4469苹果大小分级机构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：781772
类型：共享资源
大小：3.06MB
格式：RAR
上传时间：2016-09-18
上传人：圆梦设计Q****9208...
认证信息
个人认证
邱**（实名认证）
湖南
IP属地：湖南
50
积分
- 关 键 词：
-
苹果
大小
分级
机构
设计
机械
毕业设计
全套
资料
已经
通过
答辩
- 资源描述：
-
4469苹果大小分级机构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,苹果,大小,分级,机构,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
- 内容简介：
-
湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业设计 苹果大小分级机构设计 F F 生姓名 ： 胡 旺 学 号： 200940614109 年级专业及班级： 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导老师及职称： 高英武 教授 学 院： 工学院 湖南长沙 提交日期： 2013 年 05 月 目 录 摘要 1 关键字 1 1 前言 2 究的目的 及意义 2 内外研究概况 3 1 2 1 国内研究概况 3 1 2 2 国外研究概况 4 1 3研究特色与创新 5 2 概述 6 2 1 气动水果分级传输装置原理简介 6 2 2传输分级 机构工作原理 6 本组成 6 2 3 设计任务 7 3 进料机构设计 8 3 1进 料机架的设计 8 3 1 1加工工艺的选择 8 3 1 2材料的选择 8 3 1 3进料机架结构 9 3 2进料槽的设计 9 3 2 1 加工工艺的选择 9 3 2 2 材料的选择 10 3 2 3 进料槽的结构 10 3 3 进料筛选机构设计 10 3 3 1 方案的确定 10 3 3 2筛选机构结构 10 3 3 3 振动电机的选择 11 3 4 支撑结构的设计 12 3 4 1 进料支撑结构 12 3 5振动机架 12 4 主要技术参数和电机选择 12 5 传动系统设计 14 14 轮的设计 14 16 17 的设计及校核 18 动轴设计及校核 19 21 步带和同步带轮设计 22 23 步带带轮设计计算 23 24 24 6 安装结构设计计算 25 25 25 机架连接方式 25 7 结论 26 参考文献 26 致谢 27 苹果大小分级机构设计 学 生：胡 旺 指导老师：高英武 （ 湖南农业大学工学院，长沙 410128） 摘要： 随着科学技术的飞速发展，各行各业都已不同程度的步入了机械化时代。而传统的人操纵机械已逐步被淘汰，取而代之的是科技含量高的自动化，机电一体化。水果自动分拣系统是一种 集机械传动，图像处理， 路控制的机电结合的现代化设备。目前，对于一些体积小重量轻的水果一般采用气动分拣。它主要可分为 水果图象采集段和水果分级段 ， 水果在摄 像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段 ，水果分级段的 控制件 根据信号做出相应的动作控制气泵喷气 ， 将符合分级标准的水果吹离输送装置并完成分级 。由于 气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤 。因此，它必将取代传统的水果分拣系统。 关键字： 自动化、图像处理、气动、分拣 of 410128） of of of be by of in is a of LC of of of It be of to of on to of of be is of to it is to 1 前言 研究的目的及意义 我国是苹果生产大国，苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富。但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱。目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。在苹果品 质检测方面，国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测，有些检测项目已经商品化，且能达到实时速度。在国内，苹果的品质检测研究从 90 年代才开始，仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平，我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的比例，是重要的外贸出口产品。但由于生产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证，在国际市场上缺乏竞争力。其原因首先是检测与分选的手段落后。在我国，苹果分级基本上仍由人工完成。人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低，分级标准难 以实现，分级精度不稳定。因为在苹果分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量，仅凭人的视觉难以精确区分，且人长时间用眼，会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动，其次，苹果的内部品质缺乏检测手段，使苹果的内外品质无法保证。因此，研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果，为国家创取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景 1。 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，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强，作业质量标准高，因此，实现机械化 、自动化作业势在必行。 水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装。挑选是水果采后处理的第一个环节。目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度不够、外观畸形等不符合商品要求的产品，以利于下一步的分级、包装和贮运。挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标，综合判断较复杂，目前还难做到机械化操作，所以无论是技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成，但必须根据不同水果的特点制定相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采用浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物， 减少病菌和农药残留，使之清洁、卫生，符合商品要求和卫生标准，提高商品价值。打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜。涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。经涂膜处理后，不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制病原菌侵染、减少腐烂，而且还可以增进果品表面光泽，使外皮洁净、美观、漂亮，提高商品价值。分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有 16 个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红 枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种 的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。良好的包装，可以保证产品安全运输和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤，减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性。