水果分級(jí)分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要水果市場(chǎng)上，同一類水果之所以可以賣出不同的價(jià)格，這就可以叫做水果產(chǎn)值的不同。水果分級(jí)這個(gè)技術(shù)，其實(shí)一直在興起發(fā)展，無(wú)論是小規(guī)模、大規(guī)模水果分級(jí)生產(chǎn)線都是在對(duì)水果產(chǎn)值的提升。并且隨著消費(fèi)人群對(duì)于選擇的多樣性，也充分決定了分級(jí)技術(shù)的重要性，在實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能的同時(shí)，還要保證其精度和效率，這就成了另一關(guān)鍵。目前市場(chǎng)上，所出現(xiàn)的分級(jí)原理和標(biāo)準(zhǔn)形形色色，例如視覺、形狀、重量、酸甜程度等。在本課題設(shè)計(jì)中，使用到的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是以質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，并且結(jié)合帶傳動(dòng)、齒輪減速以及鏈傳動(dòng)等主要方式進(jìn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)直徑最大在100mm左右的水果分級(jí)，并且是采用稱重傳感器進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定，保證高效精確。在避免水果產(chǎn)品的磕碰、損傷方面，從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)入手，整個(gè)裝置低速運(yùn)作，過(guò)程較為緩和；與產(chǎn)品直接接觸部門，均采用軟接觸，并且在結(jié)構(gòu)上采用小傾角，控制滾動(dòng)速度，通過(guò)各個(gè)機(jī)構(gòu)裝置的共同協(xié)作，提高了水果分揀精度和效率，同時(shí)利用自動(dòng)化設(shè)備可以減少人力物力，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：水果產(chǎn)值；水果分揀；稱重傳感器；自動(dòng)化目錄TOC\o"1-3"\u摘要第1章緒論 第1章緒論1.1研究課題的背景我國(guó)是擁有數(shù)千年文化的大國(guó)，并且還是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，在水果種植方面的規(guī)模是極為龐大，同時(shí)作為十幾億的人口大國(guó)，我國(guó)還是個(gè)水果消費(fèi)大國(guó)，擁有著人口基數(shù)很大的消費(fèi)人群。從2000年以后，無(wú)論是工業(yè)還是消費(fèi)市場(chǎng)都發(fā)生了很大的改變，這些改變正在逐漸影響人們的生活水平，使得質(zhì)量不斷提高，人們?cè)谌粘Ｙ?gòu)買選擇上已經(jīng)發(fā)生了變化，更加注重產(chǎn)品的品質(zhì)。我國(guó)的水果產(chǎn)業(yè)規(guī)模也是在不斷地?cái)U(kuò)大，目前就水果消費(fèi)市場(chǎng)和水果種植產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模早已是突破了萬(wàn)億元，在我國(guó)GDP增長(zhǎng)上貢獻(xiàn)了一份力量。消費(fèi)者對(duì)商品的要求也越來(lái)越多。在過(guò)去三年前，我們國(guó)家的水果產(chǎn)量就已經(jīng)超過(guò)2億噸，并開始接近3億噸，這個(gè)產(chǎn)量達(dá)到了全球生產(chǎn)水平的百分之三十左右，按照目前水果產(chǎn)量的增加速度，將會(huì)在水果市場(chǎng)上占得更大的比重，產(chǎn)生更大的影響[1]。以此同時(shí)，隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)方面和現(xiàn)代化的結(jié)合也得到了快速的發(fā)展，水果作為除糧食、蔬菜之外的一大農(nóng)業(yè)種植及消費(fèi)產(chǎn)業(yè)，通過(guò)與現(xiàn)代化技術(shù)的結(jié)合，能夠加快該產(chǎn)業(yè)的高效快速發(fā)展。早在七十年代，我國(guó)就開始研制過(guò)分選功能的機(jī)器設(shè)備，但是技術(shù)有限，還只是針對(duì)于采用多孔式篩選原理，但是后來(lái)由于造成損失較為嚴(yán)重而暫停。此后，便從國(guó)外引進(jìn)設(shè)備。近年來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各種具有不同功能的設(shè)備層出不窮，水果產(chǎn)業(yè)的機(jī)械自動(dòng)化勢(shì)頭蒸蒸日上。1.2研究課題的目的和意義（1）研究目的自從跟進(jìn)2020小康社會(huì)以來(lái)，工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的步伐是日漸加快，目前市場(chǎng)上的對(duì)水果供應(yīng)需求也是逐漸增多，水果產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷提高。此課題的研究目的在于，通過(guò)一套智能的現(xiàn)代化設(shè)備，結(jié)合控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、稱重系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、分級(jí)儲(chǔ)存系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，組成一套完整的智能分揀裝置，通過(guò)水果重量為指標(biāo)，完成對(duì)不同重量的水果分類。（2）研究意義水果有水果產(chǎn)值，她可以通過(guò)水果產(chǎn)后處理以及加工創(chuàng)造進(jìn)行提升，這是結(jié)合一些較為發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)得出的。