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進行深入的研究，設計出一種多級分選的自動蘋果分揀機。該機采用一種節能的重力輔助動力傾斜分揀機構，利用傳送帶輸送的方式保證蘋果坐姿的穩定狀態，利用流利條分叉分揀結構對直徑大小不同蘋果進行快速分揀，實現蘋果的多級分揀。實驗結果表明：該蘋果分揀機可以進行蘋果高效自動的多級分選。

關鍵詞：蘋果；分揀；自動

1引言

中國蘋果年產量居世界首位，但是由于分級技術、產后處理能力缺乏的影響，嚴重制約著中國蘋果產品附加值的提升。現在已有的機械分揀方法有輥軸分選法、滾筒式分選法、回轉帶分選法、篩子分選法；經過調研分析，現在的機械結構主要存在對蘋果損傷大、會出現造成堵塞滑道、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、聯軸器、進料斗等組成；分揀單元由三組流利條、支架、轉軸等組成。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，傳送帶的平穩運輸可使得各種不同形態的蘋果由初始的翻滾狀態逐漸過渡到穩定坐姿狀態。蘋果經過分揀槽軌道時，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，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，每個滑道對應一個規格的蘋果分揀等級，由此達到分揀蘋果的效果。

3主要技術參數

基于蘋果果徑大小的多級無損自動分揀機技術參數如表1所示。

3.1實驗研究

實驗依據國家GB/T 10651—2008《鮮蘋果》標準及相關規定，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，使蘋果恢復剛采摘的狀態。

機具準備：組裝一臺可靠的、性能穩定的基于蘋果果徑大小的多級無損自動分揀機樣機，要求各部分工作穩定，機器安裝平穩。

4評價指標測試方法

4.1蘋果分揀效率

將100個蘋果在30秒內倒入蘋果料斗中，開啟機器開關，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（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，進行分類統計，連續進行5次試驗，記錄每次實驗分揀蘋果出錯的個數，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（個）；p——分揀中出現錯誤蘋果的個數（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。根據理論分析計算α在5°左右；②分揀軌道的角度β。根據理論分析計算β在15°左右；③分揀軌道的角度γ。根據逆向建模分析設定γ在58°左右；④傳送帶的速度V。根據理論計算，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，實驗結果表明各因素優化組合后，其分揀效率為1.89個/s，分揀準確率為95.4%。

5結論

設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蘋果消除翻滾而達到穩定狀態，大大降低蘋果分揀的隨機性；流利條分揀軌道能夠實現蘋果的無損分揀，效率高、準確率高。該機結構緊湊，操作簡單，提高了分揀效率與準確率，減少了蘋果損傷，適合廣大果農在果園現場操作進行分揀，切實解決了果農的需求。

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作者簡介：

作者：王曉雷：男，22歲，山西懷仁人，本科，北華大學機械工程學院，機械制造及其自動化專業。

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。