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包装与食品机械419 9年第21卷第1期滚筒式分级机滚筒直径和长度的计算方法厦门水产学院陈木荣摘要滚筒直径 和长 度 是滚 筒式分级机的两个主要尺 寸,以往的设计计算 均用试 算法确定,其过程相当繁杂。本文提出一种较为简便合理的计算方法,供设 计 时参 考应用。关键词滚筒直径滚筒长 度长径比排数排孔 数滚 筒式分级机广泛用 于 蘑菇和青豆 的分级,它的两个主要尺寸滚筒直径与长度,在以往的设计计算中均采用试算法确定,计算过程相当繁杂。本文提出一种较为简便合理的计算方法,供设计计算时参考应用。1各级孔数配置计算滚筒式分级机滚筒上 的筛孔直径是分区段依次增大的,整个滚筒分为若干区段(比等级数少一个区段),一个区段就是一个等级段。每个区段上的筛孔直径相 同,进口区段的筛孔直径小,出口区段的大。1.1各级孔数计算式滚筒上各级筛孔孔数是计算直径和长度 的依据之一,各级筛孔孔数可表示 为21一a、biZ。(i一1,2,k一l,下 同)(1)式中a:原料粒径分布比例 系数,相应等级.粒径分布比例较大的,其值亦较大,可 由实测确定;b:原料沿滚筒 轴向分布比例系数,相应等级段 物料分布比例大的,其值亦大,可由实测 确定;Z。基准孔数;K分级等级数。1.2基准孔数计算整个滚筒的筛孔总数为z。石三-Xa*bi(3)滚筒的筛孔总数Z可根据生产能力公式求得,即按Z一G3 6入m104(4)式中G生产能力(t/h);入在 同一秒 内从筛孔落下物料系数,与分级机型 式和物料性状有关,滚筒式可取0.010.025,青豆取大些,蘑菇取小些;m一 只物料平均质量(g)。计算时,先根据生产能力由式( 4)计算筛孔总数,再由式(3 )计算基准孔数,最后根据式(1 )计算各级孔数,并圆整化。2筛孔排数与排孔数计算. 21基准级排数计算各级滚筒筛孔的排数和每排孔数分别是决定滚筒的直径和长度的参数之一,因此它 们 的计算应根据滚筒的长径比进行,滚筒长径比L拌一百(5)z一习z一1一l=Z。艺ablZ。滚筒筛孔通常采用正三角形排列,如展开图所示。为简化计算,其中有一侧的边缘尺寸fi暂不计入滚筒长度 当 中,因此,滚筒长度可表示为艺a1.无锡轻工业学院,天津轻工业学院;食品工厂机械(2)一与设备,轻工业 出版社,1 981,p4 7因此基准孔数滚简式分级机滚筒直径和长度的计算方法、陈木荣k一 Ik一1,又】,又飞Z;,1L一L一-砂J一于万L( 1;十一ei)1l卜1Clr。k 一 l丫、2.一二一盘(d十e.)舒。卜IC,式中i P各级筛孔排数。因为滚筒的周长可表示为D一粤(dl+,p!因、一d,+el,所以P,一2兀D7获P。一2兀D份万50因此各级比例 系数(9)s o一氛一一iP一o P一一C_一乙只一一Z图1滚筒展开示意图式中P。一基准级的排数(通常以第一级为基准级);dl-一各级筛孔直径;e,一一各级的筛孔间隙值;c.一一筛孔直径及间隙对排数的 影 响比例系数,相应等级筛孔直径及孔隙之 和较大的,其值较小。现以第一级为基准级,其滚筒直径为因为以第一级为基准级,所以其比例系数为1,其余各级为Szc,一可Slck一,石3排数和排孔数计算根据式(8)计算出的基准级排数,不 用圆整化即代入下式计算各级排数:Pi=e、P。(10)计算出的数值经圆整化后作为各级排数。各级排孔数根据下式计算:、万(dl+e飞)e,P。2兀(11)(7)所以IJ尸一石Z,.一(d,+e,少(二1计算出 的数值经圆整化 后作为各级滚筒每排孔的孔数。3滚筒直径计算k lE同1一玖D;、厂可.、_3,下万一一,仁dl一十el).c,.t 。乙兀从而解得基准级排数P。一2二岁:( d、十e)忿仁1各级滚筒周长各级周长计算式为,;一叮( d;+ei)Pi2、一,-,-(12V厄爪d,一十el)c、(8)因为考虑到一侧边缘尺寸f,对滚筒长度的影 响,所以在应用上 式计算时,长径比取值应比规定长径比(在4一6范 围 内)减小。.1一0.2代入计算。2.2比例 系数C:的确定各级比例 系数c,可表示为P,Cl一获将各级计算周长中最长 的作为整个滚筒的周长1。. 32筛孔间隙值的修正因为各级计算周长与所确定的滚筒周长l存在 差值,必须根据下式对筛孔间隙值进行修j五:2l乍厂了P,一d*3.3滚筒直径(下转第3页)全自动模切机送纸步进传动箱设计一彭 国勋田惠民贺炜(3)箱体结构,步进传动箱体形状采用方型外廓内肋结构,外表光滑 美观,便于 多面安装,剖分箱体上下 用 沉孔内六角螺钉连接。(4 )有关计算,传动箱的其它计算与校核内容包括:1 )凸轮驱动扭矩c qmy畏,*、,、.Ffy卜、,q。一若 杀奢(AXV)+二矛V氏t畏今、”氏上八中,m为步进移送的总质量,主要包括输送链上数个牙板的质量;y、为每次步进移送的行程;饥为凸轮的动程角;th为步进移送行程所需时间;Ff为牙、链条 与轨道之 间的动摩擦系数;而( AxV )和V分别为机构所选运动规律的无因次扭矩和无因次速度值,欲求凸轮的最大 驱动矩q二,从偏安全考虑,应取(AxV )m,x和Vn。、再 由下式可得 到传动箱所需功率N。,即图3凸轮零件示意图N。q。、丫n/97400式中,q。单位为Kg.cm; n为凸轮转速,单位为转/分,由此得到最大功率N。为千 瓦。2)凸轮接触强度计算,主要是利用赫兹应力公式,计算出凸轮与从动滚子间接触应 力,P C AM软件可自动完成计算与校核,保证接触应力不超过许用值。3 )滚子销轴弯曲强度校核,在滚子与凸轮接触啮合时,滚子销轴承受交变剪切应力作用,在结构设计完成后,必须对其进行强度校核。4 )滚子轴承寿命计算。模切机送纸机构平行分度凸轮传动箱的设计从几何造型,参数优化、廓线计算到 总装配图、零件工作图绘制全部在计算机工作站上完成,大大提高了设计效率、成功率和可靠性,另外,采用直接由设计生成的后处理加工 文件,在加工 中心或数控铣床上对凸轮进行铣 削加工,从动盘在高精度座标搅床上镬孔,保证了很高的零件精度,本设计及传动箱样机已在数 家模切机厂使用,并投入批量生产。参考文献1彭国勋.包装机械浅论.北京;机械工业出版社,19 85年n月2彭 国勋.肖正扬.自动机械的凸轮机械设 计.北京;机械工业出版社,.:99。年1:月3彭国勋.肖正扬.田惠 民一种适用于包装机械的理想步进机构平行 分度凸轮机构.