有些發(fā)達(dá)國(guó)家水果產(chǎn)后簡(jiǎn)單化處理率在95%以上，然后我國(guó)部分水果產(chǎn)后簡(jiǎn)單商品化處理率不足10%[2]。果實(shí)分揀裝置將水果按照一定標(biāo)準(zhǔn)分出不同的層級(jí)，它不局限，只需要通過(guò)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)便可以廣泛應(yīng)用于果蔬產(chǎn)業(yè)鏈上。同類果實(shí)中，不同品質(zhì)大小可以產(chǎn)生不同的經(jīng)濟(jì)效益，不同消費(fèi)者可以進(jìn)行不同的需求選擇，通過(guò)提高這種分類方式的效率和準(zhǔn)確性，可以減少花費(fèi)在產(chǎn)生效益之前的時(shí)間，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的綜合產(chǎn)值。1.3課題的研究現(xiàn)狀1.3.1果實(shí)分揀在國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于水果果實(shí)類分揀技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，但是在近些年，現(xiàn)代化進(jìn)程不斷加快，相關(guān)行業(yè)的研究也逐漸興起，相關(guān)技術(shù)也在逐漸走向成熟。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)此前研究提出一種雙輥式分級(jí)機(jī)[3-4],這種結(jié)構(gòu)是由一雙光滑的柱狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它們處于同一平面上，同時(shí)整體和水平面形成一定的傾斜角度，同時(shí)兩圓柱之間還形成一定小角度夾角（圖1.1）。這種結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用簡(jiǎn)單、制造水平要求較低、其分揀精度相對(duì)較低的分級(jí)裝置，主要是通過(guò)對(duì)果實(shí)的整體形狀大小進(jìn)行判別分揀。在光電檢測(cè)分揀方面，在常見的蘋果、黃花梨、柑橘等不同水果上，來(lái)自浙江大學(xué)的多名研究人員，從事這方面技術(shù)上的研究，他們提出了一種掃描采集方法，根據(jù)動(dòng)態(tài)圖像的原理，從而設(shè)計(jì)出了一套綜合的硬件與軟件結(jié)合的分級(jí)系統(tǒng)系統(tǒng)，同時(shí)，他們還進(jìn)一步探究了水果產(chǎn)品可見的缺陷、可見的外形損傷、產(chǎn)品尺寸大小、產(chǎn)品成色好壞等多種農(nóng)產(chǎn)品指標(biāo)的處理方法，提出了一個(gè)快速而準(zhǔn)確地檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的方案，其中用到了機(jī)器視覺技術(shù)。圖1.1雙輥式分級(jí)結(jié)構(gòu)1.輥?zhàn)?.水果3.輸送槽4.分級(jí)槽在大型工業(yè)化流水線的果實(shí)分揀領(lǐng)域里，綠萌(REEMOON)在2003年設(shè)計(jì)研制出一臺(tái)重量分選機(jī)，這是中國(guó)的首臺(tái)以重量為指標(biāo)的電子分選設(shè)備。并且隨著技術(shù)不斷地改進(jìn)發(fā)展、技術(shù)相對(duì)較為成熟后，后續(xù)研制出雙通道式的分選機(jī)、四通道式的分選機(jī)；以及在相隔十年后又成功研制出全國(guó)首臺(tái)以水果的含糖程度和含酸程度的分選機(jī)。通過(guò)在這一技術(shù)上的自主研發(fā)，結(jié)束了這類技術(shù)的壟斷。浙江大學(xué)的科研人員開發(fā)出一首條分級(jí)生產(chǎn)線，這同時(shí)也是首次利用機(jī)器視覺與之結(jié)合的實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)線，這條生產(chǎn)線每小時(shí)的產(chǎn)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)3-6噸的果蔬產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)、分級(jí)；不僅如此，在研究完機(jī)器視覺技術(shù)之后，近紅外光線譜、光纖傳感等多項(xiàng)新技術(shù)又成了研究人員的新方向，這些技術(shù)與水果檢測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)糖度、酸度的檢測(cè)，進(jìn)一步彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)對(duì)水果檢測(cè)技術(shù)方向上的技術(shù)缺陷。水果進(jìn)入市場(chǎng)的之前就是對(duì)水果進(jìn)行不同指標(biāo)的分級(jí)篩選[5]，但是按照當(dāng)下的技術(shù)情況來(lái)看，在有的技術(shù)方面還很多的發(fā)展空間。針對(duì)果品分級(jí)的檢測(cè)技術(shù)，目前研究面比較廣，但是還欠缺進(jìn)一步的深入研究;另外在技術(shù)實(shí)際運(yùn)作方面，通過(guò)對(duì)單獨(dú)某一標(biāo)準(zhǔn)作為分選指標(biāo)是目前市面上更普遍的存在，而利用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)分選出結(jié)果，這樣的研究實(shí)際應(yīng)用還不算太多；外在品質(zhì)分選技術(shù)在實(shí)際技術(shù)應(yīng)用方面還是更廣泛[6]，這方面技術(shù)是較為成熟；除此之外，內(nèi)在品質(zhì)分選技術(shù)在實(shí)際利用時(shí)，因?yàn)樗母鞣矫嬷圃?、使用、維護(hù)成本略高，所以在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中較少。