【正文】 個(gè)以上的胡蘿卜，在分級(jí)時(shí)導(dǎo)致分級(jí)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，合理的 鏈速能夠使得從勻果上料裝置落下的胡蘿卜依次落入相應(yīng)的分級(jí)裝置上的間槽內(nèi)。 圖 34 輸送帶上胡蘿卜的受力分析 每根胡蘿卜的重量按照 160g 計(jì)算，輸送帶每平方米的重量按照 ，則總重力： gmmG )21( ?? kglmLm 7 0 011 ????? kgBLmm ????? 式中： 1m為胡蘿卜的重量； 2m 為輸送帶的重量； 0m 為輸送帶每平米的質(zhì)量，取 20 / mmkgm ? ； 1L 為輸送距離， mmL 17001? ； 2L 為輸送帶總長(zhǎng)， mmL 35002 ? ； g 為重力加速度，取 kgNg /10? 。 胡蘿卜在輸送帶上的受力分析 胡蘿卜在輸送過程中，輸送帶所克服的力主要為輸送帶的摩擦力，胡蘿卜以及輸送帶本身的重力以及軸承等傳動(dòng)部件的摩擦力。 滾筒直徑的大小直接影響輸送帶的彎曲應(yīng)力大小。輕型傳動(dòng)滾筒通過輻板與筒殼全焊接，輪轂與軸鍵連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞以及定位，滾筒結(jié) 構(gòu)如圖 33 所示。 輸送滾筒類型的選擇 輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力是主動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒組成的輸送滾筒組與輸送帶之間產(chǎn)生的摩擦力提供的，而輸送滾筒按照其結(jié)構(gòu)形式以及所承受載荷的大小分為輕型、中型、重型以及工程級(jí)滾筒 [29]。 （ 3）隔板間隔 胡蘿卜的最大直 徑為 ，為保證正常容果且不產(chǎn)生堆積，隔板的最大值為。初定隔板高度為 25mm。 （ 1）隔板高度 將胡蘿卜簡(jiǎn)化為圓柱體，其重心位于中心軸上，胡蘿卜在不同高度的隔板的受力情況青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 如圖 31 與圖 32 所示。胡蘿卜安放在隔板上，一方面受到隔板的支持力，另一方面受到自身重力的作用有往下滾落的趨勢(shì)，如果隔板的尺寸不合理，可能會(huì)造成胡蘿卜堆積或者胡蘿卜難以提升的問題產(chǎn)生?？紤]安裝以及胡蘿卜能夠穩(wěn)定的盛放于隔板之間，并且有利于單果率，初定傾角為35176。傾斜角度過大會(huì)導(dǎo)致提 升胡蘿卜效果差，胡蘿卜無法承載于隔板上，傾斜角度過小會(huì)導(dǎo)致胡蘿卜產(chǎn)生堆積 。由原理圖可知胡蘿卜位于輸送裝置的兩輸送推板間，同時(shí)，位于胡蘿卜上方的相接觸的毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力的作用使得胡蘿卜往矯正板一側(cè)運(yùn)動(dòng)，胡蘿卜一邊往前輸送一邊以一側(cè)對(duì)齊；待胡蘿卜都整齊的排好后進(jìn)入分果區(qū)，分級(jí)板上開有長(zhǎng)度由小到大的分級(jí)槽，當(dāng)胡蘿卜的長(zhǎng)度小于該分級(jí)槽的長(zhǎng)度時(shí)，胡蘿卜從槽中落下進(jìn)入 U型集果槽，實(shí)現(xiàn)胡蘿卜的分級(jí)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 23 勻果上料裝置結(jié)構(gòu)圖 1 隔板輸送帶 2 支撐板 3 防護(hù)欄 4 出料斗 5 進(jìn)料斗 6 軸承座 7 調(diào)節(jié)鎖緊裝置 8 機(jī)架 9 從動(dòng)滾筒 10 主動(dòng)滾筒 分級(jí)裝箱裝置的工作原理 按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定 的長(zhǎng)度 等級(jí) 要求 ， 采用 機(jī)械分級(jí)的方式進(jìn)行胡蘿卜分級(jí) ， 提出了如圖 24 所示的胡蘿卜分級(jí)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì)。為了滿足要求，本設(shè)計(jì)選用了隔板式輸送帶將胡蘿卜均勻的輸送入分 級(jí)裝置，通過合理確定隔板的尺寸參數(shù)，達(dá)到均勻單果上料的目的。 圖 21 胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖 總體傳動(dòng)方案的確定 為減少電機(jī)數(shù)量，并保證勻果輸送裝置與分級(jí)裝置能夠有合理的速比關(guān)系，本裝置采用鏈傳動(dòng)的方 式將動(dòng)力進(jìn)行分配，整體傳動(dòng)方案如圖 22 所示。通過分級(jí)槽的長(zhǎng)度尺寸不同，實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的胡蘿卜的分級(jí)。