包装 工程,vol.10Nol,P.334 1,19 89屯了、 护(上接 第5页)滚筒周长确定后,其直径按下式计算:D_生( 14 )如展开图所示,f 一普一告(di+一),4滚筒长度计算及长径比验算4.1滚筒长度计算滚筒总长度时,应将各级的一侧边缘尺 寸f、(该尺寸不包括连接边尺寸,连接边尺寸按需要另定)计入,因此:一艺Li+艺fl所以滚筒长度k一Ik一1又,.,1又,一白Zpl( d:+e 卜,+言白(d,+e1(54.2长径比验算用按式(15)和 式(14 )分别计算出的滚筒长度和直径代入式(5 )进行长径比验算。长径比不得超过规定长径比5%,否则应对式(8 )中的计算长径比取值进行调整后重新计算。 xxxx毕业设计（论文) 目录摘要.11 绪论.11. 1 课题的目的与意义.21. 2 国内外研究情况.21. 3 研究目的.32关于柑橘分级机的初步设计.42.1 形状式柑橘分级机初步尺寸和结构设计.42.2 形状式柑橘分级机的基本结构.52. 3 柑橘的尺寸分布和密度分布.53系统设计.63. 1 系统功能的描述.63. 2 系统功能的分解.63. 3 系统功能求解.63. 4 分级机分级原理.64主要部件的运动和动力参数的计算.104. 1 分级机的主要部件的运动和功能求解.104. 2 传动方案的设计.155柑橘分级机的设计计算和校核计算.185.1带传动的设计与计算.1815.2轴的受力分析.185. 3 轴的结构设计.185. 4轴的设计与计算.196本机的一些性能参数和维护调试工作.236.1本机与其他同类机械个性能参数的比较.236.2柑橘分级机的使用与维护.236.3本机未能解决的一些问题.247水果分级机的研究情况.257.1水果自动分级技术的现状与发展.257.2水果自动分机设备的产品化状况.28总结.30参考文献.32致谢.3321绪论 进入21世纪以来，我国柑橘生产快速持续发展，柑橘既是南方主产省、市、自治区促进农民致富的支柱产业，又极大地满足了广大消费者对各种柑橘果品、加工品的需求。但也应看到：大发展中急待解决的柑橘难卖,柑橘的分级分类等问题。现就柑橘的全国、各主产省市区生产现状及发展前景谈点浅见。1.1 全国柑橘生产现状（1）面积和产量 2011年，全国柑橘栽培面积228.8万公顷（3432万亩），总产量2944.04万吨，与2010年面积221.11万公顷（3316.65万亩）相比，净增面积7.69万公顷（115.35万亩），增长3.48%；总产量由2010年的2645.24万吨上升到2944.04万吨，净增796.60万吨，增长11.3%。柑橘的平均亩产由2010年的796.60千克上升到857.82千克，净增61.22千克，增长7.7%。我国不论是柑橘栽培面积还是总产量均居世界首位，栽培面积占全球的30%左右，产量占全球的26%左右。平均亩产与世界平均亩产1000千克比较差距也不断缩小。柑橘产业正在由生产大国向生产强国迈进。（2）优势和差距 是品种结构进一步优化。经多年的柑橘品种结构调整，市场需求的优新品种比例明显提高：从上世纪末的60%上升到目前的80%左右。早、中、晚熟品种比例调整也取得大的进展：年内11月、12月成熟的中熟品种比例由85%以上下降至75%左右，早熟品种由不足10%上升到20%以上，翌年成熟的晚熟品种由不足2%上升到面积、产量分别接近4%和3%。一批优新品种，如甜橙中的晚熟脐橙鮑威尔、棱晚、奉晚，次年1月底至2月初成熟的塔罗科血橙和塔罗科血橙新系；橘类中的沙糖橘、南丰蜜橘、早熟、特早熟蜜柑，杂柑中的黙科特和少核默科特，不知火、清见、春见，以及良种柚中的红肉蜜柚等，果农愿种植，市场受欢迎。 是平均单产进一步提高。近几年来，我国柑橘连年增产，平均单产也不断提高。2006年至2011年间增速较快：2006年平均亩产634.3千克、2007军706.8千克、2008年765.3千克、2009年767千克、2010年796.6千克、2011年达到857.82千克，2011年至2006年的5年间，平均亩产净增223.52千克，增长35.24%。 是商品果率进一步提高。从21世纪初开始，随着柑橘产量的上升，柑橘供应也由卖方市场转向买方市场。由此，进一步抓了柑橘品质的提高并取得显著成效：上世纪末柑橘的商品果率不足60%，优质果率20%左右，到2011年商品果率、优质果率分别上升到80%和40%以上。特别是近几年来，农业部和全国供销总社抓标准化柑橘园建设，抓优质柑橘规范技术实施和果品标准制定、实施，有力促进了柑橘品质的大幅度提高。 是柑橘产后的商品化处理和柑橘加工进一步提升。柑橘鲜销果采后的商品化处理能力较快的提升，分级、打蜡和包装的果实占鮮销果的50%左右，不少柑橘主产区，如江西赣南、南丰的脐橙和南丰蜜橘，湖北宜昌的早熟温州蜜柑和脐橙，福建的平和、永春的琯溪蜜柚和芦柑（椪柑），浙江的台州、衢州的本地早、早熟温州蜜柑和椪柑，四川资阳的早熟蜜柑和尤力克柠檬，重庆奉节的脐橙，广东的沙糖橘，广西的沙田柚，湖南湘西的椪柑、湘南的脐橙，柑橘果品的商品化处理率高达60%一85%。 柑橘加工业，除橘瓣罐头年生产量约100万吨，出口20万吨一25万吨，继续保持国内、外市场的优势外，橙汁加工业也从无到有发展较快，从加工能力100万吨一120万吨，实际加工量、综合利用到加工原料和基地建设都有较大变化。 值得指出的是：与世界主产柑橘的其他国家相比差距仍不小，主要表现在柑橘产区种植柑橘的效益相差大，不少果农种果出现卖果难，效益下滑，究其原因主要是种植面积过大，管理参差不齐所致，这些问题如长此下去会影响柑橘产业的持续发展.针对以上各种情形和现状,我国整体水果产业基础薄弱,水果产业化不高,经济效益不高,特别是柑橘出现了严重的滞销现象, 使得水果种植者的积极性受挫,柑橘产业面临严重的局面.作为南方主打的水果产业,我国农村劳动力充足,但是这些柑橘产收在高温高湿季节,容易腐烂变质.柑橘出口比例低,采后处理能力不到产量的百分之五,多数柑橘的采后烂果率高达了25%.柑橘分选分级检测落后,缺乏先进有效的分级系统,外销柑橘浑等混迹，良莠不齐是烂果率高的主要原因之一。初选整齐，均匀，美观的高品质柑橘，形成系统化，规格化的产品，既有利于包装，又能增强国际竞争力，提高产品价格，无论是对储存还是销售，都大有益处。 1.2课题的目的和意义 柑橘是我国一种非常重要的经济作物，对我国的国民经济发展起着至关重要的作用，柑橘的质量不仅关系到我国柑橘行业在国际市场上的竞争力，更关系到广大社会主义新农村建设，关系广大果农生活水平的提高。1.3国内外研究情况 品质分级是水果产后处理和市场销售的一个重要的环节，主要依靠其形状，大小，颜色，果径的大小，各类缺陷等指标进行。