1.3.2果實(shí)分揀在國(guó)外研究現(xiàn)狀德國(guó)研制了一種由微機(jī)控制的分級(jí)機(jī)器，它采用最新的電子儀器，對(duì)水果進(jìn)行重量的測(cè)定，根據(jù)不同的需求進(jìn)行分級(jí)，這種測(cè)量分級(jí)設(shè)備的分級(jí)精度相對(duì)較高；其具有上下落差小、沖擊振動(dòng)小、產(chǎn)品受到損傷小等特點(diǎn)，其采用的滑槽結(jié)構(gòu)相對(duì)特殊；從設(shè)備運(yùn)行時(shí)間上來(lái)看，比較傳統(tǒng)的分級(jí)和裝箱過(guò)程所消耗的時(shí)間，它所花費(fèi)的時(shí)間減少了一半，效率相對(duì)得到了很大的提高。Italy-001-A型分揀設(shè)備是意大利開發(fā)的網(wǎng)眼式的分級(jí)設(shè)備（圖1.2），它主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)孔的大小控制產(chǎn)品大小，它主要是以產(chǎn)品外形尺寸大小為指標(biāo)，在傳送帶上，左右分布各不相同，輸送帶上最小的落孔在左邊，輸送帶向右轉(zhuǎn)動(dòng)，網(wǎng)眼孔徑也發(fā)生改變，在最右邊，孔徑就最大[7]。Autoline公司所研制的分揀產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)相對(duì)成熟。他的產(chǎn)品已經(jīng)更新?lián)Q代5個(gè)型號(hào)，能夠通過(guò)判別重量、形狀、顏色等多個(gè)指標(biāo)，同時(shí)輸送通道最高9個(gè)，60個(gè)輸送出口，每個(gè)通道的輸送速度可達(dá)每分720個(gè)，其輸送系統(tǒng)不受果品的尺寸大小限制，它的產(chǎn)品的三維尺寸計(jì)算是通過(guò)兩臺(tái)視覺單色相機(jī)完成的[8]。圖1.2網(wǎng)眼式分級(jí)輸送帶1.輸送槽2.水果3.漏果孔4.輸送帶5.分級(jí)槽1.4課題設(shè)計(jì)的要求與內(nèi)容1.4.1課題設(shè)計(jì)要求1.在分揀裝置的工作原理上要符合分揀功能要求；2.裝置結(jié)構(gòu)上要盡可能簡(jiǎn)單方便，并且要滿足承重受力需求；3.利用建模軟件SolidWorks建立分揀機(jī)裝置的三維立體模型；1.4.2課題設(shè)計(jì)內(nèi)容果實(shí)分揀機(jī)將用于對(duì)水果進(jìn)行分類，是水果產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，推進(jìn)智能制造現(xiàn)代化的關(guān)鍵設(shè)備之一，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)測(cè)量水果重量的數(shù)值為主要參數(shù)，達(dá)到對(duì)每一個(gè)水果進(jìn)行分類的目的，果實(shí)分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：1.了解分揀機(jī)功能需求，掌握相關(guān)系統(tǒng)組件的工作原理；2.對(duì)工作原理進(jìn)行實(shí)際化，通過(guò)查閱及所學(xué)進(jìn)行相關(guān)主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3.完成裝置各部分零部件建模，以及進(jìn)行相關(guān)部件的尺寸計(jì)算和參數(shù)調(diào)整；4.完成裝置的重要零件圖和整體的裝配圖。第2章方案設(shè)計(jì)針對(duì)目前在水果分揀上的機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用和發(fā)展，本論文主要是研究設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)小型一點(diǎn)的果實(shí)分揀裝置，它主要不依附于工業(yè)化水果分揀，更多可以服務(wù)于小眾化、小規(guī)模的果實(shí)分揀工作，可以應(yīng)用于果園果農(nóng)對(duì)水果進(jìn)行有效的分揀工作。該裝置主要是針對(duì)水果的重量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量分級(jí)。主要包括有機(jī)械傳動(dòng)裝置、稱重模塊裝置、果實(shí)托盤裝置等。2.1傳動(dòng)形式選擇例如：V帶、滾子鏈、齒輪等，以上這些傳動(dòng)方式，是我們目前接觸中使用相對(duì)較為更多的動(dòng)力傳動(dòng)，在此次的課題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，動(dòng)力傳動(dòng)應(yīng)該會(huì)采取皮帶傳動(dòng)以及鏈傳動(dòng)，兩者之間進(jìn)行結(jié)合。2.1.1.帶傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)摩擦型帶傳動(dòng)（圖2.1）簡(jiǎn)單的理解就是直接通過(guò)輪與帶直接的摩擦力作用形式進(jìn)行帶動(dòng)的，其帶傳動(dòng)有如下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）帶傳動(dòng)首先具有良好的繞性，在遇到?jīng)_擊、振動(dòng)時(shí)得到很好的緩和；（2）在運(yùn)行過(guò)程中，相對(duì)平穩(wěn)，產(chǎn)生的噪音影響較小；（3）因?yàn)槭遣捎媚Σ羵鲃?dòng)的形式，如果遇到過(guò)載時(shí)，帶與帶輪產(chǎn)生的摩擦力不夠，就會(huì)產(chǎn)生打滑，打滑現(xiàn)象的產(chǎn)生就是會(huì)傳動(dòng)過(guò)程失效，動(dòng)力喪失，這樣的一個(gè)過(guò)程反而對(duì)設(shè)備形成了一種過(guò)載保護(hù)，避免損壞；（4）帶傳動(dòng)方式比較能使用傳輸距離較大的場(chǎng)合，其適用性相對(duì)較強(qiáng)；（5）結(jié)構(gòu)原理比較簡(jiǎn)單、成本也比較便宜。同時(shí)也會(huì)有一定的缺點(diǎn)：（1）因傳動(dòng)需求，可能傳動(dòng)系統(tǒng)整體的尺寸參數(shù)比較大；（2）因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)特性和過(guò)載保護(hù)存在，所以它不能隨時(shí)保證恒定的傳動(dòng)比；（3）長(zhǎng)期使用，工時(shí)較長(zhǎng)時(shí)，帶的壽命相對(duì)較短。