所設(shè)計(jì)輸送帶的每?jī)蓚€(gè)隔板間可容納一根大中型的胡蘿卜，從而減少堆積現(xiàn)象的產(chǎn)生。其中：勻果上料 裝置由隔板輸送帶以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。對(duì)現(xiàn)有的胡蘿卜生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行 考察研究，確定裝置的工作原理； （ 2）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行理論分析和總體方案設(shè)計(jì)。 具體要求 （ 1）胡蘿卜分級(jí)機(jī)按照長(zhǎng)度自動(dòng)將胡蘿卜分為大、中、小三種規(guī)格，規(guī)格要求分別為 15~ 15； （ 2）分級(jí)前應(yīng)首先實(shí)現(xiàn)單果輸送，分級(jí)過程中不得有卡果、堆積等現(xiàn)象，保證胡蘿卜的準(zhǔn)確分級(jí)； （ 3）胡蘿卜整齊裝箱，人工稱重封箱； （ 4）胡蘿卜分級(jí)機(jī)生產(chǎn)率為 。 研究的內(nèi)容和具體要求 研究?jī)?nèi)容 設(shè)計(jì)一 種新型的 胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)機(jī) ， 特別 是針對(duì) 長(zhǎng)桿狀果蔬的分級(jí)裝置，采用機(jī)械分級(jí)的方式，按照胡蘿卜的長(zhǎng)度進(jìn)行分級(jí)。 （ 2） 成套的圖像處理分級(jí)裝置價(jià)格昂貴，常用于大型農(nóng)場(chǎng)以及大規(guī)模的果蔬加工廠，對(duì)于小型工廠的成本過高。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的果蔬分級(jí)機(jī)主要 針對(duì)于球形果蔬，對(duì)于胡蘿卜分級(jí)并不完全適用。輥軸式分級(jí)能適用于直徑分級(jí)的各類果蔬，具有很好的通用性。該裝置操作調(diào)整方便，適用可靠，適用于球形或橢球形果蔬。該裝置能夠準(zhǔn)確高效分級(jí)，但制造復(fù)雜，成本高。 圖 111 可變間隙輥軸式果蔬分級(jí)機(jī) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 另外一種變間隙輥式分級(jí)機(jī) [19]采用導(dǎo)軌上的突起控制輥筒輸送帶上的活動(dòng)輥升降，使得兩輥相對(duì)間隙變化。采用長(zhǎng)鏈節(jié)的輸送鏈，鏈板上開有水平長(zhǎng)槽，輥軸兩端安裝于長(zhǎng)槽內(nèi)，在一定距離上有水平移動(dòng)的自由度，輥軸伸出端安裝于旋轉(zhuǎn)的變螺距螺桿的螺旋軌道中，輥軸在隨鏈條往前輸送的過程中，受到變螺距螺桿的限制，控制相鄰兩輥軸的間距發(fā)生平穩(wěn)變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分級(jí)。 圖 110 帶式分級(jí)機(jī)及其衍變形式 （ 3）輥軸式 輥軸式分級(jí)機(jī)是通過在特制的輸送鏈條上安裝具有一定自由度的輥軸，利用變間距螺桿 或者導(dǎo)軌上的突起物，改變相鄰滾桿的間距完成分級(jí)。輥帶式分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，但分級(jí)精度低，且需要配套的送果機(jī)構(gòu)配青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 合使用。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)就雙輥式分級(jí)裝置 [21]進(jìn)行了相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，為其設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇提出了理論依據(jù)，并提出需要相應(yīng)的送果機(jī)構(gòu) 配合使用的要求，以保證水果以一定的間距進(jìn)入分級(jí)輥。常用的輥帶式分級(jí)機(jī)又有等徑輥帶式和變徑輥帶式兩種形式 [20]?；剞D(zhuǎn)帶常用包有氯丁橡膠的不銹鋼制成， Atlas Pacific 公司生產(chǎn)的帶式分級(jí)機(jī) 已經(jīng)很好的適用于桃、蘋果等圓形水果的分級(jí) [19]。但物料經(jīng)過多次翻滾完成分級(jí) ，在分級(jí)過程中往往帶有一定的沖擊及夾果現(xiàn)象，傷果率高，且一般只適用于球形果蔬，很難推廣到胡蘿卜這種長(zhǎng)桿狀果蔬。 圖 17 滾筒式分級(jí)機(jī) 1 進(jìn)料斗 2 滾筒 3 滾圈 4 摩擦輪 5 鉸鏈 6 收集料斗 7 機(jī)架 8 傳動(dòng)系統(tǒng) 塔里木大學(xué)通過優(yōu)化滾筒轉(zhuǎn)速以及滾筒內(nèi)部加裝的變距內(nèi)螺旋輸送葉的螺距 [18]，克服了傳統(tǒng)分級(jí)機(jī)竄級(jí)現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)效率。