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1、百香果分揀裝置設(shè)計(jì)研究 【摘要】本文針對(duì)廣西中小型百香果種植戶面對(duì)的百香果分揀效率低成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種百香果分揀分級(jí)的簡(jiǎn)易裝置，旨在提高百香果的分揀效率，推動(dòng)百香果分揀機(jī)械的普及，并推動(dòng)廣西百香果產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展壯大。作者利用creo、CAD等軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模，設(shè)計(jì)的百香果分揀裝置操作簡(jiǎn)單，制作成本低，明顯提高百香果分揀效率，易在中小型果農(nóng)中進(jìn)行推廣和普及。 【關(guān)鍵詞】百香果；分揀裝置；提高效率 近年來(lái)，隨著人民生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)水果新鮮程度的要求也越來(lái)越高。百香果作為"果汁之王";，因其獨(dú)特的口感和良好的功效贏得了群眾的喜愛(ài)，整個(gè)百香果生產(chǎn)種植業(yè)在近年

2、來(lái)得以飛速發(fā)展[1]。隨著百香果市場(chǎng)行情轉(zhuǎn)好，加上當(dāng)年種植當(dāng)年就有收獲，百香果在廣西被不少地方做為"短、平、快";的精準(zhǔn)扶貧項(xiàng)目推廣，廣西百香果種植面積持續(xù)擴(kuò)大[2]。隨著百香果產(chǎn)量的提升，傳統(tǒng)手工分揀已經(jīng)不能滿足如此巨大的百香果產(chǎn)量的需求，需要從機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展[3]。目前，國(guó)內(nèi)的水果類(lèi)分揀系統(tǒng)大多是基于水果品種、色彩、形狀等因素的視覺(jué)分揀系統(tǒng)，但這類(lèi)機(jī)器操作復(fù)雜、造價(jià)高昂、出售價(jià)格高，難以被中小型果農(nóng)接受，很難在農(nóng)村得以普及[4]。目前在國(guó)內(nèi)還未出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)針對(duì)百香果分揀的小型機(jī)械。因此，簡(jiǎn)化機(jī)械裝置成本，并實(shí)現(xiàn)分揀包裝目的的前提下，推廣該機(jī)構(gòu)的普及，解決果農(nóng)存在的實(shí)際問(wèn)題具有很高的經(jīng)濟(jì)

3、和社會(huì)價(jià)值[5]。 1分揀裝置的整體方案設(shè)計(jì) 目前常用分揀設(shè)備有滾筒篩式分揀機(jī)、震動(dòng)篩式分揀機(jī)以及直線型變距分揀機(jī)和滾筒式分揀等。前三種分揀方式都有對(duì)分揀水果損傷嚴(yán)重、分揀失誤率高以及成本高昂等，結(jié)合研發(fā)該百香果分揀包裝裝置的初衷和綜合效益來(lái)看，前三種分揀方式都不適合，最后我們選用了滾筒撥片進(jìn)行分揀的分揀方式。整體的分級(jí)分揀裝置由分揀機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力機(jī)構(gòu)和其他支架機(jī)構(gòu)組成。 2裝置各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 分揀機(jī)構(gòu)主要由撥片以及滾筒兩個(gè)零部件組成，設(shè)滾筒的轉(zhuǎn)速為30rad/min。百香果大小分為三個(gè)等級(jí)，小果果徑為45~

4、49mm；中果果徑為50~54mm；大國(guó)果徑為55~60mm，故該裝置設(shè)有三級(jí)分揀區(qū)。如圖2所示，在第一級(jí)分揀區(qū)中，固定安裝有一根直徑大小和滾筒直徑相同的階梯軸，輸送帶將百香果輸送到階梯軸軸線的正上方進(jìn)入到第一級(jí)分揀區(qū)開(kāi)始分揀，階梯軸與第一根滾筒間的間距等于L1。因此第一級(jí)分揀區(qū)有四個(gè)分揀間隙。同時(shí)，也將第二級(jí)分揀區(qū)的分揀間隙設(shè)為四個(gè)，如圖2所示。整個(gè)分揀機(jī)構(gòu)中，滾筒的使用數(shù)量為8根。在分揀過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)榘傧愎砥み^(guò)于光滑而導(dǎo)致果子在滾筒上打滑的現(xiàn)象，因此在每根滾筒上都安置由一塊撥片。撥片位置如圖2所示，滾筒上留有足夠的空間，撥片可以根據(jù)滾筒旋轉(zhuǎn)的不同位置，利用重力實(shí)現(xiàn)撥片的伸縮。如圖2所