圖2.1帶傳動(dòng)示意圖1.主動(dòng)輪2.從動(dòng)輪3.繞行帶n1、n2.轉(zhuǎn)向2.1.2鏈傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)鏈傳動(dòng)裝置（圖2.2）由：兩個(gè)鏈輪、一個(gè)鏈條這三個(gè)零部件組成，通過(guò)嚙合過(guò)程實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。相比之下鏈傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)如下：（1）從制造、加工來(lái)看，它的要求相對(duì)較低；（2）工作環(huán)境要求來(lái)看，適應(yīng)性強(qiáng)，可以適應(yīng)于濕度高、溫度高、灰塵、雜質(zhì)多的工作場(chǎng)景需求；（3）同時(shí)也適合做中遠(yuǎn)距離的動(dòng)力傳動(dòng)，傳遞速度上適應(yīng)性范圍較大。同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)：（1）它的傳動(dòng)方式限于兩個(gè)平行軸。（2）傳動(dòng)過(guò)程中，所能承受的載荷不能過(guò)大，并且不能用于頻繁的正反向運(yùn)動(dòng)；（3）相比帶傳動(dòng)在傳遞上，鏈傳動(dòng)不及帶傳動(dòng)的傳遞平穩(wěn)，特別是在速率較高的情況下，鏈傳動(dòng)振動(dòng)比較大。圖2.2鏈傳動(dòng)示意圖1.主動(dòng)鏈輪2。鏈條3.從動(dòng)鏈輪2.1.3傳動(dòng)方案確定通過(guò)兩種傳動(dòng)方案的對(duì)比，決定選擇鏈傳動(dòng)為輸送裝置的傳動(dòng)方案。有如下幾個(gè)原因：（1）在工作時(shí)，帶傳動(dòng)主要是通過(guò)摩擦傳動(dòng)，如遇到過(guò)載的情況，帶與帶輪產(chǎn)生摩擦力不夠的打滑現(xiàn)象；或者時(shí)間一長(zhǎng)，工作帶發(fā)生彈性變形等情況。鏈傳動(dòng)就不會(huì)，它是依靠鏈輪和鏈條的對(duì)應(yīng)配合來(lái)完成傳動(dòng)的。（2）相比之下，兩種傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)都相對(duì)簡(jiǎn)單，但是對(duì)于工作條件的需求來(lái)說(shuō)，鏈傳動(dòng)更低，他的適應(yīng)性更強(qiáng)，更能應(yīng)對(duì)一些特殊環(huán)境下的工作。（3）從使用時(shí)間比較看，鏈傳動(dòng)的使用壽命高于帶傳動(dòng)，后期如果出現(xiàn)損壞，鏈傳動(dòng)可以只進(jìn)行小部分的維修改動(dòng)；而帶傳動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間使用，所發(fā)生的變形等因素，則需要將整體進(jìn)行更換維修。對(duì)比之下，鏈傳動(dòng)更可取。（4）對(duì)于傳動(dòng)平穩(wěn)性而言，帶傳動(dòng)的平穩(wěn)性是高于鏈傳動(dòng)，但是，在本裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電機(jī)經(jīng)過(guò)減速增扭輸入動(dòng)力，此時(shí)傳遞到這個(gè)部分的轉(zhuǎn)速已經(jīng)較低了，所以，這兩種傳動(dòng)方式之間的平穩(wěn)性相差不大，而這時(shí)，選擇鏈傳動(dòng)的方式，在結(jié)構(gòu)上更為可取，方便后續(xù)其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2.2稱重模塊選擇2.2.1杠桿型杠桿式稱重簡(jiǎn)稱桿秤（圖2.3），這是一種老式的稱重計(jì)量方式，其是利用杠桿原理。這樣的稱重方式，它有一個(gè)支點(diǎn)作為支撐，桿部前后各有一個(gè)受力點(diǎn)嗎，它達(dá)到平衡的要求就是施力點(diǎn)的力×施力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離等于另一端受力點(diǎn)的×點(diǎn)到支點(diǎn)的距離，當(dāng)這種稱重方式應(yīng)用于這種設(shè)備是，其實(shí)中兩力臂固然都是已經(jīng)做出限定了的，所以在施力點(diǎn)處放上不同的被測(cè)物體，另一端就需要不同的大小的力來(lái)保持杠桿系統(tǒng)的平衡，通過(guò)這樣的原理來(lái)達(dá)到測(cè)量物體質(zhì)量的目的。桿秤這樣的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，其成本相對(duì)較低，但是對(duì)于測(cè)量精度方面較低，對(duì)于小質(zhì)量的測(cè)量，結(jié)果誤差會(huì)比較打。圖2.3桿秤2.2.2彈簧型彈簧型稱重通俗來(lái)講就是日常中的彈簧秤（圖2.4），它是利用彈簧在受外力的作用下彈簧本體發(fā)生形變，其形變與外力成一定系數(shù)比，以此計(jì)算出作用力的大小。它除了可以測(cè)量受拉作用力，還能測(cè)量受壓作用力，這種彈簧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量讀數(shù)簡(jiǎn)單，但是因?yàn)閺椈蛇@種結(jié)構(gòu)，容易受外界環(huán)境影響，比如溫度、本身重力等，在長(zhǎng)期實(shí)用過(guò)后，它的彈簧系數(shù)還有可能發(fā)生變化，所以它的測(cè)量準(zhǔn)確度不高，靈敏度不高。圖2.4彈簧秤2.2.3應(yīng)變傳感器應(yīng)變式稱重傳感器就是受壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置（圖2.5），它是利用一個(gè)應(yīng)變效應(yīng)的原理，彈性元件和應(yīng)變片緊貼在一起，在受到外界外力作用下，導(dǎo)致發(fā)生形變，而應(yīng)變片也會(huì)緊跟著同時(shí)出現(xiàn)微量的形變，導(dǎo)致它的阻值產(chǎn)生改變，這樣在這個(gè)電路中，這些量的改變會(huì)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)進(jìn)行輸出，得出測(cè)量人員需要的數(shù)據(jù)結(jié)果。