扇貝自動(dòng)分選裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含CATIA三維圖三維及12張CAD圖.zip
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扇貝自動(dòng)分選裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Structural design of scallop automatic sorting device
摘 要
扇貝的自動(dòng)分選裝置顧名思義就是依據(jù)扇貝個(gè)體的大小對(duì)其進(jìn)行快速的識(shí)別，分級(jí)自動(dòng)分選的裝置。扇貝是人們?nèi)粘Ｉ钪斜容^喜歡食用的水產(chǎn)品，隨著我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，貝類的養(yǎng)殖已形成一定規(guī)模。為了增加經(jīng)濟(jì)效益，貝類水產(chǎn)品需要在生產(chǎn)銷售過(guò)程中，將其按大小進(jìn)行分級(jí)。因此研制一臺(tái)能自動(dòng)識(shí)別扇貝大小，并將其自動(dòng)分選出來(lái)的裝置具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題主要研究扇貝的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、扇貝圖像信息的采集與處理及分選裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)三個(gè)方面。自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)主要涉及帶的傳送以及使扇貝單個(gè)的傳送至圖像處理處；然后由一個(gè)CCD圖像處理裝置對(duì)傳送過(guò)來(lái)的扇貝進(jìn)行圖像采集處理，確定出扇貝的大小品級(jí)，給出相應(yīng)的信號(hào)信息到最后的分選裝置；最后分選裝置出的汽缸依據(jù)CCD傳輸過(guò)來(lái)的信息，當(dāng)相應(yīng)的扇貝到達(dá)指定位置時(shí)，汽缸動(dòng)作，將其推入已標(biāo)記號(hào)等級(jí)的分選箱中。最后對(duì)裝置的性能就行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，扇貝的自動(dòng)分選裝置能夠較精確實(shí)現(xiàn)扇貝的分選工作。所研制的扇貝分選裝置具有挑選效率高、挑選準(zhǔn)確、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等有點(diǎn)，該設(shè)備也可應(yīng)用于其他貝類的分選，具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵字： 扇貝 傳送 圖像處理 分選
Abstract
Scallop automatic sorting device, as the name suggests, is based on the size of scallop individuals for fast identification, grading automatic sorting device. Scallop is a kind of aquatic product that people prefer to eat in daily life. With the rapid development of aquaculture in China, shellfish culture has formed a certain scale. In order to increase economic benefits, shellfish aquatic products need to be graded according to their size in the process of production and sale. Therefore, it is of great practical significance to develop a device which can automatically identify scallop size and automatically separate it. This topic mainly studies three aspects: Scallop automatic feeding mechanism, scallop image information collection and processing, and sorting device system design. The automatic feeding mechanism mainly involves the transmission of the belt and the transmission of the scallop to the image processing unit; then a CCD image processing device is used to image the scallop of the scallop, and the size of the scallop is determined, the corresponding signal information is given to the final sorting device; finally, the cylinder is selected and the cylinder is selected. According to the information transmitted by CCD, when the corresponding scallop arrives at the designated location, the cylinder action is pushed into the marked number sorting box. Finally, the performance of the device is tested. The test results show that the automatic sorting device of scallop can precisely realize the sorting of scallops. The scallop separation device has high selection efficiency, accurate selection and low labor intensity, and the equipment can also be applied to the separation of other shellfish and has a broad application prospect.
Keyword: Scallop transmission image processing
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題的來(lái)源和背景 1
1.1.1 課題來(lái)源 1
1.1.2 扇貝生產(chǎn)情況 1
1.2 扇貝自動(dòng)分選裝置的重要意義 2
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.4 課題研究?jī)?nèi)容 5
1.5 本章小結(jié) 5
2 設(shè)計(jì)方案 6
2.1 題目?jī)?nèi)容 6
2.2 扇貝分選裝置的原理 6
2.3 技術(shù)要求 6
2.4 總體方案設(shè)計(jì) 7
2.5 本章小結(jié) 7
3 扇貝分選裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.2 傳送機(jī)構(gòu)1、2設(shè)計(jì) 9
3.3 傳送機(jī)構(gòu)3設(shè)計(jì) 10
3.4 分選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.5 電機(jī)座設(shè)計(jì) 13