柑橘是我国和我省主要的水果产品，对其进行分级将有助于提高产品的附加值，符合农业产业化要求。形状是其主要的分级依据之一。传统的分级的手工分级方式存在客观性和稳定性，效率低等特点。 在国际市场上，果品绝大多采用分级装袋销售。国内市场也正向分级销售发展。目前我国出的水果分选均采用人工用校径板逐个分选。人工分选水果效率低。由于加工时间紧迫，所以要谷清大量的工人来完成。同时质量很不稳定，根据外贸部门反映，人工分级出的柑橘的准确度误差一般都在1015%之间，与出口要求的在5%以下相距很远。其次人为造成的损伤也较严重。国内近几年有许多部门进行了机械分选的研究，但大多因为机械孙过滤太高或造价太高而不能使用。1.4研究目的 水果产后处理和市场销售的一个重要的环节，主要依据其形状颜色郭靖大小和各类缺陷等指标进行。柑橘是我国和我省主要水果产品，对其进行分级将有助于提高产品的附加值，符合农业产业化的要求。形状是其主要的分级依据之一，传统的手工分级方式存在客观性和稳定性差，效率低等缺点。而其他柑橘分级机的结构相对来说比较复杂，由于结构的复杂性从而使得柑橘分级机的造价太高，同时其使用寿命也相对就受到了限制。此外，由于分级机的原理的不同，目前市场上的柑橘分级机的总体尺寸和重量都比较大，在我国广大农村特别是那些丘陵地带和山区的果林厂，由于水果批发商都是到现场去才收购的，同时这些采购商对柑橘的分级也有不同的要求，如果自带传统柑橘分级机的话就比较麻烦，不仅运费成本很高同时又有诸多不便，因此我们就本次设计的主题主要面向那些去我国广大农村和丘陵地带以及山区的柑橘的果林地带的现场收购商。当然我们本次设计的柑橘分级机也面向广大直销商。所以本次设计的目的对柑橘分级机的重量和尺寸都提出了比较高的硬性要求。总而言之，本设计的目的在于设计一套柑橘机械分级装置，可针对柑橘按形状大小进行分级，主要面向我国广大农村和丘陵地带以及山区的柑橘种植地带，因此力求做到整机质量较小而整机的尺寸也较小。2关于柑橘分级机的初步设计2.1形状式柑橘分级机的初步尺寸和结构的设计形状式柑橘分级机目前有筛板式，滚筒式，导轨式等，本设计是导轨式的形状柑橘分级机设计。根据本次设计的设计任务，以及我国柑橘的种植情况，我国广大农村柑橘种植的实际情况，我国柑橘有很大一部分种植在丘陵和山区地带，因此我们需要跟据此种情况设计出总体尺寸小，整机重量不大，且生产效率高的柑橘分级机。为此我们根据实际初步拟定尺寸如下：柑橘分级机的整机尺寸设计为： （mm）柑橘分级机的实际工作承载尺寸为： （mm）由于柑橘分级机的分级范围为6090mm,我们可以将此柑橘分级机的级数设为4，为了能够流畅连续的将柑橘分级出来，我们因此设置了较长的柑橘传送装置，共有21个毛刷辊子，每个分级间隙之前有5个毛刷辊子作为缓存柑橘的空间，我们可以藉此初步设计出这些毛刷辊子的大体尺寸，第一组辊子共五个的尺寸较第二级的毛刷辊子的尺寸大一个级数，设为，设最后一级的毛刷辊子的直径为,由下式可得： 其中：是柑橘分级机的实际工作承载长度，设为2500mm；是柑橘分级机第一分级尺寸，取为60mm;是柑橘分级机第四分级尺寸，取为70mm;是柑橘分级机第四分级尺寸，取为80;是柑橘分级机第四分级尺寸，取为90mm;是柑橘分级机第一组毛刷辊子的直径尺寸;是柑橘分级机第二分组毛刷辊子的直径尺寸;是第三组毛刷辊子的直径尺寸;是柑橘分级机第三组毛刷辊子的直径尺寸；是相邻两组毛刷辊子的直径之差;而事实上我们在实际的设计工作中我们可以看出在本次设计中，由于分级机的级数为4级，并且级差为10mm，因此我们不妨设为10mm。我们对最小毛刷辊子直径的尺寸设定也应在6090mm之间，我们不妨先取为70mm，于是我们代入数据有： 132.5mm； 122.5mm； 112.5mm； 102.5mm；由于我们的设计任务对整机的重量提出了要求，因此我们采用塑料制的毛刷辊子，并且采用空心筒式的毛刷辊子来完成柑橘的传送。2.2形状式柑橘分级机的基本结构 本设计形状是柑橘分级机主要由未料机构提升机构出料机构传动机构和分选机构等构成，主要部件有 电动机 传动箱 主轴 料斗 v带 导轨 柑橘收集框等。2.3柑橘的尺寸和密度分布 在我们的日常生活中，柑橘的形状绝大多数的形状是扁平的近似球体，因此我们在这里将我们所要进行分级的柑橘看做成一个球体，事实上经过日常生活经验和查看各种水果资料我们也可以得出关于我国柑橘的大体尺寸范围，我国的柑橘的实际尺寸大多为6090mm，所以每10mm为一个级数，本设计共分4级，分别为60mm,70mm，80mm,90mm 等四个柑橘的分级对象。3系统设计3.1系统功能的描述： 图3.1 系统功能的描述3.2功能分解 为了完成对不同大小的柑橘进行分级，分级机应能承接 输送 分级 柑橘，提升柑橘，并能对不同大小的柑橘在指定位置进行分级，收集。根据设计任务书，形状柑橘分级机需要有提升和分级功能。 分级经过，得出形状是柑橘分级机的功能树，如下图 图3.2 功能分解3.3分级机分级原理：随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，对水果质量的要求越来越高，水果采后分级工作显得日益重要，而采后分级工作时效性强，作业质量标准高，因此，实现机械化、自动化作业势在必行。水果生产的产业化，使实现水果采后分级机械化与自动化技术成为可能。 果实分级机械按工作原理可分为大小分级机、重量分级机、果实色泽分级机和既按大小又按色泽进行分级的果实色泽重量分级机。（1）果实大小分级机 按果实大小进行分级，由于选出果实大小形状基本一致,有利于包装贮存和加工处理，故在果实分级机中应用最广泛。 工作原理：使果实沿着具有不同尺寸的网格或缝隙的分级筛移动，最小果实先从最小网格漏出，较大果实从较大网格漏出，按网格尺寸的差别，依次选出不同级别的果实。树种和品种不同，果实的大小尺寸不同，分级数也不尽一致，梨一般分为34级，苹果分为5级。目前日本研制的水果大小分级机，采用先进的辊、带间隙分级原理，工作时分级辊作匀速转动，输送带作直线运动，当果实直径小于分级辊与输送带之间的间隙时，则顺间隙掉入水果槽，在机器工作过程中，果实因直径不同而通过不同的间隙落到相应级别的水果槽。分级精度 95，生产率1.5Th。 为减少果实碰撞，提高好果率，有的分级机是利用浮力、振动和网格相配合的办法进行分级。在选果槽的上部装设网眼尺寸不同的选果筛，水槽里面设振动部件。分选时，先将果实送入水槽里面，振动部件振动时，槽中果实获得动能而移动，当果实移到与其大小相应的网眼时，果实便通过网眼浮出水面，停留在相应的格槽中，然后收取，即完成果实分级工序。