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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）開題報告
課題名稱 一種小型水果自動分級機機械部分的設計
學生姓名 康 鵬 程
學 號 8031209104
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化
班 級 農機13-1
指導教師 肖 愛 玲
起止時間 2012.10.15-2013.5.27
機械電氣化工程學院教務辦制
填 表 說 明
一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容：
1、本課題來源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析；
4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路；
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法；
6、完成本課題的工作方案及進度計劃；
7、主要參考文獻（不少于7篇）。
二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。
三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。
一 本題來源及研究的目的和意義
1.1 課題的來源：自選題
1.2 課題研究的目的和意義
水果中富含多種維生素和礦物質,而且適于生食的特點又避免了烹調過程對維生素等營養(yǎng)物質的破壞作用,使這些營養(yǎng)素保持較高的利用率。水果亦含有豐富的膳食纖維素,能促進腸道蠕動,有利于糞便排出;并能加速某些有毒物質的代謝過程,減輕毒物對人體的損害作用?；谒臓I養(yǎng)特點,營養(yǎng)學家已把水果作為食物結構中的一個重要組成部分,并指出了為維持人體健康,每人每年需要食用80kg左右水果的指標。隨著社會生活水平的提高，對健康意識的增強。人們不僅對水果的需求量越來越大而且對水果品質的要求也越來越高，水果的分選變得越來越重要；不僅如此隨著農業(yè)勞動者文化水平的提高，他們將農業(yè)經營管理的理論實踐于農業(yè)生產中。不再用原始的粗狂式經營方法，而是懂得將水果進行分級處理。不同等級的價格不同，從而獲得更大的利潤，實現(xiàn)利益最大化?？梢娝旨壊粌H是廣大消費者的要求，更是農業(yè)勞動生產者自主性的生產勞動。而水果有著分選工作時效性強、標準高的特點。如果靠人工實現(xiàn)分選工作，將增加生產勞動者的勞動負擔。而且人工勞動不僅效率低且成本較高。因此實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)勢在必行。
中國果品流通協(xié)會常務副會長傅秀泉曾說道：目前發(fā)達國家人均水果年消費量為83.3公斤，發(fā)展中國家為55.4公斤，而我國人均年消費水果量僅為45.6公斤，較發(fā)達國家低45%，較發(fā)展中國家也低18%。按現(xiàn)在的總人口計算，我國人均消費水果要達到全世界人均年消費61.4公斤的水平，需要增加2000多萬噸的供給量。預計今后一個時期，我國居民水果消費將會有較快增長，并成為帶動水果產業(yè)發(fā)展的動力。水果加工機械的發(fā)展將為水果產業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎。
二、國內外水果分選分級設備的發(fā)展特點與趨勢
2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外早期的水果自動分級方法主要通過CCD相機，采用無損檢測、計算機分析處理等手段對水果逐一進行分析判別后得出綜合結論。利用機器視覺技術實現(xiàn)農產品內部品質無損檢測是目前國際上正在研究的熱點課題。除了使用高效的信息處理技術，水果的質量無損檢測手段包括近紅外線、紅外線檢驗等光學檢驗方法和高光譜、多光譜技術等。其發(fā)展趨勢有以下幾點：
1、由于水果一般都比較嬌嫩，容易擦傷或碰傷，采用傳統(tǒng)的機械式分選分級機具難免會出現(xiàn)損傷，從而造成“降級”損失。隨著科技水平的不斷提高，各學科互相滲透日益普遍，光學、電子技術廣泛應用到分選分級設備中。運用光、電技術，不僅效率高，檢驗精度也高，還可以測定果實的成熟度、含糖量、有否病蟲害、空心等，對這些項目，傳統(tǒng)機械式是無能為力的。運用光、電技術，還可以去掉很多繁雜的結構，機具緊湊、靈巧，可靠性高，甚至造價還低。
2、為適應生產要求，機具的處理能力日漸提高自動化水平也不斷提高，所需操作人員越來越少，因而成本不斷下降。設備廣泛實現(xiàn)了儀表化和數(shù)顯化。
3、注意改善勞動條件，在可能條件下，為操作者提供比較舒適的工作環(huán)境。
4、逐步由單項檢驗發(fā)展為多項復合檢驗，聯(lián)機群檢成一線，可以對形狀、成熟度、內部質量等方面按要求同時依次連續(xù)進行，這樣可避免由于被檢項目較多、多次裝機幾經周折而損傷果實，從而進一步提高了商品競爭能力。
5、大力發(fā)展多品種通用分選機，可用于幾種果實的分選。實現(xiàn)一機多用，只需更換部分部件及分選標準的指令，就可進行另一種水果或果菜的分選。機具可充分利用，節(jié)約了機具設備的投資、存放場地和保養(yǎng)費用。
6、新技術為市場需要服務，但要善于了解消費者的心理。目前，探測果實是否空心或內在質量時，廣泛采用測透光率的方法，也有應用X射來測量。
7、分選分級只是收獲后包裝前的一個環(huán)節(jié)而已，目前不少廠家已將分選、清洗、初加工、包裝等幾道工序連成一線(不包括待貯藏的)，視生產的需要及果品的實際情況統(tǒng)一考慮，而不必將分選分級另外劃為一個獨立部分。