3.6 總裝配設(shè)計(jì) 14
4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
4.1 各機(jī)構(gòu)輸送帶帶速與主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)與計(jì)算 16
4.2 計(jì)算各機(jī)構(gòu)功率 17
4.2.1 計(jì)算上料機(jī)構(gòu)的功率 17
4.2.2 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)1的功率 17
4.2.3 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)2的功率 18
4.2.4 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)3的功率 18
4.2.5 計(jì)算分選機(jī)構(gòu)的功率 18
4.3 電機(jī)的選擇 19
4.4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
5 圖像采集與處理方案 26
5.1 CCD檢測(cè)系統(tǒng)的原理 26
5.2 圖像處理方案 26
6 結(jié) 論 27
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 30
1 緒論
1.1 課題的來(lái)源和背景
1.1.1 課題來(lái)源
在我國(guó)，扇貝是一種主要的海鮮。我國(guó)自古就有使用扇貝的習(xí)慣，扇貝不僅僅可以作為食材，還可以作為調(diào)味品為菜肴提鮮。隨著這幾年我國(guó)經(jīng)濟(jì)日新月異的變化。使得人們對(duì)扇貝這種鮮美的食材的需求量大大增加，這也使得我國(guó)的扇貝養(yǎng)殖業(yè)得到了大力的發(fā)展。在2015年，山東省的扇貝養(yǎng)殖面積突破了5萬(wàn)公頃大關(guān)，年產(chǎn)量突破16.5萬(wàn)噸大關(guān)，在去年的產(chǎn)量基礎(chǔ)上提升了百分之8.25。而隨著扇貝產(chǎn)量的不斷增加，對(duì)于扇貝分選工作的要求也不斷的提高。扇貝加工的過(guò)程與扇貝的分選工序有著息息相關(guān)的作用，而我國(guó)傳統(tǒng)的扇貝分選工序中采用的是人工分揀，人工分揀不僅僅耗時(shí)多，而且出錯(cuò)率高工作效率低下。過(guò)去幾年來(lái)，扇貝的產(chǎn)量還不是很高，人工分揀的方式還可以滿足生產(chǎn)需求，而隨著這幾年扇貝年產(chǎn)量不斷的提高，人工分揀已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)需求，而如果大量的招募工人這又會(huì)使得生產(chǎn)成本大幅提高。由此可見(jiàn)，這個(gè)問(wèn)題的解決對(duì)于扇貝生產(chǎn)商而言迫在眉睫。
社會(huì)的變化日新月異，工業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也在不斷地發(fā)展。這就更加促進(jìn)了我國(guó)自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展，并且隨著生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，各個(gè)行業(yè)對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的需求也是不斷增加的。扇貝在進(jìn)行分選工作的時(shí)候，自動(dòng)化分選設(shè)備的利用極其重要，則是解決當(dāng)前扇貝分選工作問(wèn)題的最好的解決方式。盡管自動(dòng)化分選裝備時(shí)可以進(jìn)行快速的分選，但是扇貝的分選在保證分選工作穩(wěn)定高效的同時(shí)，還需要要保證扇貝的存活率，防止因?yàn)樯蓉惖乃劳龆鴮?dǎo)致扇貝的新鮮程度下降影響口感，所以導(dǎo)致了目前大部分的分選機(jī)無(wú)法滿足生產(chǎn)的要求。在2013年，山東省青島市，一家扇貝生產(chǎn)廠商，為了提高生產(chǎn)效率，從德國(guó)進(jìn)口了全自動(dòng)的扇貝分選機(jī)，雖然提高了分選的效率，但是因?yàn)樵摍C(jī)器分選出的扇貝死亡率過(guò)高，導(dǎo)致了該廠商不得不將該設(shè)備廢棄。無(wú)獨(dú)有偶2015年天津市一家扇貝生產(chǎn)廠商為了提高扇貝分揀效率也引進(jìn)了全自動(dòng)的扇貝分揀設(shè)備，同樣的也因?yàn)樵搯?wèn)題而廢棄，所以設(shè)計(jì)出一套能保證扇貝存活率的扇貝分選設(shè)備是很有必要的。
1.1.2 扇貝生產(chǎn)情況
扇貝是貝類中一個(gè)重要的類別，其營(yíng)養(yǎng)豐富，對(duì)人的身體健康有著很大的保健作用，廣大國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者都很喜歡扇貝，特別是在歐洲、亞洲和北美5F88多國(guó)家備受歡迎。最近幾年來(lái)，不僅扇貝的生產(chǎn)規(guī)模得到了擴(kuò)展，而且貿(mào)易規(guī)模也有所發(fā)展，并且在世界水產(chǎn)平市場(chǎng)擁有了一席之地。直至2017年，世界扇貝生產(chǎn)的總量更是高達(dá)390多萬(wàn)噸，同比20年前增長(zhǎng)了約100萬(wàn)噸。在水產(chǎn)品總產(chǎn)量中，貝類的總產(chǎn)量占有的比例一直呈上升趨勢(shì)，2017年貝類的總生產(chǎn)量在水產(chǎn)品總產(chǎn)量中突破了百分之9，而10年前這個(gè)比值為百分之7。而主要生產(chǎn)陜北的國(guó)家大多在亞洲。2017年扇貝僅僅在亞洲的生產(chǎn)數(shù)量就達(dá)到 320 多萬(wàn)噸，也就是說(shuō)超過(guò)了世界成產(chǎn)總產(chǎn)量的百分之90，而亞洲主要生產(chǎn)扇貝的國(guó)家為中國(guó)、日本和韓國(guó)。我國(guó)的面積廣闊，擁有著三個(gè)氣候帶，我國(guó)的海岸線很長(zhǎng)，有1.8萬(wàn)公里。大大小小的海島更是有5000多個(gè)。遼闊的海域是貝類生存和養(yǎng)殖的圣地?？紤]到地理原因，我國(guó)沿海地區(qū)的居民對(duì)貝類這種海鮮情有獨(dú)鐘。繼改革開(kāi)放之后，我國(guó)水產(chǎn)品養(yǎng)殖者和生產(chǎn)者更進(jìn)一步的對(duì)國(guó)外市場(chǎng)進(jìn)行了解，從而國(guó)內(nèi)貝類的產(chǎn)量和規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的提升。2017 年，我國(guó)的扇貝產(chǎn)量達(dá)到了360萬(wàn)噸，這個(gè)產(chǎn)量占到了亞洲總生產(chǎn)產(chǎn)量的百分之83，扇貝產(chǎn)量成為世界第一，占世界扇貝總生產(chǎn)量的百分之68。2008 年，我國(guó)的扇貝達(dá)到了280萬(wàn)噸，這個(gè)產(chǎn)量占到了世界扇貝產(chǎn)量的 百分之78，而國(guó)內(nèi)扇貝總產(chǎn)量的 95%都來(lái)自于海水扇貝。最近幾年，我國(guó)的扇貝生產(chǎn)不斷開(kāi)拓國(guó)外市場(chǎng)，2017 年扇貝出口量更是達(dá)到了22萬(wàn)噸，是亞洲扇貝出口第一大國(guó)，出口量約占亞洲扇貝出口總量的 80%，世界扇貝出口總量的 70%。根據(jù)以上描述，我國(guó)是扇貝第一生產(chǎn)大國(guó)，并在世界扇貝進(jìn)出口貿(mào)易市場(chǎng)占有龍頭地位。而我國(guó)的漁業(yè)和扇貝的生產(chǎn)息息相關(guān)。
圖 1 1扇貝樣圖
1.2 扇貝自動(dòng)分選裝置的重要意義