设计精美的包装也是商品的重要组成部分，是贸易的辅助手段，为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放。 水果分级是水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果和效益。果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程度等也不 完全一致，甚至还有风蚀、病虫害等， 采后如混在一起既不便于贮藏运输，也不便以质论价销售。在市场商品经济高度发达的今天，异地销售大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化，而今水果分级就是实现水果商品标准化的最基础的一步 2。 在作物生产和科研中，大量的工作而借助于对形态、色泽、纹理等外部特征的判断，如作物生长状况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测。存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷且一些特征还难以定量描述，制约了作物科 学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广，是实现农业信息化迫切需要研究和解决的问题。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。 分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有 16 个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的 要求，标准还应不断修订和完善 。因此，水果分级有着很强的重要性。 该系统依据规定的质量品质分类标准，自动完成苹果的等级分类。该分组系统具有以下意义： 降低劳动者的劳动强度； 提高劳动生产率； 提高产品分类质量； 降低生产成本； 内外研究概况 1 2 1 国内研究概况 相对于国外的分级水平，国内水果分级市场比较落后。国内水果分级大部分还采用人工分级方法，只有少数企业采用半自动及自动化水果分级。 虽然我国水果分级现状不容乐观，但也有一些企业的研究得到成功， 浙江大学果蔬智 能化分级技 术与装备课题组经过近 10年的研究积累，在国家 “863” 计划 国家自然科学基金和浙江省科技计划的支持下，与杭州杭挂机电有限公司合作于 2004 年研制成功国内第一条完全拥有自主知识产权的基于计算机视觉的水果品质智能化实时检测与分级生产线。项目至今已获国家发明专利 2项、授权计算机软件著作登记 2项、授权国家实用新型专利 8项，另有国家发明专利 10项待批 。 2004 年 6月 16日，顺利通过国家 863计划机器人技术主题专家组的验收。 2004年 12月 28日，销往广东梅县的第一条生产线在当地正式调试成功，并投入正常生产用于当地特色 水果脐橙的品质检测和分级，其工作性能得到用户的高度评价。 2005 年 4月 29日，由中国工程院汪懋华院士、蒋亦元院士等 8位本领域的权威专家组成的鉴定委员会，对本生产线进行了鉴定，专家们对这一成果给予了高度评价：总体技术水平达到国际同类产品的先进水平，多项技术处于国际领先水平。 日前，江苏省自主研制生产的电脑控制全自动水果分级流水生产线在陕西成功运行，并通过国家一级科技查新，填补了国内果品加工生产机械的空白 7。 该生产线由江苏牧羊集团研制，采用水果品质视觉系统测与分级，每条生产线每小时能检测分级 2 5 吨及 3 吨水果，适用于柑橘、胡柚、苹果、西红柿、土豆等多种水果及农产品的快速分级，部分指标达到世界先进水平。为配套新生产线，该集团同时研发出压榨机、榨汁机等饮料机械，以及去核机、打浆机等果汁生产线前处理设备与后道包装设备，具有良好的应用前景。 1 2 2 国外研究概况 国外 50%以上的水果实现了分级的完全自动化。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。 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。 日本消费者对水果的消费是非常挑剔的，其水果上市前都要经过分级包装。有些价值较高的水果，如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。目前，在日本许多高新技术在水果检测领域得到应用。计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间，使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向 数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据的人工管理向计算机管理方向转化。 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。 美国 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。 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。水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素，甚至是内部品质，才能排除其他因素，使分级质量得到保证 11。 法国的 司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装，还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮的瑕疵进行分选，全电脑监控，自动化程度相当高。 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。 1 3 研究特色与创新 传统的水果品质检测、分级方法存在着分级结果受人主观因素的影响、精度低、视觉易疲劳、效率低 ;存在着不能对大小、重量、形状、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色泽等指标综合评判等问题。 输送系统在输送水 果的同时，使水果的中心轴始终保持垂直。同时保持水果围绕其中心轴转动，以便拍摄到水果的不同位置，识别出花萼和梗，从而区别出缺损与花萼。 计算机视觉技术是随着计算机技术的发展不断发展的一门技术。随着计算机硬件成本的下降和运行速度的大幅度提高，机器视觉技术在农业中也得到了空前的发展。通过建立计算机视觉系统采集水果外观图像，从分割的图像中提取特征，包括形状特征、颜色特征、大小特征参数等。在此基础上基于人工神经网络、分形理论和模糊分类等算法完成程序的编写，以提高计算机运行速，满足实时性的要求。完成水果的自动识别，从而 发出控制信 号。 水果分级在国内尚属新兴产业，有关这方面的研究本身就是一种创新。对去其内容的研究，一般而言，苹果分拣是把苹果输送到双锥棍子上，不需知道苹果花萼 /茎的位置。随着数字成像技术用于缺陷识别，鉴别花萼 /茎位置的图像处理被测试以确保在图像分割之后，花萼 /茎部被当作缺陷。本课题的创新是用一个倾斜的输送装置，用一个带有轮子的模块定向和输送苹果，把苹果输送到位于倾斜装置顶端的检测用的摄像机前进行颜色分拣，使苹果倾斜的同时旋转，以保证其各个表面都被拍到。进出料机构能够使水果自动完成进料，并可以根据检测结果自动分 级。 2 概述 2 1 气动水果分级传输装置原理简介 带有气动分级机构的水果输送装置，该装置包括基架、固定在基架上的驱动机构和水果输送机构，水果输送机构分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段 在 基架的一侧边，固 定 设有一个以上气动机构，它主要由储气罐和控制件组成，在储气罐端部开设气体喷嘴，由控制件控制其动作，该控制件的输入与摄像室水果图象采集的分级输出信号相连，气动机构接收信号后产生喷气动作，将符合分级标准的水果，吹离输送装置并完成分级。 本气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确，滚子的模具制造简单、成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤。 2 2 传输分级机构工作原理 本设计的设计目的是设计一种机构对苹果按大小进行分级，根据设计要求将苹果分成三个级别。