2.1國內發(fā)展現(xiàn)狀
由于國內對水果品質檢測及自動分級研究時間不長，有一些成功的研究，但遠談不上大規(guī)模推廣應用。還存在許多需要繼續(xù)解決的問題。如國內研究的對象大多在靜態(tài)的狀態(tài)下進行，另外以前對水果研究主要的是單渠道單指標的分級，對水果的多個品質指標進行檢測時，處理速度較慢。對水果品質進行快速、全量檢測，多渠道同時并行，國內學者需要繼續(xù)研究與攻克的難題之一。同時，理論和實際還有很大的距離。目前我國水果所用的分級設備還僅限于機械分級法，即利用重量和大小分級設備進行分級；機器自動分級設備主要依靠于進口，應用并不廣泛。
三、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析
3.1、水果分級的方法
1、以水果的外部特征為分選標準
一般來說，水果的外部特征比較容易測量，基于水果的外部特征的分選設備種類繁多、技術成熟、經濟實用。
(l)按質量分選。根據(jù)水果的質量進行分選的分選機，是最早開發(fā)的機種，現(xiàn)在被廣泛地應用于蘋果、梨等水果的分選作業(yè)。目前主要是機械式質量分選機，有固定衡量秤和運動衡量秤兩種形式。
(2)按尺寸大小分選。按水果的體積大小進行分選的分選機，最常見的是篩孔滾動筒式、圓孔膠帶式以及輥式。
(3)按色澤分選。按色澤分選的原理是不同顏色對不同波長的光的反射強度不同。
(4)按硬度分選。按硬度分選的方法應用比較少，是一種力學成熟度的分析方法。
(5)應用計算機視覺技術的分選。由攝像機采集水果的圖像，由計算機對水果的顏色、大小、形狀和表面損傷情況等信息進行很精確的分析。
本課題采用按尺寸大小分選，課題的關鍵是保證水果不破損的前提下完成水果分級。采用柵格的間距大小分選出水果的大小，可以加快分選效率。采用緩沖裝置是水果下落的速度減小，從而保證水果不會摔壞損傷。
四、本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路
4.1、本課題需要研究的難點問題解決的思路。
4.1.1主要出現(xiàn)的問題
1、從查閱的資料來看，所查到的現(xiàn)有的水果分級機械主要集中于大水果，如蘋果、橘子等較為規(guī)則且不易破損的，小型水果主要是紅棗、荔枝等表皮較為堅硬的。而對于草莓、杏子、李子這類小而且較易破損的分級機械較少。
2、現(xiàn)有的水果分級裝置在分離時利用水果重力通過分級的機械部分。對于表皮較脆、較軟的水果，碰撞力將使水果產生傷害，不能保證水果的質量。
3、現(xiàn)有的水果分級設備還存在運轉時震動較大，震動產生的力也會損傷水果。
4.1.2、需要解決的難題
設計提出一種全新的研究方案，主要解決問題的思路：
本設計的主要矛盾是：對于表皮脆而軟的水果比表皮堅硬的水果分離起來比較困難，因為要考慮水果的損傷。本題是小型水果，小型水果主要有紅棗、杏子、草莓、李子、桂圓等。滿足杏子、草莓、李子這些易破損水果的分級要求，即可完成設計要求。主要難題有：
1、對水果通過分級機械部分的方式進行改進或添加緩沖裝置，減小碰撞力。
2、對動力傳動的方式加以改進或通過其他方式減小機器自身的震動，從而避免在運轉過程中機械振動對水果造成的傷害。
3、完成水果通過分級的機械部分前的傳輸方式，使得水果以正確的姿態(tài)進入分級部分。
4、實現(xiàn)水果分級的效能，完成機械傳動部分的設計。
五、 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法
1、完成本課題所必須做的工作有利用學校圖書館及互聯(lián)網(wǎng)查閱大量資料。
2、了解各類小型水果的基本性質。水果分級機械的結構、原理等。
3、了解各種類型的水果分級機械特點。
4、關鍵問題可請求老師指導或通過同學討論，選擇適合水果分級機械的類型。
5、對擬定的水果分級機械的分級部分進行設計、計算，利用Solidworks等繪圖軟件繪制出分級機械部分的零件圖，裝配圖，反復對設計內容進行檢驗、校核。
六、 完成本課題的工作方案及進度計劃
工作方案：
1、設計并繪制出水果分級機械分級部分主要機體，確定機體的大概尺寸。
2、了解并調查水果的不同等級要求的果實大小。確定分級柵格的尺寸。
3、完成曲柄滑塊機構的設計，選擇適當?shù)姆胖眯问?。確定各部件的尺寸。
4、繪制出水果分級機械分級部分柵格分布，曲柄滑塊機構的布置位置。
5、設計出傳動機構和變速箱。對其進行計算，選出適當?shù)膫鲃颖取?
6、繪制出傳動機構的分布空間。
7、組裝裝配圖并生成三維立體模型，觀察效果并加以改進。
8、反復休整與調試，達到最佳效果。
擬定工作進度（以周為單位）：
第1周—第2周 通過查找文獻資料，了解小型水果的品種及特性。水果自動分級機械發(fā)展的國內外現(xiàn)狀。
第3周—第5周 設計小型水果自動分級機機械部分的總體方案。
第6周—第9周 針對小型水果設計出自動分級機械部分：水果分級機構、動力傳輸機構、水果輸送機構進行具體設計。
第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調整。
第13周—第14周 整理資料準備答辯。
七、 主要參考文獻
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【9】籍保平,吳文才. 計算機視覺蘋果分級系統(tǒng) [J] .農業(yè)機械學報 2000,31(6):118-121.
【10】何東健,楊青, 薛少平,等. 果實表面顏色計算機視覺分級技術研究
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學生簽名 康 鵬 程
2012年10月5日
指導教師審閱意見
指導教師簽名
年 月 日