球形水果分级包装一体机的设计(说明书+CAD图纸)

球形水果分级包装一体机的设计(说明书+CAD图纸)

球形水果分级包装一体机的设计(说明书+CAD图纸)

  • 适用:本科,大专,自考
  • 更新时间2024年
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球形水果分级包装一体机的设计(说明书+CAD图纸)

球形水果分级包装一体机的设计

摘要

     随着社会消费水平的不断提高,人们在购买苹果时越来越注重苹果的内在品质。商场根据果实的品质进行分级销售已经逐渐成为一种趋势。目前我国出口或内销的苹果分级包装一般还是采用原产地人工分级方式,效率低、强度大。因此,本文设计一种具有无损自动分级功能的苹果分级机,具有十分突出的现实意义。本论文设计的装置主要用于中小规模的球形水果包装,适用于小规模果园和水果收购商。该装置可分为原料提升、自动包装和分级结构三部分,主要特点是半自动化。论文对球形水果提升送料装置展开了详细的设计计算和校核;对球形水果的包装、热缩和分级部分进行了功能介绍和通用零部件的选用。该装置通用性强,可以通过更换部分通用零部件实现一定范围内球状水果的自动包装和分级。本课题的设计思路是将球形水果通过传送带提升到高处,利用重力从上往下依次经过各个流程,最后实现预期的包装分级效果。本装置结构较为简单,实际工作时还要通过不断地调整才能够达到最佳的效果;因为运用的都是学过的有限专业知识,对于能否投入到批量生产还需经过大量的完善和优化。

关键词:传送带设计;结构设计;自动包装;强度校核;水果分级

Abstract: With the continuous improvement of social consumption level, people are increasingly paying attention to the intrinsic quality of apples when purchasing them. Grading sales based on the quality of fruits in shopping malls has gradually become a trend. At present, the grading packaging of apples exported or sold domestically in China generally adopts the manual grading method of origin, which is inefficient and strong. Therefore, the design of an apple classifier with non-destructive automatic grading function in this article has very prominent practical significance. The device designed in this paper is mainly used for packaging small and medium-sized spherical fruits, suitable for small-scale orchards and fruit buyers. The device can be divided into three parts: raw material lifting, automatic packaging, and grading structure, with the main feature being semi-automatic. The paper conducted detailed design calculations and verification of the spherical fruit lifting and feeding device; The packaging, heat shrinking, and grading parts of spherical fruits were introduced in terms of functionality and the selection of general components. This device has strong universality and can achieve automatic packaging and grading of spherical fruits within a certain range by replacing some common components. The design idea of this project is to lift spherical fruits to a high place through a conveyor belt, use gravity to pass through various processes from top to bottom, and finally achieve the expected packaging grading effect. The structure of this device is relatively simple, and in actual work, it needs to be continuously adjusted to achieve the best effect; Because the application is limited professional knowledge that has been learned, it still requires a lot of improvement and optimization to be able to be put into mass production.

Keywords: conveyor belt design; Structural design; Automatic packaging; Strength verification; Fruit grading

目录

摘要 III

第1章  绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.3 国内外分级包装机械的研究与发展 1

1.3.1 国外分级包装机构的发展现状 2

1.3.2国内分级包装机构的发展现状 3

第2章 球形水果分级包装一体机方案的确定 4

2.1 设计要求和参数 4

2.2 方案对比与选择 4

第3章 球形水果分级包装一体机提升机的机械设计 6

3.1 传动部分的设计 6

3.1.1 计算传动比和电机选型 6

3.1.2 联轴器和键的选型与校核 7

3.1.3 链传动的设计计算 8

3.2 传送带部分的设计 11

3.2.1 链轮连接端传送带滚筒轴的设计 11

3.2.2传送带从动滚筒轴的设计 14

3.2.3 轴承的寿命计算[16] 14

3.2.4 键的选用与校核 14

3.2.5 传送带的设计 15

第4章球形水果分级包装一体机包装机构的设计 16

4.1 供膜装置的设计 16

4.1.1供膜原理简述 16

4.1.2供膜电机的选型 16

4.2 包装装置的设计 17

4.2.1包装原理简述 17

4.2.2气缸的选型 17

4.2.3气动回路的设计 18

4.3热缩装置的设计 18

4.2.1热缩原理简述 18

4.2.2 离心风机的选用 19

第5章 球形水果分级包装一体机分级机构的设计 20

5.1分级原理简述 20

5.2驱动方式选用[18] 20

第6章 整体框架的设计 22

6.1铝型材框架的设计 22

6.2铝型材规格选用 22

6.3角码的选用 22

总结 24

参考文献 25

第1章  绪论

1.1 研究背景

我国是个人口大国,每天消耗的水果数量数一万吨计。随着国家政策的响应,现在的工作时间几乎都是五天八小时制,而且人工的工作效率相对于机器来说比较低,苹果分拣包装机的设计可以快速完成市场的需求。而且因为是机械化,所以耗时较少,可以保证苹果进入市场后的新鲜性,促进市场经济的发展,给水果商人带来利益的同时也保证了群众消费的安全性。

