設計。根據(jù)生產(chǎn)線結構要求和稱重要求，設計卸料的方式，來完成對不同等級的蘋果進行正確的分級卸料操作，設計分級箱的結構來與分級卸料裝置配合； （5）蘋果分選機關鍵零部件的校核。對決定生產(chǎn)線可行性影響較大的輸送帶輪主軸，分級稱重裝置鏈輪、鏈以及鏈輪主軸進行強度校核等。 4 研究方案 隨著國內(nèi)外水果種類和品種愈來愈多，對優(yōu)質(zhì)水果的需求量越來越大。所以在這次的設計中，采用的是以下的設計方案： （1） 輸送裝置的設計方案 圖1輸送裝置的三維結構示意圖 輸送裝置如圖1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動來輸送蘋果前進，電機驅(qū)動皮帶，皮帶安裝在左邊的帶輪上，在通過軸的傳動來帶動輸送帶。 （2）定節(jié)拍裝置的設計方案 1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果 圖2定節(jié)拍裝置的結構示意圖 定節(jié)拍裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶輸送裝置自動進料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當蘋果進料后到達定節(jié)拍輸送裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機構, 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級傳送鏈的節(jié)拍輸送到傳送鏈上。 （3）分級傳送裝置的設計方案 1電動機 2皮帶 3主動鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機構 6稱重模塊7分級箱 8蘋果 9卸料裝置 圖3分級傳送裝置的結構示意圖 分級傳送裝置如圖3所示，通過電動機來傳遞動力，實現(xiàn)整個機構鏈條的運轉(zhuǎn)，當放著蘋果的托盤經(jīng)過稱重傳感器8來發(fā)送信號到托盤上的卸料裝置，從而實現(xiàn)托盤到達分級箱6的時候按照給出的信號將蘋果倒入相信等級的箱內(nèi)。 （4）稱重模塊和蘋果托盤的設計方案 1限位鐵條 2支撐板支架 3支撐板 4輸送鏈條 5水果托盤支架 6水果托盤 7稱重臺 8鋼球 圖4蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構的結構示意圖 蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構如圖4所示，其中水果托盤6安裝方向與輸送鏈條4運動方向垂直，水果托盤6與限位鐵條1緊固聯(lián)接，水果托盤6可與限位鐵條1繞水果托盤支架翻轉(zhuǎn)一定角度，鋼球8在稱重位置與稱重臺7接觸，實現(xiàn)線上快速的稱重與信號傳輸。 （5）托盤卸料裝置的設計方案 1上升板 2上升板支架 3旋轉(zhuǎn)撥片 4彈簧 5電動機 圖5（a）卸料裝置的結構示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結構示意圖 （c）蘋果托盤在正常狀態(tài)下的結構示意圖 蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結構示意圖如圖5(b)所示，當信號傳輸?shù)叫读涎b置時，旋轉(zhuǎn)撥片3會在電機5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉(zhuǎn)與上升板1的側(cè)面相齊，正好能使放著要被分級的蘋果的托盤沿著上升板的路徑運動，從而導致托盤的傾斜來實現(xiàn)蘋果的卸料。當沒有信號的時候，彈簧4的作用下，旋轉(zhuǎn)撥片3會復原，使其他托盤順利從上升架1的下面走過。 5 進度計劃 2013.12.02---2013.12.06?? ???按照任務書收集、研究資料 2013.12.07---2014.01??????? ?擬訂總體設計方案 2014.02.01---2014.03.09???? ?修改、完善開題報告；參加開題答辯 2014.03.09---2014.03.31???? ?系統(tǒng)有關設計計算，繪制總裝配圖 2014.04.01---2014.04.15??? ??修改完善總裝配圖,準備中期檢查 2014.04.16---2014.04.30??? ??繪制主要零件的零件施工圖 2014.05.01---2014.05.05??? ??修改完善主要零件的零件施工圖 2014.05.06---2014.05.20??? ??撰寫設計計算說明書 2014.05.21---2014.05.25??? ??修改及準備答辯 參考文獻 [1] 黃秀玲，鄭加強，趙茂程，2007，水果分級支撐技術的研究進展，南京林業(yè)大學學報（自然科學版） [2] 李光梅，2008，水果機器視覺重量綜合分選機機械系統(tǒng)及稱重模塊的設計，[碩士學位論文]，泰安：山東農(nóng)業(yè)大學 [3] 劉鴻文，2004，材料力學（第四版），北京：等教育出版社 [4] 劉燕德，2007，無損智能檢測技術與應用，武漢：華中科技大學出版社 [5] 沈再春，1993，農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設備，北京：中國農(nóng)業(yè)出版社 [6] 吳德光，1992，國外水果分級技術，云南農(nóng)業(yè)大學學報 [7] 張方明，應義斌，2004，水果分級機器人關鍵技術的研究和發(fā)展，機器人技術與應用 [8] 張星政，1994-04-13，水果分級機，中國發(fā)明專利 [9] 張祖來，程玉來，陶棟材，2004，機械設計基礎，北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社 [10] 周開勤，2001，機械零件手冊，北京：高等教育出版社 [11] 高海生，孫慧先，李潤豐，2002，果實采后處理的機械化、自動化技術，世界農(nóng)業(yè) [12] P·布朗,2000-7-26,適于按預定標準分選并輸送特別是水果物品的裝置：中國發(fā)明專利，95103294.1 [13] Brosnan T，Sun Dawen，2004，Improving quality inspection of food products by computer vision-a review，Journal of food engineering [14] Taichi,1984-1-17,Method and apparatus for sorting fruit，vegetables or the like by weight．U．S．PATENT [15] Kawano S，1992，Present condition of nondestructive quality evaluation of fruits and vegetables in Japan[J]，JARQ，1992 指導教師意見 課題對蘋果分選機的設計及研究中所涉及到的相關問題進行調(diào)研，深入分析了目前設計中存在的主要問題。并根據(jù)調(diào)查結果，提出了蘋果分選機的機械設計方案。 該學生態(tài)度端正,課題立意較為明確，對蘋果分選機相關領域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀有一定的了解和認識，蘋果分選機機械設計方案可行，能夠緊扣蘋果分選機設計中的主要內(nèi)容展開分析，工作進度計劃基本合理，做了不少為完成課題方面的前期基礎工作，相信能夠完成課題并撰寫出達到學士學位論文要求的畢業(yè)論文。 同意開題。 指導教師簽名： 年 月 日 開題答辯小組意見 1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。 2、論文的難度：□偏高；□適當；□偏低。 3、論文的工作量：□偏大；□適當；□偏小。 4、設計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。 5、學生對文獻資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。 6、學生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力： □好；□較好；□一般；□較差。 7、學生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力： □好；□較好；□一般；□較差。 8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差 （在相應的方塊內(nèi)作記號“√”） 建議結論 評議小組組長簽名： 評議小組組員簽名： 年 月 日