此机构是通过气动进行分级。在此机构中主要由 进料机构、基架、定制的双侧套筒传动链、双锥式滚子、双侧链轮、轴承、轴承套、 同步带和同步带轮以及动力装置电动机。 本装置是水平放置的横式传输机构，首先苹果由进料槽进入双侧链的锥式滚子上，在入口处装有毛刷挡板以确保苹果是逐 个无重叠的在滚子上传输。链条以恒定的转速水平进行传动。动力装置通过同步带驱动链轮的主动轴驱使套筒链匀速转动，苹果 由 滚子传输至第一级出口处，此时空压机和气泵根据要求进行喷气使苹果脱离滚子以达到分级的要求。下一等级的苹果传输至第二级出口时以同样的原理进行分级。剩下的第三级随着滚子直接进入位于机构末端的出口。整个过程中机构平稳的精确的根据要求将苹果分成了三个等级。进而达到设计目的。 2 3 设计任务 在做本设计前，我将设计工作安排分为五个阶段。 第一阶段，设计前期阶段。 在此阶段的主要任务是，首先 要清楚此设计的设计目的和任务以及整体装置的工作原理。根据原理估计设计的大致模型，构思简单的设计思路。其次是了解掌握必要的市场动向，借鉴类似前沿的产品以便产生必要的设计灵感，使设计达到最优化。第三，因为做此机构是用来对苹果进行分级的，所以必须对苹果的一些物理参数，形状大小进行提取。这也是第一阶段的重点工作。 第二阶段，初模型设计阶段。 此阶段的主要工作任务是在第一阶段的前提下大致的构思出机构的模型以及机构的大体组成部分。画出模型的大致草图，并最终确定设计思路。 第三阶段，计算和必要零件选择阶段。 此阶段的工作任务是计算出零件的尺寸以及机构的安装尺寸，并根据需要确定哪些零件是要定制件哪些是采用标准件。另外，通过计算从机械手册选择出标准件。 第四阶段，画零件图和装配图阶段。 此阶段的主要任务是根据第三阶段计算出的数据画出零件图和装配图，并将其转换成三维立体图像以便更准确直观的分析和改进。 第五阶段，优化并编写设计说明书阶段。 在此阶段可以参照二维和三维模型对设计的不合理以及有待进一步优化的地方进行改进和优化。在改进优化确认无误后编写出设计说明书。 2 3 2 设计要求 该装置能完成苹 果的自动进料和在自动出料，即苹果能够逐个进料，且能够从对应的等级出口出料，同时与苹果分选机输送机构进行装配，共同调试及分析输送机构速度对苹果定向的影响。 3 进料机构设计 3 1 进料机架的设计 3 1 1 加工工艺的选择 铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。在机械制造业中，铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件；而且铸件的大小、重量、批量、及材质几乎都不限制，与其它加工方法比较，铸造具有适应性广、 生产成本低的优点，但是铸造工序多，工艺复杂，铸件易出现组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺馅这些缺陷会导致铸件的冲击韧性降低。此外铸造的劳动环境差。 焊接是通过加热或加压（或两者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原 子间结合的连接方法。 焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。它具有 节约金属材料 、产品密封性好 、 以小拼大 、 化复杂为简单 ， 便于制造双金属结构 ，生产率高、连接质量优良、劳动条件好、易于实现自动化等优点。 在机械制造工业中，焊接广泛用于制造各种金属结构件。 基于铸造与焊接的 特点比较，进出料机架采用焊接。 3 1 2 材料的选择 要进行焊接，则要求所用的材料具有焊接性。其焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接头的难易程度。它包括两个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用过程中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。 金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工艺，其焊接性能有很大差别。焊接结构所用的金属材料绝大部分是钢材，影响钢 材焊接性的主要因素是化学成分。其中碳的影响最明显其他元素的影响可折合成碳的影响，因此可用碳当量方法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中都受到严格控制。 碳钢及低合金结构钢的碳当量（ W）经验公式为 C+（ V） /5+（ 、 根据经验： ，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采用减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头的质量。 铸铁含碳量高，组织不均匀，属于焊接性很差的材料，所以不应该采用铸铁设计，制造焊接构件。其焊接特点如下： 熔合区易产生白口组织； 易产生裂纹； 易产生气孔。 所以根据设计的要求及其焊接要求，工作台和底座采用 30 号钢，支撑及其加强筋采 用 8#热扎槽钢。 3 1 3 进料机架结构 进料机架有四大部分组成：底座、支撑、加强筋、支撑板。底座留有 6个地脚孔，安装时底座与 机架 用螺栓进行连接，底座和支撑板之间采用 8根 8#热扎槽钢进行焊接，因为整个进料机构装有振动电机，所以为了确保整个机架的稳定性，其中每纵向的两个支撑赋有 2个加强筋，每横向的两个支撑赋有一个加强筋，加强筋材料也为 8#热扎槽钢。在支撑板上留有 6个 21的通孔，用来安装 6根支撑杆。 3 2 进料槽的设计 3 2 1 加工工艺的选择 弯曲是将板料弯成一定形状和角度的零件的成形方法，是板料冲压中常见的加工工序之一。在生产中，弯曲件的种类繁多，结构形状各异。弯曲成形主要问题是回弹和弯曲半径。回弹是在弯曲过程中，由于材料存在着弯曲变形，当外加弯矩卸去以后，板料产生弹性恢复的现象，直接影响弯曲件的形状准确度；弯曲半径是表示板料弯曲变形的程序，如果取得过小，有可能使弯曲件产生开裂。因此，在满足使用要求的前提下，应充分考虑弯曲成形的工艺特点，使零件具有尽可能好的工艺性。这样不仅可以简化弯曲成形工艺 和模具设计，而且可以提高零件的成行质量 18。 进料槽由于下方装有振动电机，将会承受载荷，所以槽的厚度不宜薄，要确保槽的刚度，由于此时的厚度不宜采用弯曲的方法达到要求，所以选择焊接；而出料槽只用来苹果的出料，几乎不承受载荷，所以选择薄的钢板进行弯曲即可。 3 2 2 材料的选择 根据焊接对材料的要求，进料槽选择 20号钢板，板厚 20据弯曲对材料的要求，也选择 20号钢板，板厚 5 3 2 3 进料槽的结构 进料槽两侧挡板与底板采用焊接，右端为一个 大圆盘，直径为 720于上料，挡板两侧分别有 3个 来安装调节螺栓。 3 3 进料筛选机构设计 3 3 1 方案的确定 苹果从输送带运过来到进行检测分级需要实现从多个一起到一个个检测，所以要设计一装置实现苹果一个个进入检测模块。由于苹果是易受损物品，所以放弃低落选择方式，代替的是斜坡滚入式。从批量进入筛选机构到一个个出，中间设置一排序装置，用三扇开的角度不同的门实现此功能，门的张开角度靠铰链和调节螺杆完成。其间防止苹果卡住，所以加一振动电机，加以适当振动。 3 3 2 筛选机构 结构 六块挡板与槽用铰链连接，每对挡板之间的距离通过调节螺杆进行调节，挡板之间的距离和槽的倾斜角度通过实验得到，主槽倾斜 15，第一对挡板开口之间的距离为 140第二对挡板开口之间的距离为 100第三对挡板开口之间的距离为 85槽的下方安装一个振动电机，防止苹果在挡板开口处卡住，使其逐个滚至输送装置的 聚乙烯滚子 上。 3 3 3 振动电机的选择 由于这里不需要太大震动，所以选择一小型电机。电机采用专用振动电机，由 河南威猛振动设备股份有限公司 生产。 （ 1）特点： 1、 机体重量轻，体积小，结构简单，安装、维修方便 ； 2、 振频稳定，平稳回转产生低噪音振动，启动迅速，停车平稳 ； 3、 全封闭结构，适用于任何无防爆要求的工作环境 ； 4、 激振力可无级调整 ； 5、 多方位安装，多机单机使用均可 。 （ 2）基本参数： 使用条件 ： 环境温度 不超过 400C 海 拔 ： 不超过 1000米 电 压 ： 380V 频 率 ： 50 法 ： Y 绝缘等级 ： 工作方式 ： 连续 安装方式 ： 任意方向 表 1 技术参数表（卧式） 序号 型号 激振力(功率(电流(A) 主要结构尺寸 (重量 L H A B C D E F h M (1 00 203 150 210 124 180 100 70 82 98 30 10 19 3 4 支撑结构的设计 3 4 1 进料支撑结构 为了使筛选机构的倾斜角度便于调节，它与机架之间用一端带有螺纹的支撑杆进行连接，支撑杆用直径为 20料为 45 的圆柱钢，一端与筛选机构焊接，另一端 与 机架螺纹连接，且用两个螺母进行锁紧。由于筛选机构上装有振动电机，所以要承受一定载荷，所以采用 6根支撑杆，且赋有加强筋，确保支撑结构的稳定性。 3 5 振动机架 由于机架结构比较简单，通过比较，采用弯 曲直接可以成形，材料选择 200#钢板进行弯曲。 4 主要技术参数和电机选择 表 2 主要技术参数 输链轮传输速率 v（ m/s) 架长度 L（ 2210 整体高度 H（ 1850 链轮传输功率 P( 1） 电机选择 根据链轮的速率知整个系统的转速都非常小，估计在在 20 r r 之间 免使同步带带轮尺寸过大而不便设计和安装。下表是 表 3 电机参数 速机中心高 H/动机功率 出转速 n/( 1r) 输出转距 )/( 电 动 机 输出轴轴径 机座号 端盖序号 极数 132 7 86 32 801 52 96 104 43 115 36 135 所以在这选择 32出转速为 43 ) 1减速电机。 （ 2）苹果参数 设计之前对苹果分成大，中，小三个等级，分别选 20 个测量出各项参数并分别求出平均值。个参数测量数据如下表 4: 表 4 苹果参数 of 别类型 测量样本数(个） 测量平均长径 （ 测量平均段径 (大 20 20 20 表中可以看出，苹果主要物理参数有 两种 ，单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。因此必须选择苹果的长径或锻径来进行分级。由数据可以以得出各级的长径和短径比都接近 这选择苹果的长径来作为标准进行分级。分级如下： 第一级：长径小于 70 70aR 第二级：长径介于 70 7 0 8 5am m R m m 第三级：长径大于 85 85aR 5 传动系统设计 经分析此机构主要包括机架，定制的双侧套筒传动链，滚子，双侧链轮，轴承，轴，轴承套，同步带和同步带轮要进行设计。 条和链轮的设计 在设计此机构的过程中，分别 可以用带传动和链传动来传输载体苹果。但是由于带传动中传动带的材料不是完全的弹性体因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛使张紧力降低，从而使传动不是匀速进行的。而在本机构中要求的是传动中需保持绝对的匀速。所以不用带传动。而链传动由于经济，可靠，它广泛用于各类制造业中的机械上来传递动力。它相对于带传动的优点是，没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比。需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，工况相同时，传动尺寸较紧凑。能在温度较高，湿度较大，有油污等恶劣的环境下工作。效率较高（ =98%）。而且链传动的制造 和安装精度要求不高，中心距较大时传动结构简单。链传动在传递功率，速度，传动比，中心距等方面范围很广。目前最大传动功率达到 5000高速度达到 40m/s,最大传动比达到 15，最大中心距达到 8m。而在本机构中中心距有也很大 16。故很适合选用链传动。 传动链主要有套筒链，套筒滚子链和齿形链。它们都已经标准化。在本设计中要求用双侧的链条中间夹装有滚子，但在标准化的链中他们的尺寸偏大会使的机构过于庞大。所以根据设计需要，考虑尽可能的减小机构的体积和节省材料。在本设计中我采用定制的链条。 在设计时取链的节距 P=前后链轮中心距 1375轮的设计 链轮轮齿的齿型应保证链节能够自由地进入和退出啮合，在啮合时应保证良好的接触，同时形状应尽可能简单，并便于加工。 国家标准只规定了链轮的最大和最小齿槽形状。实际齿槽形状在最大和最小范围内都可用，因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。在这采用的齿廓为“三远弧一直线”齿形。 链轮的尺寸计算如下： 因为本机构的传动速率 V=s以在齿数的选择上有很大的空间，在这里区齿数 Z=17. 所以，分度圆直径 d=807180顶圆直径 a 7180c o 0)180c o 齿根圆直径 72 链轮齿廓圆弧直接）。 最大齿根距离 齿侧凸缘直径 0c 链轮的结构如图 1： 图 1 链轮结构图 链条的设计计算 由上面设计可知 节距 p=50心距375轮齿数 z=17。 1） 72)2(22 212021 所以总个链条的节数为 72节 。 2） 链传动安装时，所需的张紧力不大，主要是保证链条松边垂度不要过大，以免影响链条的正常退出啮合和产生震动，跳齿和脱节现象。不考虑传动中的动载荷，作用在链上的力有工作拉力 F，离心拉力 这取带传动的效率 。 工作拉力（ N)取决于传动功率 P(链速 V（ m/s) F=1000=sm =1980N. 离心拉力 式中 q 表示单位长度链条的质量， kg/m,在这 q=5kg/m. 悬垂拉力可用求悬索拉力的方法近似求得 33 7 中心线和水平线的夹角 有关。垂直分布时可取平布置时可取这是水平布置。故取 由此得到链紧边和松边拉力为 紧边拉力 ： 7 7 41 。 松边拉力 ： 。 3） 静强度校核： 由于链条的速率 v=s 小于 s，而链速低于 s 的低速链传动，其主要失效形式是练条的静力 拉断，故应进行静强度校核。静强度安全系数应满足下式要求 84 式中 这取极限小值为 60000N. 表示工作情况系数，查表在载荷平稳的情况下取 以， 0 00 02 S,故符合要求。 另外，链条的形状和主要加工尺寸如下图 2所示： 图 2 链条的形状和主要加工尺寸 is of 子设计 在滚子设计中，技术要求不必要很高，它只是做承载作用。但是应该选择摩擦系数小的工程塑料作材料。以减小苹果在被吹离时的摩擦力。所以选用化学材料聚四氟乙烯。查简明机械零件设计手 册表 1 。在与链条的配合中可以用过盈配合使其固定在双侧链条的中间18。简图如下图 3： 图 3 滚子简图 承和轴承座的设计 于滑动轴承本身具有一些独特的优点：承载能力高、抗振性好、工作平稳可靠、噪音小、寿命长等，使得它在某些特殊场合仍站有重要地位，目前他广泛用于内燃机 、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。、 滑动的类型很多，按轴承承受载荷方向的不同，轴承可分为径向轴承和推立球轴承。根据其华东表面间摩擦状态的不同，可分为液体摩擦滑动轴承、非液体摩擦滑动轴承。液体摩擦的特点是轴颈和轴承两想对运动表面间完全被一层油膜所分开，而根据油膜形成原理的不同，还可分为液体动力润滑轴承和液体静力润滑轴承。 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承的主要优点是：（ 1）摩擦力矩和发热较小，在通常的 速度范围内 ，摩擦力矩很少随速度而改变。启动转矩比滑动轴承的要低得多（比后者小80%；（ 2）维护比较方便，润滑剂较少，（ 3）轴承单位宽度的承载能力较大；（ 4）大大地减少有色金属的消耗。 滚动轴承的缺点是：（ 1）径向外廊尺寸比滑动轴承大；（ 2）接触应力高，承受冲击载荷能力较差，高速重负荷小寿命较低；（ 3）小批生产特殊的滚动轴承时成本较高；（ 4）减振能力比滑动轴承低（ 5）运转时有噪音，不适合用于有冲击和瞬间过载的高转速场合。 常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业的工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承 ,因为传输分级机需要的轴承载荷并不太大，而且传输分级机在正常工作时基本没有减振、冲击和瞬间过载的高转速。所以选用滚动轴承。这样比较有利于机器更换，从经济的角度上来讲也节约了制造成本。 选用滚动轴承中的深沟球轴承，因为其轴向紧固简单 ,支承结构的轴向尺寸小；密封性好润滑简单；自动调心内圈较宽便于装拆。 承的选择 下 图为深沟球轴承的基本尺寸和和状尺寸示意图，下表为 0系列深沟球轴承的选用表。深沟球轴承在传输分级机的正常工作载荷远远小于轴承的基本额定载荷，所以选用轴承主要是根据轴端的安装来选的。在这选用代 号为 6008的深沟球轴承。 