这种方法的优点是避免了果实间的互相碰撞，在分级的同时可对果实进行清洗和消毒作业。（2）果实重量分级机 按重量分级的分级机械是利用杠杆原理进行的。在杠杆的一端装有盛果斗，盛果斗与杠杆间是铰链连结，杠杆的另一端上部由平衡重压住，下部有支撑导杆以保证水平状态，杠杆中间由铰链点支撑，当盛果斗的果实重量超过平衡重时，杠杆倾斜，盛果斗翻倒，抛出果实。承载轻果的杠杆越过此平衡重的位置沿导杆继续前移，当遇到小于果实重量的平衡重时，杠杆才倾斜，盛果斗翻倒在新的位置抛出较轻的果实，由此，果实可按重量不同被分成若干等级。 目前较先进的微机控制的重量分级机，采用最新电子仪器测定重量，可按需选择准确的分级基准，分级精度高，使用特别的滑槽，落差小，水果不受冲击、不损伤。分级、装箱所需时间为传统的1/2。 美国Penwalt公司Decco型分级机是一种新型果实分级机，具有速度快、性能好、通用性强的特点。它根据“体积”分级的原理进行工作，综合了大小和重量分级机最突出的优点，同时消除了二者的缺点，使分级作业真正得以柔和平缓地进行。Decco分级机工作原理是：提升机辊子将待分级的果实送入四星装料斗，星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步，辊子承载水果通过分级全程，这样的装置，星轮可以很柔和地将水果从提升机传送到由一对滚子形成的凹槽中，根据选用分级机规格的不同，分级部分包括6-9行高度可调的“摩擦指”，滚子从摩擦指下通过，缓缓地作反时针回转，水果则作顺时针转动，当水果遇到摩擦指（最大的水果首先接触摩擦指），由于转动与摩擦的组合，水果极柔和地从滚子上移动并落入弹性的摆动活动门上，水果自重足够使其滑出并滚到输送皮带上，然后由皮带送入包装槽中。由于水果没有摔落，也没有其他任何典型的引起损伤的动作，分级柔和。（3）果实色泽分级机 按色泽分级的分级机工作原理是：果实从电子发光点前面通过时，反射光被测定波长的光电管接受，颜色不同，反射光的波长就不同，再由系统根据波长进行分析和确定取舍，达到分级效果。在意大利的果品贮藏加工业生产中，使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级，其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时，果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位，这样就避免了水果单面被照射。反射光传递给电脑，由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别。 日本三菱电器公司研制的水果成熟度分级机，是利用传感器综合测出梨的表面颜色、对特定光的透光率、形状和大小，并与事先贮存在计算机中的优良梨的数据进行对比，推算出成熟度和糖分。（4）果实色泽重量分级机 既按果实着色程度又按果实大小来进行分级，是当今世界生产上最先进的果实采后处理技术，该机首先在意大利研制成功并应用于生产。工作原理是；将上述的自动化色泽分级和自动化大小分级相结合。首先是带有可变孔径的传送带进行大小分级，在传送带的下边装有光源，传送带上漏下的果实经光源照射，反射光又传送给电脑，由电脑根据光的反射情况不同，将每一级漏下的果实又分为全绿果、半绿半红果、全红果等级别，又通过不同的传送带输送出去。该生产线每小时可处理苹果15-20吨。美国俄勒冈州的Alle Electronics公司生产能分选果实、蔬菜、果仁及各种小食品的装置。该装置采用高晰像度的CCD摄像机，能识别以每分钟580英尺速度在传送带上移动的产品上仅1mm大小的变色部分和缺陷部分。在进料传送带与接取传送带之间用空气输送产品之际，计算机使128个次品排除器中的1个工作，排除次品。排除时能控制空气吹在次品的中心部位，几乎不发生错误排除现象。该分选装置能按产品的色泽或大小进行分选，并能将特定产品分选内容参数编成程序预先储存在存储器内。本次设计的形状式柑橘分级机正是基于果实大小来进行分级的，工作时，柑橘从进料槽倒进去，进入分级机的主体功能机构，通过毛刷辊子带动柑橘向垂直于出料槽的方向跳动波浪式前进，由于每两个毛刷辊子之间存在的间隙，这些间隙是根据柑橘的尺寸范围的大小而划分的等级间距，当柑橘行进到某个间隙时，尺寸在这个等级范围内的柑橘就会通过每两个毛刷辊子之间的间隙分选出来二楼如下面相对应的出料槽中，从而完成一个尺寸范围内柑橘的分选。而尺寸较大的柑橘就进入下一级的分级间隙进行分级，直至所有柑橘都分级完毕。4主要部件的运动和动力参数的计算4.1分级机的主要部件的运动和功能求解 本次设计的柑橘分级机有以下主要部件组成：进料槽，毛刷滚子，出料槽，带轮，带减速箱的电机，机架，撑杆等等。 (1)进料槽的结构如下图所示： 图4.1 进料槽结构图 如图中所示，进料槽为图中6所示，为一倾斜的安装位置，其中的4为撑杆。其具体结构如下： 图4.2 (2 ) 如图中所示，毛刷辊子为图中15所示，处于平行的安装位置，所谓毛刷辊子也就是由里面一层塑料和外面一层塑料绒状物套装组成，这样在工作时，柑橘就能靠这层毛刷的接触来增加摩察力，从而达到将柑橘传递到分级间隙的目的。 图4.3 柑橘分级机的工作机 而这些毛刷辊子主要由两种规格组成，一种规格直径较大，一种直径规格较小，由于本次设计的柑橘分级机的分级范围为60mm到90mm，我在本次柑橘分级机的改进设计中将这一范围分为四级，分别为60mm,70mm,80mm，90mm，而对应的出料槽的宽度尺寸也应对应四种尺寸规格。在这里我们为了能让柑橘能连续的在柑橘分级机中分级，我们在一台柑橘分级机中就将总共安排2024个这两种规格的毛刷辊子，正如上图中所示，每56个毛刷辊子作为一组无间隙排在一起。通过一系列间距不等的带轮的传递将起始的电动机输出转矩连续传递到后续的各个分级的毛刷辊子上，从而能够连续承载柑橘向前继续分级，其具体结构如下图： 图4.4 带传动结构图 由上图中可以看出来，各个毛刷辊子之间的动力传递通过交错带轮的带传动来传递。 (3) 如下图所示，出料槽的安装位置在形状式分级机中的安装位置如下图所示（图中斜置安装的宽槽，从柑橘流动的方向看） 图4.5 出料槽的结构图出料槽的具体结构如下所示：图4.6 出料槽的具体结构 图中的B值有几个，因此一台分级机的出料槽也有几种不同的尺寸，具体对应每一组柑橘的尺寸分界线。