扇贝自动分选装置结构设计含CATIA三维图三维及12张CAD图.zip
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扇贝
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扇贝自动分选装置结构设计Structural design of scallop automatic sorting device摘 要扇贝的自动分选装置顾名思义就是依据扇贝个体的大小对其进行快速的识别，分级自动分选的装置。扇贝是人们日常生活中比较喜欢食用的水产品，随着我国水产养殖业的快速发展，贝类的养殖已形成一定规模。为了增加经济效益，贝类水产品需要在生产销售过程中，将其按大小进行分级。因此研制一台能自动识别扇贝大小，并将其自动分选出来的装置具有非常重要的现实意义。本课题主要研究扇贝的自动上料机构、扇贝图像信息的采集与处理及分选装置系统的设计三个方面。自动上料机构主要涉及带的传送以及使扇贝单个的传送至图像处理处；然后由一个CCD图像处理装置对传送过来的扇贝进行图像采集处理，确定出扇贝的大小品级，给出相应的信号信息到最后的分选装置；最后分选装置出的汽缸依据CCD传输过来的信息，当相应的扇贝到达指定位置时，汽缸动作，将其推入已标记号等级的分选箱中。最后对装置的性能就行测试。测试结果表明，扇贝的自动分选装置能够较精确实现扇贝的分选工作。所研制的扇贝分选装置具有挑选效率高、挑选准确、工人劳动强度低等有点，该设备也可应用于其他贝类的分选，具有广阔的应用前景。关键字： 扇贝 传送 图像处理 分选AbstractScallop automatic sorting device, as the name suggests, is based on the size of scallop individuals for fast identification, grading automatic sorting device. Scallop is a kind of aquatic product that people prefer to eat in daily life. With the rapid development of aquaculture in China, shellfish culture has formed a certain scale. In order to increase economic benefits, shellfish aquatic products need to be graded according to their size in the process of production and sale. Therefore, it is of great practical significance to develop a device which can automatically identify scallop size and automatically separate it. This topic mainly studies three aspects: Scallop automatic feeding mechanism, scallop image information collection and processing, and sorting device system design. The automatic feeding mechanism mainly involves the transmission of the belt and the transmission of the scallop to the image processing unit; then a CCD image processing device is used to image the scallop of the scallop, and the size of the scallop is determined, the corresponding signal information is given to the final sorting device; finally, the cylinder is selected and the cylinder is selected. According to the information transmitted by CCD, when the corresponding scallop arrives at the designated location, the cylinder action is pushed into the