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上海電機(jī)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 __蘋果分選機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計_ _
學(xué) 院 機(jī)械學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（數(shù)控方向）
班 級 BJ1004
學(xué) 號 101002050441
姓 名 周佳偉
指導(dǎo)教師 歐陽華兵
定稿日期： 2014 年 02月20日
9
蘋果分選機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計
1 選題背景及其意義
本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機(jī)存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運(yùn)動，避免對水果造成嚴(yán)重的機(jī)械損傷。
由2010年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達(dá)到21401萬多噸，果園面積也達(dá)到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農(nóng)政策下來之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達(dá)國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國的經(jīng)驗表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后簡單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒有經(jīng)過任何的分級操作就進(jìn)入市場供應(yīng)，而水果發(fā)展強(qiáng)國的水果采后簡單商品化處理率達(dá)到了95%以上，這里就形成的了很大的對比，也是我們務(wù)必需要改進(jìn)和完善的地方。
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進(jìn)的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費(fèi)者的食用安全和能否滿足消費(fèi)者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進(jìn)我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。
自從上個世紀(jì)90年代，水果強(qiáng)國就開始大量應(yīng)用水果自動分級設(shè)備實現(xiàn)水果自動分級，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。最近幾年國內(nèi)迫于人力成本壓力和市場壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營者從國外引進(jìn)了一些國外比較先進(jìn)的水果分級生產(chǎn)線，但是價格比較昂貴，而且由于我國水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國應(yīng)用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級技術(shù)和設(shè)備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進(jìn)行推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟(jì)意義。
2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
2.1國外水果分選機(jī)的研究與發(fā)展
國外研究者20世紀(jì)80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測和分級的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng)裝置, 在20世紀(jì)90年代開始研究基于計算機(jī)視覺技術(shù)的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級生產(chǎn)線就可用于各類水果的分級和品質(zhì)檢測操作。國外水果分選機(jī)的輸送系統(tǒng)大多是采用輥子傳動結(jié)構(gòu),蘋果在一邊移動的同時一邊還在自身轉(zhuǎn)動,同時安裝在輸送輥上方的攝像機(jī)需要采集蘋果多個表面的圖像,才能采集到蘋果全圖,而且在采集的過程中,容易重采或漏采;另外,蘋果的果梗和花萼區(qū)與缺陷圖像相似,圖像處理時需要將其從真實缺陷中區(qū)分出來,這就會造成圖像處理時間的增加和識別精度的降低，對圖像處理裝置的要求也會變的更高，成本就會更大。
2.2國內(nèi)水果分選機(jī)的研究與發(fā)展
改革開放以來，經(jīng)濟(jì)和科技等都得到了快速的發(fā)展，于是我國從上個世紀(jì)80年代開始研究水果分級技術(shù)，在過去30多年中水果分級技術(shù)正在由半自動化向全自動化、水果外部品質(zhì)檢測向水果內(nèi)部品質(zhì)檢測、水果分選設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡單化，水果單一參數(shù)檢測向水果綜合品質(zhì)檢測轉(zhuǎn)化，基于此而研制出來的水果產(chǎn)品的自動化分級裝備大大的減少了水果產(chǎn)品在分級、包裝、儲存、加工和運(yùn)輸過程中造成的損失。在大量的水果分級裝備中，稱重式水果分選機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點成為目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的水果分選設(shè)備。目前稱重式水果分選設(shè)備主要有機(jī)械稱重式水果分選機(jī)和電子稱重式水果分選機(jī)兩種。
