王曉雷+甘新基+吳愛(ài)強(qiáng)+王炎

摘 要：本文對(duì)蘋(píng)果分揀技術(shù)進(jìn)行深入的研究，設(shè)計(jì)出一種多級(jí)分選的自動(dòng)蘋(píng)果分揀機(jī)。該機(jī)采用一種節(jié)能的重力輔助動(dòng)力傾斜分揀機(jī)構(gòu)，利用傳送帶輸送的方式保證蘋(píng)果坐姿的穩(wěn)定狀態(tài)，利用流利條分叉分揀結(jié)構(gòu)對(duì)直徑大小不同蘋(píng)果進(jìn)行快速分揀，實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的多級(jí)分揀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該蘋(píng)果分揀機(jī)可以進(jìn)行蘋(píng)果高效自動(dòng)的多級(jí)分選。

關(guān)鍵詞：蘋(píng)果；分揀；自動(dòng)

1引言

中國(guó)蘋(píng)果年產(chǎn)量居世界首位，但是由于分級(jí)技術(shù)、產(chǎn)后處理能力缺乏的影響，嚴(yán)重制約著中國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)品附加值的提升。現(xiàn)在已有的機(jī)械分揀方法有輥軸分選法、滾筒式分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、篩子分選法；經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，現(xiàn)在的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要存在對(duì)蘋(píng)果損傷大、會(huì)出現(xiàn)造成堵塞滑道、分揀效率低下的問(wèn)題；相對(duì)新型的分揀方法。

2工作原理

該機(jī)器由傳輸單元及分揀單元兩部分組成。傳輸單元由電機(jī)、輥?zhàn)印魉推?、?lián)軸器、進(jìn)料斗等組成；分揀單元由三組流利條、支架、轉(zhuǎn)軸等組成。每組對(duì)置漸開(kāi)的流利條形成一條分揀槽通道，下方放置有四個(gè)滑道以完成蘋(píng)果的分揀。機(jī)器工作時(shí)，進(jìn)料斗的蘋(píng)果靠重力滾落到傳送帶上，傳送帶的平穩(wěn)運(yùn)輸可使得各種不同形態(tài)的蘋(píng)果由初始的翻滾狀態(tài)逐漸過(guò)渡到穩(wěn)定坐姿狀態(tài)。蘋(píng)果經(jīng)過(guò)分揀槽軌道時(shí)，會(huì)在分揀軌道上利用流利條的滑動(dòng)以及本身重力作用逐漸滑下，并一直保持原坐姿的狀態(tài)，當(dāng)蘋(píng)果下滑到大于其直徑的位置時(shí)，蘋(píng)果將從滑道下落到下方的滑道中，每個(gè)滑道對(duì)應(yīng)一個(gè)規(guī)格的蘋(píng)果分揀等級(jí)，由此達(dá)到分揀蘋(píng)果的效果。

3主要技術(shù)參數(shù)

基于蘋(píng)果果徑大小的多級(jí)無(wú)損自動(dòng)分揀機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.1實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)依據(jù)國(guó)家GB/T 10651—2008《鮮蘋(píng)果》標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定，以蘋(píng)果分揀效率和準(zhǔn)確率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)基于蘋(píng)果果徑大小的多級(jí)無(wú)損自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

3.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)儀器：角度測(cè)量?jī)x、數(shù)字式石英電子秒表（0.0001～99999s）、游標(biāo)卡尺（0～200mm）。

電機(jī)動(dòng)力：選用MY1025直流電機(jī)，額定功率250w，采用電機(jī)支架進(jìn)行支撐固定。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：隨機(jī)選取同一種類、不同直徑大小的蘋(píng)果100個(gè)，進(jìn)行對(duì)蘋(píng)果去除軟包裝的處理，使蘋(píng)果恢復(fù)剛采摘的狀態(tài)。

機(jī)具準(zhǔn)備：組裝一臺(tái)可靠的、性能穩(wěn)定的基于蘋(píng)果果徑大小的多級(jí)無(wú)損自動(dòng)分揀機(jī)樣機(jī)，要求各部分工作穩(wěn)定，機(jī)器安裝平穩(wěn)。