marked number sorting box. Finally, the performance of the device is tested. The test results show that the automatic sorting device of scallop can precisely realize the sorting of scallops. The scallop separation device has high selection efficiency, accurate selection and low labor intensity, and the equipment can also be applied to the separation of other shellfish and has a broad application prospect.Keyword: Scallop transmission image processing目 录1绪论11.1课题的来源和背景11.1.1课题来源11.1.2扇贝生产情况11.2扇贝自动分选装置的重要意义21.3国内外研究现状41.4课题研究内容51.5本章小结52设计方案62.1题目内容62.2扇贝分选装置的原理62.3技术要求62.4总体方案设计72.5本章小结73扇贝分选装置机构设计83.1上料机构设计83.2传送机构1、2设计93.3传送机构3设计103.4分选机构设计123.5电机座设计133.6总装配设计144传动系统设计164.1各机构输送带带速与主动轴转速设计与计算164.2计算各机构功率174.2.1计算上料机构的功率174.2.2计算传送机构1的功率174.2.3计算传送机构2的功率184.2.4计算传送机构3的功率184.2.5计算分选机构的功率184.3电机的选择194.4传动系统的设计205图像采集与处理方案265.1CCD检测系统的原理265.2图像处理方案266结 论27参考文献28致 谢301 绪论1.1 课题的来源和背景1.1.1 课题来源在我国，扇贝是一种主要的海鲜。我国自古就有使用扇贝的习惯，扇贝不仅仅可以作为食材，还可以作为调味品为菜肴提鲜。随着这几年我国经济日新月异的变化。使得人们对扇贝这种鲜美的食材的需求量大大增加，这也使得我国的扇贝养殖业得到了大力的发展。在2015年，山东省的扇贝养殖面积突破了5万公顷大关，年产量突破16.5万吨大关，在去年的产量基础上提升了百分之8.25。而随着扇贝产量的不断增加，对于扇贝分选工作的要求也不断的提高。扇贝加工的过程与扇贝的分选工序有着息息相关的作用，而我国传统的扇贝分选工序中采用的是人工分拣，人工分拣不仅仅耗时多，而且出错率高工作效率低下。过去几年来，扇贝的产量还不是很高，人工分拣的方式还可以满足生产需求，而随着这几年扇贝年产量不断的提高，人工分拣已经远远不能满足生产需求，而如果大量的招募工人这又会使得生产成本大幅提高。由此可见，这个问题的解决对于扇贝生产商而言迫在眉睫。社会的变化日新月异，工业技术和计算机技术也在不断地发展。这就更加促进了我国自动化设备的发展，并且随着生产的不断扩大，各个行业对于自动化生产设备的需求也是不断增加的。扇贝在进行分选工作的时候，自动化分选设备的利用极其重要，则是解决当前扇贝分选工作问题的最好的解决方式。尽管自动化分选装备时可以进行快速的分选，但是扇贝的分选在保证分选工作稳定高效的同时，还需要要保证扇贝的存活率，防止因为扇贝的死亡而导致扇贝的新鲜程度下降影响口感，所以导致了目前大部分的分选机无法满足生产的要求。在2013年，山东省青岛市，一家扇贝生产厂商，为了提高生产效率，从德国进口了全自动的扇贝分选机，虽然提高了分选的效率，但是因为该机器分选出的扇贝死亡率过高，导致了该厂商不得不将该设备废弃。无独有偶2015年天津市一家扇贝生产厂商为了提高扇贝分拣效率也引进了全自动的扇贝分拣设备，同样的也因为该问题而废弃，所以设计出一套能保证扇贝存活率的扇贝分选设备是很有必要的。1.1.2 扇贝生产情况扇贝是贝类中一个重要的类别，其营养丰富，对人的身体健康有着很大的保健作用，广大国内外消费者都很喜欢扇贝，特别是在欧洲、亚洲和北美5F88多国家备受欢迎。最近几年来，不仅扇贝的生产规模得到了扩展，而且贸易规模也有所发展，并且在世界水产平市场拥有了一席之地。直至2017年，世界扇贝生产的总量更是高达390多万吨，同比20年前增长了约100万吨。在水产品总产量中，贝类的总产量占有的比例一直呈上升趋势，2017年贝类的总生产量在水产品总产量中突破了百分之9，而10年前这个比值为百分之7。而主要生产陕北的国家大多在亚洲。2017年扇贝仅仅在亚洲的生产数量就达到 320 多万吨，也就是说超过了世界成产总产量的百分之90，而亚洲主要生产扇贝的国家为中国、日本和韩国。