（1）機(jī)械稱重式水果分選機(jī)
機(jī)械稱重式水果分選機(jī)在早期時候一般是基于杠桿原理進(jìn)行分級卸料的。水果分選設(shè)備在運(yùn)行過程中，杠桿兩端分別為水果托盤和平衡砝碼，水果托盤與杠桿鉸接，平衡砝碼下面有支撐，確保杠桿能處于水平位置，當(dāng)水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時候就會導(dǎo)致杠桿傾斜，完成分級卸料。調(diào)節(jié)平衡砝碼的大小和位置就能將水果按重量不同分為若干個等級，目前機(jī)械稱重式水果分選機(jī)主要有固定衡量秤體運(yùn)動輸送托盤式和固定限位裝置運(yùn)動衡量秤體式兩種機(jī)型得到了比較廣泛的應(yīng)用。
（2）電子稱重式水果分選機(jī)
近年來計算機(jī)技術(shù)和稱重傳感技術(shù)的快速發(fā)展，以及相關(guān)技術(shù)的促進(jìn)，電子式稱重技術(shù)及應(yīng)用有了長足的發(fā)展。稱重傳感器已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，能夠輕松實現(xiàn)對被測物準(zhǔn)確、快速的測量，特別是單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的越來越高，稱重傳感器己經(jīng)成為過程控制中的一種必需的裝置，目前比較先進(jìn)的單片機(jī)控制的電子稱重式水果分選機(jī)采用最新的電子設(shè)備測量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準(zhǔn)確的分級標(biāo)準(zhǔn)，分級精度較高，基于此電子稱重式水果分選機(jī)已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用。
3 研究內(nèi)容
蘋果分選機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計主要結(jié)構(gòu)組成：蘋果的輸送裝置，定節(jié)拍裝置，分級裝置，稱重及卸料裝置，收集裝置等。
本課題以蘋果的質(zhì)量不同分成不同的等級，實現(xiàn)蘋果自動分級的裝置。按重量分級的方法保證了蘋果在運(yùn)行時不與托盤之間碰撞，避免了對水果分級時造成的損傷，而且蘋果形狀對分級結(jié)果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分選機(jī)的通用性比較好，可以應(yīng)用于不同種類的水果。本論文研究重點為電子稱重式蘋果分選機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，輸送裝置的設(shè)計，定節(jié)拍裝置的設(shè)計，分級傳送裝置的設(shè)計，卸料裝置的設(shè)計，最終實現(xiàn)蘋果分級卸料。主要研究內(nèi)容如下：
（1） 輸送裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計輸送裝置來完成蘋果的大批量輸送，與分級傳送裝置配合；
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計。根據(jù)分級裝置傳送的要求，設(shè)計定節(jié)拍裝置來完成蘋果整齊有序的排列運(yùn)動，來完成與分級裝置的配合；
（3）分級傳送裝置的設(shè)計。設(shè)計分級裝置傳動的方式，蘋果托盤的類型，托盤與鏈的鏈接方式，稱重模塊的設(shè)計（稱重傳感器的選擇、稱重底板和稱重底板的設(shè)計，以及螺栓和螺釘?shù)倪x擇）；
（4）卸料裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求和稱重要求，設(shè)計卸料的方式，來完成對不同等級的蘋果進(jìn)行正確的分級卸料操作，設(shè)計分級箱的結(jié)構(gòu)來與分級卸料裝置配合；
（5）蘋果分選機(jī)關(guān)鍵零部件的校核。對決定生產(chǎn)線可行性影響較大的輸送帶輪主軸，分級稱重裝置鏈輪、鏈以及鏈輪主軸進(jìn)行強(qiáng)度校核等。
4 研究方案
隨著國內(nèi)外水果種類和品種愈來愈多，對優(yōu)質(zhì)水果的需求量越來越大。所以在這次的設(shè)計中，采用的是以下的設(shè)計方案：
（1） 輸送裝置的設(shè)計方案
圖1輸送裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖
輸送裝置如圖1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動來輸送蘋果前進(jìn)，電機(jī)驅(qū)動皮帶，皮帶安裝在左邊的帶輪上，在通過軸的傳動來帶動輸送帶。
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計方案
1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果
圖2定節(jié)拍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