扇貝味道十分鮮美，具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，與海參和鮑魚并列成為海味珍品，在貝類食物中備受歡迎。扇貝可以降低人體的膽固醇含量，比起藥物更加天然，甚至有更加顯著的效果。扇貝中的代爾太7-膽固醇和24-亞甲基膽固醇可以有效地降低人體內(nèi)的膽固醇含量，它們可以有效地抑制肝臟分泌的膽固醇和增加膽固醇的排泄，從而有效地抑制人體中多余的膽固醇。它們具有很強(qiáng)的功效甚至在效果上強(qiáng)于藥物。扇貝還可以防止抑郁，讓人們的心情得到放松。在我們食用扇貝之后，會(huì)有一種身心放松的感覺(jué)。
扇貝中有著豐富的蛋白質(zhì)含量、歐米伽3脂肪酸和豐富的微量元素，它有著低脂肪低熱量的特點(diǎn)。扇貝還有這預(yù)防心臟病和老年癡呆的功效。據(jù)科學(xué)分析，每100克扇貝含蛋白質(zhì)11.1克、脂肪0.6克、碳水化合物2.6克、膽固醇140毫克、核黃素0.1毫克、煙酸0.2毫克、維生素E11.85毫克、鈣142毫克、磷132毫克、鉀122毫克、鈉339毫克、鎂39毫克、鐵7.2毫克、鋅11.69毫克、銅0.48毫克、錳0.7毫克。
分級(jí)的意義在于使扇貝在大小和清潔度等方面基本達(dá)到一致,有助于提高產(chǎn)品合格率,便于包裝、運(yùn)輸和貯藏,從而有利于減少企業(yè)的損失。
其主要作用有：
(1)對(duì)扇貝的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。不經(jīng)檢測(cè)分級(jí)處理的扇貝,品種混雜、質(zhì)量?jī)?yōu)劣不齊,難以得到消費(fèi)者的青睞。出售扇貝之前，對(duì)扇貝進(jìn)行嚴(yán)格篩選，保證其質(zhì)量可靠，從而提升銷售產(chǎn)量。
(2)對(duì)扇貝進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)和分級(jí)處理，可提升扇貝的質(zhì)量和銷售產(chǎn)量。由于扇貝在生產(chǎn)加工時(shí),已經(jīng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進(jìn)行了分級(jí)和包裝,可為消費(fèi)者提供整齊一致的產(chǎn)品,不須花大量時(shí)間進(jìn)行挑選,也不須擔(dān)心食用安全問(wèn)題。
(3)扇貝檢測(cè)分級(jí)再使產(chǎn)品更為標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)還可以讓扇貝的質(zhì)量得到保證。對(duì)扇貝進(jìn)行篩選分級(jí)的好處是可以將質(zhì)量過(guò)低的扇貝篩選掉，再對(duì)篩選出的扇貝進(jìn)行加工，這樣可以在提升生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)避免一些不必要的成本浪費(fèi)。
所以，對(duì)扇貝的質(zhì)量進(jìn)行提升是當(dāng)下至關(guān)重要的問(wèn)題。對(duì)扇貝的分級(jí)和包裝等工序，是保證扇貝質(zhì)量的重要步驟。而人工分級(jí)的方法存在著一些局限性。如勞動(dòng)力大，效率低，存在著人為因素。堅(jiān)持測(cè)結(jié)果誤差大，難以保證分級(jí)結(jié)果的準(zhǔn)確性，很淡滿足生產(chǎn)加工的要求。進(jìn)口國(guó)外的檢測(cè)設(shè)備會(huì)付出高昂的代價(jià)。而我國(guó)的中小企業(yè)禽蛋生產(chǎn)加工企業(yè)很難承受，所以，對(duì)扇貝自動(dòng)分級(jí)技術(shù)的研究就具有重要的意義。
伴隨著自動(dòng)化加工技術(shù)的不斷成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中PLC與自動(dòng)化生產(chǎn)線的作用越來(lái)越顯著，其強(qiáng)大的算數(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、邏輯控制、順序控制、儲(chǔ)存等功能在工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要。自動(dòng)生產(chǎn)線是由傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動(dòng)機(jī)床和輔助設(shè)備按照工藝順序聯(lián)結(jié)起來(lái)，自動(dòng)完成產(chǎn)品全部或部分制造過(guò)程的生產(chǎn)系統(tǒng)。扇貝自動(dòng)分選裝置系統(tǒng)包括上下料裝置、傳送裝置、CCD圖像信息處理裝置。通過(guò)自動(dòng)分選裝置分別將不同的尺寸的扇貝輸送到不同的位置。
在工業(yè)生產(chǎn)中，扇貝自動(dòng)分選系統(tǒng)可以有效的提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，使產(chǎn)品的質(zhì)量的到保證。使得成本得到進(jìn)一步的降低，縮小生產(chǎn)所占有的面積，使得生產(chǎn)更為高效。
圖 1 2自動(dòng)分選裝置
1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開(kāi)扇貝產(chǎn)業(yè),與我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。也是其他行業(yè)的重要工業(yè)原料,所以我國(guó)近十幾年來(lái)都在不斷的推動(dòng)扇貝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也不斷優(yōu)化扇貝產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),大大促進(jìn)了扇貝加工企業(yè)的改革和發(fā)展,整合了很多小型扇貝生產(chǎn)加工企業(yè),初步形成了扇貝加工企業(yè)的規(guī)模化,產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化。使得我國(guó)扇貝產(chǎn)業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)中有著跟深刻的影響力。隨著我國(guó)水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，貝類養(yǎng)殖的規(guī)模也越來(lái)越大，僅遼寧省蝦夷扇貝增養(yǎng)殖面積就達(dá)到了4 萬(wàn)hm2，年產(chǎn)量高達(dá)十幾萬(wàn)噸，總生產(chǎn)價(jià)值更是高達(dá)15 億元。近年來(lái)扇貝產(chǎn)業(yè)不斷地進(jìn)行改革,該行業(yè)正在迅速的發(fā)展，也取得了很高的成就。但是,該行業(yè)發(fā)展的越快,對(duì)企業(yè)的要求就越高。使企業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而我國(guó)扇貝在的生產(chǎn)、出口和質(zhì)量問(wèn)題上還需要很大程度的改進(jìn)與發(fā)展。
國(guó)外對(duì)扇貝自動(dòng)化分級(jí)裝備的研究早于國(guó)內(nèi)，也更為深入，相關(guān)產(chǎn)品也已經(jīng)在世界各地推廣并取得了比較理想的效果，對(duì)提高扇貝品質(zhì)和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度等方面，都發(fā)揮了重要作用。在國(guó)外，扇貝生產(chǎn)場(chǎng)大多數(shù)都都擁有成套的自動(dòng)化扇貝采集設(shè)備和處理系統(tǒng)，將各環(huán)節(jié)和扇貝處理有機(jī)結(jié)合成一套自動(dòng)化管理系統(tǒng)。扇貝落入輸運(yùn)帶，進(jìn)入分選機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理和分級(jí)，為扇貝銷售和加工提供優(yōu)質(zhì)原料奠定了基礎(chǔ)。但在國(guó)外成套的扇貝自動(dòng)化分級(jí)裝備的價(jià)格十分昂貴，后期的維護(hù)成本也很高。