該機(jī)采用單個(gè)滾筒傾斜安裝，滾筒上不同部位開有孔徑由小到 大的篩選孔，當(dāng)物料在滾筒內(nèi)逐步往前輸送的過程中，依次在各部分分級(jí)區(qū)域進(jìn)行校核實(shí)現(xiàn)分級(jí)。該裝置所分級(jí)的各級(jí)果蔬由內(nèi)層到外層尺寸依次變小，并能有效控制分級(jí)速度，減小了整機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，簡(jiǎn)化了傳功系統(tǒng)，適用于圣女果、紅棗以及堅(jiān)果等小型果蔬。內(nèi)層果蔬在進(jìn)入下級(jí)篩選時(shí)，還具有一定的撞擊作用，防止了篩孔堵塞。 圖 15 多級(jí)滾筒分級(jí)機(jī) 1 輥軸 2 分級(jí)滾筒 3 V型導(dǎo)果槽板 4 喂料閥門 5 果箱 6 手把 7 板車輪 8 電機(jī) 9 接果盤 10 機(jī)架 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在此原理上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)的白果分級(jí)機(jī) [15]以及銀杏分級(jí)機(jī) [16]采用多層滾筒分級(jí)的方式，如圖 16 所示。物料在每一級(jí)分級(jí)滾筒上自動(dòng)進(jìn)行果徑的校核，直至小于分級(jí)孔的直徑，物料落入果盤，完成分級(jí)，否則進(jìn)入 V型槽繼續(xù)前進(jìn)，將物料由小到大依次分成若干等級(jí)。中國(guó)包裝和食品機(jī)械公司生產(chǎn)的 FJ1 型多級(jí)滾筒分級(jí)機(jī) [14]。 （ 1）滾筒式 滾筒式分級(jí)機(jī)根據(jù)每一級(jí)滾筒上分級(jí)孔眼的大 小不同，依次對(duì)果蔬進(jìn)行分級(jí)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 按照果品的尺寸大小進(jìn)行機(jī)械分級(jí)仍然是我國(guó)果蔬分級(jí)產(chǎn)業(yè)的主流。 圖 14 雙錐式滾子輸送翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖 基于機(jī)械視覺的果蔬分級(jí)線的生產(chǎn)效率和分級(jí)精度相較于傳統(tǒng)機(jī)械式分級(jí)要高的多，適用范圍廣，且屬于無接觸式檢測(cè)，對(duì)果蔬損傷小。該裝置的果托由兩根靠?jī)蓚?cè)摩擦板帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的輥軸組成，果蔬位于其凹槽內(nèi)能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以采集到整個(gè)表面的信息。輥軸受到下方反向轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦帶的作用，使得位于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 輥軸間的果蔬能夠在上方轉(zhuǎn)動(dòng)，以采集到各個(gè)表面的圖像。該分級(jí)線效率高，但由于前端的雙錐式輥軸輸送裝置無法拍攝到果品的整個(gè)外觀信息，常用于分級(jí)精度要求不高的場(chǎng)所。 圖 11 基于機(jī)械視覺的果蔬分級(jí)線 圖 12 果杯式杠桿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 分級(jí)線前端為輥軸輸送裝置，果蔬安放于兩輥軸間形成凹槽內(nèi)往前輸送，在此輸送線上進(jìn)行果蔬外表的檢測(cè)，并判斷相應(yīng)等級(jí)。比如 Aaron J. Warkentin 所設(shè)計(jì)的基于機(jī)械視覺的果蔬分級(jí)線 [10]?，F(xiàn)在，國(guó)外也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了水果顏色的自動(dòng)分級(jí)，并且已有多 家大型果蔬設(shè)備制造廠商進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的開發(fā)推廣，例如 荷蘭的 GREEFA 水果分級(jí)線， 代表型號(hào)有GeoSort 和 SmartSort；美國(guó) Merling 高頻計(jì)算機(jī)水果分級(jí)系統(tǒng)， OSCARTM 型和 NERLIN青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 型高速水果分級(jí)生產(chǎn)線，以及法國(guó)的 Maf— Roda、意大利的 Unitec、新西蘭的 Compas，西班牙的 Fomesa 等都是全球化的果蔬分級(jí)包裝設(shè)備公司 [9]。