我国的面积广阔，拥有着三个气候带，我国的海岸线很长，有1.8万公里。大大小小的海岛更是有5000多个。辽阔的海域是贝类生存和养殖的圣地。考虑到地理原因，我国沿海地区的居民对贝类这种海鲜情有独钟。继改革开放之后，我国水产品养殖者和生产者更进一步的对国外市场进行了解，从而国内贝类的产量和规模有了突飞猛进的提升。2017 年，我国的扇贝产量达到了360万吨，这个产量占到了亚洲总生产产量的百分之83，扇贝产量成为世界第一，占世界扇贝总生产量的百分之68。2008 年，我国的扇贝达到了280万吨，这个产量占到了世界扇贝产量的 百分之78，而国内扇贝总产量的 95%都来自于海水扇贝。最近几年，我国的扇贝生产不断开拓国外市场，2017 年扇贝出口量更是达到了22万吨，是亚洲扇贝出口第一大国，出口量约占亚洲扇贝出口总量的 80%，世界扇贝出口总量的 70%。根据以上描述，我国是扇贝第一生产大国，并在世界扇贝进出口贸易市场占有龙头地位。而我国的渔业和扇贝的生产息息相关。图 11扇贝样图1.2 扇贝自动分选装置的重要意义扇贝味道十分鲜美，具有丰富的营养价值，与海参和鲍鱼并列成为海味珍品，在贝类食物中备受欢迎。扇贝可以降低人体的胆固醇含量，比起药物更加天然，甚至有更加显著的效果。扇贝中的代尔太7-胆固醇和24-亚甲基胆固醇可以有效地降低人体内的胆固醇含量，它们可以有效地抑制肝脏分泌的胆固醇和增加胆固醇的排泄，从而有效地抑制人体中多余的胆固醇。它们具有很强的功效甚至在效果上强于药物。扇贝还可以防止抑郁，让人们的心情得到放松。在我们食用扇贝之后，会有一种身心放松的感觉。扇贝中有着丰富的蛋白质含量、欧米伽3脂肪酸和丰富的微量元素，它有着低脂肪低热量的特点。扇贝还有这预防心脏病和老年痴呆的功效。据科学分析，每100克扇贝含蛋白质11.1克、脂肪0.6克、碳水化合物2.6克、胆固醇140毫克、核黄素0.1毫克、烟酸0.2毫克、维生素E11.85毫克、钙142毫克、磷132毫克、钾122毫克、钠339毫克、镁39毫克、铁7.2毫克、锌11.69毫克、铜0.48毫克、锰0.7毫克。分级的意义在于使扇贝在大小和清洁度等方面基本达到一致,有助于提高产品合格率,便于包装、运输和贮藏,从而有利于减少企业的损失。其主要作用有：(1)对扇贝的质量进行严格把关。不经检测分级处理的扇贝,品种混杂、质量优劣不齐,难以得到消费者的青睐。出售扇贝之前，对扇贝进行严格筛选，保证其质量可靠，从而提升销售产量。(2)对扇贝进行严格检测和分级处理，可提升扇贝的质量和销售产量。由于扇贝在生产加工时,已经按照一定的标准和规格进行了分级和包装,可为消费者提供整齐一致的产品,不须花大量时间进行挑选,也不须担心食用安全问题。(3)扇贝检测分级再使产品更为标准化的同时还可以让扇贝的质量得到保证。对扇贝进行筛选分级的好处是可以将质量过低的扇贝筛选掉，再对筛选出的扇贝进行加工，这样可以在提升生产质量的同时避免一些不必要的成本浪费。所以，对扇贝的质量进行提升是当下至关重要的问题。对扇贝的分级和包装等工序，是保证扇贝质量的重要步骤。而人工分级的方法存在着一些局限性。如劳动力大，效率低，存在着人为因素。坚持测结果误差大，难以保证分级结果的准确性，很淡满足生产加工的要求。进口国外的检测设备会付出高昂的代价。而我国的中小企业禽蛋生产加工企业很难承受，所以，对扇贝自动分级技术的研究就具有重要的意义。伴随着自动化加工技术的不断成熟，在工业生产中PLC与自动化生产线的作用越来越显著，其强大的算数运算、定时、计数、逻辑控制、顺序控制、储存等功能在工业生产中至关重要。自动生产线是由传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。扇贝自动分选装置系统包括上下料装置、传送装置、CCD图像信息处理装置。通过自动分选装置分别将不同的尺寸的扇贝输送到不同的位置。在工业生产中，扇贝自动分选系统可以有效的提升劳动生产率，使产品的质量的到保证。使得成本得到进一步的降低，缩小生产所占有的面积，使得生产更为高效。图 12自动分选装置1.3 国内外研究现状我国国民经济的发展离不开扇贝产业,与我国农业的发展息息相关。也是其他行业的重要工业原料,所以我国近十几年来都在不断的推动扇贝产业的发展,也不断优化扇贝产业结构,大大促进了扇贝加工企业的改革和发展,整合了很多小型扇贝生产加工企业,初步形成了扇贝加工企业的规模化,产业化和标准化。使得我国扇贝产业在国际市场中有着跟深刻的影响力。随着我国水产产业的飞速发展，贝类养殖的规模也越来越大，仅辽宁省虾夷扇贝增养殖面积就达到了4 万hm2，年产量高达十几万吨，总生产价值更是高达15 亿元。近年来扇贝产业不断地进行改革,该行业正在迅速的发展，也取得了很高的成就。但是,该行业发展的越快,对企业的要求就越高。使企业面临着巨大的挑战。而我国扇贝在的生产、出口和质量问题上还需要很大程度的改进与发展。