目前國(guó)內(nèi)真正的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的扇貝自動(dòng)化分級(jí)裝備研究多是出于實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)研究階段，對(duì)于成套設(shè)備的研制還處于起步階段。國(guó)產(chǎn)扇貝分級(jí)加工處理設(shè)備種類很少，只有很少的一些裝置。分級(jí)加工設(shè)備屬于空白，國(guó)內(nèi)大型扇貝廠在用的均為進(jìn)口設(shè)備。開(kāi)發(fā)扇貝自動(dòng)化分選裝備不僅能解決目前生產(chǎn)的需求，而且對(duì)我國(guó)扇貝行業(yè)的發(fā)展有著十分積極的影響。
1.4 課題研究?jī)?nèi)容
本文根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展態(tài)勢(shì),對(duì)扇貝分級(jí)工序的了解基礎(chǔ)上,對(duì)分級(jí)裝置進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。論文主要分為以下幾個(gè)章節(jié)：
第1章為緒論，介紹了扇貝分級(jí)裝置的研究背景和研究的目的與意義，分析了目前國(guó)內(nèi)外扇貝分級(jí)裝備的主要研究狀況及應(yīng)用情況。
第2章為扇貝分選裝置原理和總體方案流程設(shè)計(jì)，為了滿足技術(shù)要求，初步提出了總體方案流程。
第3章對(duì)扇貝分選裝置中各個(gè)機(jī)構(gòu)與總裝配設(shè)計(jì)。
第4章為扇貝分選裝置傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
第5章為圖像的采集與處理方案。
最終對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)，對(duì)論文中的不足之處加以反省并改進(jìn)的同時(shí)提出新的觀點(diǎn)。
1.5 本章小結(jié)
本章介紹了扇貝分級(jí)裝備的應(yīng)用狀況、裝備的種類及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)國(guó)內(nèi)外的扇貝分級(jí)裝備應(yīng)用和研究情況進(jìn)行了介紹，指出國(guó)內(nèi)外的發(fā)展差距，提出了本課題研究的必要性，并根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外扇貝分級(jí)裝備的研究現(xiàn)狀，提出了對(duì)扇貝分級(jí)裝備的深入研究。
2 設(shè)計(jì)方案
2.1 題目?jī)?nèi)容
本題目主要針對(duì)國(guó)內(nèi)扇貝生產(chǎn)銷售情況提出的。為了增加效益，扇貝需要分類進(jìn)行銷售。目標(biāo)是依據(jù)扇貝形狀具有扁平、圓等特點(diǎn)設(shè)計(jì)一款分選裝置。
2.2 扇貝分選裝置的原理
根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際要求，傳統(tǒng)的手工操作方式明顯的不能保證較高的生產(chǎn)效率，而且手工操作的生產(chǎn)條件惡劣，強(qiáng)度高，效率低，易導(dǎo)致貝類的鮮活程度下降，甚至出現(xiàn)大量死亡，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。
在國(guó)外，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的要求，扇貝分級(jí)生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度應(yīng)該在60000萬(wàn)/枚·小時(shí)以上，人工上蛋顯然不能滿足如此高的生產(chǎn)效率，同時(shí)，也會(huì)造成大量的人力資源的浪費(fèi)。
但是，國(guó)外的扇貝分級(jí)設(shè)備價(jià)格昂貴，我國(guó)中小企業(yè)禽蛋生產(chǎn)加工企業(yè)難以承受，因此，我們要設(shè)計(jì)出符合國(guó)家基本國(guó)情與我國(guó)經(jīng)濟(jì)要求以及適合我國(guó)中小企業(yè)扇貝生產(chǎn)加工企業(yè)要求、價(jià)格實(shí)惠、長(zhǎng)久耐用的扇貝分選機(jī)。
圖 2 1扇貝分選裝置工作原理圖
由圖 2 1可以知道：扇貝分選裝置由四個(gè)部分組成，分別為上料機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、圖像采集與處理部分、分選機(jī)構(gòu)。扇貝通過(guò)上料機(jī)構(gòu)上料，通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)被傳送到圖像采集區(qū)域，經(jīng)過(guò)圖像處理后進(jìn)行判斷屬于的組別，控制分選機(jī)構(gòu)對(duì)扇貝進(jìn)行分選。
2.3 技術(shù)要求
1、扇貝根據(jù)大小分為三級(jí)：
1）50-80mm
2）80-110mm
3）110-150mm
2、4000枚/小時(shí)
根據(jù)扇貝的分級(jí)工作過(guò)程，首先要對(duì)扇貝進(jìn)行深入的了解。確定了所針對(duì)扇貝的尺寸之后,對(duì)于扇貝分級(jí)設(shè)備的總體設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)也有了參照基準(zhǔn)。根據(jù)對(duì)扇貝分級(jí)的相關(guān)要求,扇貝分級(jí)設(shè)備應(yīng)具備以下功能：
（1）具有扇貝輸送功能，能夠?qū)⑸蓉愖詣?dòng)地輸送給下一機(jī)構(gòu)。
（2）具有扇貝自動(dòng)穩(wěn)定傳送扇貝并且有分級(jí)功能，能夠按照扇貝大小尺寸進(jìn)行分級(jí)的功能。
（3）具有將扇貝分類的下料板。
2.4 總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)扇貝分選機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作要求，對(duì)分選設(shè)備進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，首先是上料機(jī)構(gòu)，上料機(jī)構(gòu)采用傾斜式的輸送帶，將上料箱中的扇貝傳送到下一個(gè)機(jī)構(gòu)（傳送機(jī)構(gòu)）。由于對(duì)扇貝進(jìn)行圖像采集時(shí)，必須是逐個(gè)采集，所以傳送機(jī)構(gòu)的作用為將扇貝逐個(gè)傳送到圖像采集區(qū)域，傳送機(jī)構(gòu)也采用輸送帶傳送。經(jīng)過(guò)圖像處理后，判斷扇貝屬于的組別，控制分選機(jī)構(gòu)動(dòng)作，分選機(jī)構(gòu)動(dòng)作需將扇貝推送到滑道里，扇貝經(jīng)過(guò)滑道掉入收料箱，分選機(jī)構(gòu)的動(dòng)作為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，氣缸的動(dòng)作滿足要求。
圖 2 2扇貝自動(dòng)分選裝置示意圖
2.5 本章小結(jié)
本章首先介紹了扇貝分選機(jī)的工作原理，分析了其總體功能需求，并且在此基礎(chǔ)上提出了扇貝分選裝置的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、分級(jí)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，對(duì)具體方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了依據(jù)。
