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塔里木大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 課題名稱 一種小型水果自動分級機機械部分的設(shè)計 學(xué)生姓名 康 鵬 程 學(xué) 號 8031209104 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化 班 級 農(nóng)機13-1 指導(dǎo)教師 肖 愛 玲 起止時間 2012.10.15-2013.5.27 機械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制 填 表 說 明 一、學(xué)生撰寫《開題報告》應(yīng)包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設(shè)計）課題須提交開題報告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。 一 本題來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 課題研究的目的和意義 水果中富含多種維生素和礦物質(zhì),而且適于生食的特點又避免了烹調(diào)過程對維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的破壞作用,使這些營養(yǎng)素保持較高的利用率。水果亦含有豐富的膳食纖維素,能促進腸道蠕動,有利于糞便排出;并能加速某些有毒物質(zhì)的代謝過程,減輕毒物對人體的損害作用?；谒臓I養(yǎng)特點,營養(yǎng)學(xué)家已把水果作為食物結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分,并指出了為維持人體健康,每人每年需要食用80kg左右水果的指標。隨著社會生活水平的提高，對健康意識的增強。人們不僅對水果的需求量越來越大而且對水果品質(zhì)的要求也越來越高，水果的分選變得越來越重要；不僅如此隨著農(nóng)業(yè)勞動者文化水平的提高，他們將農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理的理論實踐于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。不再用原始的粗狂式經(jīng)營方法，而是懂得將水果進行分級處理。不同等級的價格不同，從而獲得更大的利潤，實現(xiàn)利益最大化?？梢娝旨壊粌H是廣大消費者的要求，更是農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)者自主性的生產(chǎn)勞動。而水果有著分選工作時效性強、標準高的特點。如果靠人工實現(xiàn)分選工作，將增加生產(chǎn)勞動者的勞動負擔(dān)。而且人工勞動不僅效率低且成本較高。因此實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)勢在必行。 中國果品流通協(xié)會常務(wù)副會長傅秀泉曾說道：目前發(fā)達國家人均水果年消費量為83.3公斤，發(fā)展中國家為55.4公斤，而我國人均年消費水果量僅為45.6公斤，較發(fā)達國家低45%，較發(fā)展中國家也低18%。按現(xiàn)在的總?cè)丝谟嬎?，我國人均消費水果要達到全世界人均年消費61.4公斤的水平，需要增加2000多萬噸的供給量。預(yù)計今后一個時期，我國居民水果消費將會有較快增長，并成為帶動水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力。水果加工機械的發(fā)展將為水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。 二、國內(nèi)外水果分選分級設(shè)備的發(fā)展特點與趨勢 2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 國外早期的水果自動分級方法主要通過CCD相機，采用無損檢測、計算機分析處理等手段對水果逐一進行分析判別后得出綜合結(jié)論。利用機器視覺技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)無損檢測是目前國際上正在研究的熱點課題。除了使用高效的信息處理技術(shù)，水果的質(zhì)量無損檢測手段包括近紅外線、紅外線檢驗等光學(xué)檢驗方法和高光譜、多光譜技術(shù)等。其發(fā)展趨勢有以下幾點： 1、由于水果一般都比較嬌嫩，容易擦傷或碰傷，采用傳統(tǒng)的機械式分選分級機具難免會出現(xiàn)損傷，從而造成“降級”損失。隨著科技水平的不斷提高，各學(xué)科互相滲透日益普遍，光學(xué)、電子技術(shù)廣泛應(yīng)用到分選分級設(shè)備中。運用光、電技術(shù)，不僅效率高，檢驗精度也高，還可以測定果實的成熟度、含糖量、有否病蟲害、空心等，對這些項目，傳統(tǒng)機械式是無能為力的。