定節(jié)拍裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶輸送裝置自動進(jìn)料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當(dāng)蘋果進(jìn)料后到達(dá)定節(jié)拍輸送裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu), 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級傳送鏈的節(jié)拍輸送到傳送鏈上。
（3）分級傳送裝置的設(shè)計方案
1電動機(jī) 2皮帶 3主動鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機(jī)構(gòu) 6稱重模塊7分級箱 8蘋果 9卸料裝置
圖3分級傳送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
分級傳送裝置如圖3所示，通過電動機(jī)來傳遞動力，實現(xiàn)整個機(jī)構(gòu)鏈條的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)放著蘋果的托盤經(jīng)過稱重傳感器8來發(fā)送信號到托盤上的卸料裝置，從而實現(xiàn)托盤到達(dá)分級箱6的時候按照給出的信號將蘋果倒入相信等級的箱內(nèi)。
（4）稱重模塊和蘋果托盤的設(shè)計方案
1限位鐵條 2支撐板支架 3支撐板 4輸送鏈條 5水果托盤支架 6水果托盤 7稱重臺 8鋼球
圖4蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機(jī)構(gòu)如圖4所示，其中水果托盤6安裝方向與輸送鏈條4運(yùn)動方向垂直，水果托盤6與限位鐵條1緊固聯(lián)接，水果托盤6可與限位鐵條1繞水果托盤支架翻轉(zhuǎn)一定角度，鋼球8在稱重位置與稱重臺7接觸，實現(xiàn)線上快速的稱重與信號傳輸。
（5）托盤卸料裝置的設(shè)計方案
1上升板 2上升板支架 3旋轉(zhuǎn)撥片 4彈簧 5電動機(jī)
圖5（a）卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
（c）蘋果托盤在正常狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5(b)所示，當(dāng)信號傳輸?shù)叫读涎b置時，旋轉(zhuǎn)撥片3會在電機(jī)5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉(zhuǎn)與上升板1的側(cè)面相齊，正好能使放著要被分級的蘋果的托盤沿著上升板的路徑運(yùn)動，從而導(dǎo)致托盤的傾斜來實現(xiàn)蘋果的卸料。當(dāng)沒有信號的時候，彈簧4的作用下，旋轉(zhuǎn)撥片3會復(fù)原，使其他托盤順利從上升架1的下面走過。
5 進(jìn)度計劃
2013.12.02---2013.12.06?? ???按照任務(wù)書收集、研究資料
2013.12.07---2014.01??????? ?擬訂總體設(shè)計方案
2014.02.01---2014.03.09???? ?修改、完善開題報告；參加開題答辯
2014.03.09---2014.03.31???? ?系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖
2014.04.01---2014.04.15??? ??修改完善總裝配圖,準(zhǔn)備中期檢查
2014.04.16---2014.04.30??? ??繪制主要零件的零件施工圖
2014.05.01---2014.05.05??? ??修改完善主要零件的零件施工圖
2014.05.06---2014.05.20??? ??撰寫設(shè)計計算說明書
2014.05.21---2014.05.25??? ??修改及準(zhǔn)備答辯
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指導(dǎo)教師意見
課題對蘋果分選機(jī)的設(shè)計及研究中所涉及到的相關(guān)問題進(jìn)行調(diào)研，深入分析了目前設(shè)計中存在的主要問題。并根據(jù)調(diào)查結(jié)果，提出了蘋果分選機(jī)的機(jī)械設(shè)計方案。
該學(xué)生態(tài)度端正,課題立意較為明確，對蘋果分選機(jī)相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀有一定的了解和認(rèn)識，蘋果分選機(jī)機(jī)械設(shè)計方案可行，能夠緊扣蘋果分選機(jī)設(shè)計中的主要內(nèi)容展開分析，工作進(jìn)度計劃基本合理，做了不少為完成課題方面的前期基礎(chǔ)工作，相信能夠完成課題并撰寫出達(dá)到學(xué)士學(xué)位論文要求的畢業(yè)論文。
同意開題。
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
開題答辯小組意見
1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。
2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。
3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。
4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。
5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。
6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差
（在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”）
建議結(jié)論
評議小組組長簽名：
評議小組組員簽名：
年 月 日