3 扇貝分選裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖 3 1上料機(jī)構(gòu)
圖 3 1為扇貝分選裝置的上料機(jī)構(gòu)，上料機(jī)構(gòu)將上料箱中的扇貝傳送到下一個(gè)機(jī)構(gòu)中?？紤]到上料效率，初步設(shè)計(jì)上料機(jī)構(gòu)的上料速度與分選機(jī)構(gòu)的速度比為3:1，上料機(jī)構(gòu)采用材料為PVC的上料輸送帶，由于扇貝的上料箱中有水，扇貝通過(guò)傾斜的輸送帶傳送時(shí)不能只靠輸送帶的摩擦力傳送，所以需要通過(guò)輸送帶上的擋板傳送。
按每次擋板輸送3個(gè)扇貝設(shè)計(jì)，按最大扇貝150mm計(jì)算，上料輸送帶上的擋板應(yīng)為450mm，且上料輸送帶的帶寬應(yīng)大于450mm，因此設(shè)計(jì)帶寬為500mm。傳動(dòng)滾筒選用JYD-0.75-0.32-250×500，直徑為500的傳動(dòng)滾筒。由于上料機(jī)構(gòu)的主動(dòng)軸與從動(dòng)軸都沒(méi)有軸向力，因此主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的軸承選用帶菱形座軸承型號(hào)為UCFLU310里面的軸承是深溝球軸承，可以滿足使用要求。
圖 3 2上料機(jī)構(gòu)從動(dòng)軸可調(diào)
考慮到輸送帶在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，在安裝過(guò)程中將一端固定，另一端安裝為可調(diào)的，本設(shè)計(jì)中將主動(dòng)軸固定安裝，從動(dòng)軸可調(diào)安裝。如圖 3 2所示，可調(diào)的從動(dòng)軸安裝在帶菱形座的軸承上，而帶菱形座軸承安裝在一個(gè)滑動(dòng)塊上，滑動(dòng)塊可以沿著輸送帶方向通過(guò)一個(gè)雙頭螺栓移動(dòng)。
3.2 傳送機(jī)構(gòu)1、2設(shè)計(jì)
圖 3 3傳送機(jī)構(gòu)1、2
扇貝經(jīng)過(guò)圖像處理處時(shí)必須單個(gè)進(jìn)入，所以從上料機(jī)構(gòu)來(lái)的扇貝經(jīng)過(guò)傳送機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)單個(gè)傳送進(jìn)入圖像處理處，本設(shè)計(jì)中采用三個(gè)傳送機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先扇貝通過(guò)上料機(jī)構(gòu)后掉入圖 3 3中的傳送機(jī)構(gòu)1，傳送機(jī)構(gòu)1與傳送機(jī)構(gòu)2的輸送帶交錯(cuò)配合。扇貝通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)1運(yùn)動(dòng)到左端如圖 3 4傳送機(jī)構(gòu)1與傳送機(jī)構(gòu)2的銜接處時(shí)，扇貝就會(huì)分開(kāi)的進(jìn)入傳送機(jī)構(gòu)2，傳送機(jī)構(gòu)2的輸送帶有兩組，一組為有帶有圓柱型的，一組為帶有擋板型的。兩個(gè)圓柱型與中間一個(gè)擋板型的傳送帶可以傳送一個(gè)扇貝。所以傳送機(jī)構(gòu)2一組可以傳送3個(gè)扇貝。扇貝通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)2傳送到下一個(gè)機(jī)構(gòu)中。
圖 3 4傳送機(jī)構(gòu)1與傳送機(jī)構(gòu)2銜接處
3.3 傳送機(jī)構(gòu)3設(shè)計(jì)
圖 3 5傳送機(jī)構(gòu)3
扇貝經(jīng)過(guò)傳送機(jī)構(gòu)1和傳送機(jī)構(gòu)2通過(guò)圖 3 6傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)3銜接處進(jìn)入傳送機(jī)構(gòu)3，傳送機(jī)構(gòu)3中輸送帶每隔一小段距離有個(gè)小擋板，每個(gè)扇貝掉入輸送帶擋板與擋板的空隙中，擋板與擋板的空隙應(yīng)大于最大的扇貝尺寸，因此擋板與擋板中間的距離應(yīng)大于150mm，扇貝經(jīng)過(guò)傳送機(jī)構(gòu)1、傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)3就可以單個(gè)排序進(jìn)入圖像采集區(qū)域了。
圖 3 6傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)3銜接處
考慮到傳送機(jī)構(gòu)3輸送帶使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致輸送帶發(fā)生變形，傳送機(jī)構(gòu)3在安裝時(shí)，主動(dòng)軸固定安裝，而從動(dòng)軸可沿著傳送帶方向調(diào)整移動(dòng)如圖 3 7所示，從動(dòng)軸安裝在帶菱形座軸承上，而帶菱形軸承安裝在一個(gè)滑動(dòng)塊上類似于上面上料機(jī)構(gòu)可調(diào)從動(dòng)軸的安裝，滑塊通過(guò)一個(gè)雙頭螺栓安裝。
圖 3 7傳送機(jī)構(gòu)3從動(dòng)軸可調(diào)
3.4 分選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖 3 8分選機(jī)構(gòu)
圖 3 9攝像頭支架
扇貝通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)進(jìn)入圖 3 8分選機(jī)構(gòu)，首先由CCD攝像頭采集圖像信息，經(jīng)過(guò)圖像處理后判斷分為第幾組后控制相對(duì)應(yīng)組的氣缸動(dòng)作氣缸推動(dòng)推板推動(dòng)扇貝進(jìn)入滑道掉入相對(duì)應(yīng)的收料箱。選用氣缸的時(shí)候注意到氣缸的行程必須接近分選機(jī)構(gòu)輸送帶的帶寬才能完全推動(dòng)扇貝進(jìn)入滑道，否側(cè)可能只是將扇貝推動(dòng)到側(cè)面無(wú)法完全進(jìn)入滑道，我選用的氣缸型號(hào)為ESI-32×175，行程為175mm，直徑為32mm。此外分選機(jī)構(gòu)中的攝像頭支架如圖 3 9也值得注意，攝像頭支架支撐攝像頭的高度應(yīng)可以調(diào)整，本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)支架處有導(dǎo)軌，使得中間的支架可以在兩邊支架導(dǎo)軌上上下移動(dòng)，調(diào)整到想要的位置時(shí)再通過(guò)中間支架的螺栓來(lái)鎖緊來(lái)固定。同樣也考慮到分選機(jī)構(gòu)輸送帶使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生變形，分選機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸固定安裝，從動(dòng)軸可調(diào)安裝與傳送機(jī)構(gòu)3的安裝方式相同。
3.5 電機(jī)座設(shè)計(jì)
圖 3 10電機(jī)座
如圖 3 10由于電機(jī)輸出軸是輸出轉(zhuǎn)矩，輸出軸可以承受扭矩而不能承受彎矩，所以不能在電機(jī)輸出軸上直接安裝鏈輪，電機(jī)輸出軸需要經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器與一個(gè)過(guò)渡軸相連，過(guò)渡軸另一端安裝在一個(gè)帶菱形座軸承上，這樣過(guò)渡軸就可以承受彎矩了，再將鏈輪安裝在此過(guò)渡軸上就合理了。
電機(jī)輸出軸直徑為22，過(guò)渡軸直徑為30，聯(lián)軸器選擇型號(hào)為DCEK94-22-30_214的鍵槽聯(lián)軸器。
