圆形水果无损检测输送翻转装置设计

圆形水果无损检测输送翻转装置设计
梁海龙;白峭峰;梅小龙;陈仲海
【摘要】笔者在分析水果无损检测流程的基础上,通过对圆形水果输送翻转系统的理论分析和参数计算,设计了双锥式滚子水果输送翻转装置的双锥滚子,确定了输送翻转装置的具体设计参数,为圆形水果的输送装置设计提供了依据.
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】3页(P118-120)
【关键词】无损检测;双锥滚子;输送翻转装置
【作者】梁海龙;白峭峰;梅小龙;陈仲海
【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,山西太原030051
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
1 引言
水果在包装运输加工等过程中的损失率高达30.45%[1]，主要原因之一是不同成熟度的水果相互混杂造成的[2]，因此在包装运输之前对水果进行分类筛选具有重要意义。

对水果进行分类需对水果成熟度进行检测，而传统检测方式破坏水果表面，
且无法实现逐个大批量检测，不适用于批量操作[2]。

利用水果的光学、电学、声
学及化学等特性的水果无损检测技术可解决水果大批量分类拣选的操作问题。

圆形水果无损检测流程:水果通过入口进入检测系统，在入口由人工或机器人将水
果置于托盘上，再由自动检测调整装置将水果的姿态调整为最佳的检测姿态，然后由输送装置输送到检测机构，在检测机构中由输送装置配合翻转机构完成水果的检测[3]。

最后通过分级出口完成水果分类拣选。

笔者设计一种双锥式滚子输送翻转
装置，可实现水果的输送翻转。

2 水果输送翻转系统工作原理
本输送翻转机构由托盘、输送带、调速电机、驱动链轮、从动轮链轮、双行双锥式滚子及支撑连接架等组成。

托盘固接于输送带上，输送带与支撑连接架镶嵌为一体，链条环绕在驱动链轮和从动链轮上，驱动链轮连接调速机。

在链条上间隔均匀的安装双锥滚子，链条带动双锥式滚子运动，在双锥式滚子的下面装有摩擦带，摩擦带由另一电动机控制，可无极调速[3]。

摩擦带与双锥式滚子紧密接触，摩擦时带和
双锥式滚子之间存在转速差，速度差所产生的摩擦力使双锥式滚子在向前运动的同时绕水平轴转动，推动水果翻转。

输送翻转装置整体侧剖视图如图1所示。

图1 输送翻转装置整体结构侧剖视图1.水果 2.输送带 3.托盘 4.链条 5.驱动链条7.调速电机 8.从动链轮
3 双锥滚子设计
假设滚身的最小半径为r0，水果的半径为R，以滚子的轴线为x轴，以通过滚子
中心和水果质心的直线为y轴，在滚子上建立坐标系。

水果与双锥式滚子位置示
意图如图2所示。

图2 水果与双锥式滚子位置示意图
设滚子母线在此坐标系中曲线方程y=f(x)，水果在滚子上支撑点的横坐标为x1，
此处滚身半径为r1、滚子转速为ω0，水果在滚子上的位置简图为图3所示。

图3 水果在滚子上的位置简图
当x=0时，即滚子母线中心点的曲率:
当R=1/Κ(0)=C/r0时，x1=0，此时水果支承在滚子的最小半径处，r1=f(0)=r0，所以ω/ω0=r0/R=C。

但当R＜r0/C时，因K(x)随x的增加r0单调减少，所以水果仍将直接支承在滚子的最小半径处，但此时已不再满足ω/ω0=C。

所以，要保
证水果以相同的角度翻转，半径要满足R≥r0/C。

所以，只要滚子滚身母线的曲线方程:f(x)=，水果的半径R≥r0/C，则支承在滚子
上大小不同的水果都将相同的角速度ω=Cω0翻转滚动。

4 输送翻转装置设计参数的限制条件
设滚身长度为L，两个相邻滚子轴之间的间距为a，为保证水果正常支承在滚子的滚身母线，滚身长度L应满足:L≥2x1;又因为每个水果都是支承在两个相邻的滚子
之间，为防止水果从滚子之间的缝隙处滑落，应有R＞a/2－r0;为防止相邻水果互相干扰，应满足a≥2R。

此时，水果质心B与滚子轴线之间连线的垂直距离为:
在分级卸料的过程中，当水果从滚子的最大半直径处滚落时，此时水果质心B与
滚子轴线之间连线的垂直距离为:
式中:r2为滚子滚身的最大半径，且:
为防止相邻滚子之间出现运动干涉，其间至少应该有6mm，所以r2应满足
r2≤a/2－3。

定义滚子对水果的保持角为β，则:
为保证水果的可靠运输，并在分级卸料时容易滚离输送线，保持角应满
足:15°≤β≤45°。

设水果输送链的速度的线速度为ν1，滚子下面的摩擦面的线速度为ν2，则有:ω0=(ν1－ν2)/r2。

所以，假设待输送水果的最小半径为R0，最大半径为R2，则所选设计参数应满足:a≥2R2;r0＞a/2－R0;C≥r0/R0;r2≤a/2 －3;15°≤β≤45°;且:
5 输送翻转装置设计参数的确定
根据上节的推导，可按下列步骤来确定双锥式滚子输送翻转机构的各设计参数。

(1)根据实际需要，确定待输送水果的最小半径R0，最大半径 R2。

(2)确定相邻滚子轴的中心间距a。

(3)根据水果输送机构的设计速度的具体配置，确定水果的输送链的线速度，摩擦带速度计为0。

表1 不同半径的水果在滚子上的参数水果半径R/mm接触点的横坐标x1/mm接触点处的滚子r1/mm水果滚动半径R1/mm水果稳定的支承高度y1/mm水果临界的支承高度/mm水果的保持角β/(°)25 8.075 28.62 24.84 16.15 48.16
42.7630 12.354 31.546 27.765 28.98 58.48 36.9835 17.887 34.365 31.542 39.24 66.62 34.8840 22.74 37.586 33.46 48.38 74.88 32.6445 27.67 40.88 34.57 57.29 77.68 30.8650 31 42.92 36.68 61.28 80.36 29.64
(4)令 r0=a/2 － R0+1，C=r0/R0+0.1，计算x1，r1，R1，y1 和 r2。

(5)判断r2是否满足条件，若满足则计算y2，β0，β2。

若不满足，则调整 L，继续寻找合适条件。

假设水果的最大半径R2=50mm，最小半径R0=25mm，由以上输送翻转机构设计参数确定步骤可得，选择方案:a=101.6mm(根据输送链节距系列标准)，
C=1.17，r0=26.8mm，L=67mm，r2=45.1mm，β0=42.76°，β2=29.64°，由
于水果最小半径为25mm，故两双锥滚子距离不大于25mm。

不同半径的水果在滚子上的参数如表1所示。

表格说明，该方案适合不同半径的水果在滚子上运动，且能实现翻转。

6 结语
本文所设计的双圆锥式滚子输送翻转系统能保证水果自动输送和均匀翻转，又能克服水果在检测时水果尺寸对水果检测结果的影响，能很好的满足圆形水果无损检测的输送和翻转要求，且对同类产品的设计计算有指导作用。

参考文献:
[1]樊军庆，张宝珍.浅谈水果品质的无损检测技术[J].世界农业，2007，334(2):56 －58.
[2]贺艳楠，魏永胜，郑颖.水果成熟度无损检测技术研究进展[J].北方园艺，
2010(3):208 －212.
[3]宗莉，薛娴，王涛，等.近红外光谱分析技术在水果内部品质无损检测的应用[J].安徽农业科学报，2010，38(6):2765－2776.。