1.2研究目的及意义

我国是水果生产大国,自动分级技术对提高我国生鲜水果的市场竞争力有很大的帮助。特别是90年代以来,我国的水果产量明显提高,水果生产已经成为中国农村的支柱型产业,成为缩小城乡差距和农民增产增收的重要途径。对水果大小分级的研究,在国内还不是特别的完善,对橙子分级的研究可以明显的提高水果产后商品化的价值,增加中国水果的国际竞争力,提高生产效率。因此我们选择了栅条滚筒式分级包装机。它与目前普遍采用的振动滚筒式分级包装机相比具有以下一些优点:①结构简单;②效率高;③价格低廉;④功耗小;⑤伤果率低;栅条滚筒式分级包装机存在的缺点是分级精度不高。[3]

1.3 国内外分级包装机械的研究与发展

1.3.1 国外分级包装机构的发展现状

在欧洲西方国家由于劳动人员的老龄化和雇佣工人成本越来越高,而且西方人做事相对比较认真比较喜欢钻研科技类,这就使得很多高科技的技术在欧洲崛起。在农业方面欧洲国家几乎实现了从生产到消费者口中都是自动化,机械化,工作人员只需要操纵电脑即可实现这不部分要求。在苹果农业上国外已经实现了机械化播种,除草,喷水,采摘,清洗,挑选,分拣,包装,西方国家的科技相对于我国来说已经很发达了。在苹果行业包括Aweta公司、Barco机器视觉公司、比利时电子分拣技术公司(BEST)、MAF实业公司。随着全球化经济的发展,在美国也出现了类似的公司,如Delta技术公司、Sunkist公司;在日本也有这个市场公司Satake公司。这些国外的先进的设备及系统为我国的农业科技的发展起到一定的促进作用。现在的一些光学的检测手段正在应用到水果的品质检验当中去,这些检测技术连同信息的处理技术正在为水果的检测提供便捷。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以提高品质识别的智能性。

德国发明的分级包装机机构,其分级的精度是非常高的,并且其紧凑的结构的设计,可以有效地减少果实损伤的几率,其核心技术是应用了一种先进的测量仪器,并且此种机构把水果的商品化的工艺缩短了近一半的时间。

美国Auto line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,出口可达60个,每道的最高传送速率为12个/秒,其传输系统可以容纳不同尺寸的水果,其视觉系统采用两架单色相机,能计算出水果的三维尺寸。

西班牙Aleixos使用多光谱相机检测柑橘,图像在两块DSR中并行运算,颜色识别正确率达94%,由于损伤处和正常处的热辐射不同,用热红外线图像对损伤的判别准确率达100%,实验证明,在损伤后30-180s时,擦伤处和正常处至少有1-20度温差,但热红外线图像必须在环境温度变化下才可以检测。

Italy-001-A型分级包装机是一种先进的分级包装机构,能够按照果实的大小进行很好的分类处理,其核心的部件就是一条传送带,其上面有很多的孔,其网眼中的孔径是无级变化的,网眼在最左边时,孔径最小,传送带向右运行时,网眼孔径也就随之增大,到达最右边时,孔径最大。当传送带从下端向回运行时,网眼孔又由大变小。就是说,传送带上的网眼孔径就像照相机的快门那样,随着传送带的运行方向不同,可以由小变大或由大变小。果实最先落在传送带左边时,小的果实漏下来,随着传送带的向右运行,大的果实开始落下,这样就将果实由小到大进行了多级分级。

美国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,对橙子,柚子分级的准确率为98.5%,利用ANN的泛化功能,对橙子的彩色RGB图像,结合颜色和果形分析,获得鲁棒性,实时性的分类结果。

日本三菱电器公司研制的水果成熟度分级包装机,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,推算出成熟度和含糖量,但是大小分级是其基础。[1]