柑橘分级机的动力参数的计算：根据日常生活经验和相关柑橘的一些资料我们得出柑橘的一些物理参数：将柑橘理想化为球形；柑橘的密度：；柑橘的实际尺寸范围：6090mm;柑橘的占有率：70%80%;根据我们的设计任务和市场需求我们初步将柑橘分级机的一些参数拟定如下：柑橘分级机的实际工作尺寸： (mm);柑橘的生产效率：34t/h;柑橘的总体尺寸：(mm);柑橘分级机工作时我们要考虑的因素：柑橘分级机的设计安全裕量20%30%；柑橘分级机的工况系数柑橘分级机的突发过载状况,柑橘的层高设为75mm;柑橘分级机的生产能力的预留量，设为4t/h;计算毛刷辊子的线速度v v= (1) 其中： =2500mm,是柑橘分级机的实际承载工作区； l按下式(2)计算为4吨柑橘在柑橘分级机的毛刷辊子上所占的流向长度; t=1h=3600s,为柑橘分级机处理四吨柑橘所需的时间； (2)其中：是柑橘分级机每小时处理的柑橘的重量 是柑橘的密度 是柑橘在工作机上所占实际宽度v 是柑橘的空间占有率 是在理想化的设想时，将柑橘想象成一层紧密排列铺在工作机的毛刷辊子的上面；将数据代入（2）中有： l= (mm)将（2）中的数据代入（1）中有 v 同时又因为柑橘在毛刷辊子组成的工作机上走的是半圆弧，所以毛刷辊子的线速度是上述速度的1.5倍，即取为1.5v=58.591.5=87.885mm/s. 计算柑橘分级机工作机的功率：柑橘在毛刷辊子的作用下从进料槽一直到出料槽这个过程中，毛刷辊子对柑橘作的功分为两部分，而这个做功的力是毛刷辊子与柑橘之间接触部分之间的摩擦力，它一方面将柑橘的底部从毛刷辊子之间的交界处提升到毛刷辊子的顶端处所做的功，另一方面它将柑橘从进料槽带到出料槽时所做的功；我们在处理这个功率时，我们应当从分级机在一个小时内将4吨柑橘从进料槽带送到出料槽时所作的总功求出来，然后再求其功率。 我们从能量守恒和宏观上来把握这个总功的求解： 柑橘分级机在整个过程中对柑橘的重力所做的功为 其中：g是地球上的重力加速度，单位为kg/N;是柑橘被提升的总高度，mm;代入数据有： 5（30+35+40+45） 30000J柑橘分级机在整个过程中摩擦力对柑橘所做的功为: 其中：是柑橘和毛刷辊子接触部分之间的摩擦系数，经查表可知可取为0.70.9,考虑到设计的实用裕量可取为0.4；代入数据有： J 计算每小时柑橘分级机所做的总功W： J从而柑橘分级机的工作机的功率: 4.2传动方案的设计：4.3电动机的选择(1)电动机类型的选择： 一般选择：Y系列（常用，三相异步交流电动机，节能）(2)确定电动机的功率先计算工作机的功率；工作机效率:根据柑橘分级机的传动装置的机构和种类，我们可以看出本机的传动装置是由带传动带动的，共有21毛刷辊子，但由于是带的交错布置，可知共有20根带，而带传动的效率为0.920.97（经查表表2,第141页）。此处我们把不同辊子之间的带传动的不同带传动的效率都看做是相同的，因此我们可以简化为以下模型：设每个辊子的功率为,则 其中n是带传动的数目；代入数据有 （w）工作机的总效率为： 减速箱输出功率为： = =1002.59（w）(3)计算电动机所需功率 = 减速箱的总效率为（其示意图如下） 图4.7 减速箱的结构示意图其中：是减速箱的总效率；分别是减速箱内各个环节的效率；经查表2,(141)有 =0.847872电动机的额定功率计算可得 =1183(w)(4)确定电动机的转速：毛刷辊子转速 代入数据有 电动机满载转速 其中：是电动机到工作机之间的各个传动比，一般不限范围;例如本设计中i可以取3540之间的数，当然也可去其他的传动比，具体根据自己的需要和减速器的选择来决定。电机至工作机的总传动比为i电机同步转速：3000,1500,1000,750r/min转速越高，电机质量和尺寸就越小，价格就低传动系统总传动比加大，尺寸和重量增加，价格提高较低转速，情况正好相反。根据同步电机转速n和额定功率查表选取电机型号5柑橘分级机的设计计算和校核计算5.1带传动的设计和计算： 我们在这里只以第一组的带传动设计和计算为例，从上面的计算和初步设计的尺寸来说，第一根带传动的中心距a0 a0=132.5mm而带轮的直径d0的大小如下： 由公式 此处的是相应的带长; 是带传动中两个带轮的不同直径；在此分级机的第一组带传动中，我们的前四个带轮之间的中心距都相等，因此我们在此处的带传动设计中二者的大小相等，都为d0。于是我们代入数据就可得到带的计算长度为332.6mm.至于后面的带传动的设计以此类推，不难将后面各组的带传动设计出来。 5.2轴的受力分析：在本柑橘分级机中我们只对轴进行校核计算，因为在本机中所能承受的柑橘的总质量不大，因而平摊到每根轴的受力就很小了，因此本机中两小半轴的承载受力可不予考虑。此外，我们在轴的受力分析中我们也应该看到在每根轴上都受到了径向力，但是都不大，我们在后面的校核中会考虑到。5.3轴的结构设计：轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决以下因素：轴在机器中的安装位置及形式;轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴接连的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素有很多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须根据不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体情况，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置;轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。本机中每个毛刷滚子都采用两根半轴，并且都采用阶梯轴，以便于定位和连接，这两半轴很短，因此设计时只需校核即可。5.4轴的设计与计算：5.4.1按扭转强度条件初步估算轴的直径 机器的运动简图确定后，各轴传递的P和n为已知，在轴的结构具体化之前，只能计算出轴所传递的扭矩，而所受的弯矩是未知的。这时只能按扭矩初步估算轴的直径，作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin，一般是轴端直径。 根据扭转强度条件确定的最小直径为： （mm） 式中：P为轴所传递的功率（KW） n为轴的转速（r/min） Ao为计算系数，代入数据我们可以计算得到15.24mm.