一種適于多級分選的自動蘋果分揀機

王曉雷+甘新基+吳愛強+王炎

摘 要：本文對蘋果分揀技術(shù)進行深入的研究，設(shè)計出一種多級分選的自動蘋果分揀機。該機采用一種節(jié)能的重力輔助動力傾斜分揀機構(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行快速分揀，實現(xiàn)蘋果的多級分揀。實驗結(jié)果表明：該蘋果分揀機可以進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，嚴重制約著中國蘋果產(chǎn)品附加值的提升?，F(xiàn)在已有的機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

該機器由傳輸單元及分揀單元兩部分組成。傳輸單元由電機、輥子、傳送皮帶、聯(lián)軸器、進料斗等組成；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。機器工作時，進料斗的蘋果靠重力滾落到傳送帶上，傳送帶的平穩(wěn)運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技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.1實驗研究

實驗依據(jù)國家GB/T 10651—2008《鮮蘋果》標準及相關(guān)規(guī)定，以蘋果分揀效率和準確率為評價指標，對基于蘋果果徑大小的多級無損自動分揀機進行性能實驗測試。

3.2實驗準備

實驗儀器：角度測量儀、數(shù)字式石英電子秒表（0.0001～99999s）、游標卡尺（0～200mm）。

電機動力：選用MY1025直流電機，額定功率250w，采用電機支架進行支撐固定。

實驗對象：隨機選取同一種類、不同直徑大小的蘋果100個，進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)。

機具準備：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樣機，要求各部分工作穩(wěn)定，機器安裝平穩(wěn)。

4評價指標測試方法

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，開啟機器開關(guān)，并用秒表計時，計100個蘋果完成分揀的時間，在林地不同的區(qū)域進行5次試驗，計算蘋果的分揀效率。取5次實驗的平均值。

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蘋果分揀準確率

將100個蘋果根據(jù)果徑大小進行分類，并進行A、B、C、D記號筆標記處理，打開機器，將標記好的100個蘋果放入料斗中，待分揀完成后，進行分類統(tǒng)計，連續(xù)進行5次試驗，記錄每次實驗分揀蘋果出錯的個數(shù)，進行計算蘋果分揀的準確率。取5次試驗的平均值。

蘋果分揀的準確率為：

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

4.3實驗分析

影響基于果徑大小的多級無損蘋果自動分揀機的主要因素有：①分揀軌道的角度α。根據(jù)理論分析計算α在5°左右；②分揀軌道的角度β。根據(jù)理論分析計算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)理論計算，V的大小在1.0m/s左右。實驗因素水平值選取表2所示。

實驗采用變量分析法，分別對角度α、β、γ及速度V進行單一變量實驗，實驗結(jié)果表明各因素優(yōu)化組合后，其分揀效率為1.89個/s，分揀準確率為95.4%。

5結(jié)論

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

參考文獻：

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

[2]白菲，孟超英.水果自動分級技術(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.水果分級機器人關(guān)鍵技術(shù)的研究和發(fā)展[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用，2004（1）：33-37.

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

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

[6]王鑫，趙瑩，楊簡.基于視覺技術(shù)的蘋果分揀系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2014.

[7]李光梅，魏新華，李陸星，李法德.水果分選機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展狀況[J].農(nóng)機化研究，2007.

作者簡介：

作者：王曉雷：男，22歲，山西懷仁人，本科，北華大學(xué)機械工程學(xué)院，機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，主要從事機電一體化研究。