5、示，當(dāng)撥片旋轉(zhuǎn)到位置一、位置二時(shí)，撥片由于重力原因隱藏到滾筒里，不會(huì)影響正常分揀。當(dāng)撥片旋轉(zhuǎn)到位置三、位置四時(shí)，受重力作用，撥片伸出滾筒，若分揀過(guò)程中百香果出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，撥片將打滑的果子撥動(dòng)到下一級(jí)分揀道上，依次類(lèi)推直到百香果得到分揀。第一級(jí)分揀區(qū)的滾筒間隙為49mm，則第一級(jí)分揀區(qū)內(nèi)滾筒軸線間距L1=滾筒直徑+滾筒間隙，滾筒直徑為Φ40mm，故第一級(jí)分揀區(qū)域內(nèi)滾筒軸線間距L1為89mm；而第二級(jí)分揀區(qū)域的滾筒間隙為54mm，則第二級(jí)分揀區(qū)域內(nèi)滾筒軸線間距L2=滾筒直徑+滾筒間隙，L2為94mm；經(jīng)過(guò)一、二級(jí)分揀區(qū)仍未分揀的百香果則定義為第三級(jí)水果，即大果可直接輸出由收集道進(jìn)行收集裝箱

6、。設(shè)有1000顆大小不一待分揀的百香果，每顆百香果的重量在60g至120g左右，其中設(shè)大果的均重為120g，直徑為55mm；中果重量均重100g，直徑為52mm；小果均重60g，直徑為45mm。1000顆待分揀的百香果中大果占比例為50%，中果占30%和小果占20%。 2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 整個(gè)裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由軸承、傳動(dòng)帶、帶輪組成。根據(jù)分揀效率和實(shí)際承載情況，選用深溝球軸承，因此完全符合傳動(dòng)要求，無(wú)需校核軸承。符合開(kāi)式傳動(dòng)的速度要求，且整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，帶傳動(dòng)采用頭尾相連的S型連接方式，如圖3帶傳動(dòng)布置結(jié)構(gòu)示意圖所示，二級(jí)分揀區(qū)的末端滾筒與電機(jī)相連，其余滾筒首尾依次用傳

7、動(dòng)帶連接進(jìn)行傳動(dòng)，使百香果能夠順著分揀方向依次前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)分揀。 2.3動(dòng)力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)分揀機(jī)構(gòu)最大功率為Pmax，當(dāng)分揀機(jī)構(gòu)中的分揀所有間隙滿載時(shí)功率達(dá)到最大，故選用YDS56型號(hào)的低速電機(jī)，已知電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為37.5rad/min，且滾筒轉(zhuǎn)速為30rad/min，故電機(jī)與分揀機(jī)構(gòu)間帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i；i=37.530=1.25。電機(jī)輸出軸和帶輪采用普通平鍵連接，作為整個(gè)裝置的動(dòng)力機(jī)構(gòu)。 2.4其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 支架材料采用方形鋁棒，通過(guò)焊接的方式固定成型。支架兩兩之間用鋁棒焊接，增加強(qiáng)度。在高度三分之一高的位置上固定有一塊方形鋼板，用于安裝電機(jī)

8、和減速器等動(dòng)力機(jī)構(gòu)，鋼板下設(shè)有一根方形鋁棒支撐柱，保證工作時(shí)的穩(wěn)定性。第一、二級(jí)分揀區(qū)的收集道兩邊設(shè)有擋板，在第一級(jí)分揀區(qū)和第二級(jí)分揀區(qū)中間設(shè)有分隔板。第三級(jí)分揀區(qū)的收集道底部設(shè)有方形卡槽，可通過(guò)卡槽將整個(gè)收集道卡在支架的橫梁上實(shí)現(xiàn)安裝，同時(shí)方便拆裝，同樣兩邊設(shè)有擋板。 3裝置分揀流程及工作原理 如圖4所示，該裝置由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、分揀機(jī)構(gòu)以及機(jī)架和各收集道組成。分揀流程大致如下：打開(kāi)電動(dòng)機(jī)1開(kāi)關(guān)啟動(dòng)裝置，將采摘好的百香果由滑梯2滑下送入裝置，中小型百香果經(jīng)分揀機(jī)構(gòu)3分級(jí)分揀落入一、二級(jí)收集道4，剩余未分揀的大果從第三級(jí)收集道5進(jìn)行收集，然后集中進(jìn)入包裝箱內(nèi)進(jìn)行包裝

9、。 4結(jié)語(yǔ) 整個(gè)百香果分揀裝置，各硬件機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，并運(yùn)用軟件進(jìn)行了機(jī)構(gòu)仿真，模擬結(jié)果滿足要求。在最大化減小成本的基礎(chǔ)上，能夠滿足種植戶對(duì)百香果的分揀分級(jí)要求，明顯的提高分揀效率，并保證百香果的品質(zhì)完好。筆者詳細(xì)介紹了該分揀裝置各部件的設(shè)計(jì)以及裝置的使用說(shuō)明，對(duì)百香果產(chǎn)業(yè)鏈具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)水果分揀生產(chǎn)線的推廣應(yīng)用也有一定的研究?jī)r(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1]霍單群，蔣蘭，馬璐璐.百香果功效研究及其開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2012(11). [2]南科.廣西百香果五年增加十余萬(wàn)畝[J].農(nóng)家之友,2016(1). [3]周高鵬.物流自動(dòng)分揀系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景分析[J].現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息,2018(18). [4]盧勇威.基于機(jī)器視覺(jué)的水果分揀系統(tǒng)[J].制造裝備技術(shù),2017(3). [5]韋衡冰,鄧小林,潘明華.沙糖桔分揀分級(jí)裝置研究和設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2016(1).