3.6 總裝配設(shè)計(jì)
圖 3 11總裝配1
圖 3 12總裝配2
整個(gè)扇貝自動(dòng)分選裝置如圖 3 12與圖 3 12所示，分為五個(gè)機(jī)構(gòu)，分別為：上料機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)1、傳送機(jī)構(gòu)2、傳送機(jī)構(gòu)3與分選機(jī)構(gòu)。
上料機(jī)構(gòu)將上料箱中的扇貝傳送到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1上，上料機(jī)構(gòu)每一個(gè)擋板輸送3個(gè)扇貝，傳送機(jī)構(gòu)1一排也為3個(gè)扇貝，通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)2將傳送機(jī)構(gòu)1中的扇貝分隔開(kāi)，保證一組三個(gè)扇貝，進(jìn)入傳送機(jī)構(gòu)3，所以傳送機(jī)構(gòu)3中的扇貝為逐個(gè)分離的扇貝了。傳送機(jī)構(gòu)3再將扇貝傳送到分選機(jī)構(gòu)當(dāng)中。扇貝依次通過(guò)分選機(jī)構(gòu)中圖像檢測(cè)區(qū)域，經(jīng)過(guò)圖像處理后控制分選機(jī)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的氣缸動(dòng)作，控制氣缸動(dòng)作可以將圖像采集區(qū)域與氣缸動(dòng)作距離與分選機(jī)構(gòu)輸送帶的帶速相比，得到扇貝從圖像采集區(qū)域到對(duì)應(yīng)氣缸動(dòng)作之間的時(shí)間，而控制氣缸動(dòng)作時(shí)可以加上這個(gè)延時(shí)，就可以省去扇貝通過(guò)氣缸處的位置傳感器。
將分選機(jī)構(gòu)傳送帶上的扇貝推送到相應(yīng)的滑道中，扇貝通過(guò)滑道最后滑到不同的收料箱當(dāng)中。為了保證扇貝的存活率收料箱中需要乘少量水起到緩沖作用。
考慮到功率損耗，電機(jī)安裝在扇貝分選裝置的上料機(jī)構(gòu)或者分選機(jī)構(gòu)處，損耗的功率將更大，所以本設(shè)計(jì)中將電機(jī)安裝在扇貝分選裝置中間機(jī)構(gòu)處——傳送機(jī)構(gòu)3處。
4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 各機(jī)構(gòu)輸送帶帶速與主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)與計(jì)算
在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí),采取產(chǎn)能為4000個(gè)/小時(shí)。設(shè)計(jì)的上料機(jī)構(gòu)每個(gè)擋板可以輸送3個(gè)扇貝，所以上料機(jī)構(gòu)每組擋板的速度是4000/3組/小時(shí)，而上料機(jī)構(gòu)每組擋板的距離為330mm。
扇貝經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)擋板間距為180mm，所以進(jìn)入分選機(jī)構(gòu)時(shí)扇貝與扇貝的間距為180mm。
所以分選機(jī)構(gòu)輸送帶的速度為：
4000×180×10-360×60=0.2 m/s
再根據(jù)V=nπd，分選機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸直徑為40mm，不難算出分選機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n=38.197r/min。
分選機(jī)構(gòu)與傳送機(jī)構(gòu)3的傳動(dòng)比為1:1，且傳送機(jī)構(gòu)3的主動(dòng)軸與分選機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸的直徑都為40mm，所以傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的輸送帶與分選機(jī)構(gòu)輸送帶的帶速是一樣的，都為0.2m/s，且主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速也為一樣，都為38.197r/min。
扇貝經(jīng)過(guò)傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)3的速度比為3:1（因?yàn)閭魉蜋C(jī)構(gòu)2一組扇貝有3個(gè)）所以傳送機(jī)構(gòu)2輸送帶的帶速為0.2/3=0.067 m/s，傳送機(jī)構(gòu)2主動(dòng)軸的直徑為40mm，所以轉(zhuǎn)速為12.796 r/min。
由于傳送機(jī)構(gòu)1與傳送機(jī)構(gòu)2的傳動(dòng)比為1:1，且傳送機(jī)構(gòu)2主動(dòng)軸直徑與傳送機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸直徑相同，都為40mm，所以傳送機(jī)構(gòu)1輸送帶的帶速與傳送機(jī)構(gòu)2輸送帶帶速一樣，都為0.067 m/s，且傳送機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速與傳送機(jī)構(gòu)2主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速也為一樣，都為12.796 r/min。
整個(gè)扇貝分選裝置的分選速度為4000個(gè)/小時(shí)，上料機(jī)構(gòu)速度應(yīng)與其對(duì)應(yīng)，上料機(jī)構(gòu)速度過(guò)大，容易造成扇貝在傳送機(jī)構(gòu)處的堆積，上料機(jī)構(gòu)的速度過(guò)低，容易使得傳送機(jī)構(gòu)與分選機(jī)構(gòu)空運(yùn)行，造成資源浪費(fèi)，所以上料機(jī)構(gòu)的輸送帶速度應(yīng)與整個(gè)裝置分選速度相對(duì)應(yīng)為：
4000×330×10-33×60×60=0.122 m/s
再根據(jù)V=nπd,上料機(jī)構(gòu)傳動(dòng)滾筒直徑為250mm，不難算出上料機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n=9.32 r/min。
總結(jié)一下各機(jī)構(gòu)輸送帶帶速與主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速：
上料機(jī)構(gòu) ：輸送帶帶速為 0.122m/s 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 9.32r/min
傳送機(jī)構(gòu)1：輸送帶帶速為 0.067m/s 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 12.796r/min
傳送機(jī)構(gòu)2：輸送帶帶速為 0.067m/s 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 12.796r/min
傳送機(jī)構(gòu)3：輸送帶帶速為 0.2m/s 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 38.197r/min
分選機(jī)構(gòu)：輸送帶帶速為 0.2m/s 主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 38.197r/min
4.2 計(jì)算各機(jī)構(gòu)功率
4.2.1 計(jì)算上料機(jī)構(gòu)的功率
上料機(jī)構(gòu)為一個(gè)傾角為30°的斜坡上料輸送帶傳送機(jī)構(gòu)，運(yùn)行阻力為Fμ。
Fμ=FH+Fst
