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【摘要】本文針對廣西中小型百香果種植戶面對的百香果分揀效率低成本高等問題，設計一種百香果分揀分級的簡易裝置，旨在提高百香果的分揀效率，推動百香果分揀機械的普及，并推動廣西百香果產業鏈的發展壯大。作者利用creo、CAD等軟件進行設計和建模，設計的百香果分揀裝置操作簡單，制作成本低，明顯提高百香果分揀效率，易在中小型果農中進行推廣和普及。
【關鍵詞】百香果；分揀裝置；提高效率
近年來，隨著人民生活質量的提高，人們對水果新鮮程度的要求也越來越高。百香果作為“果汁之王”，因其獨特的口感和良好的功效贏得了群眾的喜愛，整個百香果生產種植業在近年來得以飛速發展[1]。隨著百香果市場行情轉好，加上當年種植當年就有收獲，百香果在廣西被不少地方做為“短、平、快”的精準扶貧項目推廣，廣西百香果種植面積持續擴大[2]。隨著百香果產量的提升，傳統手工分揀已經不能滿足如此巨大的百香果產量的需求，需要從機械化、自動化方向發展[3]。目前，國內的水果類分揀系統大多是基于水果品種、色彩、形狀等因素的視覺分揀系統，但這類機器操作復雜、造價高昂、出售價格高，難以被中小型果農接受，很難在農村得以普及[4]。目前在國內還未出現專門針對百香果分揀的小型機械。因此，簡化機械裝置成本，并實現分揀包裝目的的前提下，推廣該機構的普及，解決果農存在的實際問題具有很高的經濟和社會價值[5]。
1分揀裝置的整體方案設計
目前常用分揀設備有滾筒篩式分揀機、震動篩式分揀機以及直線型變距分揀機和滾筒式分揀等。前三種分揀方式都有對分揀水果損傷嚴重、分揀失誤率高以及成本高昂等，結合研發該百香果分揀包裝裝置的初衷和綜合效益來看，前三種分揀方式都不適合，最后我們選用了滾筒撥片進行分揀的分揀方式。整體的分級分揀裝置由分揀機構、傳動機構、動力機構和其他支架機構組成。
2裝置各機構的設計
2.1分揀機構的設計
分揀機構主要由撥片以及滾筒兩個零部件組成，設滾筒的轉速為30rad/min。百香果大小分為三個等級，小果果徑為45~49mm；中果果徑為50~54mm；大國果徑為55~60mm，故該裝置設有三級分揀區。如圖2所示，在第一級分揀區中，固定安裝有一根直徑大小和滾筒直徑相同的階梯軸，輸送帶將百香果輸送到階梯軸軸線的正上方進入到第一級分揀區開始分揀，階梯軸與第一根滾筒間的間距等于L1。因此第一級分揀區有四個分揀間隙。同時，也將第二級分揀區的分揀間隙設為四個，如圖2所示。整個分揀機構中，滾筒的使用數量為8根。在分揀過程中，可能會因為百香果表皮過于光滑而導致果子在滾筒上打滑的現象，因此在每根滾筒上都安置由一塊撥片。撥片位置如圖2所示，滾筒上留有足夠的空間，撥片可以根據滾筒旋轉的不同位置，利用重力實現撥片的伸縮。如圖2所示，當撥片旋轉到位置一、位置二時，撥片由于重力原因隱藏到滾筒里，不會影響正常分揀。當撥片旋轉到位置三、位置四時，受重力作用，撥片伸出滾筒，若分揀過程中百香果出現打滑現象，撥片將打滑的果子撥動到下一級分揀道上，依次類推直到百香果得到分揀。