桔子自动分选机设计

XX 大学工学院机械电子工程系EIP-CDIO 一级项目研究报告（2002 级）作品名称： 桔子自动分选机 项目单位： 项目成员： 指导老师： 工学院机械电子工程系二XX 年十月EIP-CDIOEthics-Integrity-Professionalism, Conceive-Design-Implement-Operate一、项目组成员情况三、指导教师三、项目资金使用情况（单位：元）经费支出 金额 用途角钢、角铝、圆钢 314 下面的整体框架传感器 94 之前想用传感器来分选，后以失败而告终轴承、轴承座 76 用于带动拨叉圆筒电机 260 将电能转换成机械能，以带动分选机运动焊接 75 将角铁焊接成我们需要的框架皮带及皮带轮 54 连接电机和拨叉圆筒电线、插头、电子元件等 37 用于尝试传感器分拣电磁铁 63 用于尝试传感器分拣PVC 板及管 290 用于漏斗、挡板、流道尼龙棒 68 封住拨叉圆筒的两边，连接轴承有机玻璃板 134 护栏，后拿去广州比赛破碎掉了喷漆 75 是分选机的整体外观好看圆筒 97 安装拨叉螺丝、锯片、AB 胶、桔子、车费、打印等145 连接整个分选机总计 1782四、指导老师意见指导教师意见组长(签章)： 年 月 日机电系意见系主任(签章)： 年 月 日桔子自动分选机摘要：本作品是一种新型的纯机械原理的桔子自动分选机器。巧妙的采用了流线型的漏斗设计与圆筒拨杆结构进行桔子传送，再利用简单的倾斜流道式结构实现了简捷可靠的纯机械原理的桔子分选。圆筒拨杆式传送系统不仅成功地实现了桔子的排序和逐个传送，而且相对于普通的传送带传送也大大降低了机构的体积和成本。纯机械的分拣系统巧妙的利用了 30 度倾斜的流道分拣结构，更是解决了桔子不规则这一普通机械分拣方法存在的最大难题。整个机器结构紧凑、成本低、效率高，运行可靠。关键词：桔子分选、纯机械、圆筒拨杆、 倾斜流道、1. 主要内容1.1 作品设计目的意义随着生活水平的提高，人们在买桔子时越来越注重桔子的品质了，大家都希望能买到大小差不多的美味桔子，这样不仅吃起来可口，而且摆出来也比较美观。对于销售者来说，如果能够实现不同桔子的轻松分选，就能 针对不同大小的桔子进行分类销售，这样就可以满足不同消费者的需求，更有助于销售。对桔子的传统分选方法是手工分拣，它的分拣效率会很低，人工成本大。随着科技的发展，现 在市场已经有了一些不同种类的分选机。但基本上都是结构复杂，价格昂贵。如右 图所示的桔子分选机，它 虽然能够实现分拣，但是它体积庞大、价格昂贵，只适用于大规模的分选。我们本作品是全创新的纯机械设计，节能高效环保，造价低，操作与维护简单。市场上没有相关产品，具有很大的社会及经济价值，市场前景广阔。1.2 主要创新点 巧妙的纯机械分拣原理：利用一般机械方法进行桔子分拣的最大难题就在于桔子的形状不规则，容易发生错误，准确率不高。而我 们的这种纯机械分拣方法巧妙地利用了一个倾斜的分拣通道，使桔子在轨道中能够实现下滚运动，桔子在滚动的过程中就可以近似的看成一个规则的球体，再利用不同大小桔子的最大直径的差异，利用轨道之中先后排布的两个高度不同的挡板的作用，简单的实现了不同大小桔子的分拣工作。这样的设计不仅简单可靠，而且成本低廉。 适应性强的分拣原理本作品不仅结构简单，成本低廉，而且具有极强的适应性能。只要根据需求更改两块分拣挡板的垂直高度，就能实现按特定要求大小等级的桔子分拣。另外，增加挡板的数量也能够很容易的实现更多等级的分拣，这样就大大扩展了其使用范围。 不耗能的桔子分拣通道：30 度倾斜的分拣通道的设计，使桔子在自重的作用下以一个适当的速度实现下滚运动。在下滚过程当中进行桔子的大小分拣，使得整个分拣过程不耗费能量，降低了分拣成本，使分选效率更高，也更可靠。 简捷的圆筒式传送：采用直径为 150mm 的 圆筒作为桔子传送的主体部件，通过电机运转、皮带传动使其转动，达到传送桔子的目的。相对于普通的传送带传送系统，不仅大大减小了部件的体积，而且提高了效率。 巧妙的拨杆转移装置：首先利用均匀分布在圆筒上的拨杆带走送料系统上的桔子，通过圆筒的转动，带动桔子转动。然后通过拨杆与分拣系统轨道上的拨刷相配合，巧妙的将桔子逐个传送至分拣系统进行分拣。 流线型漏斗的设计：漏斗地设计采用了流线型形状，使得桔子能顺畅并平缓的流出。