一種適于多級分選的自動蘋果分揀機(jī)

王曉雷+甘新基+吳愛強(qiáng)+王炎

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

關(guān)鍵詞：蘋果；分揀；自動

1引言

中國蘋果年產(chǎn)量居世界首位，但是由于分級技術(shù)、產(chǎn)后處理能力缺乏的影響，嚴(yán)重制約著中國蘋果產(chǎn)品附加值的提升?，F(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)過調(diào)研分析，現(xiàn)在的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要存在對蘋果損傷大、會出現(xiàn)造成堵塞滑道、分揀效率低下的問題；相對新型的分揀方法。

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)?、傳送皮帶、?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。每組對置漸開的流利條形成一條分揀槽通道，下方放置有四個滑道以完成蘋果的分揀。機(jī)器工作時，進(jìn)料斗的蘋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)的蘋果由初始的翻滾狀態(tài)逐漸過渡到穩(wěn)定坐姿狀態(tài)。蘋果經(jīng)過分揀槽軌道時，會在分揀軌道上利用流利條的滑動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)蘋果下滑到大于其直徑的位置時，蘋果將從滑道下落到下方的滑道中，每個滑道對應(yīng)一個規(guī)格的蘋果分揀等級，由此達(dá)到分揀蘋果的效果。

3主要技術(shù)參數(shù)

基于蘋果果徑大小的多級無損自動分揀機(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)國家GB/T 10651—2008《鮮蘋果》標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定，以蘋果分揀效率和準(zhǔn)確率為評價指標(biāo)，對基于蘋果果徑大小的多級無損自動分揀機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)測試。

3.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

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

電機(jī)動力：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)對象：隨機(jī)選取同一種類、不同直徑大小的蘋果100個，進(jìn)行對蘋果去除軟包裝的處理，使蘋果恢復(fù)剛采摘的狀態(tài)。

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

4評價指標(biāo)測試方法

4.1蘋果分揀效率

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

蘋果分揀效率為：

C=n；C——蘋果分揀效率（個/s）；n——試驗(yàn)蘋果個數(shù)（個）；t——100個蘋果完成分揀的時間（s）。

4.2蘋果分揀準(zhǔn)確率

將100個蘋果根據(jù)果徑大小進(jìn)行分類，并進(jìn)行A、B、C、D記號筆標(biāo)記處理，打開機(jī)器，將標(biāo)記好的100個蘋果放入料斗中，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)分揀蘋果出錯的個數(shù)，進(jìn)行計(jì)算蘋果分揀的準(zhǔn)確率。取5次試驗(yàn)的平均值。

蘋果分揀的準(zhǔn)確率為：

；Y——蘋果分揀準(zhǔn)確率（100%）；n——標(biāo)記的試驗(yàn)蘋果個數(shù)（個）；p——分揀中出現(xiàn)錯誤蘋果的個數(shù)（個）。

4.3實(shí)驗(yàn)分析

影響基于果徑大小的多級無損蘋果自動分揀機(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/s，分揀準(zhǔn)確率為95.4%。

5結(jié)論

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

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作者簡介：

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。