若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，此时应将计算所得的直径适当增大，若有一个键槽，将dmin增大5，若同一剖面有两个键槽，则增大10,本轴中有一个键槽，我们可以算出所需的轴的尺寸为16mm. 以dmin为基础，考虑轴上零件的装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设计。在轴的结构具体化之后进行以下计算。 按弯扭合成强度计算轴的直径 l）绘出轴的结构图 2）绘出轴的空间受力图 3）绘出轴的水平面的弯矩图 4）绘出轴的垂直面的弯矩图 5）绘出轴的合成弯矩图 6）绘出轴的扭矩图 7）绘出轴的计算弯矩图 8）按第三强度理论计算当量弯矩： 式中：为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数，按扭切应力的循环特性取值: a）扭切应力理论上为静应力时，取=0.3。 b）考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素，假定为脉动循环应力，取 =0.59。 c）对于经常正、反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力，取 =1（因为在弯矩作用下，转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力）。 9）校核危险断面的当量弯曲应力（计算应力）： 式中：W为抗扭截面摸量（mm3）。 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。如计算应力超出许用值，应增大轴危险断面的直径。如计算应力比许用值小很多，一般不改小轴的直径。因为轴的直径还受结构因素的影响。一般的转轴，强度计算到此为止。对于重要的转轴还应按疲劳强度进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。5.4.2按疲劳强度精确校核 按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴的疲劳强度的影响，因此，对于重要的轴，还需要进行轴危险截面处的疲劳安全系数的精确计算，评定轴的安全裕度。即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件。 安全系数条件为： 式中：为计算安全系数；、分别为受弯矩和扭矩作用时的安全系数； 、为对称循环应力时材料试件的弯曲和扭转疲劳极限；、为弯曲和扭转时的有效应力集中系数，为弯曲和扭转时的表面质量系数；、为弯曲和扭转时的绝对尺寸系数；、为弯曲和扭转时平均应力折合应力幅的等效系数；、为弯曲和扭转的应力幅；、为弯曲和扭转平均应力。 S为最小许用安全系数： 1.31.5用于材料均匀，载荷与应力计算精确时； 1.51.8用于材料不够均匀，载荷与应力计算精确度较低时； 1.82.5用于材料均匀性及载荷与应力计算精确度很低时或轴径200mm时。 5.4.3按静强度条件进行校核 静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力。这对那些瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的的轴是很有必要的。轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。静强度校核时的强度条件是：式中：危险截面静强度的计算安全系数； 按屈服强度的设计安全系数；1.21.4，用于高塑性材料（0.6）制成的钢轴；1.41.8，用于中等塑性材料（0.60.8）制成的钢轴；1.82，用于低塑性材料制成的钢轴；23，用于铸造轴；只考虑安全弯曲时的安全系数；只考虑安全扭转时的安全系数 式中：、材料的抗弯和抗扭屈服极限，MPa；其中(0.550.62)；Mmax、Tmax轴的危险截面上所受的最大弯矩和最大扭矩，N.mm；Famax轴的危险截面上所受的最大轴向力，N；A轴的危险截面的面积，m； W、WT分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数，m。6本机的一些性能参数和维护调试工作6.1本机与其它同类机各性能参数的比较： 目前市场上形状式柑橘分级机典型的主要有两种，一种是滚筒式分级机，另一种是摆动式分级机。它们的原理各不相同，所以结构也是各异，下面就将比较这几种柑橘分级机的原理和结构：(1)滚筒式分级机 结构与工作原理：滚筒式分级机的孔壁上分布有孔眼，由于滚筒的转动，使柑橘在滚筒内滚动并向出口前进，在此过程中，柑橘从不同的孔径的孔眼中掉下来，分别收集后，即实现分级。(2) 摆动式分级机的基本原理 摆动式分级机又称摆动筛，它是通过筛子沿一定方向做往复摆动，使筛面上的物料以一定的速度向排料端移动，小于第一层筛孔的物料，从第一层掉到第二层筛子，而大于第一层筛孔的物料则从第一层筛子末端排出收集为一个级别，第二层以下的物料按同样方式进行筛选，从而获得各种不同级别的物料。摆动筛与振动筛的区别主要在于转速与无聊在筛面上的运动状态。振动筛驱动机构的转速在8001500转每分钟之间，物料在筛面上呈剧烈跳动，一般用于筛分不易破碎的产品。而摆动晒驱动机构转速在600次分钟以下，物料在筛面上以往福直线运动为主，震动为辅，一般用于多层筛面，可得到几种级别，同时不易破碎产品。6.2柑橘分级机的使用与维护： 本机在使用过程中，要注意以下几点：在分级机工作之前，我们应该先启动电动机电源，让分级机先空载运转一段时间，然后再倒入柑橘进行分级，这样可防止由于带传动的突然承重而导致带与带轮之间的打滑，造成带传动的失效和寿命的损失；由于毛刷辊子的材质是塑料，所以当分级机长时间工作时毛刷辊子可能会软化，也即是毛刷辊子的刚度会下降，从而可能造成分级机的卡死现象，无法使柑橘分级机正常工作，甚至损坏毛刷辊子和烧坏电动机；此外，两半轴的支撑转动支板的接触部分要经常保养，可采用润滑脂进行润滑;还有毛刷辊子的表层部分应注意防止过热，因为过热时，辊子的毛刷层会软化并且会沾有些许的水分从而使得柑橘与毛刷层接触部分的摩擦系数降低，致使柑橘分级机无法带动柑橘进行分级；此外，在分级机工作了一段时间后，由于带的磨损，带无法再保持张紧状态，从而导致分级机的效率下降甚至无法工作，因此分级机的带的张紧是一项很重要的任务，但是由于分级机的带传动结构的特殊复杂性，因此带传动的张紧也是一项十分复杂的工作。