1.3.2国内分级包装机构的发展现状

目前国内已经出现了一系列的苹果分拣机、包装机。但是国内的设备大部分是小型化,私人化,生产率较低,适合小企业发展,我国是人口大国,需要大量的这种机械才能满足市场要求。我国也有大型的苹果清洗以及分拣机,比如江西绿萌、沈阳富琦农业科技有限公司,佳沃集团等。虽然有一些是经过我们国内自行发明出来的小型的苹果分拣包装机,但是大部分的大型苹果分拣包装机是引进国外的技术和设备以及国外的软件系统,众所周知。我国都有过目不忘的本事,所以经过观察外国设备后我国可以复制出和国外几乎一模一样的设备,但其原理也是跟据国外的基础上进行改进,性能上还跟不上国外设备。分级技术在我国大体可分为引进、消化、吸收三个阶段,80年代以前是主要以引进为主,国内的分级技术的研究几乎为零;随着技术的进步,我国制造业逐步发展成熟,同时国内开始意识到了分级包装机构在农业生产中的重要性,逐步的引进国外的生产设备,同时国内的一些机构或者企业开始学习研究国外的技术,经过具体的测绘分析,对于分级技术的认识有了一个飞跃的发展,90年代以后,根据市场对分级包装机构性能的要求的提高看,于此同时国内对于此种技术的研究已经积累了相当的经验,开发出了许多自主知识产权的产品。但尽管如此,与发达国家相比,中国目前在分级领域仍然存在大型设备不足、工艺控制技术落后、磨耗和单位产品能耗偏高、特殊粒形的生产工艺和设备落后等问题。[2]

在近几十年水果分级研究中,我们已经积累了足够经验,并且可以说硕果累累,许多产品性能指标已经赶超国外很多产品。水果分级包装机器人的研究成功,将有利于改变国产水果和农产品的外观质量较差,同一批产品中良莠不齐,混等混级等现状。若以我国苹果产量的50%(约3000万吨)通过自动分级处理来说,每公斤大概可以增值0.2 元,那么总量即能够增值6 亿元。可想而知,这对提高我国水果的品质,增强参与国际竞争的能力,并大大降低工人的劳动强度,具有重要的理论意义和实际意义,并能创造巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[ 1] 张方明, 应义斌. 水果分级机器人关键技术的研究和发展[J]. 机器人技术与应用, 2004,

(1): 34-37.

[ 2]Miller BK,etal.Peach defect detection with machine vision[N].Transaction of the ASAE,

1991, 34(6): 2588-2597.

[ 3] 李庆中, 汪懋华. 基于分形特征的水果缺陷快速识别方法[J]. 中国图像图形学学报,

2000, 5(2): 144-148.

[ 4] 李庆中, 张漫, 汪懋华. 基于遗传神经网络的苹果颜色实时分级方法[J]. 中国图像图形

学学报, 2000, 5(9): 779-784.

[ 5] 籍保平, 吴文才. 计算机视觉苹果分级系统[M]. 农业机械学报, 2000,31(6): 118-121.

[ 6] 何东健, 杨青, 薛少平, 等. 果实表面颜色计算机视觉分级技术研究[J]. 农业工程学报,

1998, 14(3): 202-205.

[ 7] 何东健. 用人工神经网络进行果实颜色分级技术研究[M]. 西北农业大学学报, 1998,

16(6): 109-112.

[ 8] 冯斌, 汪懋华. 基于颜色分形的水果计算机视觉分级技术, 2002, 20(2): 144-147.

[ 9] 赵静, 何东健. 果实形状的计算机识别方法研究[J]. 农业工程学报,2001, 17(2): 165-167.

[ 10] 应义斌, 饶秀勤, 马俊福. 柑橘成熟度机器视觉无损检测方法研究[M]. 农业工程学报,

2004, 20(2): 144-147.

[ 11] 李公平, 柳纪虎, 施援平, 等. 用核磁共振原理测甜菜含糖量探讨[J].甘肃科技, 2000,

(3): 33.

[ 12] 应义斌, 饶秀勤, 黄永林, 等. 运动水果图像的实时采集方法与系统研究[J]. 农业机械

学报, 2004, 35(3): 179-183.

[ 13] 李光梅. 水果分选机的研究现状与发展状况[M ]. 农机化研究, 2007 (9) : 20223.

[ 14]  K.  Choi,  G.  Lee,  Y.j.  Han,  J.M.  Bunn. Tomato  Maturity Evaluation  Using  Color

ImageAnalysis. Trans of ASAE, 1995, 38(1), 171~176.

[ 15]《运输机械设计选用手册》编辑委员会.运输机械设计选用手册 [M].化学工业出版

社,1999,1,1.

[ 16]周钦红,张东兴.苹果分选机输送定位机构的设计[J].中国农业大学学报,2005,10(5)

[ 17]李晶,张东兴,刘宝. 苹果分级机输送与翻转机构设计[J].农业机械学报,2009,40(


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