第一級分揀區的滾筒間隙為49mm，則第一級分揀區內滾筒軸線間距L1=滾筒直徑+滾筒間隙，滾筒直徑為Φ40mm，故第一級分揀區域內滾筒軸線間距L1為89mm；而第二級分揀區域的滾筒間隙為54mm，則第二級分揀區域內滾筒軸線間距L2=滾筒直徑+滾筒間隙，L2為94mm；經過一、二級分揀區仍未分揀的百香果則定義為第三級水果，即大果可直接輸出由收集道進行收集裝箱。設有1000顆大小不一待分揀的百香果，每顆百香果的重量在60g至120g左右，其中設大果的均重為120g，直徑為55mm；中果重量均重100g，直徑為52mm；小果均重60g，直徑為45mm。1000顆待分揀的百香果中大果占比例為50%，中果占30%和小果占20%。
2.2傳動機構的設計
整個裝置的傳動機構由軸承、傳動帶、帶輪組成。根據分揀效率和實際承載情況，選用深溝球軸承，因此完全符合傳動要求，無需校核軸承。符合開式傳動的速度要求，且整個傳動機構中，帶傳動采用頭尾相連的S型連接方式，如圖3帶傳動布置結構示意圖所示，二級分揀區的末端滾筒與電機相連，其余滾筒首尾依次用傳動帶連接進行傳動，使百香果能夠順著分揀方向依次前進，實現分揀。
2.3動力機構的設計
設分揀機構最大功率為Pmax，當分揀機構中的分揀所有間隙滿載時功率達到最大，故選用YDS56型號的低速電機，已知電機輸出轉速為37.5rad/min，且滾筒轉速為30rad/min，故電機與分揀機構間帶傳動的傳動比為i；i=37.5÷30=1.25。電機輸出軸和帶輪采用普通平鍵連接，作為整個裝置的動力機構。
2.4其他結構的設計
支架材料采用方形鋁棒，通過焊接的方式固定成型。支架兩兩之間用鋁棒焊接，增加強度。在高度三分之一高的位置上固定有一塊方形鋼板，用于安裝電機和減速器等動力機構，鋼板下設有一根方形鋁棒支撐柱，保證工作時的穩定性。第一、二級分揀區的收集道兩邊設有擋板，在第一級分揀區和第二級分揀區中間設有分隔板。第三級分揀區的收集道底部設有方形卡槽，可通過卡槽將整個收集道卡在支架的橫梁上實現安裝，同時方便拆裝，同樣兩邊設有擋板。
3裝置分揀流程及工作原理
如圖4所示，該裝置由動力機構、傳動機構、分揀機構以及機架和各收集道組成。分揀流程大致如下：打開電動機1開關啟動裝置，將采摘好的百香果由滑梯2滑下送入裝置，中小型百香果經分揀機構3分級分揀落入一、二級收集道4，剩余未分揀的大果從第三級收集道5進行收集，然后集中進入包裝箱內進行包裝。
4結語
整個百香果分揀裝置，各硬件機構設計合理，并運用軟件進行了機構仿真，模擬結果滿足要求。在最大化減小成本的基礎上，能夠滿足種植戶對百香果的分揀分級要求，明顯的提高分揀效率，并保證百香果的品質完好。筆者詳細介紹了該分揀裝置各部件的設計以及裝置的使用說明，對百香果產業鏈具有一定的經濟價值，對水果分揀生產線的推廣應用也有一定的研究價值。
參考文獻
[1]霍單群，蔣蘭，馬璐璐.百香果功效研究及其開發進展[J].食品工業科技,2012(11).
[2]南科.廣西百香果五年增加十余萬畝[J].農家之友,2016(1).
[3]周高鵬.物流自動分揀系統的使用現狀及應用前景分析[J].現代經濟信息,2018(18).
[4]盧勇威.基于機器視覺的水果分揀系統[J].制造裝備技術,2017(3).
[5]韋衡冰,鄧小林,潘明華.沙糖桔分揀分級裝置研究和設計[J].中國農機化學報,2016(1).
作者:代澤繁 秦劍鋒 江英杰 莫德天 李凱 李先瑄 單位:桂林理工大學機械控制工程學院