運用光、電技術(shù)，還可以去掉很多繁雜的結(jié)構(gòu)，機具緊湊、靈巧，可靠性高，甚至造價還低。 2、為適應(yīng)生產(chǎn)要求，機具的處理能力日漸提高自動化水平也不斷提高，所需操作人員越來越少，因而成本不斷下降。設(shè)備廣泛實現(xiàn)了儀表化和數(shù)顯化。 3、注意改善勞動條件，在可能條件下，為操作者提供比較舒適的工作環(huán)境。 4、逐步由單項檢驗發(fā)展為多項復(fù)合檢驗，聯(lián)機群檢成一線，可以對形狀、成熟度、內(nèi)部質(zhì)量等方面按要求同時依次連續(xù)進行，這樣可避免由于被檢項目較多、多次裝機幾經(jīng)周折而損傷果實，從而進一步提高了商品競爭能力。 5、大力發(fā)展多品種通用分選機，可用于幾種果實的分選。實現(xiàn)一機多用，只需更換部分部件及分選標準的指令，就可進行另一種水果或果菜的分選。機具可充分利用，節(jié)約了機具設(shè)備的投資、存放場地和保養(yǎng)費用。 6、新技術(shù)為市場需要服務(wù)，但要善于了解消費者的心理。目前，探測果實是否空心或內(nèi)在質(zhì)量時，廣泛采用測透光率的方法，也有應(yīng)用X射來測量。 7、分選分級只是收獲后包裝前的一個環(huán)節(jié)而已，目前不少廠家已將分選、清洗、初加工、包裝等幾道工序連成一線(不包括待貯藏的)，視生產(chǎn)的需要及果品的實際情況統(tǒng)一考慮，而不必將分選分級另外劃為一個獨立部分。 2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 由于國內(nèi)對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，有一些成功的研究，但遠談不上大規(guī)模推廣應(yīng)用。還存在許多需要繼續(xù)解決的問題。如國內(nèi)研究的對象大多在靜態(tài)的狀態(tài)下進行，另外以前對水果研究主要的是單渠道單指標的分級，對水果的多個品質(zhì)指標進行檢測時，處理速度較慢。對水果品質(zhì)進行快速、全量檢測，多渠道同時并行，國內(nèi)學(xué)者需要繼續(xù)研究與攻克的難題之一。同時，理論和實際還有很大的距離。目前我國水果所用的分級設(shè)備還僅限于機械分級法，即利用重量和大小分級設(shè)備進行分級；機器自動分級設(shè)備主要依靠于進口，應(yīng)用并不廣泛。 三、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析 3.1、水果分級的方法 1、以水果的外部特征為分選標準 一般來說，水果的外部特征比較容易測量，基于水果的外部特征的分選設(shè)備種類繁多、技術(shù)成熟、經(jīng)濟實用。 (l)按質(zhì)量分選。根據(jù)水果的質(zhì)量進行分選的分選機，是最早開發(fā)的機種，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于蘋果、梨等水果的分選作業(yè)。目前主要是機械式質(zhì)量分選機，有固定衡量秤和運動衡量秤兩種形式。 (2)按尺寸大小分選。按水果的體積大小進行分選的分選機，最常見的是篩孔滾動筒式、圓孔膠帶式以及輥式。 (3)按色澤分選。按色澤分選的原理是不同顏色對不同波長的光的反射強度不同。 (4)按硬度分選。按硬度分選的方法應(yīng)用比較少，是一種力學(xué)成熟度的分析方法。 (5)應(yīng)用計算機視覺技術(shù)的分選。由攝像機采集水果的圖像，由計算機對水果的顏色、大小、形狀和表面損傷情況等信息進行很精確的分析。 本課題采用按尺寸大小分選，課題的關(guān)鍵是保證水果不破損的前提下完成水果分級。采用柵格的間距大小分選出水果的大小，可以加快分選效率。采用緩沖裝置是水果下落的速度減小，從而保證水果不會摔壞損傷。 四、本課題需要重點研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路 4.1、本課題需要研究的難點問題解決的思路。 4.1.1主要出現(xiàn)的問題 1、從查閱的資料來看，所查到的現(xiàn)有的水果分級機械主要集中于大水果，如蘋果、橘子等較為規(guī)則且不易破損的，小型水果主要是紅棗、荔枝等表皮較為堅硬的。而對于草莓、杏子、李子這類小而且較易破損的分級機械較少。 2、現(xiàn)有的水果分級裝置在分離時利用水果重力通過分級的機械部分。對于表皮較脆、較軟的水果，碰撞力將使水果產(chǎn)生傷害，不能保證水果的質(zhì)量。 3、現(xiàn)有的水果分級設(shè)備還存在運轉(zhuǎn)時震動較大，震動產(chǎn)生的力也會損傷水果。 4.1.2、需要解決的難題 設(shè)計提出一種全新的研究方案，主要解決問題的思路： 本設(shè)計的主要矛盾是：對于表皮脆而軟的水果比表皮堅硬的水果分離起來比較困難，因為要考慮水果的損傷。本題是小型水果，小型水果主要有紅棗、杏子、草莓、李子、桂圓等。滿足杏子、草莓、李子這些易破損水果的分級要求，即可完成設(shè)計要求。主要難題有： 1、對水果通過分級機械部分的方式進行改進或添加緩沖裝置，減小碰撞力。 