通過(guò)這種傳感器的測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果精度高，受到的影響因素少，自從幾十年前發(fā)明以來(lái)，一直受到廣泛應(yīng)用。圖2.5應(yīng)變式稱重傳感器2.2.4模塊確定通過(guò)杠桿型、彈簧型、應(yīng)變式稱重傳感器三種方式的對(duì)比，在本方案的設(shè)計(jì)中，采用應(yīng)變式稱重傳感器這種方案。其優(yōu)點(diǎn)比較明顯：精度高、準(zhǔn)確性好、適用性強(qiáng)，也是當(dāng)下主流的稱重設(shè)備之一。2.3分揀裝置結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)方案（1）主要組成部分：電機(jī)、皮帶、減速器、輸送鏈、果實(shí)托盤、分級(jí)儲(chǔ)存部分。（2）分揀裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：（如圖2.6）圖2.6分揀裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.從動(dòng)鏈輪2.托盤底座3.果實(shí)托盤4.鏈板式輸送帶5.主動(dòng)鏈輪6.大減速齒輪7.小減速齒輪8.腹板式帶輪9.V帶10.實(shí)心式帶輪11.電動(dòng)機(jī)（3）方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如下：整個(gè)方案在設(shè)計(jì)過(guò)程中，整體是圍繞以產(chǎn)品重量作為分揀指標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)使用者不用的分揀需求，可以設(shè)置不同的重量分揀范圍標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)備上的產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量上的分揀。根據(jù)圖2.6機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所示，方案設(shè)計(jì)中，整個(gè)設(shè)備的傳動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，主要是依靠一臺(tái)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力來(lái)源，考慮到電機(jī)直接輸出的轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，并不能直接用在運(yùn)輸；所以，在電機(jī)輸出端接入一組帶傳動(dòng)用作初步的減速，同時(shí)起到一部分的減振作用；然后，帶輪輸出動(dòng)力到一組減速器上，作為最后的減速增扭環(huán)節(jié)，將轉(zhuǎn)速降到產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中合理的速度輸出；最后動(dòng)力傳到鏈輪上，帶動(dòng)整個(gè)鏈板式的輸送帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，完成產(chǎn)品在設(shè)備上的運(yùn)輸過(guò)程。在鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸和減速器輸出軸的銜接上，考慮采用聯(lián)軸器將他們聯(lián)接起來(lái)，并且考慮設(shè)計(jì)的是兩條輸送帶同時(shí)工作，所以減速器輸出軸的兩端都會(huì)有聯(lián)軸器相連。在稱重分級(jí)的功能實(shí)現(xiàn)上，兩條輸送帶之間設(shè)置三組稱重裝置，進(jìn)行依次測(cè)量每一個(gè)產(chǎn)品；而輸送帶上則依次裝有水果托盤，輸送過(guò)程，托盤會(huì)與稱重裝置接觸，進(jìn)行稱重。其中，符合重量標(biāo)準(zhǔn)的，托盤會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，將產(chǎn)品倒入一側(cè)的儲(chǔ)存區(qū)裝置在功能的實(shí)現(xiàn)上可以概括為：由電機(jī)輸出動(dòng)力，經(jīng)過(guò)V帶和減速器進(jìn)行減速增扭，由聯(lián)軸器聯(lián)接動(dòng)力至鏈輪，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輸送帶運(yùn)動(dòng)，帶上托盤在移動(dòng)過(guò)程中就可以通過(guò)稱重裝置測(cè)量，完成測(cè)量分級(jí)這一流程，如此進(jìn)行循環(huán)的工作。主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1電機(jī)的參數(shù)選擇根據(jù)本課題的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)需求得知：電機(jī)轉(zhuǎn)速不易過(guò)高、不需要達(dá)到高效的工作需求，所以采用機(jī)械設(shè)備上常用的Y系列的三相異步電動(dòng)機(jī)。初步設(shè)定其電動(dòng)機(jī)功率為2.2kw，它會(huì)直接將動(dòng)力輸出給小帶輪，詳細(xì)減速傳動(dòng)過(guò)程機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(如圖3.2)：圖3.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Y132S-8-B3型三相異步電動(dòng)機(jī)這個(gè)型號(hào)的電動(dòng)機(jī)是整體全封閉工作的，同時(shí)它是自扇冷式籠型，它的機(jī)座中心距底部高132mm，采用短機(jī)座。安裝采用B3標(biāo)準(zhǔn)、外殼采用IP44防護(hù)等。