图 4 深沟球轴承的基本尺寸和和状尺寸示意图 of 5 0 系列深沟球轴承的选用表 0 承 基本尺寸（ 安装尺寸（ 基本额定载荷 型号 （ d D B 6005 25 47 12 30 43 006 30 55 13 36 50 1 6007 35 62 14 41 57 1 008 40 68 15 46 63 1 009 45 75 16 51 70 1 010 50 80 16 56 75 1 011 55 90 18 63 83 轴和轴承的安装方式 轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式如下图 5: 图 5 轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式 of 步带和同步带轮设计 在本设计中，链轮的主动轴是由电动机通过同步带来驱动的。不同于其他带传动同步带的工作面有齿，带轮的轮缘表面也有相应的齿槽，带与带轮是靠啮合进行传动的，故传动比恒定。 同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维作承载层，氯丁橡胶或聚胺脂作基体。带薄而且轻， 可用于高速，传动效率最高可达 98%，所以同步带的应用非常的广泛。其主要缺点就是制作和安装精度要求较高，中心距要求较严格。 在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离叫节距，它是同步带传动的主要参数。同步带有单面带和双面带两种，单面带单面有齿，双面带两面 均有齿。同步带也 已经有标准化了，它的型号分为最轻型 轻型 轻型 型 L,重型 H，特重型 重型 同步齿形带带轮的齿形采用渐开线齿型，可以用范成法加工而成，也可采用直边齿形。 步带选择 根据带传动的功率 P=这选择型号为 同步带尺寸和形状如下图 6： 图 6 同步带尺寸和形状 同步带带轮设计计算 根据链轮线速度 v=W= dm 得出大带轮的转速 m i n/a 。 由于整个机构的转速都非常的小（ n750r/根据简明机械零件设计手册表 7同步带最小许用齿数 Z =14. 根据 轮的节距 小带轮节圆直径 d= 根据电机的转速 ,链轮转速 /以得出小带轮和大带轮的传动比 m 310 由式 1805 的设计 轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的 结构 形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠度，还 增加 轴的制造成本和轴上零件装配的困难。 在本设计中，有连接前链轮以及同步带的主动轴和连接后链轮的轴。他们在结构和尺寸上都有一定的差异，后轴相对于前主轴来说要简单一些。而且在承受的扭转切应力要小一些。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢。由于碳钢比 合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理和化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故在这里采用碳钢制作轴。 动轴设计及校核 主1 苹果大小分级机构设计 学 生：胡 旺 指导老师：高英武 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 摘 要： 随着科学技术的飞速发展，各行各业都已不同程度的步入了机械化时代。而传统的人操纵机械已逐步被淘汰，取而代之的是科技含量 更 高的 机电一体化 。水果自动分拣系统是一 种 集机械传动，图像处理， 路控制的机电结合的现代化设备。它主要可分为 水果图象采集段和水果分级段 ， 水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段 ，水果分级段的 控制件 根据信号做出相应的动作控制气泵喷气 ， 将符合分级标准的 水果吹离输送装置并完成分级 。 关键字： 自动化；图像处理；气动； 分拣 ； 10128, of of of by of is a of LC of of be of to of on to of 1 前言 研究的目的及意义 我国是苹果生产大国，苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富。但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱。目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。在苹果品质检测方面，国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测，有些检测项目已经商品化，且能达到实时速度。在国内，苹果的品质检测研究从 90年代才开始，仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平，我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的 比例，是重要的外贸出口产品。但由于生产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证，在国际市场上缺乏竞争力。其原因首先是检测与分选的手段落后。在我国，苹果分级基本上仍由人工完成。人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低，分级标准难以实现，分级精度不稳定。因为在苹果分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量，仅凭人的视觉难以精确区分，且人长时间用眼，会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动，其次，苹果的内部品质缺乏检测手段，使苹果的内外品质无法保证。因此，研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果，为国家创 取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景 1。 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，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强，作业质量标准高，因此，实现机械化、自动化作业势在必行。 水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装。挑选是水果采后处理的第一个环节。目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度不够、外观畸形等不符合商品要求的产品，以利于下一步的分级、包装和贮运。挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标，综合判断较复杂 ，目前还难做到机械化操作，所以无论是技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成，但必须根据不同水果的特点制定相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采用浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物，减少病菌和农药残留，使之清洁、卫生，符合商品要求和卫生标准，提高商品价值。打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜。涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。经涂膜处理后，不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制病原菌侵染、减少腐烂，而且还可以增进果品表面 光泽，使外皮洁净、美观、漂亮，提高商品价值。分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，3 我国现有 16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。良好的包装，可以保证产品安全运输和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤，减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性。