桔子倒进漏斗之后，经过两级挡板将桔子成功地在流道上排成两排，减少对桔子的伤害。 保证桔子不重叠的挡板设计：我们在漏斗出口的上方加了一块挡板，使得通道的高度介于一个标准桔子的高度与两倍标准桔子的高度之间，通过试验取得 1.6倍标准桔子的高度。桔子通过挡板顺利地一个个排开排成两排。1.3 设计内容：1.3.1 基本设计思路：本桔子分选机主要由四大系统组成：进料系统、传送系统、分拣系统、出料系统。将桔子倒入进料系统的漏斗中，桔子由漏斗进入半圆轨道，沿轨道排成一列；接通电源，电机通过皮带传动，带动传送系统的圆筒转动，圆筒上三排长螺栓和三排短螺栓交叉分布，构成两列共六组拨杆，拨杆巧妙的将桔子逐个运输到分拣系统中；分拣系统用塑料管制成，其间有两个高度和角度不同的挡板，桔子先通过最低的挡板，将大桔子分选出来，稍小的桔子则继续沿管道滚动，至第二个挡板，分选出中等大小桔子，而最小的桔子则沿管道滚动至出口。由此，我们的桔子分选机将桔子按大小分成三个等级，完成桔子的分选。1.3.2 具体设计内容：1）送料系统：桔子分选的关键之一就在于要将桔子逐个排成一排，以方便后面系统的分拣。送料系统的功能是在漏斗里倒进一堆桔子，漏斗的流线型流道限制了桔子的滚动。再通过出口上方挡板限制桔子重叠，使得桔子不会卡在漏斗里。漏斗部分：漏斗由 PVC 板拼合而成，漏斗的形状的设计考虑到使得桔子能顺畅地从漏斗滚下来并且坡度不能太陡以免损伤桔子。在漏斗的中间有凸起的泡沫使得桔子能顺利地分成两个轨道滚下来。漏斗的进口处不能太小，保证在漏斗上面倒下桔子，桔子不会卡在那里。流道及 护拦的设计：流道是将 PVC 管锯成两半，PVC 管半径的选择是考虑到标准桔子的直径。PVC 管的直径要大于桔子的直径并且小于两个最小桔子的直径，不能允许有两个桔子并排在一起，这将给后面的传送系统造成麻烦。护拦的设计使排成一排的桔子能停在那里，每当拨杆带走一个桔子，前面的桔子就往前靠。护拦的设计要能限制桔子的滚动并且不能与拨杆干涉。图 2 送料系统2）传送系统：（两种方案：传送带传送与拨杆圆筒传送，最终采用拨杆圆筒传送）1、传送带传送：组成：传送带，链条， 链轮特点：体积大、成本高，加工工艺复杂。故最终没选用此方案。 图 3 传送带传送方案 3D 图2 拨杆圆筒传送（最终采用方案）：特点：体积小，成本低，加工工艺简单，运行可靠。圆筒作为此方案最重要的部件，决定了桔子传送的效果及可行性,和高效性。我们创新性的大胆采用如下图所示机构，通过圆筒上的拨杆将桔子从送料系统带走，随着圆筒的转动，并通过与分拣系统轨道的配合，将桔子一个个安全的送入分拣系统进行分拣。这样的设计不仅大大减小了传送系统的体积，也提高了传送的效率。 图 4 拨杆圆筒刨面示意图圆筒的主体：圆筒的主体是外径为 158 毫米，内径为 150 毫 米，长为 480 毫米的空心圆柱体，直接用圆形塑料水管做成。原因不但是为了节省加工费用，也减轻圆筒的自身重量，让作品机构更为轻巧，灵活。图 5 拨杆圆筒的实物图拨杆的 设计：拨杆实际上是安装在圆筒上的 6 组共 24 根螺栓，其中 12 根长度为105 毫米的长拨杆，12 根长度为 40 毫米的短拨杆。共分为两列，每列 3 组，每组两根长拨杆，两根短拨杆。 长拨杆的主要作用是利用其与送料系统出口处护栏的相间排列，将桔子带走。短拨杆的主要作用是在将桔子送入分拣系统时，防止桔子因缺少防护而掉落。图 6 拨杆配合示意图护板的 设计：为了防止桔子在送料系统与传送系统、传送系统与分拣系统之间进行转移以及桔子在随圆筒转动时发生掉落，我们在每排拨杆外侧都加了两块蓝色的护板，这样就使得整个过程更加可靠。 图 7 护板示意图3）分拣系统：（两种方案：压力传感器分拣与纯机械流道分拣，最终采用机械流道分拣）1、压力传感器分拣：组成：主要由压力传感器，传感器支撑，单片机，电磁铁。图 8 压力传感器示意图主要内容：本方案主要是利用应变片式压力传感器进行重量测定，将重量转化为电信号，然后将信号传送给单片机使其进行比较做出判断，再利用单片机控制电磁铁，将桔子推向不同的轨道实现分拣。缺点：经过试验发现不同大小桔子之间重量相差只有几十克，如果利用应变片式传感器，则产生的信号的差别比较小，另外本身桔子所能产生的信号就比较弱，经过一些列放大比较后就容易发生误差。