Y132S-8-B3型三相異步電動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)（如表1）：型號(hào)額定功率滿載轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩Y132S-8-B32.2（kw）710（r/min）2.02.0表1.Y132S-8-B3型三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)3.2傳動(dòng)比及動(dòng)力分配通過(guò)結(jié)合電動(dòng)機(jī)參數(shù)，后續(xù)動(dòng)力環(huán)節(jié)的傳動(dòng)比需求，可以選取帶傳動(dòng)減速比為：i1=d大d小=15050=3；齒輪減速器的減速比為：i此外，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)為普通V帶傳動(dòng)，根據(jù)查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知。它的傳動(dòng)效率為：η帶=0.94，最后環(huán)節(jié)的鏈傳動(dòng)效率為：3.2.1各部分轉(zhuǎn)速此前設(shè)計(jì)電機(jī)型號(hào)為Y132S-8-B3，轉(zhuǎn)速n電=710r/min，功率P電=2.2（1）帶傳動(dòng)減速的傳動(dòng)比i1=3，計(jì)算出n帶=n電/i1=（2）減速器減速的傳動(dòng)比i2=1.6，計(jì)算出n減=n帶/i2（3）鏈傳動(dòng)同步的傳動(dòng)比i3=1，計(jì)算出n鏈=n減/i3=148/13.2.2各部分輸入功率（1）P電=2.2（2）P帶=P電η帶=2.2（3）P減=P帶η減速器=2.068（4）P鏈=P減η鏈=1.93.2.3各部分主要軸的轉(zhuǎn)矩（1）三相異步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：T電=9550P電n電（2）V帶傳動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩：T（3）減速器輸出轉(zhuǎn)矩：（4）鏈傳動(dòng)軸上轉(zhuǎn)矩：T3.3稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)稱重系統(tǒng)是整個(gè)分揀裝置中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在此裝置中，它是保證對(duì)每個(gè)水果分級(jí)的關(guān)鍵。從早期的純機(jī)械式測(cè)重，利用杠桿原理進(jìn)行分揀，到后來(lái)出現(xiàn)類似天平型分揀結(jié)構(gòu)，再到現(xiàn)今的稱重傳感技術(shù)。在這一方面上，由傳感器等技術(shù)研制的相關(guān)設(shè)備，早已應(yīng)用于各行各業(yè)了。在本課題設(shè)計(jì)中，也利用到了一種稱重傳感器，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的稱重，繼而配合其他部件，完成分揀過(guò)程。如圖3.3托盤模板中1是底板固定平面，它是負(fù)責(zé)將整個(gè)模塊固定在鏈板輸送帶上，讓每一個(gè)獨(dú)立的托盤，可以跟隨輸送帶同步傳動(dòng)；2是托盤，主要起盛放水果的作用，它的長(zhǎng)寬高尺寸大致在150mm×100mm×60mm，這樣的尺寸設(shè)計(jì)，目前可以滿足市場(chǎng)上大部分球狀、橢球狀的容量需求；3為壓力支點(diǎn)，移動(dòng)過(guò)程中會(huì)與稱重傳感器接觸，托盤加上水果的重量就會(huì)通過(guò)3將壓力施加在稱重傳感器上，從而測(cè)出水果質(zhì)量，進(jìn)行處理分類；4是托盤底座，其內(nèi)部有一個(gè)小電機(jī)，它可以控制托盤的旋轉(zhuǎn)角度，以此可以通過(guò)控制內(nèi)部電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)控制托盤傾斜角度的改變來(lái)達(dá)到上料和下料。5是槽口，設(shè)置一個(gè)槽口，其目的是為了限制托盤在電機(jī)帶動(dòng)下的的旋轉(zhuǎn)角度，而且對(duì)托盤還起到一定的支撐作用。圖3.3托盤模塊1.底板平面2.水果托盤3.壓力支點(diǎn)4.托板底座5.槽口如圖3.3稱重傳感器工作過(guò)程，輸送帶在不斷低速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，每一個(gè)托盤下都會(huì)有3這樣一個(gè)支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們?cè)谕斜P內(nèi)放入水果產(chǎn)品，托盤受力會(huì)傾斜，導(dǎo)致托盤運(yùn)動(dòng)中3會(huì)依次與路徑上的稱重傳感器6接觸，這樣便能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的稱重。測(cè)出的重量，有符合下料需求的，4中電機(jī)便會(huì)運(yùn)作，將托盤2傾斜，完成水果分級(jí)，進(jìn)入分級(jí)儲(chǔ)存區(qū)。圖3.4稱重傳感器工作過(guò)程6.稱重傳感器3.4分級(jí)儲(chǔ)存區(qū)及整體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架作為所有功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是所有零部件安裝的機(jī)架。如圖3.5框架結(jié)構(gòu)俯視圖、圖3.6側(cè)視圖所示，整個(gè)裝置框架最大尺寸為長(zhǎng)寬高3000mm×1330mm×850mm，這樣的尺寸從高度上來(lái)說(shuō)，，滿足人工操作需求。長(zhǎng)寬的設(shè)定，其針對(duì)的是小型設(shè)備，面向的私人果園這種，沒有龐大的流水線，占地需求不大的環(huán)境下使用；同時(shí)從圖中可以看到在框架底部采用的是輪子，這樣設(shè)計(jì)的目的，是為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的可移動(dòng)性，讓使用者更好的根據(jù)需求，較為輕松地調(diào)整設(shè)備的位置。圖3.5框架結(jié)構(gòu)俯視圖1.2下料分級(jí)儲(chǔ)存區(qū)3.