通過高速相機(jī)進(jìn)行拍照，將圖片數(shù)字化后，與前期所采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，由計(jì)算機(jī)做出相應(yīng)的決策并控制分級(jí)執(zhí)行件動(dòng)作，完成果蔬分級(jí)。其中機(jī)械視覺技術(shù)在無損檢測(cè)中運(yùn)用最廣且理論日趨成熟，也是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題 [89]。另外，胡蘿卜的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) [7]制定 ,將胡蘿卜按照長(zhǎng)度分為大 (L)、中 (M)、小 (S)三種規(guī)格，規(guī)格要求如表 12所示。 胡蘿卜 基本物理特性 及分級(jí)指標(biāo) 胡蘿卜 是 傘形科植物，其根部被人們直接食用，并被用于藥品、保健以及美容等領(lǐng)域[3]。該裝置可以大大提高胡蘿卜的分級(jí)效率，傷果率低，分級(jí)精度高，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，且釋放了大量的勞動(dòng)力，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。在高效率生產(chǎn)和勞動(dòng)成本不斷提高的今天，胡蘿卜分級(jí)作業(yè)的機(jī)械化儼然已是必然趨勢(shì)。半自動(dòng)分級(jí)是采用自動(dòng)輸送、人工分級(jí)的方式。我國(guó)胡蘿卜分級(jí)普遍采用手工和半自動(dòng)兩種方式。對(duì)于胡蘿卜這種長(zhǎng)桿狀且粗細(xì)不均的果蔬并不適用。 目前，我國(guó)進(jìn)行機(jī)械化果蔬分級(jí)的企業(yè)較少，裝備也落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，分級(jí)工作基本上依靠機(jī)械與人工相配合的方式實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)胡蘿卜的需求，為該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇，也提高了對(duì)胡蘿卜產(chǎn)業(yè)機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的迫切要求。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，胡蘿卜作為健康果蔬品種之一，被人們直接食用或加工成菜肴，規(guī)格多以中小型胡蘿卜為主。 feeding device 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒 論 本課題研究 的目的和意義 我國(guó)胡蘿卜的種植面積和產(chǎn)量均居世界領(lǐng)先地位，并始終保持增長(zhǎng)的狀態(tài)。 關(guān)鍵詞： 胡蘿卜 ； 勻果上料 ； 自動(dòng)分級(jí) II Design of Automatic Carrot Grading Machine Abstract This paper analyses the recent research situation of vegetables and fruits grading machine around the world. By analyzing and paring of the existing mechanism, a carrot intelligent grading machine is been designed. This grading machine is posed of a feeding device and a grading device. By making the analysis of the carrot’s stress and the state of motion , reasonable partition parameters need to be estimated to ensure the carrot fruit feeding separated . Utilizing the principle of screening, this machine use the sorting slot of which length vary from small to large , realizing the grading of carrot in accordance with the length. In order to ensure good convergence of two parts, the speed of the conveyor device classification should be reasonably determined after analyzing the carrot’s state of motion when it output