2、對動力傳動的方式加以改進或通過其他方式減小機器自身的震動，從而避免在運轉(zhuǎn)過程中機械振動對水果造成的傷害。 3、完成水果通過分級的機械部分前的傳輸方式，使得水果以正確的姿態(tài)進入分級部分。 4、實現(xiàn)水果分級的效能，完成機械傳動部分的設(shè)計。 五、 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 1、完成本課題所必須做的工作有利用學(xué)校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料。 2、了解各類小型水果的基本性質(zhì)。水果分級機械的結(jié)構(gòu)、原理等。 3、了解各種類型的水果分級機械特點。 4、關(guān)鍵問題可請求老師指導(dǎo)或通過同學(xué)討論，選擇適合水果分級機械的類型。 5、對擬定的水果分級機械的分級部分進行設(shè)計、計算，利用Solidworks等繪圖軟件繪制出分級機械部分的零件圖，裝配圖，反復(fù)對設(shè)計內(nèi)容進行檢驗、校核。 六、 完成本課題的工作方案及進度計劃 工作方案： 1、設(shè)計并繪制出水果分級機械分級部分主要機體，確定機體的大概尺寸。 2、了解并調(diào)查水果的不同等級要求的果實大小。確定分級柵格的尺寸。 3、完成曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計，選擇適當(dāng)?shù)姆胖眯问?。確定各部件的尺寸。 4、繪制出水果分級機械分級部分柵格分布，曲柄滑塊機構(gòu)的布置位置。 5、設(shè)計出傳動機構(gòu)和變速箱。對其進行計算，選出適當(dāng)?shù)膫鲃颖取? 6、繪制出傳動機構(gòu)的分布空間。 7、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進。 8、反復(fù)休整與調(diào)試，達到最佳效果。 擬定工作進度（以周為單位）： 第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解小型水果的品種及特性。水果自動分級機械發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀。 第3周—第5周 設(shè)計小型水果自動分級機機械部分的總體方案。 第6周—第9周 針對小型水果設(shè)計出自動分級機械部分：水果分級機構(gòu)、動力傳輸機構(gòu)、水果輸送機構(gòu)進行具體設(shè)計。 第10周—第12周 撰寫設(shè)計說明書，對部分問題修改、調(diào)整。 第13周—第14周 整理資料準備答辯。 七、 主要參考文獻 【1】白 菲，孟超英 水果自動分級技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 食品科學(xué) [J] 2005, Vol. 26, 增 刊 145頁 【2】吳德光 國外水果分級技術(shù)云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 [J]1992年6月 第7卷 第2期 110-114頁 【3】張志恒，胡文蘭 我國居民水果消費的現(xiàn)狀、前景及其對策 中國果品研究 [J] 1996 No.4 【4】[1]張復(fù)宏. 中國水果的出口結(jié)構(gòu)分析及對策 農(nóng)業(yè)科技管理, [J] 2009,(8). 【5】張方明, 應(yīng)義斌。 水果分級機器人關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展 [J]. 機器人技術(shù)與應(yīng)用,2004,(1):34-37. 【6】Miller B K, et al. Peach defect detection with machine vision[J]. TransactionoftheASAE 1991,34(6):2588-2597. 【7】李慶中, 汪懋華. 基于分形特征的水果缺陷快速識別方法 [J]. 中國圖像圖形學(xué)學(xué)報 2000,5(2):144-148. 【8】李慶中, 張漫, 汪懋華. 基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蘋果顏色實時分級方法 [J]. 中國圖像圖形學(xué)學(xué)報 2000,5(9):779-784. 【9】籍保平,吳文才. 計算機視覺蘋果分級系統(tǒng) [J] .農(nóng)業(yè)機械學(xué)報 2000,31(6):118-121. 【10】何東健,楊青, 薛少平,等. 果實表面顏色計算機視覺分級技術(shù)研究 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1998,14(3):202-205. 學(xué)生簽名 康 鵬 程 2012年10月5日 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師簽名 年 月 日