4評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)試方法

4.1蘋(píng)果分揀效率

將100個(gè)蘋(píng)果在30秒內(nèi)倒入蘋(píng)果料斗中，開(kāi)啟機(jī)器開(kāi)關(guān)，并用秒表計(jì)時(shí)，計(jì)100個(gè)蘋(píng)果完成分揀的時(shí)間，在林地不同的區(qū)域進(jìn)行5次試驗(yàn)，計(jì)算蘋(píng)果的分揀效率。取5次實(shí)驗(yàn)的平均值。

蘋(píng)果分揀效率為：

C=n；C——蘋(píng)果分揀效率（個(gè)/s）；n——試驗(yàn)蘋(píng)果個(gè)數(shù)（個(gè)）；t——100個(gè)蘋(píng)果完成分揀的時(shí)間（s）。

4.2蘋(píng)果分揀準(zhǔn)確率

將100個(gè)蘋(píng)果根據(jù)果徑大小進(jìn)行分類，并進(jìn)行A、B、C、D記號(hào)筆標(biāo)記處理，打開(kāi)機(jī)器，將標(biāo)記好的100個(gè)蘋(píng)果放入料斗中，待分揀完成后，進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，連續(xù)進(jìn)行5次試驗(yàn)，記錄每次實(shí)驗(yàn)分揀蘋(píng)果出錯(cuò)的個(gè)數(shù)，進(jìn)行計(jì)算蘋(píng)果分揀的準(zhǔn)確率。取5次試驗(yàn)的平均值。

蘋(píng)果分揀的準(zhǔn)確率為：

；Y——蘋(píng)果分揀準(zhǔn)確率（100%）；n——標(biāo)記的試驗(yàn)蘋(píng)果個(gè)數(shù)（個(gè)）；p——分揀中出現(xiàn)錯(cuò)誤蘋(píng)果的個(gè)數(shù)（個(gè)）。

4.3實(shí)驗(yàn)分析

影響基于果徑大小的多級(jí)無(wú)損蘋(píng)果自動(dòng)分揀機(jī)的主要因素有：①分揀軌道的角度α。根據(jù)理論分析計(jì)算α在5°左右；②分揀軌道的角度β。根據(jù)理論分析計(jì)算β在15°左右；③分揀軌道的角度γ。根據(jù)逆向建模分析設(shè)定γ在58°左右；④傳送帶的速度V。根據(jù)理論計(jì)算，V的大小在1.0m/s左右。實(shí)驗(yàn)因素水平值選取表2所示。

實(shí)驗(yàn)采用變量分析法，分別對(duì)角度α、β、γ及速度V進(jìn)行單一變量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明各因素優(yōu)化組合后，其分揀效率為1.89個(gè)/s，分揀準(zhǔn)確率為95.4%。

5結(jié)論

設(shè)計(jì)的多級(jí)分選的蘋(píng)果自動(dòng)分揀機(jī)采用傳送帶輸送來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果消除翻滾而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，大大降低蘋(píng)果分揀的隨機(jī)性；流利條分揀軌道能夠?qū)崿F(xiàn)蘋(píng)果的無(wú)損分揀，效率高、準(zhǔn)確率高。該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，提高了分揀效率與準(zhǔn)確率，減少了蘋(píng)果損傷，適合廣大果農(nóng)在果園現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行分揀，切實(shí)解決了果農(nóng)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱智美.淺析中國(guó)蘋(píng)果及果汁出口現(xiàn)狀及對(duì)策[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（7）：2977-2978.

[2]白菲，孟超英.水果自動(dòng)分級(jí)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].食品科學(xué)，2005，26：145-148.

[3]張方明，應(yīng)義斌.水果分級(jí)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2004（1）：33-37.

[4]沈林生.農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械[M].北京；機(jī)械工業(yè)出版社，1988：89-95.

[5]沈再春.農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械與設(shè)備[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1993：51-53.

[6]王鑫，趙瑩，楊簡(jiǎn).基于視覺(jué)技術(shù)的蘋(píng)果分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014.

[7]李光梅，魏新華，李陸星，李法德.水果分選機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展?fàn)顩r[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007.

作者簡(jiǎn)介：

作者：王曉雷：男，22歲，山西懷仁人，本科，北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)。

通訊作者：甘新基，男，48歲，廣東省高要縣人，副教授，主要從事機(jī)電一體化研究。