上料存放區(qū)此外，在這個(gè)整體框架上還有如圖1、2、3幾個(gè)不同的分區(qū)。其中。1、2是下料分級(jí)儲(chǔ)存區(qū)，3是上料存放區(qū)。1、2儲(chǔ)存區(qū)中還分別細(xì)分了是三個(gè)約為550mm×300mm底面積的分區(qū)，不同的分區(qū)將由使用者進(jìn)行不同的分級(jí)劃分，負(fù)責(zé)暫時(shí)儲(chǔ)存由輸送鏈上分揀下來(lái)的水果產(chǎn)品。3這個(gè)獨(dú)立的存放區(qū)也是作為暫時(shí)性存放，需要分揀的水果暫時(shí)性存放在這個(gè)分區(qū)。1、3和2、3之間的空白區(qū)域便是人工工作區(qū)域，使用者便可以在這區(qū)域，完成把水果放入輸送線的托盤上這一動(dòng)作。在這個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有個(gè)微小的數(shù)據(jù)的變化，鑒于防止剛從托盤中落下的水果在分級(jí)儲(chǔ)存區(qū)造成堆積的現(xiàn)象，所以在兩側(cè)的分級(jí)區(qū)分別設(shè)置了小幅度的傾角，可以盡可能地消除這種現(xiàn)象。圖3.6框架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖重要零部件參數(shù)設(shè)計(jì)4.1V帶的設(shè)計(jì)4.1.1帶傳動(dòng)的選擇在裝置的工作過(guò)程中，工作設(shè)備一般都要靠原動(dòng)機(jī)（電機(jī)）提供動(dòng)力，大多數(shù)情況下，源動(dòng)力提供的都是機(jī)械能，而往往工作機(jī)很少會(huì)與電機(jī)直接聯(lián)接，通常在兩者之間都會(huì)加入其它的動(dòng)力傳遞裝置，用于改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、轉(zhuǎn)換其它方式的機(jī)械能等，所以往往實(shí)際安裝設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)考慮如下一些因素，而懸著不同的中間傳動(dòng)裝置。一班工作中的原動(dòng)電機(jī)，它的額定轉(zhuǎn)速都是比較高，往往設(shè)備工作時(shí)候需求的工作轉(zhuǎn)速普遍是較低的，當(dāng)然也存在很多高轉(zhuǎn)速的工作情況。所以，一套完整的設(shè)備中，通常都需要對(duì)電機(jī)增設(shè)傳動(dòng)裝置，達(dá)到增速或者減速。以此達(dá)到設(shè)備工作的需求的合理轉(zhuǎn)速范圍。電動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能不能滿足所有的機(jī)械運(yùn)動(dòng)需求，它暫時(shí)只能提供轉(zhuǎn)矩，當(dāng)工作機(jī)需要進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)、不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)等，這個(gè)時(shí)候就不能直接依靠原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出實(shí)現(xiàn)，這就體現(xiàn)了中間傳遞的重要性。在同一套設(shè)備中，可能存在多個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者速度。滿足實(shí)際安裝、后期維修等需求，原動(dòng)機(jī)位置受限，需要通過(guò)二次傳動(dòng)輸出動(dòng)力等存在諸多影響。所以，中間傳動(dòng)裝置是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，在本課題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在電機(jī)的輸出軸的地方采用摩擦帶傳動(dòng)的方式，其中摩擦帶傳動(dòng)中又細(xì)分為平帶、V帶、多楔帶、圓形帶傳動(dòng)等方式[10]。對(duì)比幾種摩擦傳動(dòng)方式中，V帶常用的使用功率范圍相比平帶較大；V帶允許的最大轉(zhuǎn)速、線速度與傳動(dòng)比等參數(shù)都比其他幾種方式更大；同時(shí)，在完成同一傳動(dòng)需求時(shí)，V帶的成本相對(duì)更低。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、平穩(wěn)地傳動(dòng)傳動(dòng)過(guò)程、減振緩沖等多個(gè)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，使得它在機(jī)械工業(yè)方面?zhèn)涫軣釔邸?.1.2V帶傳動(dòng)的計(jì)算在裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，V帶傳動(dòng)時(shí)主要是用作傳遞齒輪減速器和電機(jī)兩者之間的運(yùn)動(dòng)。Y132S-8-B3型三相異步電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)手冊(cè)中得知：額定電機(jī)的功率為P=2.2kw,轉(zhuǎn)速為n電=710r/min帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i1=3，傳動(dòng)效率為：η帶=0.94，輸出軸的轉(zhuǎn)速因此，帶傳動(dòng)具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）計(jì)算功率Pc查書上表6-8可以得出：工作情況系數(shù)KA=1，則Pc=KAP=12.2kw=2.2kw（2）選擇V帶型號(hào)可以選擇使用普通V帶，根據(jù)Pc=2.2kw，n電=710r/min，由教材圖6-10（3）大、小帶輪基準(zhǔn)直徑d根據(jù)教材表6-9及圖6-10，選取d1其中V帶的滑動(dòng)率ε根據(jù)計(jì)算式：d2d由表6-9取d2=236mm由此得出：d1=80（4）驗(yàn)算帶速v根據(jù)公式得出v帶速在5~15m/s范圍內(nèi)，合適由此得出：v（5）V