如果选用其他较好的压力传感器，则成本昂贵且存在比较严重的温漂和零点漂移现象，再加上由于电动机的存在所产生的震动，就会对测量结果产生比较大的影响。故最终没有选用此方案。2、纯机械流道分拣（最终选用方案）：特点：简单、可靠、实用。组成：主要由紧贴在传送滚筒上的接收拨刷，分拣流道，分拣挡板三部分组成。 图 9 机械流道分拣示意图桔子接收拨刷桔子接收拨刷由铁线弯曲而成，参照电机中电刷的原理，接收拨刷紧贴在传送滚筒上，接收来自拨杆上的桔子，使桔子顺利地进入分拣通道。图 10 接收拨刷示意图分拣 流道分拣流道为长 700 毫米，倾斜放置且倾角约为 30的圆形流道（经过反复试验，我们发现 30 度左右的角度既能保证桔子能实现我们期望的下滚运动，又能让桔子不会因具有太大的速度而导致损伤）。倾斜的轨道有利于桔子的下滚运动，我们的桔子分拣系统利用桔子的重力势能所引起的下滚运动实现桔子下滚过程当中的大小分拣，桔子的翻滚下降运动能有效地使桔子完成分拣过程，进入分拣出口。倾斜的分拣通道使得整个桔子分拣过程不耗费电能，分拣成本更低，效率更高更加可靠。分拣挡 板桔子大小分拣系统根据所分拣桔子的大小的区别实行三级分拣。即将桔子分成三类：最大直径大于 60mm，大于 35mm 而小于 60mm，小于 35mm。我 们的两块 分拣挡板距离轨道地步的垂直高度分别为60mm 和 35mm。分 拣 流道中共设有两处分拣 ，第一处分拣出直径大于 60mm 的桔子，第二 处分拣直径大于 35mm 的桔子，35mm 以下的小桔子则完全通过分拣通道完成分拣。原理说明：当桔子沿着流道滚至第一个挡板时，如果其直径大于 60mm，则在挡板的作用下沿流道两旁的径向轨道滚出；如果其直径小于或等于60mm 则会滚过第一个 挡板，继续沿流道下滚。当滚至第二块挡板时，如果其直径大于 35mm，则会在挡板的作用下沿流道两旁的第二条径向轨道滚出；如果桔子的直径小于或等于 35mm，则会通过挡板继续下滚直至进入流道末端的分拣箱。图 11 分拣挡板示意图结构特点：适应能力强，只要根据需求更改两块挡板的高度，就能实现按特定要求大小等级的桔子分拣。另外，增加挡板的数量也能够容易的实现更多等级的分拣，这样就大大扩展了其使用范围。4）出料系统：我们作品的分拣系统有两个分拣流道，每个流道都将桔子分成三个等级。这样每个流道就有三个出料口，其实两个流道分拣出来的桔子的规格是一样的，为了简化桔子的出料系统。将一流道的出料口与二流道的出料口统一起来，设计成只有三个总的出料口。这样就大大节省了空间，简化了机器的结构。三个出料口出来的桔子的直径分别是大于 60mm、小于 60mm 且大于 35mm、小于 35mm。2. 主要技术参数电机主要参数：电压 220V功率 40W转速 30r/min传动比：i= d 从动 :d 主动 =15：10= 3:2分选速度：圆筒转速 n=n 电机 /i=30/1.5=20 （r/min）圆筒共两列拨杆，每列共三组拨杆故桔子分选速度为:v=n*3*2=20*3*2=120 (个/min)所以本分选机在正常情况下的分选效率为：每分钟分选 120 个桔子注：此机为试验机，只要增加圆筒的长度，增加拨杆的数量就能很容易的实现分选速率的提高。3. 当前国内外同类课题研究水平概述虽然现在市场已经有很多不同种类且性能良好的分拣机，但是他们大多价格昂贵，体积庞大，搬运不便， 仅 能适合大规模生产，不能用在小规模生产中。我们设计一种小型的桔子分选机，能完成对水果分拣的一般要求按大小分。这样就能给小规模生产带来巨大的经济效益。4. 作品应用前景及市场分析市场上已有的桔子分选机，不仅体积大、价格高，而且只适用于大规模分选。而经我们调查，分选机需求量较大的是普通果农，我们的调查也显示，普通果农对分选机的要求是结构简单、体积较小，价格低廉、分拣效率高的分选机。而我们设计制造的这种分选机采用纯机械结构，制造成本低（批量生产售价在 500 元左右），且性能能基本满足普通果农的需求，适应性强。相信如果市场上出现我们的产品，必将吸引广大果农购买。5. 试验结果我们实验的结果的是很理想的，不同大小的桔子能够实现三级分拣，且准确率在 96%左右，而且对桔子的 损害也非常低，也拍了DV 和照片。但是我们 知道机器还是有很多需要改进的地方，我们需要改善我们机器的外形，使其更加美观人性化等。这些存在的