其中，F(xiàn)H為主要阻力，F(xiàn)st為提升阻力。
FH=g×l2qB+qGcosδ
其中，g=9.8 m/s2
l為輸送帶長(zhǎng)度為1.514 m
qB為每米輸送帶質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)查取7 kg/m
qG為每米物料質(zhì)量，扇貝按最大質(zhì)量500g計(jì)算得5.5kg/m
δ為傾斜角，30°
FH=9.8×1.514×2×7+5.5cos30°=250.56 N
Fst=h×g×qG
其中，h為上升的高度，為0.545m
Fst=0.545×9.8×5.5=29.38 N
Fμ=FH+Fst=250.56+29.38=279.94 N
所以上料機(jī)構(gòu)的功率為P0=Fμ×V=279.94×0.122=34.15 W
4.2.2 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)1的功率
傳送機(jī)構(gòu)1為水平輸送帶的傳送機(jī)構(gòu)，運(yùn)行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長(zhǎng)度為1 m
qB為每米輸送帶質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)查取2.946 kg/m
qG為每米物料質(zhì)量，扇貝按最大質(zhì)量500g計(jì)算得4.55kg/m
FH=0.025×9.8×1×2×2.946+4.55=2.56 N
所以傳送機(jī)構(gòu)1的功率為P1=Fμ×V=2.56×0.067=0.17 W
4.2.3 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)2的功率
傳送機(jī)構(gòu)2為一個(gè)傾角為45°的斜坡上料輸送帶傳送機(jī)構(gòu)，運(yùn)行阻力為Fμ。
Fμ=FH+Fst
其中，F(xiàn)H為主要阻力，F(xiàn)st為提升阻力。
FH=g×l2qB+qGcosδ
其中，g=9.8 m/s2
l為輸送帶長(zhǎng)度為0.7 m
qB為每米輸送帶質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)查取3.437 kg/m
qG為每米物料質(zhì)量，扇貝按最大質(zhì)量500g計(jì)算得7.5kg/m
δ為傾斜角，45°
FH=9.8×0.7×2×3.437+7.5cos45°=69.7 N
Fst=h×g×qG
其中，h為上升的高度，為0.495m
Fst=0.495×9.8×7.5=36.38 N
Fμ=FH+Fst=69.7+36.38=106.08 N
所以傳送機(jī)構(gòu)2的功率為P2=Fμ×V=106.08×0.067=7.11 W
4.2.4 計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)3的功率
傳送機(jī)構(gòu)3為水平輸送帶的傳送機(jī)構(gòu)，運(yùn)行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長(zhǎng)度為1.8 m
qB為每米輸送帶質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)查取2.09 kg/m
qG為每米物料質(zhì)量，扇貝按最大質(zhì)量500g計(jì)算得2.78kg/m
FH=0.025×9.8×1.8×2×2.09+2.78=3.07 N
所以傳送機(jī)構(gòu)3的功率為P3=Fμ×V=3.07×0.2=0.61 W
4.2.5 計(jì)算分選機(jī)構(gòu)的功率
分選機(jī)構(gòu)為水平輸送帶的傳送機(jī)構(gòu)，運(yùn)行阻力Fμ=FH。
FH=f×g×l2qB+qG
其中，f為模擬摩擦系數(shù)，取0.025
l為輸送帶長(zhǎng)度為1.4 m
qB為每米輸送帶質(zhì)量，經(jīng)過(guò)調(diào)查取2.21 kg/m
qG為每米物料質(zhì)量，扇貝按最大質(zhì)量500g計(jì)算得2.78kg/m
FH=0.025×9.8×1.4×2×2.21+2.78=2.47 N
所以分選機(jī)構(gòu)的功率為P4=Fμ×V=2.47×0.2=0.49W
4.3 電機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)電機(jī)出來(lái)后經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器，通過(guò)鏈輪傳動(dòng)給整個(gè)裝置。不考慮軸承的工作效率，聯(lián)軸器的效率取η1=0.99，滾子鏈傳動(dòng)效率取η2=0.96，開(kāi)式錐齒輪的效率取η3=0.93，傳動(dòng)滾筒效率取η4=0.98。
對(duì)于上料機(jī)構(gòu)，從電機(jī)，經(jīng)過(guò)了1次聯(lián)軸器，4次滾子鏈傳動(dòng)，1次錐齒輪，1次傳動(dòng)滾筒。
對(duì)于傳送機(jī)構(gòu)1，從電機(jī)，經(jīng)過(guò)了1次聯(lián)軸器，2次滾子鏈傳動(dòng)，1次錐齒輪，1次傳動(dòng)滾筒。
對(duì)于傳送機(jī)構(gòu)2，從電機(jī)，經(jīng)過(guò)了1次聯(lián)軸器，3次滾子鏈傳動(dòng)，1次錐齒輪，1次傳動(dòng)滾筒。
對(duì)于傳送機(jī)構(gòu)3，從電機(jī)，經(jīng)過(guò)了1次聯(lián)軸器，1次滾子鏈傳動(dòng)，1次傳動(dòng)滾筒。
對(duì)于分選機(jī)構(gòu)，從電機(jī)，經(jīng)過(guò)了1次聯(lián)軸器，2次滾子鏈傳動(dòng)，1次傳動(dòng)滾筒。
所以電機(jī)的總功率為：
P,=P0η1×η24×η3×η4+P1η1×η22×η3×η4+P2η1×η23×η3×η4+P3η1×η2×η4+P4η1×η22×η4=34.150.99×0.964×0.93×0.98+0.170.99×0.962×0.93×0.98+7.110.99×0.963×0.93×0.98+0.610.99×0.96×0.98+0.490.99×0.962×0.98=54.25 W
考慮到傳動(dòng)過(guò)程不平穩(wěn)，扇貝傳送過(guò)程的顛簸等因素，將計(jì)算得到的電機(jī)總功率乘一個(gè)安全系數(shù)S，S取1.2。
所以P=S×P,=1.2×54.25=65.1W
電機(jī)的選擇：根據(jù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的鏈輸送速度不高,整個(gè)裝置的負(fù)載較小,初步確定此裝置所需的電機(jī)功率為0.07千瓦。通過(guò)市場(chǎng)的調(diào)查情況,這里選用減速電機(jī)，型號(hào)為PTNL28-0400-25S3，功率為0.4kw,轉(zhuǎn)速為56r/min。此類電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)性能好、效率高、噪聲低、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),廣泛用于驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備?；緷M足使用要求。
4.4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于各個(gè)機(jī)構(gòu)相距較遠(yuǎn)，所以不能采用齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳動(dòng)可以一般用同步帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)。而鏈傳動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)，與帶傳動(dòng)相比，無(wú)彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過(guò)載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動(dòng)尺寸?。凰鑿埦o力小，作用于軸上的壓力?。荒茉诟邷?、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。所以本設(shè)計(jì)中采用鏈傳動(dòng)。