国外对扇贝自动化分级装备的研究早于国内，也更为深入，相关产品也已经在世界各地推广并取得了比较理想的效果，对提高扇贝品质和减轻工人劳动强度等方面，都发挥了重要作用。在国外，扇贝生产场大多数都都拥有成套的自动化扇贝采集设备和处理系统，将各环节和扇贝处理有机结合成一套自动化管理系统。扇贝落入输运带，进入分选机进行自动处理和分级，为扇贝销售和加工提供优质原料奠定了基础。但在国外成套的扇贝自动化分级装备的价格十分昂贵，后期的维护成本也很高。目前国内真正的拥有自主知识产权的扇贝自动化分级装备研究多是出于实验室的试验研究阶段，对于成套设备的研制还处于起步阶段。国产扇贝分级加工处理设备种类很少，只有很少的一些装置。分级加工设备属于空白，国内大型扇贝厂在用的均为进口设备。开发扇贝自动化分选装备不仅能解决目前生产的需求，而且对我国扇贝行业的发展有着十分积极的影响。1.4 课题研究内容本文根据当前的发展态势,对扇贝分级工序的了解基础上,对分级装置进行了方案设计。论文主要分为以下几个章节：第1章为绪论，介绍了扇贝分级装置的研究背景和研究的目的与意义，分析了目前国内外扇贝分级装备的主要研究状况及应用情况。第2章为扇贝分选装置原理和总体方案流程设计，为了满足技术要求，初步提出了总体方案流程。第3章对扇贝分选装置中各个机构与总装配设计。第4章为扇贝分选装置传动系统设计。第5章为图像的采集与处理方案。最终对论文进行总结，对论文中的不足之处加以反省并改进的同时提出新的观点。1.5 本章小结本章介绍了扇贝分级装备的应用状况、装备的种类及应用现状，并对国内外的扇贝分级装备应用和研究情况进行了介绍，指出国内外的发展差距，提出了本课题研究的必要性，并根据目前国内外扇贝分级装备的研究现状，提出了对扇贝分级装备的深入研究。2 设计方案2.1 题目内容本题目主要针对国内扇贝生产销售情况提出的。为了增加效益，扇贝需要分类进行销售。目标是依据扇贝形状具有扁平、圆等特点设计一款分选装置。2.2 扇贝分选装置的原理根据生产的实际要求，传统的手工操作方式明显的不能保证较高的生产效率，而且手工操作的生产条件恶劣，强度高，效率低，易导致贝类的鲜活程度下降，甚至出现大量死亡，严重影响经济效益。在国外，根据生产实际的要求，扇贝分级生产线的生产速度应该在60000万/枚小时以上，人工上蛋显然不能满足如此高的生产效率，同时，也会造成大量的人力资源的浪费。但是，国外的扇贝分级设备价格昂贵，我国中小企业禽蛋生产加工企业难以承受，因此，我们要设计出符合国家基本国情与我国经济要求以及适合我国中小企业扇贝生产加工企业要求、价格实惠、长久耐用的扇贝分选机。图 21扇贝分选装置工作原理图由图 21可以知道：扇贝分选装置由四个部分组成，分别为上料机构、传送机构、图像采集与处理部分、分选机构。扇贝通过上料机构上料，通过传送机构被传送到图像采集区域，经过图像处理后进行判断属于的组别，控制分选机构对扇贝进行分选。2.3 技术要求1、扇贝根据大小分为三级：1）50-80mm2）80-110mm3）110-150mm2、4000枚/小时根据扇贝的分级工作过程，首先要对扇贝进行深入的了解。确定了所针对扇贝的尺寸之后,对于扇贝分级设备的总体设计及运动参数也有了参照基准。根据对扇贝分级的相关要求,扇贝分级设备应具备以下功能：（1）具有扇贝输送功能，能够将扇贝自动地输送给下一机构。（2）具有扇贝自动稳定传送扇贝并且有分级功能，能够按照扇贝大小尺寸进行分级的功能。（3）具有将扇贝分类的下料板。2.4 总体方案设计根据扇贝分选机各个机构的工作要求，对分选设备进行总体设计，首先是上料机构，上料机构采用倾斜式的输送带，将上料箱中的扇贝传送到下一个机构（传送机构）。由于对扇贝进行图像采集时，必须是逐个采集，所以传送机构的作用为将扇贝逐个传送到图像采集区域，传送机构也采用输送带传送。经过图像处理后，判断扇贝属于的组别，控制分选机构动作，分选机构动作需将扇贝推送到滑道里，扇贝经过滑道掉入收料箱，分选机构的动作为往复直线运动，气缸的动作满足要求。图 22扇贝自动分选装置示意图2.5 本章小结本章首先介绍了扇贝分选机的工作原理，分析了其总体功能需求，并且在此基础上提出了扇贝分选装置的总体机构设计方案、分级系统原理设计，对具体方案的设计和实施提供了依据。3 扇贝分选装置机构设计3.1 上料机构设计图 31上料机构图 31为扇贝分选装置的上料机构，上料机构将上料箱中的扇贝传送到下一个机构中。考虑到上料效率，初步设计上料机构的上料速度与分选机构的速度比为3:1，上料机构采用材料为PVC的上料输送带，由于扇贝的上料箱中有水，扇贝通过倾斜的输送带传送时不能只靠输送带的摩擦力传送，所以需要通过输送带上的挡板传送。按每次挡板输送3个扇贝设计，按最大扇贝150mm计算，上料输送带上的挡板应为450mm，且上料输送带的带宽应大于450mm，因此设计带宽为500mm。