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld在符合0.7（d1+d2根據(jù)式L0L根據(jù)結(jié)果查表6-2，對(duì)A型帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度選用：L由式a≈中心距a=300由此得出：a（6）驗(yàn)算小帶輪包角α根據(jù)式α1α小帶輪包角合適（7）確定V帶根數(shù)z根據(jù)公式z由n電=710r/min，d1=80mm，查書上表6-3得由式i查書上表6-5得ΔP0=0由α1=150.4°查書上表6-7，同時(shí)由線性插值得查書上表6-2得出KLz由此得出：取z=4（8）作用在帶輪軸上的壓力F查書上表6-1得出q=0.1kg/F初拉力F根據(jù)公式FQF帶輪結(jié)構(gòu)的選擇與V帶的基準(zhǔn)直徑有直接聯(lián)系，當(dāng)v帶帶輪的基準(zhǔn)直徑控制在d<（2.5~3）d?的情況可以采用實(shí)心式；d三維模型圖如下圖所示：圖4.1小帶輪圖4.2大帶輪圖4.3V帶傳動(dòng)圖4.2齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1初步計(jì)算設(shè)備平均日均工時(shí)為十小時(shí)，它的工作壽命控制在十年以內(nèi)，平均每年工作日300天左右設(shè)計(jì)。（1）轉(zhuǎn)矩T根據(jù)式T1T由此得出轉(zhuǎn)矩T（2）齒寬系數(shù)?查書上表8-12得出，取齒寬系數(shù)?（3）接觸疲勞極限σ根據(jù)書上圖8-17c，可以取σHlim1（4）許用接觸應(yīng)力[σHσσ（5）小齒輪直徑d根據(jù)書上表8-14，可以取Add=85×由此得出：取d（6）初定齒寬b根據(jù)b4.2.2校核計(jì)算（1）圓周速度vv（2）精度等級(jí)根據(jù)查書上表8-5，可以選擇8級(jí)精度（3）齒數(shù)z和模數(shù)m初步選取小齒輪齒數(shù)為z大齒輪齒數(shù)z2模數(shù)m查書上表8-3，可以取m=4zz（4）使用系數(shù)K使用系數(shù)KA：根據(jù)表8-8，可?。?）動(dòng)載系數(shù)K動(dòng)載系數(shù)KV：根據(jù)圖8-9，可取（6）齒向載荷分布系數(shù)K查表8-10得K=1.17+0.16×由此得出：K（7）載荷系數(shù)K根據(jù)式：K=K=1×0.8×1×1.308=1.0464由此得出：K=1.0464（8）彈性系數(shù)Z查表8-11，得到Z（9）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z根據(jù)圖8-16，查得Z（10）接觸強(qiáng)度計(jì)算用最小安全系數(shù)S查表8-13，查得S（11）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N根據(jù)式NLNN由此得出：NH=85320000（12）接觸壽命系數(shù)Z根據(jù)圖8-18，可取ZN1（13）許用接觸應(yīng)力[σσ由此得出：σH1（14）驗(yàn)算根據(jù)式σHσ根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，σ由此得出：接觸疲勞強(qiáng)度相對(duì)合適，相關(guān)尺寸可以不用調(diào)整。4.2.3確定傳動(dòng)主要尺寸（1）實(shí)際分度圓直徑d根據(jù)式d=d由此得出：d1=74（2）中心距a根據(jù)式a=a由此得出：a（3）齒寬b根據(jù)式b=b由此得出：b減速齒輪嚙合三維模型如下圖：圖4.4齒輪嚙合4.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)針對(duì)在本課題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)方案，兩軸屬于平行軸，采用鏈傳動(dòng)的方式比較符合結(jié)構(gòu)需求。因?yàn)?，在傳?dòng)最后部分屬于較長(zhǎng)距離輸送過(guò)程，同時(shí)滿足輸送帶式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，作為繞性運(yùn)動(dòng)與嚙合運(yùn)動(dòng)兼顧的鏈傳動(dòng)方式，更加符合這樣的傳動(dòng)方案。方案設(shè)計(jì)中的鏈?zhǔn)鞘褂脗鲃?dòng)鏈這一類別，因?yàn)榭紤]是等速傳動(dòng)，所以傳動(dòng)比為1，所以兩端處的鏈輪尺寸參數(shù)相同，平行于水平面安裝。（1）設(shè)定鏈輪齒數(shù)z1、z2定主動(dòng)輪齒數(shù)為17，鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i=1得出：從動(dòng)鏈輪齒數(shù)z2=17由此得出：z1=17、z2=17（2）初步設(shè)定中心距a0設(shè)定中心距a0=98p（3）計(jì)算鏈節(jié)節(jié)距p查書上表7-6得：KA=1查書上圖7-14得：Kz=1.55設(shè)計(jì)使用單排鏈，所以查書上表7-7得：Kp=1結(jié)合書上公式P0P根據(jù)式中的數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速，查書上圖7-11，可以選用12A型鏈條又查書上表7-1得，滾子鏈節(jié)距p=19.05mm由此得出：節(jié)距p=19.05mm（4）計(jì)算鏈條節(jié)數(shù)Lp根據(jù)書中 公式LpL由此得出：鏈節(jié)Lp（5）計(jì)算實(shí)際中心距a根據(jù)書中公式a=a又因?yàn)閷?shí)際中心距a=a所以根據(jù)實(shí)際情況a取2072mm（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)速度v根據(jù)書中公式計(jì)算v由此得出：速度為0.79m/s（7）計(jì)算軸壓力F根據(jù)書上公式計(jì)算得F再根據(jù)公司計(jì)算得F由此得出：軸壓力F=2765N（8）計(jì)算鏈輪分度圓直徑d結(jié)合公式計(jì)算d從動(dòng)鏈輪尺寸同主動(dòng)鏈輪相同由此得出：d1、d2=103.7mm鏈輪、鏈條三維模型圖如下：圖4.5鏈輪圖4.6鏈輪鏈條配合4.4低速軸的設(shè)計(jì)