设计精美的包装也是商品的重要组成部 分，是贸易的辅助手段，为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放。 水果分级是水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果和效益。果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程度等也不完全一致，甚至还有风蚀、病虫害等， 采后如混在一起既不便于贮藏运输，也不便以质论价销售。在市场商品经济高度发达的今天，异地销售大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化，而今水果分级就是实现水果商品标准化的最基础的一步 2。 在作物生产和科研中，大量的工作而借助于对形态、色 泽、纹理等外部特征的判断，如作物生长状况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测。存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷且一些特征还难以定量描述，制约了作物科学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广，是实现农业信息化迫切需要研究和解决的问题。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。 分级的目的是要实现农业产品的工业化，使 果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有 16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善 。因此，水果分级有着很强的重要性。 该系统依据规定的质量品质分类标准，自动完成苹果的等级分类。该分组系统具有以下意义：降低劳动者的劳动强度；提高劳动生产率；提高产品分类质量；降低生产成本 。 内外研究概况 1 2 1 国内研究概况 相对 于国外的分级水平，国内水果分级市场比较落后。国内水果分级大部分还采用人工分级方法，只有少数企业采用半自动及自动化水果分级。 虽然我国水果分级现状不容乐观，但也有一些企业的研究得到成功， 浙江大学果4 蔬智能化分级技术与装备课题组经过近 10 年的研究积累，在国家 “863” 计划 国家自然科学基金和浙江省科技计划的支持下，与杭州杭挂机电有限公司合作于 2004年研制成功国内第一条完全拥有自主知识产权的基于计算机视觉的水果品质智能化实时检测与分级生产线。项目至今已获国家发明专利 2 项、授权计算机软件著作登记 2 项、授权国 家实用新型专利 8 项，另有国家发明专利 10 项待批 。 2004 年 6 月 16 日，顺利通过国家 863 计划机器人技术主题专家组的验收。 2004 年 12 月 28 日，销往广东梅县的第一条生产线在当地正式调试成功，并投入正常生产用于当地特色水果脐橙的品质检测和分级，其工作性能得到用户的高度评价。 2005 年 4 月 29 日，由中国工程院汪懋华院士、蒋亦元院士等 8 位本领域的权威专家组成的鉴定委员会，对本生产线进行了鉴定，专家们对这一成果给予了高度评价：总体技术水平达到国际同类产品的先进水平，多项技术处于国际领先水平。 日前，江苏省自主研制 生产的电脑控制全自动水果分级流水生产线在陕西成功运行，并通过国家一级科技查新，填补了国内果品加工生产机械的空白 7。 该生产线由江苏牧羊集团研制，采用水果品质视觉系统测与分级，每条生产线每小时能检测分级 2 5吨及 3 吨水果，适用于柑橘、胡柚、苹果、西红柿、土豆等多种水果及农产品的快速分级，部分指标达到世界先进水平。为配套新生产线，该集团同时研发出压榨机、榨汁机等饮料机械，以及去核机、打浆机等果汁生产线前处理设备与后道包装设备，具有良好的应用前景。 1 2 2 国外研究概况 国外 50%以上的水果实现了 分级的完全自动化。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。 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。 日本消费者对水果的消费是非常挑剔的，其水果上市前都要经过分级包装。有些价值较高的水果，如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。目前，在日本许多高新技术在水 果检测领域得到应用。计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间，使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据的人工管理向计算机管理方向转5 化。 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。 美国 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。 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。水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素，甚至是内部品质，才能排除其他因素，使分级质量得到保证 11。 法国的 司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装，还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮的瑕疵进行分选，全电脑监控，自动化程度相当高。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。 1 3 研究特色与创新 传统的水果品质检测、分级方法存在着分级结果受人主观因素的影响、精度低、视觉易疲劳、效率低 ;存在着不能对大小、重量、形状、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色泽等指标综合评判等问题。 输送系统在输送水果的同时，使水果的中心轴始终保持垂直。同时保持水果围绕6 其中心轴转动，以便拍摄到水果的不同位置，识别出花萼和梗，从而区别出缺损与花萼。 计算机视觉技术是随着计算机技术的发展不断发展的一门技术。随着计算机硬件成本的下降和运行速度的大幅度提高，机器视觉技术在农业中也得到了空前的发展。通过建立计算机视觉 系统采集水果外观图像，从分割的图像中提取特征，包括形状特征、颜色特征、大小特征参数等。在此基础上基于人工神经网络、分形理论和模糊分类等算法完成程序的编写，以提高计算机运行速，满足实时性的要求。完成水果的自动识别，从而发出控制信号。 水果分级在国内尚属新兴产业，有关这方面的研究本身就是一种创新。对其内容的研究，一般而言，苹果分拣是把苹果输送到双锥 式滚 子上，不需知道苹果花萼 /茎的位置。随着数字成像技术用于缺陷识别，鉴别花萼 /茎位置的图像处理被测试以确保在图像分割之后，花萼 /茎部被当作缺陷。本课题的创新是用一个倾 斜的 送料 装置，把苹果输送到位于倾斜装置 底 端的检测用的 图像采集室 前进行 大小尺寸图像采集 ， 然后将采集的信息传输给气动装置的控制件对符合分级要求的苹果产生喷气动作，从而实现分级 。进料机构能够使水果自动完成进料，并可以根据检测结果自动分级。 2 概述 2 1 气动水果分级传输装置原理简介 带有气动分级机构的水果输送装置，该装置包括基架、固定在基架上的驱动机构和水果输送机构，水果输送机构分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段 在 基架的一侧边，固 定 设有一个以上气动机构，它主要由储气罐和控制件组成，在储气罐端部开设气体喷嘴，由控制件控制其动作，该控制件的输入与摄像室水果图象采集的分级输出信号相连，气动机构接收信号后产生喷气动作，将符合分级标准的水果，吹离输送装置并完成分级。本气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确，滚子的模具制造简单、成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤。 2 2 传输分级机构工作原理 本设计的设计目的是设计一种机构对苹果按大小进行分级，根据设计要求将苹果分成三个级别。此机构是通过气动进行分级。