传动滚筒选用JYD-0.75-0.32-250500，直径为500的传动滚筒。由于上料机构的主动轴与从动轴都没有轴向力，因此主动轴与从动轴的轴承选用带菱形座轴承型号为UCFLU310里面的轴承是深沟球轴承，可以满足使用要求。图 32上料机构从动轴可调考虑到输送带在使用过程中会发生变形，在安装过程中将一端固定，另一端安装为可调的，本设计中将主动轴固定安装，从动轴可调安装。如图 32所示，可调的从动轴安装在带菱形座的轴承上，而带菱形座轴承安装在一个滑动块上，滑动块可以沿着输送带方向通过一个双头螺栓移动。3.2 传送机构1、2设计图 33传送机构1、2扇贝经过图像处理处时必须单个进入，所以从上料机构来的扇贝经过传送机构必须实现单个传送进入图像处理处，本设计中采用三个传送机构来实现，首先扇贝通过上料机构后掉入图 33中的传送机构1，传送机构1与传送机构2的输送带交错配合。扇贝通过传送机构1运动到左端如图 34传送机构1与传送机构2的衔接处时，扇贝就会分开的进入传送机构2，传送机构2的输送带有两组，一组为有带有圆柱型的，一组为带有挡板型的。两个圆柱型与中间一个挡板型的传送带可以传送一个扇贝。所以传送机构2一组可以传送3个扇贝。扇贝通过传送机构2传送到下一个机构中。图 34传送机构1与传送机构2衔接处3.3 传送机构3设计图 35传送机构3扇贝经过传送机构1和传送机构2通过图 36传送机构2与传送机构3衔接处进入传送机构3，传送机构3中输送带每隔一小段距离有个小挡板，每个扇贝掉入输送带挡板与挡板的空隙中，挡板与挡板的空隙应大于最大的扇贝尺寸，因此挡板与挡板中间的距离应大于150mm，扇贝经过传送机构1、传送机构2与传送机构3就可以单个排序进入图像采集区域了。图 36传送机构2与传送机构3衔接处考虑到传送机构3输送带使用时间过长导致输送带发生变形，传送机构3在安装时，主动轴固定安装，而从动轴可沿着传送带方向调整移动如图 37所示，从动轴安装在带菱形座轴承上，而带菱形轴承安装在一个滑动块上类似于上面上料机构可调从动轴的安装，滑块通过一个双头螺栓安装。图 37传送机构3从动轴可调3.4 分选机构设计图 38分选机构图 39摄像头支架扇贝通过传送机构进入图 38分选机构，首先由CCD摄像头采集图像信息，经过图像处理后判断分为第几组后控制相对应组的气缸动作气缸推动推板推动扇贝进入滑道掉入相对应的收料箱。选用气缸的时候注意到气缸的行程必须接近分选机构输送带的带宽才能完全推动扇贝进入滑道，否侧可能只是将扇贝推动到侧面无法完全进入滑道，我选用的气缸型号为ESI-32175，行程为175mm，直径为32mm。此外分选机构中的摄像头支架如图 39也值得注意，摄像头支架支撑摄像头的高度应可以调整，本设计采用两个支架处有导轨，使得中间的支架可以在两边支架导轨上上下移动，调整到想要的位置时再通过中间支架的螺栓来锁紧来固定。同样也考虑到分选机构输送带使用过程中会发生变形，分选机构主动轴固定安装，从动轴可调安装与传送机构3的安装方式相同。3.5 电机座设计图 310电机座如图 310由于电机输出轴是输出转矩，输出轴可以承受扭矩而不能承受弯矩，所以不能在电机输出轴上直接安装链轮，电机输出轴需要经过联轴器与一个过渡轴相连，过渡轴另一端安装在一个带菱形座轴承上，这样过渡轴就可以承受弯矩了，再将链轮安装在此过渡轴上就合理了。电机输出轴直径为22，过渡轴直径为30，联轴器选择型号为DCEK94-22-30_214的键槽联轴器。3.6 总装配设计图 311总装配1图 312总装配2整个扇贝自动分选装置如图 312与图 312所示，分为五个机构，分别为：上料机构、传送机构1、传送机构2、传送机构3与分选机构。上料机构将上料箱中的扇贝传送到传动机构1上，上料机构每一个挡板输送3个扇贝，传送机构1一排也为3个扇贝，通过传送机构2将传送机构1中的扇贝分隔开，保证一组三个扇贝，进入传送机构3，所以传送机构3中的扇贝为逐个分离的扇贝了。传送机构3再将扇贝传送到分选机构当中。扇贝依次通过分选机构中图像检测区域，经过图像处理后控制分选机构中对应的气缸动作，控制气缸动作可以将图像采集区域与气缸动作距离与分选机构输送带的带速相比，得到扇贝从图像采集区域到对应气缸动作之间的时间，而控制气缸动作时可以加上这个延时，就可以省去扇贝通过气缸处的位置传感器。将分选机构传送带上的扇贝推送到相应的滑道中，扇贝通过滑道最后滑到不同的收料箱当中。为了保证扇贝的存活率收料箱中需要乘少量水起到缓冲作用。考虑到功率损耗，电机安装在扇贝分选装置的上料机构或者分选机构处，损耗的功率将更大，所以本设计中将电机安装在扇贝分选装置中间机构处传送机构3处。4 传动系统设计4.1 各机构输送带带速与主动轴转速设计与计算在设备设计时,采取产能为4000个/小时。设计的上料机构每个挡板可以输送3个扇贝，所以上料机构每组挡板的速度是4000/3组/小时，而上料机构每组挡板的距离为330mm。