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【摘要】本文针对广西中小型百香果种植户面对的百香果分拣效率低成本高等问题，设计一种百香果分拣分级的简易装置，旨在提高百香果的分拣效率，推动百香果分拣机械的普及，并推动广西百香果产业链的发展壮大。作者利用creo、CAD等软件进行设计和建模，设计的百香果分拣装置操作简单，制作成本低，明显提高百香果分拣效率，易在中小型果农中进行推广和普及。
【关键词】百香果；分拣装置；提高效率
近年来，随着人民生活质量的提高，人们对水果新鲜程度的要求也越来越高。百香果作为“果汁之王”，因其独特的口感和良好的功效赢得了群众的喜爱，整个百香果生产种植业在近年来得以飞速发展[1]。随着百香果市场行情转好，加上当年种植当年就有收获，百香果在广西被不少地方做为“短、平、快”的精准扶贫项目推广，广西百香果种植面积持续扩大[2]。随着百香果产量的提升，传统手工分拣已经不能满足如此巨大的百香果产量的需求，需要从机械化、自动化方向发展[3]。目前，国内的水果类分拣系统大多是基于水果品种、色彩、形状等因素的视觉分拣系统，但这类机器操作复杂、造价高昂、出售价格高，难以被中小型果农接受，很难在农村得以普及[4]。目前在国内还未出现专门针对百香果分拣的小型机械。因此，简化机械装置成本，并实现分拣包装目的的前提下，推广该机构的普及，解决果农存在的实际问题具有很高的经济和社会价值[5]。
1分拣装置的整体方案设计
目前常用分拣设备有滚筒筛式分拣机、震动筛式分拣机以及直线型变距分拣机和滚筒式分拣等。前三种分拣方式都有对分拣水果损伤严重、分拣失误率高以及成本高昂等，结合研发该百香果分拣包装装置的初衷和综合效益来看，前三种分拣方式都不适合，最后我们选用了滚筒拨片进行分拣的分拣方式。整体的分级分拣装置由分拣机构、传动机构、动力机构和其他支架机构组成。
2装置各机构的设计
2.1分拣机构的设计
分拣机构主要由拨片以及滚筒两个零部件组成，设滚筒的转速为30rad/min。百香果大小分为三个等级，小果果径为45~49mm；中果果径为50~54mm；大国果径为55~60mm，故该装置设有三级分拣区。如图2所示，在第一级分拣区中，固定安装有一根直径大小和滚筒直径相同的阶梯轴，输送带将百香果输送到阶梯轴轴线的正上方进入到第一级分拣区开始分拣，阶梯轴与第一根滚筒间的间距等于L1。因此第一级分拣区有四个分拣间隙。同时，也将第二级分拣区的分拣间隙设为四个，如图2所示。整个分拣机构中，滚筒的使用数量为8根。在分拣过程中，可能会因为百香果表皮过于光滑而导致果子在滚筒上打滑的现象，因此在每根滚筒上都安置由一块拨片。拨片位置如图2所示，滚筒上留有足够的空间，拨片可以根据滚筒旋转的不同位置，利用重力实现拨片的伸缩。如图2所示，当拨片旋转到位置一、位置二时，拨片由于重力原因隐藏到滚筒里，不会影响正常分拣。当拨片旋转到位置三、位置四时，受重力作用，拨片伸出滚筒，若分拣过程中百香果出现打滑现象，拨片将打滑的果子拨动到下一级分拣道上，依次类推直到百香果得到分拣。第一级分拣区的滚筒间隙为49mm，则第一级分拣区内滚筒轴线间距L1=滚筒直径+滚筒间隙，滚筒直径为Φ40mm，故第一级分拣区域内滚筒轴线间距L1为89mm；而第二级分拣区域的滚筒间隙为54mm，则第二级分拣区域内滚筒轴线间距L2=滚筒直径+滚筒间隙，L2为94mm；经过一、二级分拣区仍未分拣的百香果则定义为第三级水果，即大果可直接输出由收集道进行收集装箱。设有1000颗大小不一待分拣的百香果，每颗百香果的重量在60g至120g左右，其中设大果的均重为120g，直径为55mm；中果重量均重100g，直径为52mm；小果均重60g，直径为45mm。1000颗待分拣的百香果中大果占比例为50%，中果占30%和小果占20%。
2.2传动机构的设计
整个装置的传动机构由轴承、传动带、带轮组成。根据分拣效率和实际承载情况，选用深沟球轴承，因此完全符合传动要求，无需校核轴承。符合开式传动的速度要求，且整个传动机构中，带传动采用头尾相连的S型连接方式，如图3带传动布置结构示意图所示，二级分拣区的末端滚筒与电机相连，其余滚筒首尾依次用传动带连接进行传动，使百香果能够顺着分拣方向依次前进，实现分拣。
2.3动力机构的设计
设分拣机构最大功率为Pmax，当分拣机构中的分拣所有间隙满载时功率达到最大，故选用YDS56型号的低速电机，已知电机输出转速为37.5rad/min，且滚筒转速为30rad/min，故电机与分拣机构间带传动的传动比为i；i=37.5÷30=1.25。电机输出轴和带轮采用普通平键连接，作为整个装置的动力机构。
2.4其他结构的设计
支架材料采用方形铝棒，通过焊接的方式固定成型。支架两两之间用铝棒焊接，增加强度。在高度三分之一高的位置上固定有一块方形钢板，用于安装电机和减速器等动力机构，钢板下设有一根方形铝棒支撑柱，保证工作时的稳定性。第一、二级分拣区的收集道两边设有挡板，在第一级分拣区和第二级分拣区中间设有分隔板。第三级分拣区的收集道底部设有方形卡槽，可通过卡槽将整个收集道卡在支架的横梁上实现安装，同时方便拆装，同样两边设有挡板。
3装置分拣流程及工作原理
如图4所示，该装置由动力机构、传动机构、分拣机构以及机架和各收集道组成。分拣流程大致如下：打开电动机1开关启动装置，将采摘好的百香果由滑梯2滑下送入装置，中小型百香果经分拣机构3分级分拣落入一、二级收集道4，剩余未分拣的大果从第三级收集道5进行收集，然后集中进入包装箱内进行包装。
4结语
整个百香果分拣装置，各硬件机构设计合理，并运用软件进行了机构仿真，模拟结果满足要求。在最大化减小成本的基础上，能够满足种植户对百香果的分拣分级要求，明显的提高分拣效率，并保证百香果的品质完好。笔者详细介绍了该分拣装置各部件的设计以及装置的使用说明，对百香果产业链具有一定的经济价值，对水果分拣生产线的推广应用也有一定的研究价值。
参考文献
[1]霍单群，蒋兰，马璐璐.百香果功效研究及其开发进展[J].食品工业科技,2012(11).
[2]南科.广西百香果五年增加十余万亩[J].农家之友,2016(1).
[3]周高鹏.物流自动分拣系统的使用现状及应用前景分析[J].现代经济信息,2018(18).
[4]卢勇威.基于机器视觉的水果分拣系统[J].制造装备技术,2017(3).
[5]韦衡冰,邓小林,潘明华.沙糖桔分拣分级装置研究和设计[J].中国农机化学报,2016(1).
作者:代泽繁 秦剑锋 江英杰 莫德天 李凯 李先瑄 单位:桂林理工大学机械控制工程学院