在此机构中主要 由 进料机构、基架、定制的双侧套筒传动链、双锥式滚子、双侧链轮、轴承、轴承套、 同步带和同步带轮以及动力装置电动机 组成 。 本装置是水平放置的横式传输机构，首先苹果由进料槽进入双侧链的锥式滚子上，7 在入口处装有毛刷挡板以确保苹果是逐个无重叠的在滚子上传输。链条以恒定的转速水平进行传动。动力装置通过同步带驱动链轮的主动轴驱使套筒链匀速转动，苹果由滚子传输至第一级出口处，此时 空气压缩 机和气泵根据要求进行喷气使苹果脱离滚子以达到分级的要求。下一等级的苹果传输至第二级出口时以同样的原理进行分级。剩下的第三级随着滚子直接进入 位于机构末端的出口。整个过程中机构平稳的精确的根据要求将苹果分成了三个等级。进而达到设计目的。 总装图如图 1 图 1 总装图 1 基本组成 一套完整的苹果 分级机构 从整体上来看包括 五 大的部分，其框架图如下 图 2： 图 2 机构框架图 2 3 设计任务 8 在做本设计前，我将设计工作安排分为五个阶段。第一阶段，设计前期阶段。在此阶段的主要任务是，首先要清楚此设计的设计目的和任务以及整体装置的工作原理。根据原理估计设计 的大致模型，构思简单的设计思路。其次是了解掌握必要的市场动向，借鉴类似前沿的产品以便产生必要的设计灵感，使设计达到最优化。第三，因为做此机构是用来对苹果进行分级的，所以必须对苹果的一些物理参数，形状大小进行提取。这也是第一阶段的重点工作。第二阶段，初模型设计阶段。此阶段的主要工作任务是在第一阶段的前提下大致的构思出机构的模型以及机构的大体组成部分。画出模型的大致草图，并最终确定设计思路。第三阶段，计算和必要零件选择阶段。此阶段的工作任务是计算出零件的尺寸以及机构的安装尺寸，并根据需要确定哪些零件是要定制件哪 些是采用标准件。另外，通过计算从机械手册选择出标准件。第四阶段，画零件图和装配图阶段。此阶段的主要任务是根据第三阶段计算出的数据画出零件图和装配图，并将其转换成三维立体图像以便更准确直观的分析和改进。第五阶段，优化并编写设计说明书阶段。 在此阶段可以参照二维和三维模型对设计的不合理以及有待进一步优化的地方进行改进和优化。在改进优化确认无误后编写出设计说明书。 2 3 2 设计要求 该装置能完成苹果的自动进料和自动出料，即苹果能够逐个进料，且能够从对应的等级出口出料，同时与苹果分选机输送机构进行装配， 共同调试及分析输送机构速度对苹果定向的影响。 3 进料机构设计 3 1 进料机架的设计 3 1 1 加工工艺的选择 铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。在机械制造业中，铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件；而且铸件的大小、重量、批量、及材质几乎都不限制，与其它加工方法比较，铸造具有适应性广、生产成本低的优点，但是铸造工序多，工艺复杂，铸件易出现组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺馅这些缺陷会导 致铸件的冲击韧性降低。此外铸造的劳动环境差。 焊接是通过加热或加压（或两者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原子间结合的连接方法。 焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。它具有 节约金属材料 、 产品密封性好 、 以小拼大 、 化复杂为简单 ， 便于制造双金属结构 ，生产率高、连接质量优良、劳动条件好、易于实现自动化等优点。 在机械制造工业中，焊接广泛9 用于制造各种金属结构件。 基于铸造与焊接的特点比较，进料机架采用焊接。 3 1 2 材料的选择 要进行焊接，则要求所用的材料具有焊接性。其焊接性 是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接头的难易程度。它包括两个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用过程中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。 金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工艺，其焊接性能有很大差别。焊接结构所用的金属材料绝大部分是钢材，影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。其中碳的影响最明显其他元素的影响可折合成碳的影响，因此可用碳当量方法来估算被焊钢 材的焊接性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中都受到严格控制。 所以根据设计的要求及其焊接要求，工作台和底座采用 30号钢，支撑及其加强筋采用 45号 钢。 3 1 3 进料机架结构 进料机架有 三 大部分组成：底座、支撑、加强筋。底座留有 6 个地脚孔，安装时底座与 机架 用螺栓进行连接，因为整个进料机构装有振动电机，所以为了确保整个机架的稳定性，其中每纵向的两个支撑赋有 2 个加强筋，每横向的两个支撑赋有一个加强筋，加强筋材料为 45 号 钢。 3 2 进料槽的设计 3 2 1 加工工艺的选择 弯曲是将板 料弯成一定形状和角度的零件的成形方法，是板料冲压中常见的加工工序之一。在生产中，弯曲件的种类繁多，结构形状各异。弯曲成形主要问题是回弹和弯曲半径。回弹是在弯曲过程中，由于材料存在着弯曲变形，当外加弯矩卸去以后，板料产生弹性恢复的现象，直接影响弯曲件的形状准确度；弯曲半径是表示板料弯曲变形的程序，如果取得过小，有可能使弯曲件产生开裂。因此，在满足使用要求的前提下，应充分考虑弯曲成形的工艺特点，使零件具有尽可能好的工艺性。这样不仅可以简化弯曲成形工艺和模具设计，而且可以提高零件的成行质量 18。 进料槽由于下 方装有振动电机，将会承受载荷，所以槽的厚度不宜薄，要确保槽的刚度，由于此时的厚度不宜采用弯曲的方法达到要求，所以选择焊接；而出料槽只用来苹果的出料，几乎不承受载荷，所以选择薄的钢板进行弯曲即可。 10 3 2 2 材料的选择 根据焊接对材料的要求，选择 20 号钢板，板厚 20行焊接得到 进 料槽；根据弯曲对材料的要求，也选择 20号钢板，板厚 5行弯曲得到 出 料槽。 3 2 3 进料槽的结构 进料槽两侧挡板与底板采用焊接，右端为一个大圆盘，直径为 200于上料，挡板两侧分别有 3个 螺纹孔，用来安 装调节 螺杆 。 其结构如图 3 图 3 进料槽结构图 3 3 进料筛选机构设计 3 3 1 方案的确定 苹果从输送带运过来到进行检测分级需要实现从多个一起到一个个检测，所以要设计一装置实现苹果一个个进入检测模块。由于苹果是易受损物品，所以放弃低落选择方式，代替的是斜坡滚入式。从批量进入筛选机构到一个个出，中间设置一排序装置，用三扇开的角度不同的门实现此功能，门的张开角度靠铰链和调节螺杆完成。其间防止苹果卡住，所以加一振动电机，加以适当振动。 3 3 2 筛选机构结构 六块挡板与槽用铰链连接，每对挡板之间的距离通过调节螺杆进行调节，挡板之间的距离和槽的倾斜角度通过实验得到，主槽倾斜 15，第一对挡板开口之间的距离为 140右 ,第二对挡板开口之间的距离为 100右 ,第三对挡板开口之间的距离为 85槽的下方安装一个振动电机，防止苹果在挡板开口处卡住，使其逐个11 滚至输送装置的 聚乙烯滚子 上。 其示意图如图 4 图 4 进料筛选机构 4 3 3 振动电机的选择 由于这里不需 要太大震动，所以选择一小型电机。电机采用专用振动电机，由 河南威猛振动设备股份有限公司 生产。 （ 1）特点： 1、机体重量轻，体积小，结构简单，安装、维修方便 ； 2、振频稳定，平稳回转产生低噪音振动，启动迅速，停车平稳 ； 3、全封闭结构，适用于任何无防爆要求的工作环境 ； 4、激振力可无级调整 ； 5、多方位安装，多机单机使用均可 。 （ 2）基本参数： 1、 环境温度 ： 不超过 400 ； 2、 海拔 ： 不超过 1000 米 ； 3、 电压 ： 380V； 4、 频率 ： 505、 接法 ： Y； 6、 绝缘等级 ： 7、 工作方式 ： 连续 ； 8、安装方式 ： 任意 方向 。 电机技术参数如下表 1。 3 4 支撑结构的设计 3 4 1 进料支撑结构 为了使筛选机构的倾斜角度便于调节，它与机架之间用一端带有螺纹的支撑杆进行连接，支撑杆用直径为 20料为 45的圆柱钢，一端与筛选机构焊接，另一端 与机架螺纹连接，且用两个螺母进行锁紧。