扇贝经过传动机构时挡板间距为180mm，所以进入分选机构时扇贝与扇贝的间距为180mm。所以分选机构输送带的速度为：400018010-36060=0.2 m/s再根据V=nd，分选机构主动轴直径为40mm，不难算出分选机构主动轴的转速n=38.197r/min。分选机构与传送机构3的传动比为1:1，且传送机构3的主动轴与分选机构主动轴的直径都为40mm，所以传动机构3的输送带与分选机构输送带的带速是一样的，都为0.2m/s，且主动轴转速也为一样，都为38.197r/min。扇贝经过传送机构2与传送机构3的速度比为3:1（因为传送机构2一组扇贝有3个）所以传送机构2输送带的带速为0.2/3=0.067 m/s，传送机构2主动轴的直径为40mm，所以转速为12.796 r/min。由于传送机构1与传送机构2的传动比为1:1，且传送机构2主动轴直径与传送机构1主动轴直径相同，都为40mm，所以传送机构1输送带的带速与传送机构2输送带带速一样，都为0.067 m/s，且传送机构1主动轴的转速与传送机构2主动轴转速也为一样，都为12.796 r/min。整个扇贝分选装置的分选速度为4000个/小时，上料机构速度应与其对应，上料机构速度过大，容易造成扇贝在传送机构处的堆积，上料机构的速度过低，容易使得传送机构与分选机构空运行，造成资源浪费，所以上料机构的输送带速度应与整个装置分选速度相对应为：400033010-336060=0.122 m/s再根据V=nd,上料机构传动滚筒直径为250mm，不难算出上料机构主动轴转速n=9.32 r/min。总结一下各机构输送带带速与主动轴转速：上料机构 ：输送带带速为 0.122m/s 主动轴转速为 9.32r/min传送机构1：输送带带速为 0.067m/s 主动轴转速为 12.796r/min传送机构2：输送带带速为 0.067m/s 主动轴转速为 12.796r/min传送机构3：输送带带速为 0.2m/s 主动轴转速为 38.197r/min分选机构：输送带带速为 0.2m/s 主动轴转速为 38.197r/min4.2 计算各机构功率4.2.1 计算上料机构的功率上料机构为一个倾角为30的斜坡上料输送带传送机构，运行阻力为F。F=FH+Fst其中，FH为主要阻力，Fst为提升阻力。FH=gl2qB+qGcos其中，g=9.8 m/s2 l为输送带长度为1.514 mqB为每米输送带质量，经过调查取7 kg/mqG为每米物料质量，扇贝按最大质量500g计算得5.5kg/m为倾斜角，30FH=9.81.51427+5.5cos30=250.56 NFst=hgqG其中，h为上升的高度，为0.545mFst=0.5459.85.5=29.38 NF=FH+Fst=250.56+29.38=279.94 N所以上料机构的功率为P0=FV=279.940.122=34.15 W4.2.2 计算传送机构1的功率传送机构1为水平输送带的传送机构，运行阻力F=FH。FH=fgl2qB+qG其中，f为模拟摩擦系数，取0.025l为输送带长度为1 mqB为每米输送带质量，经过调查取2.946 kg/mqG为每米物料质量，扇贝按最大质量500g计算得4.55kg/mFH=0.0259.8122.946+4.55=2.56 N所以传送机构1的功率为P1=FV=2.560.067=0.17 W4.2.3 计算传送机构2的功率传送机构2为一个倾角为45的斜坡上料输送带传送机构，运行阻力为F。F=FH+Fst其中，FH为主要阻力，Fst为提升阻力。FH=gl2qB+qGcos其中，g=9.8 m/s2 l为输送带长度为0.7 mqB为每米输送带质量，经过调查取3.437 kg/mqG为每米物料质量，扇贝按最大质量500g计算得7.5kg/m为倾斜角，45FH=9.80.723.437+7.5cos45=69.7 NFst=hgqG其中，h为上升的高度，为0.495mFst=0.4959.87.5=36.38 NF=FH+Fst=69.7+36.38=106.08 N所以传送机构2的功率为P2=FV=106.080.067=7.11 W4.2.4 计算传送机构3的功率传送机构3为水平输送带的传送机构，运行阻力F=FH。FH=fgl2qB+qG其中，f为模拟摩擦系数，取0.025l为输送带长度为1.8 mqB为每米输送带质量，经过调查取2.09 kg/mqG为每米物料质量，扇贝按最大质量500g计算得2.78kg/mFH=0.0259.81.822.09+2.78=3.07 N所以传送机构3的功率为P3=FV=3.070.2=0.61 W4.2.5 计算分选机构的功率分选机构为水平输送带的传送机构，运行阻力F=FH。