机电1202班-苹果分拣机构设计说明书.doc

机械自动化学院苹果分拣装置设计设计说明书 专 业 ：机械电子工程班 级 ： 1202班 指导老师 ： 朱建阳 2015 年 12月8日 目录1.项目背景.42.设计任务.52.1 小组分工.52.2 装置设计.52.2.1改进后的分拣装置系统结构示意图.52.2.2 分拣工作原理整体图.52.3原理分析.62.3.1苹果损伤检测装置.62.3.2苹果成熟度检测装置.62.3.3苹果大小检测装置.72.4 PLC控制系统.72.4.1 系统控制要求.82.4.2 I/O模块.82.4.3 控制系统外部接线图.93.1 静压特性.93.2 气缸选型.103.2.1选择作用方式.103.2.2 选择缸径.104.参考文献.111.项目背景目前国内苹果分拣主要采用“半机械化+人工分拣”的模式进行，导致产品生产成本的增加，无法和同类的国外产品相竞争。最近李克强总理提出用发展工业的理念来发展农业，这就要求农业的生产必须实现机械化和现代化。因此，研究可自动分拣不同类型苹果（大小，成熟度，外部损伤等）的分拣装置对于提升我国农产品的国际竞争力具有重要意义。分拣装置的系统结构主要由5部分组成(见结构示意图1 所示)：(1)传送机构，主要由单相电机传送带传动辊等组成。其作用是将待分拣的苹果通过传送带送到指定的位置。(2)检测机构，主要是由各种苹果类型检测传感器和支撑传感器的机构组成。 (3)气动分拣机构，主要由出料气缸，1号气缸，2号气缸，,3号气缸,4号气缸及控制气缸的5个电磁阀和相关气路附件等组成，气动分拣机构的作用是利用气缸将分拣出的材料送入相关的通道。(4)控制系统。(5)材料储存机构，主要是4个分检通道材料储存器等组成。图1 分拣装置的系统结构示意图2.设计任务2.1 小组分工文献整理与收集：胡 承 程 博 韩东 胡涵 系统设计及画图：杨明辉 付玉峰 胡成 唐豪原理分析及计算：吴泽诰 王超越 徐江 尤瑞说明书撰写：王 毅 于 飞 李志伟 唐巧2.2 装置设计2.2.1改进后的分拣装置系统结构示意图2.2.2 分拣工作原理整体图22.3原理分析2.3.1 苹果损伤检测装置原理：由于果实内部成分的不同，在不同波长的射线照射下，会有不同的吸收和反射特性。损伤部位吸光度基本上是沿着正常部位的变化趋势而变化；760-960nm范围内的波长可以用于表面损伤的检测。2.3.2 苹果成熟度检测装置果实成熟度是农业生产中的一项关键品质指标，所以在原理上我们采用光致发光光谱来测定无机物和有机物质。成熟度不同的果实中叶绿素等光致发光的物质的含量不同，从而在特征光谱中对果实的成熟程度有所反应。如图所示：根据最小二乘法原理，对两种样品分别利用Matlab拟合出糖度含量与光致发光相对强度的线性回归方程，得到两者的拟合曲线图，2.3.3 苹果大小检测装置 1.摄像头 2.光源 3.采光箱4.苹果 5.传送带 6.带轮7. PC机 8.图像卡原理：通过视觉采集装置运用边缘检测技术和对称轴向确定，对苹果进行大小筛选，保证品质。1.图像检测方法：边缘检测原理。 实际操作时，首先估算形心点，且给出最大和最小搜索半径，沿圆周等角度半径方向搜索，处理部分图像即可。 2.4 PLC控制系统2.4.1 系统控制要求（1） 运行方式。分拣机具有手动和自动两种方式，当采用自动工作方式时，系统将按预先设定好的程序循环往复工作。手动方式用于设备单动、调试和维修时使用。（2） 实时显示。系统中各工序的运行情况、报警信息、检测信息和故障信息等能够显示在触摸屏上。（3）故障检测。系统能够自动检测各工序的运行情况是否正常，如果出现异常情况，则在触摸屏上显示故障信息，同时设备停止运行，直到故障解除后按启动按钮，设备才能继续运行。（4）安全保护。在程序设计时，对关键环节设置多重保护，以避免发生人身及设备事故。（5）紧急停止。当出现紧急情况时按下急停按钮，则所有运行的设备全部停止运行。只有当急停按键全部复位后，设备才可以重新启动。2.4.2 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入：功能 原件 PLC地址启动 S1 X000停止 S2 X001损伤检测 W1 X002成熟度检测 W2 X003大小检测 W3 X004输出：功能 原件 PLC地址电磁阀1 F1 Y000电磁阀2 F2 Y001电磁阀3 F3 Y0022.4.3 控制系统外部接线图线路分析：S1，S2为启动与停止开关，L1，L2为对应显示灯；W1为损伤检测电路，W2为成熟度检测电路，W3为大小检测电路；F1，F2，F3为三个气缸电磁阀。3.设计计算3.1 静压特性气缸理论输出推力：气缸实际输出推力：式中：F 气缸的推力（N）；R 摩擦阻力（N）；m 活塞等运动部件的质量（kg）；P1，P2 进气侧和排气侧压缩空气压力（MPa）；a 活塞运动加速度（m/s2）。 气缸效率：气缸实际推力和理论推力比值。 气缸效率曲线气缸效率取决于：密封种类、内表面和活塞杆加工、润滑状况、运动速度、排气侧压力、外载荷、管道状况。3.2 气缸选型3.2.1 选作用方式在系统中，我们选用单作用气缸。3.2.2 选缸径(1).根据负载状况，确定气缸的轴向负载力F(2).根据负载状况，预选气缸的负载率(3).计算理论输出力：(4).计算缸径： 根据气源供气条件，确定气缸的使用压力P，P应小于减压阀入口压力的85%。对单作用气缸，预设杆径与缸径之比d/D=0.5，双作用缸预选d/D=0.3-0.4。根据气缸的理论输出力公式可以得到D。（5） 活塞杆强度校验： 活塞杆承受应力小于材料许用应力，即 式中 F1活塞杆上总推力（N）； d活塞杆直径（m）； 活塞杆材料的许用应力（N/ m2）。 气缸工作过程中，活塞杆最好受拉力，但在很多场合，活塞杆是承受推力负载，对细长杆件受压往往会产生弯曲变形，因此还要进行稳定性校验。4.参考文献【1】陈忠平