由于筛选机构上装有振动电机，所以要承受12 一定载荷，所以采用 6 根支撑杆，且赋有加强筋，确保支撑结构的稳定性。 其结构如图 5。 表 1 技术参数表（卧式） 序号 型号 激振力(功率(电流(A) 主要结构尺寸 (重量 L H A B C D E F h M (1 00 203 150 210 124 180 100 70 82 98 30 10 19 图 5 进料机架 5 5 振动机架 由于机架结构比较简单，通过比较，采用弯曲直接可以成形，材料选择 20板进行弯曲。 4 主要技术参数和电机选择 13 表 2 主要技术参数 输链轮传输速率 v（ m/s) 架长度 L（ 2210 整体高度 H（ 1850 链轮传输功率 P( 1）电机选择 根据链轮的速率知整个系统的转速都非常小， 且参照以往水果分级机构所选电机，估计在 20 r r 之间 免使同步带带轮尺寸过大而不便设计和安装。下表是 表 3 电机参数 速机中心高H/动机功率出转速 n/( 1r ) 输出转距 )/( 电 动 机 输出轴轴径 机座号 端盖序号 极数 132 7 86 32 801 52 96 104 43 115 36 135 所以在这 选择 32出转速为 43 ) 1减速 机。 （ 2）苹果参数 设计之前对苹果分成大，中，小三个等级，分别选 20个测量出各项参数并分别求出平均值。个参数测量数据如下表 4。 从表中可以看出，苹果主要物理参数有 两种 ，单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。因此必须选择苹果的长径或锻径来进行分级。由数据可以以得出各级的长径和短径比都接近 故选长径或短径都可以，在这选择苹果的长径来作为标准进行分级。分级如 下：第一级：长径小于 60第二级：长径介于 60 第三级：长径介于 70 14 表 4 苹果参数 of 别类型 测量样本数(个） 测量平均长径 （ 测量平均段径 (大 20 20 20 传动系统设计 经分析此机构主要包括机架，定制的双侧套筒传动链， 滚子，双侧链轮，轴承，轴，轴承套，同步带和同步带轮要进行设计。 条和链轮的设计 在设计此机构的过程中，分别可以用带传动和链传动来传输载体苹果。但是由于带传动中传动带的材料不是完全的弹性体因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛使张紧力降低，从而使传动不是匀速进行的。而在本机构中要求的是传动中需保持绝对的匀速。所以不用带传动。而链传动由于经济，可靠，它广泛用于各类制造业中的机械上来传递动力。它相对于带传动的优点是，没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比。需要的张紧力小，作用在轴上的压力 也小，工况相同时，传动尺寸较紧凑。能在温度较高，湿度较大，有油污等恶劣的环境下工作。效率较高（ =98%）。而且链传动的制造和安装精度要求不高，中心距较大时传动结构简单。链传动在传递功率，速度，传动比，中心距等方面范围很广。目前最大传动功率达到 5000高速度达到 40m/s,最大传动比达到 15，最大中心距达到 8m。而在本机构中中心距也很大 16。故很适合选用链传动。 传动链主要有套筒链，套筒滚子链和齿形链。它们都已经标准化。在本设计中要求用双侧的链条中间夹装有滚子，但在标准化的链中他们的尺寸偏大会使 的机构过于庞大。所以根据设计需要，考虑尽可能的减小机构的体积和节省材料。在本设计中我采用定制的链条。在设计时取链的节距 P=1375轮的设计 链轮轮齿的齿型应保证链节能够自由地进入和退出啮合，在啮合时应保证良好的接触，同时形状应尽可能简单，并便于加工。 国家标准只规定了链轮的最大和最小齿槽形状。实际齿槽形状在最大和最小范围内都可用，因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。在这采用的齿廓为“三15 圆 弧一直线”齿形。 链轮的尺寸计算如下： 因为本机构的传动速率 V=s以在齿数的选择上有很大的空间，在这里 取 齿数 Z=17. 所以，分度圆直径 d=805 由（ 5 d =17180 齿顶圆直径 180( 0 . 5 4 c o t )z （ 5 由（ 5 1805 0 ( 0 . 5 4 c o t ) 1 9 4 . 3 817ad m m m m 齿根圆直径 d d滚子外径 ） （ 5 由（ 5 2 7 2 . 1 1 6 2 5 6 . 1fd m m m m m m 最大齿根距离 90c o d （ 5 由（ 5 902 7 2 . 1 c o s 1 6 2 5 4 . 9 417xL m m 齿侧凸缘直径 0c （ 5 链轮的结构如图 6： 16 图 6 链轮结构图 链条的设计计算 由上面设计可知节距 p=50心距375轮齿数 z=17。 1） 21 2 2 102 ()22z z z （ 5 由（ 5 72节 所以 整 个链条的节数为 72节。 2） 链传动安装时，所需的张紧力不大，主要是保证链条松边垂度不要过大，以免影响链条的正常退出啮合和产生震动，跳齿和脱节现象。不考虑传动中的动载荷，作用在链上的力有工作拉力 F，离心拉力 这取 链 传动的效率 。 工作拉力（ N)取决于传动功率 P(链速 V（ m/s) F=1000（ 5 由（ 5 F=sm =1980N. 17 离心拉力 22cF 5 由（ 5 中 kg/m,在这 q=5kg/m. 悬垂拉力可用求悬索拉力的方法近似求得 02 5 由（ 5 6 . 5 1 0 1 0 1 . 3 7 5 8 9 3 . 7 5 中心线和水平线的夹角 有关。垂直分布时可取平布置时可取这是水平布置。故取 由此得到链紧边和松边拉力为 紧边拉力 ： 7 7 41 。 松边拉力 ： 。 3） 静强度校核： 由于链条的速率 v=s 小于 s，而链速低于 主要失效形式是 链条 的静力拉断，故应进 行静强度校核。静强度安全系数应满足下式要求 4 8QA c F F（ 5 式中 这取极限小值为 60000N. 表示工作情况系数，查表在载荷平稳的情况下取 0 00 02 S,故符合要求。另外，链条的形状和主要加工尺寸如下图 7所示： 子设计 在滚子设计中，技术要求不必要很高，它只是做承载作用。但是应该选择摩擦系数小的工程塑料作材料。以减小苹果在被吹离时的摩擦力。所以选用化学材料聚四氟乙烯。查简明机械零件设计手册表 1工程材料的摩擦因数知聚四氟乙烯的动摩擦因数 。在与链条的配合中可以用过盈配合使其固定在双侧链条的中间 18。其主要有滚套和滚轴组成。简图如下图 8： 18 图 7 链条的形状和主要加工尺寸 is of 8 滚子简图 8 的设计 及校核 轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工 作可靠度，还增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难。 在本设计中，有连接前链轮以及同步带的主动轴和连接后链轮的轴。他们在结构和尺寸上都有一定的差异，后轴相对于前主轴来说要简单一些。而且在承受的扭转切19 应力要小一些。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理和化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故在这里采用碳钢制作轴。 动轴设计 主动轴连接的零件有链轮，同步带轮以及轴承。结构尺寸相对来 说要复杂一些，因为他必须同时控制多个零件的轴向和径向移动，而且各零件的装配尺寸又有很大的差异。 1 由于机械传输的功率不大，对其重量和尺寸也没有特殊要求故选择常用材料45号钢，调质处理。 2 计算轴的最小许用轴径 03m i （ 5 由（ 53m i n 0 . 9 0 . 5 51 1 0 3 3 . 51 7 . 6 / m i m T 的系数，查表得 45 号钢的 C 值为 107 至118之间。在这取 A=110. (3)主动轴的弯扭合成校核 1）计算链轮受力：链轮分度圆直径 d=轮所受弯矩 9 T pM n（ 5 由（ 56 0 . 5 59 . 5 5 1 0 3 1 4 5 2 0 . 9 61 6 . 7 ,链轮作用在轴上的压轴力 P Fp F （ 5 式中：N；于水平传动于垂直传动 为是水平传动所以 由（ 51980=2277N，链轮上作用力的大小、方向见图 10（ b）所示。 2）计算轴承反力（图 平面 20 1 2206 （ 5 21H p
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号