FH=fgl2qB+qG其中，f为模拟摩擦系数，取0.025l为输送带长度为1.4 mqB为每米输送带质量，经过调查取2.21 kg/mqG为每米物料质量，扇贝按最大质量500g计算得2.78kg/mFH=0.0259.81.422.21+2.78=2.47 N所以分选机构的功率为P4=FV=2.470.2=0.49W4.3 电机的选择设计电机出来后经过联轴器，通过链轮传动给整个装置。不考虑轴承的工作效率，联轴器的效率取1=0.99，滚子链传动效率取2=0.96，开式锥齿轮的效率取3=0.93，传动滚筒效率取4=0.98。对于上料机构，从电机，经过了1次联轴器，4次滚子链传动，1次锥齿轮，1次传动滚筒。对于传送机构1，从电机，经过了1次联轴器，2次滚子链传动，1次锥齿轮，1次传动滚筒。对于传送机构2，从电机，经过了1次联轴器，3次滚子链传动，1次锥齿轮，1次传动滚筒。对于传送机构3，从电机，经过了1次联轴器，1次滚子链传动，1次传动滚筒。对于分选机构，从电机，经过了1次联轴器，2次滚子链传动，1次传动滚筒。所以电机的总功率为：P,=P012434+P112234+P212334+P3124+P41224=34.150.990.9640.930.98+0.170.990.9620.930.98+7.110.990.9630.930.98+0.610.990.960.98+0.490.990.9620.98=54.25 W考虑到传动过程不平稳，扇贝传送过程的颠簸等因素，将计算得到的电机总功率乘一个安全系数S，S取1.2。所以P=SP,=1.254.25=65.1W电机的选择：根据传动机构的链输送速度不高,整个装置的负载较小,初步确定此装置所需的电机功率为0.07千瓦。通过市场的调查情况,这里选用减速电机，型号为PTNL28-0400-25S3，功率为0.4kw,转速为56r/min。此类电动机具有启动性能好、效率高、噪声低、体积小、重量轻、结构坚固、使用寿命长等特点,广泛用于驱动各种机械设备。基本满足使用要求。4.4 传动系统的设计由于各个机构相距较远，所以不能采用齿轮传动，实现长距离传动可以一般用同步带传动和链传动。而链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。所以本设计中采用链传动。链传动中心距过小，则小链轮上的包角小，同时啮合的链轮齿数就少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距a=(3050)p，最大中心距 80p。图 41电机与传送机构3链传动电机与传送机构3主动轴的链传动如图 41：电机输出轴的链轮选用16A-17，与之相连的传送机构3主动轴的链轮选用16A-25，节距为25.4，中心距为694.96（27p）。图 42传送机构3与分选机构链传动如图 42传送机构3与分选机构的传动比为1:1，传送机构3主动轴链轮选用20A-17，与之相连的分选机构主动轴链轮也选用20A-17，节距为31.75，中心距为1849.95（58p）。低速链传动（v8安全系数远大于需用安全系数。表 41表 42图 43传送机构3与传动过渡轴锥齿轮传动传送机构3与传送机构2的运动方向垂直，不能直接用链传动，可以采用锥齿轮传动或者蜗轮蜗杆传动，而传送机构3与传送机构2的传动比为3:1传动比相差较小，且蜗轮蜗杆传动效率较低，所以排除蜗轮蜗杆传动，选用锥齿轮传动，这里设计一根传动过渡轴，将相互垂直的运动过渡如图 43。传送机构3与传动轴的传动比为1:1，这里锥齿轮选用相同的锥齿轮。模数为4mm，分度圆锥角为45，齿数为30。图 44过渡传动轴与传送机构1链传动如图 44过渡的传动轴与传送机构1主动轴的传动比为3:1，过渡传动轴的链轮选用08A-17，与之相连的传送机构1主动轴的链轮选用08A-51，节距为12.7，他们两的中心距为321.59（25p）。图 45传送机构1与传送机构2链传动低速链传动（v8安全系数远大于需用安全系数。如图 45传送机构2与传送机构1的传动比为1:1，所以他们两的链轮齿数相同，都采用08A-17，节距为12.7，中心距为562.89（44p）。图 46传动机构1与上料机构链传动传送机构1主动轴转速为12.796r/min，上料机构主动轴转速为9.32r/min。所以传送机构1与上料机构传动比为1.39。在这里传动机构1主动轴链轮选用20A-17，与之相连的上料机构主动轴链轮选用20A-23，节距为31.75，中心距为1201.39（38p），传动比为1.35如图 46，误差为0.028。这个误差是上料机构与传送机构的传动误差，并不会导致传送机构的设计准确性，只会引起上料稍微过快，而且误差仅为0.028。低速链传动（v8安全系数远大于需用安全系数。使用设计的电机与传动比后实际的各个机构工作速度与分选速度：减速电机转速为65r/min。