6.3本机未能解决的一些问题： 在本柑橘分级机的改进设计过程中，由于分级原理的性质，需要好几种规格的毛刷辊子，同时由于柑橘的大小不同甚至由于过大的跨度，再加上带和带轮都已标准化，从而会使得选用的带可能无法满足分级机的要求，从而需要定制，这样就加大了带传动设计的复杂性和加工制造的成本。7水果分级机的研究情况7.1水果自动分级技术的现状与发展 我国是一个水果生产大国，自动分级技术对提高我国鲜食水果的市场竞争力和利润水平有重要的意义。我国是水果生产大国，特别是90 年代以来发展更为迅速。据国家统计局统计，2 0 0 4 年我国水果总产量已经达到15243 万吨，比2003 年增长5%，占世界总产量的12.7%。水果产业已经成为我国南方主产区农村经济的一大支柱产业，为促进农民增收、扩大城乡居民就业和改善生态环境作出了积极贡献。虽然我国水果产量很大，但国内水果价格低，“卖果难”问题经常出现，水果生产快速发展的势头受到抑制。而且中国水果以本国消费为主，参与国际贸易的比例一直很低，出口量不到国际水果贸易的3 % 。其中一个重要原因就是采后商品化处理落后，外观质量较差，导致水果的市场竞争力比较弱。根据水果产销趋势可以发现，水果产值的大部分是由产后处理和产后加工创造来的。水果的产后商品化处理包括清洗、打蜡、分级、包装。分级是果品商品化处理的重要环节，它在技术方面发展最快并在最近几年发生了根本的变化。目前我国国内水果商品化处理过程中的清洁、打蜡设备已经比较成熟，关键在于分级技术还比较落后。水果的分级指标包括外部品质和内部品质两个方面。水果外部品质的主要分级指标是水果的果形、大小、色泽、表面质量和颜色等。其中水果的表面质量可以通过表面光洁度、表面缺陷( 斑点、污点、烂坏) 、损伤来描述。内部品质指糖度、硬度、酸度、可溶性固形物等指标。 7.1.1研究现状(1)国外的研究现状国外早期的水果自动分级方法主要通过CCD 相机，采用无损检测、计算机分析处理等手段对水果逐一进行分析判别后得出综合结论。利用机器视觉技术实现农产品内部品质无损检测是目前国际上正在研究的热点课题。除了使用高效的信息处理技术，水果的质量无损检测手段包括近红外线、红外线检验等光学检验方法和高光谱、多光谱技术等。人工神经网络技术是模仿生物大脑结构和功能而构成的信息处理技术，在机器视觉系统中应用可提高品质识别的智能性。Kavdir 等使用神经网络算法对柑橘进行分级，把缺陷和物理特征作为神经网络分类器的输入参数，对柚子和橙子的分级准确率为98.5%，对橘子的分级准确率为9 8 . 3 % 。使用神经网络分类，训练好网络后，利用A N N 的泛化功能，对橙子的彩色R G B 图像，结合颜色和果形分析，获得鲁棒性、实时性的分类结果。红外线波段是人眼不可视波段，在水果的检测中，有许多优良的性能，比如碳氢化合物( 糖、酸、水、维生素等) 在近红外波段有不同的吸收峰，可作为检测的依据，是近年来发展起来的水果内部品质检测技术极佳的检测手段。Miller 采用彩色电视摄像机和近红外线扫描摄像机获得桃子、柑橘等水果图像进行较深入的研究，对桃子表面的灰度图象进行阴影校正、图象分割和边缘检测，然后用灰度和色度阈值及区域增长法求得损伤表面面积，与人工测得的结果相关系数达0 . 5 6 。Miller 使用红外技术测量柚子和蜜桔的糖度，并建立了近红外和糖度Brix 测度的线性关系。机器视觉系统数据的提取需要高质量的图像，采用高光谱和多光谱技术可以快速得到高精度的图像。高光谱图像的光谱分辨率相当高，能够精确获得果品缺陷、污点等的特征光谱段，最近这方面的研究较多。而多光谱利用高光谱的分析结果，能够快速、实时采集信息，降低了软件识别的不确定性。K i m 等使用4 5 0 851nm 波段的高光谱图像识别苹果表皮的肥料残留物，研究表明，污秽的识别可使用3 波段法( 绿、红、近红外)或2 波段法(近红外区域的两端)，前者可用于商业分级设备。高光谱还可用于成熟度分级，波长范围从396736nm(间隔1.3nm)。用配置多滤光片的多光谱相机(740nm、950nm 和可见光段)，干涉滤光片放置在光路上产生不同的波长可以对柑橘进行缺陷检测。西班牙的Aleixos 使用多光谱相机检测柑橘，图像在两块DSP 中并行运算，视觉系统检测的参数为尺寸、颜色、缺陷，检测速度大于5 个/ s 。中国柑橘的颜色识别正确率为94%，柠檬和中国柑橘的缺陷识别正确率分别为93% 和9 4 % X 射线、核磁共振、热红外图像等手段在水果损伤和成熟度检测上也有应用。X 射线可用于识别苹果的水芯。实验表明空间特征(面积、灰度)比变换域系数的特征更明显，因此用水果的面积、水果的平均灰度、DCT 变换的第10 个谐波作为Bayesian 分类器的输入量，判断准确率为7 9 % 。X 射线还可以检测损伤的新旧程度。Pathaveerat等使用高速单脉冲核磁共振技术作为油梨在线分级的工具，一个单脉冲N M R 获得质子的的自衰变，把这个自衰变作Foruier 变化，测量油梨的成熟度。这种方法测定油梨成熟度快速准确，具有很大发展潜力。由于损伤处和正常处的热辐射不同，用热红外图像对损伤的判别准确率达1 0 0 %。实验表明，在损伤30180s 后，擦伤处和正常处至少有120的温差。但热红外图像必须在环境温度变化下才可检测。7.1.2 国内的研究现状国内的水果自动分级研究起步较晚，主要在水果外在品质检测展开研究。针对水果的内部品质检测的研究还不多。李庆中等在实数域分形盒维数计算方法的基础上，提出了双金字塔数据形式的盒维数快速计算方法。对于待识别水果图像的可疑缺陷区，提出用5 个分形维数作为描述该区域粗糙度和纹理方向性的特征参数，并用所提出的快速计算方法进行计算，然后利用人工神经网络(B P )作为模式识别器，区分水果表面的缺陷区和梗萼凹陷区，识别的准确率为9 3 % ，一个可疑缺陷区的判别时间为47ms。李庆中等还介绍了苹果颜色自动分级系统的硬件组成，确定了苹果颜色特征的提取方法，利用遗传算法实现了多层前馈神经网络识别器的学习设计，实现了苹果颜色的实时分级，并通过实验验证了该方法的有效性。试验结果表明，颜色分级识别准确率在9 0 % 以上，分级一个苹果所用的时间为150ms。籍保平、李永华提出了基于计算机视觉的苹果形状和尺寸识别的方法。在对苹果图像进行形状和尺寸识别时，首先通过中值滤波和阈值法去除图片中的噪音和背景信息，并转换成二值图像，然后进行边缘提取。获取的苹果边缘中包括果柄的边缘点，必须给以剔除，最后针对剔除果柄后的苹果边缘进行快速傅立叶变换(或通过几何参数法)来提取包含形状和尺寸信息的傅立叶系数( 或几何参数) ，用来作为苹果形状和尺寸分级的依据。