传送机构3与电机传动比为17:25，所以传送机构3主动轴的实际转速为44.2r/min,传动机构3传动滚筒直径为100mm，V=nd，算出传送机构3输送带的实际带速为0.231m/s。分选机构与传动机构3的传动比为1:1，所以分选机构实际转速为44.2r/min，分选机构传动滚筒直径也为100mm，所以分选机构实际带速为0.231m/s。传送机构3与传送机构1的传动比为3:1，所以传送机构1的实际转速为14.73r/min，传送机构1传动滚筒直径为100mm，所以传送机构1输送带实际带速为0.077m/s。传送机构2与传送机构1的传动比为1:1，所以传送机构2的实际转速为14.73r/min，传送机构2传动滚筒直径为100mm，所以传送机构2输送带的实际带速为0.077m/s。上料机构与传送机构1的实际传动比为17:23，所以上料机构的实际转速为10.89r/min，上料机构传动滚筒直径为250mm，所以上料机构输送带实际带速为0.142m/s。分选机构逐个扇贝间距为180mm，实际分选机构输送带带速为0.231m/s，实际分选速度为：0.2316060103180=4620 个/h实际分选速度为4620个/h满足课题要求4000个/h。5 图像采集与处理方案5.1 CCD检测系统的原理在扇贝分选装置中，我重点设计了机械传动部分，对图像识别区域处理部分设计偏少。识别在分选机构中移动的扇贝的大小是非常重要的，识别的精度直接影响着分选的精度。在选用摄像头的感光芯片时，现在市面上有两种类型，一种是CCD的感光芯片、一种是CMOS的感光芯片。考虑到扇贝通过图片采集区域时，是随着分选机构输送带运动的，而在采集运动物体图像信息的时候，CCD的感光芯片效果要好一些，所以我们这里采用这种芯片。目前，CCD技术已发展成一项具有广泛应用前景的新技术，成为现代光电子与测试技术中最受关注的研究热点之一。例如，在国防军事领域，CCD成像技术在微光、夜视、遥感应用中发挥着巨大的作用，适应了现代高技术战争的需求，成为军事微电子学的研究热门；在科研领域，由于其灵敏度高、噪声低，成为研究宏观（如天体）和微观（如生物细胞）现象不可缺少的工具；CCD具有成本低、小而轻的特点，在图像通信领域也获得了广泛的用途；在工程测量领域，CCD在工件尺寸测量、工件表面质量检测、物体热膨胀系数测量、光强分布测量等方面都有很好的应用。CCD摄像头与普通摄像头相比有很多优点，抗震性好，在运动的机构中，有许多不可避免震动。此外，CCD摄像头的灵敏度和分辨率都比较高，对图像采集比较精确，寿命也比较长。诸多优点使得CCD摄像头也常用于工业当中。5.2 图像处理方案图 51图像处理流程图本文中提供一种图像处理方案如图 51，首先通过CCD摄像头采集图像信息。然后依次对图像进行灰度化和二值化将图片化为黑白图像，再对采集的图片进行均值滤波来降噪，这样可以过滤掉一些杂质的点，这样就可以将这些没必要参与后续处理的点过滤掉，提高整体图像处理的效率。之后就是对图像进行边缘检测，提取出扇贝轮廓的边缘，边缘检测的原理为提取出上个二值化后的黑白交替的点就是图像的边缘。最后比较扇贝轮廓的大小。6 结 论本文论述了扇贝自动分选装置的工作原理，传送机构的机械设计，部分传统部件的机械设计。本设计中，上料部分采用输送带上料方式，减小了上料部分扇贝的破损率，提高了生产效率；分选部分，采用CCD图像处理方式测量扇贝尺寸，分级方式简单有效；当扇贝被输送到CCD图像处理器下时，自动进行信息处理得出对应扇贝的尺寸。再发出信号到分选装置，当扇贝到达相应位置时，汽缸动作，完成最终的分选工作。采用传送带运输方式解决了传统手工扇贝分级效率低，或高破损率问题。而此装置挑选效率高、挑选准确、工人劳动强度低等优点，该设备也可应用于其他贝类的分选，具有广阔的应用前景。参考文献1 王鹏云. 鸡蛋分级包装设备主要结构设计和运动仿真D. 浙江大学, 2011.2 王亮. 鸡蛋检测分级与包装装置的设计与研究D. 内蒙古农业大学, 2012.3 陈久松 包振强. 基于PLC的工件自动分选装置设计D. 液压与气动, 2010.4 杨勤成. 双壳贝类分选装置的研制D. 集美大学, 2012.5 吴井辉 葛俊波 任志刚 李凯. 斗轮堆取料机悬臂胶带的计算D. 河南科技, 2011.6 鲍大广. 基于线阵CCD的阶梯轴自动测量装置的控制系统研究D. 吉林大学, 2017.7 袁玲. 论吴冠中风景油画中的写意精神D. 陕西师范大学, 2010.8 孟莹. 带式输送机制动力计算的探讨D. 煤炭工程, 2013.9 温鹿. 禽蛋重量检测分级及气室导向机械系统的设计D. 内蒙古农业大学, 2012.10 刘建华 张静之. 自动生产线实验装置中输送机械手的设计与实现D. 中国教育技术装备, 2011.11 庹文明. 冷粘技术在
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