应义斌、景寒松等利用机器视觉采集黄花梨图像，研究了不规则果品的形状描述方法，提出在黄花梨的分级过程中采用傅立叶变换与傅立叶反变换来描述果形，开发了基于人工神经网络的果形识别软件。利用红、绿色彩分量在坏损与坏损交界处的突变,求出可疑点,再经区域增长突出整个受损面。研究发现，该傅立叶的前1 6个谐波的变化特性足以代表梨体的主要形状，采用傅立叶描述与人工神经网络相结合的方法进行果形识别的精确率可达9 0 % ，而且傅立叶描述子可以进行平移、旋转和缩放，并具有很强的水果外形重建功能。应义斌等利用机器视觉技术对黄花梨的表面缺陷进行检测。黄花梨梨体的正常部分和缺陷部分的光反射率在可见光域内有很大差异，即梨体的正常部分与缺陷部分呈现为不同的颜色，因而在可见光域内可以对果面缺陷进行检测。在检测果面缺陷时，提出利用红(R)、绿(G) 色彩分量在坏损交界处的突变，求出可疑点，再经区域增长定出整个受损面积。何东健等以计算机视觉自动检测果实表面着色度并进行分级为目的，建立了室内计算机视觉系统获取苹果果实的彩色图像，并将RGB 值转换成HLS 值；在分析苹果颜色特性的基础上，确定了用适当色相值下累计着色面积百分比进行颜色分级的方法。试验表明，利用建立的准则和方法，计算机视觉分级与人工分级的一致度在88% 以上。何东健等在分析果实表面颜色色相分布特性的基础上，又提出将果实色相分布曲线作为模式处理，用人工神经网络技术进行果实表面颜色分级。结果表明，用人工神经网络技术分级与人工分级的一致度在9 4 % 以上。冯斌通过对不同着色等级的水果分析，以各色度在水果表面分布的分形维数为特征进行分级，该特征值不仅考虑了各色度点的累计特性，而且考虑了色度点空间分布特性，使颜色分级更符合实际情况。将各色度域分形维数作为模式处理，建立了人工神经网络识别模型。学习后的模型分级正确率为9 5 % 。赵静等在综合分析果形的基础上，提出用半径指标、连续性指标等6 个特征参数表示果形。首次将参考形状分析法用于果形判别，并利用人工神经网络对果形进行识别和分级。结果表明，用提取的特征参数和果形识别技术，计算机视觉与人工分级的平均一致率在9 3 % 以上。应义斌，饶秀勤等以表面色泽与固酸比为柑橘成熟度指标，建立了用于柑橘成熟度检测的机器视觉系统，确定了适宜的背景颜色，进行了柑橘的分光反射试验，发现绿色柑橘表面与桔黄色表面的反射率在700nm 时反射率相差最大，约达5 3 % ，且各自的反射率都较大，700nm 是获得高质量的柑橘图像的较佳中心波长。建立了利用协方差矩阵和样本属于桔黄色和绿色的概率来判断柑橘成熟度的判别分析法，并以实测的固酸比值作为对照，对72 枚柑橘样本进行了试验，柑橘成熟度的判别准确率达到91.67%。这表明柑橘果实的表皮颜色与成熟度之间具有相关性。李公平等利用核磁共振原理测甜菜含糖量，通过大量实验，在借用对甜菜含糖量折光计分析法的基础上，建立了核磁共振方法中甜菜的含糖量模型。原理适用于所有水果含糖量测定的研究。 7.2水果自动分级设备的产品化状况 7.2.1国外公司产品状况国外公司较早开始对水果自动分级的研究进行产品化。1995 年美国研制成功的Merling 高速高频计算机视觉水果分级系统，生产率约为40t/h，美国每年有50%以上的苹果经过该设备处理。美国Penwalt 公司Decco 型分级机是按重量分级的果实分级机，利用杠杆原理进行工作，采用最新电子仪器测定重量，可按需选择准确的分级基准，分级精度高。具有速度快、性能好、通用性强的特点。日本开发了可见光和近红外线测定梨、苹果成熟度的传感器，又研制了快速判别水果成熟度和色泽的选果装置，并将此技术用于自动化选果线上，把成熟度、色彩传感器与自动化分级、包装线连在一起，率先实现了高度自动化的无损伤检测选果。日本三菱电器公司研制的水果成熟度分级机，就是利用传感器综合测出梨的表面颜色、对特定光的透光率、形状和大小，并与事先贮存在计算机中的优良梨的数据进行对比，推算出成熟度和糖份。美国俄勒冈州的Alle Electronics公司的研制成果能够分选果实、蔬菜、果仁及各种小食品的“Inspecttronic”装置。该装置采用高晰像度的CCD 摄像机，能识别以每分钟580 英尺速度在传送带上移动的产品的仅1mm 大小的变色部分和缺陷部分。该分选装置能按产品的色泽或大小进行分选，并能将特定产品分选内容参数编成程序预先储存在存储器内.美国Autoline 公司的水果分级设备在世界上处于领先地位，其产品已经系列化(5 个型号)，能够按照重量、颜色、形状分级，传送通道可以多达9 道，分级出口可达60 个，每道的最高传送速率为12 个/s，其传输系统可以容纳不同尺寸的水果，Model6 型机器视觉水果分级机采用双C C D ，其中一个装有R G B 颜色传感器，另一个装有近红外传感器，可以同时进行形状、尺寸大小、体积、颜色和缺陷分级。其所有的控制可以通过台式中央计算机控制完成，操作员可对设备进行分级、选择，可以根据用户需要进行定量包装、统计。韩国 SEHAN TECH 株式会社是生产果蔬分选机的专业生产厂家。主要生产中小型和大型水果分选设备，产品包括多通道分选机、单通道分选机和小型分选机等。能够进行重量、大小、颜色、缺陷和含糖量的分选。其中多通道分选机拥有8 通道预选线，计算机分析系统能够提供水果分选的各种信息，包括大小的比例情况，每小时的处理量，水果的优质度等。在我国江苏、深圳、湖北等地都有厂家使用它的产品进行柑橘的分级生产。 7.2.2 国内公司产品状况国内目前能生产的水果分级设备基本还限于机械分级阶段，主要进行大小、重量的分级。目前我国研制的6GF 1.0 型水果大小分级机，采用先进的辊、带间隙分级原理，工作时分级辊作匀速转动，输送带作直线运动，当果实直径小于分级辊与输送带之间的间隙时，则顺间隙掉入水果槽实现。山东省栖霞茂源机械设备生产的GXJ-W 系列卧式果蔬分选机是一种将类似球形的水果或蔬菜( 例梨、苹果、柿子、桃子、柠檬、石榴、番茄、柑橘、土豆等) 按重量分级的一种高效自选设备。我国国内的自动分级设备基本还处于实验室阶段。我国水果质量检测中使用的水果品质自动检测生产线多为进口设备，这种进口设备是针对大农场生产所设计的，在我国小农户产品的检测中并不实用。中国农业大学食品科学与营养工程学院籍保平教授等针对我国水果生产现状研发了一条机器视觉水果分级系统，可以对水果的外部缺陷、色泽
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