鏈傳動(dòng)中心距過(guò)小，則小鏈輪上的包角小，同時(shí)嚙合的鏈輪齒數(shù)就少；若中心距過(guò)大，則易使鏈條抖動(dòng)。一般可取中心距a=(30～50)p，最大中心距 ≤80p。
圖 4 1電機(jī)與傳送機(jī)構(gòu)3鏈傳動(dòng)
電機(jī)與傳送機(jī)構(gòu)3主動(dòng)軸的鏈傳動(dòng)如圖 4 1：電機(jī)輸出軸的鏈輪選用16A-17，與之相連的傳送機(jī)構(gòu)3主動(dòng)軸的鏈輪選用16A-25，節(jié)距為25.4，中心距為694.96（27p）。
圖 4 2傳送機(jī)構(gòu)3與分選機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)
如圖 4 2傳送機(jī)構(gòu)3與分選機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為1:1，傳送機(jī)構(gòu)3主動(dòng)軸鏈輪選用20A-17，與之相連的分選機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸鏈輪也選用20A-17，節(jié)距為31.75，中心距為1849.95（58p）。
低速鏈傳動(dòng)（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為86700N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.4計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)3的功率中可知，取3.07N.
Sca=86700×11.2×3.07=23534>8
安全系數(shù)遠(yuǎn)大于需用安全系數(shù)。
表 4 1
表 4 2
圖 4 3傳送機(jī)構(gòu)3與傳動(dòng)過(guò)渡軸錐齒輪傳動(dòng)
傳送機(jī)構(gòu)3與傳送機(jī)構(gòu)2的運(yùn)動(dòng)方向垂直，不能直接用鏈傳動(dòng)，可以采用錐齒輪傳動(dòng)或者蝸輪蝸桿傳動(dòng)，而傳送機(jī)構(gòu)3與傳送機(jī)構(gòu)2的傳動(dòng)比為3:1傳動(dòng)比相差較小，且蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率較低，所以排除蝸輪蝸桿傳動(dòng)，選用錐齒輪傳動(dòng)，這里設(shè)計(jì)一根傳動(dòng)過(guò)渡軸，將相互垂直的運(yùn)動(dòng)過(guò)渡如圖 4 3。傳送機(jī)構(gòu)3與傳動(dòng)軸的傳動(dòng)比為1:1，這里錐齒輪選用相同的錐齒輪。模數(shù)為4mm，分度圓錐角為45°，齒數(shù)為30。
圖 4 4過(guò)渡傳動(dòng)軸與傳送機(jī)構(gòu)1鏈傳動(dòng)
如圖 4 4過(guò)渡的傳動(dòng)軸與傳送機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸的傳動(dòng)比為3:1，過(guò)渡傳動(dòng)軸的鏈輪選用08A-17，與之相連的傳送機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸的鏈輪選用08A-51，節(jié)距為12.7，他們兩的中心距為321.59（25p）。
圖 4 5傳送機(jī)構(gòu)1與傳送機(jī)構(gòu)2鏈傳動(dòng)
低速鏈傳動(dòng)（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為13800N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.3計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)2的功率中可知，取106.08N.
Sca=13800×11.2×106.08=108.4>8
安全系數(shù)遠(yuǎn)大于需用安全系數(shù)。
如圖 4 5傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)1的傳動(dòng)比為1:1，所以他們兩的鏈輪齒數(shù)相同，都采用08A-17，節(jié)距為12.7，中心距為562.89（44p）。
圖 4 6傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1與上料機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)
傳送機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為12.796r/min，上料機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為9.32r/min。所以傳送機(jī)構(gòu)1與上料機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比為1.39。在這里傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1主動(dòng)軸鏈輪選用20A-17，與之相連的上料機(jī)構(gòu)主動(dòng)軸鏈輪選用20A-23，節(jié)距為31.75，中心距為1201.39（38p），傳動(dòng)比為1.35如圖 4 6，誤差為0.028。這個(gè)誤差是上料機(jī)構(gòu)與傳送機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差，并不會(huì)導(dǎo)致傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，只會(huì)引起上料稍微過(guò)快，而且誤差僅為0.028。
低速鏈傳動(dòng)（v<0.6m/s）校核安全系數(shù)
Sca=Flim×nKA×F1
其中，F(xiàn)lim為單排鏈極限拉伸載荷，由表 4 1可知為86700N.
n為排數(shù)，單排為1.
KA為工作情況系數(shù)，由表 4 2取1.2
F1為鏈的緊邊工作拉力，由上文4.2.2計(jì)算傳送機(jī)構(gòu)1的功率中可知，取2.56N.
Sca=86700×11.2×2.56=28222>8
安全系數(shù)遠(yuǎn)大于需用安全系數(shù)。
使用設(shè)計(jì)的電機(jī)與傳動(dòng)比后實(shí)際的各個(gè)機(jī)構(gòu)工作速度與分選速度：
減速電機(jī)轉(zhuǎn)速為65r/min。
傳送機(jī)構(gòu)3與電機(jī)傳動(dòng)比為17:25，所以傳送機(jī)構(gòu)3主動(dòng)軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速為44.2r/min,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3傳動(dòng)滾筒直徑為100mm，V=nπd，算出傳送機(jī)構(gòu)3輸送帶的實(shí)際帶速為0.231m/s。
分選機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3的傳動(dòng)比為1:1，所以分選機(jī)構(gòu)實(shí)際轉(zhuǎn)速為44.2r/min，分選機(jī)構(gòu)傳動(dòng)滾筒直徑也為100mm，所以分選機(jī)構(gòu)實(shí)際帶速為0.231m/s。
傳送機(jī)構(gòu)3與傳送機(jī)構(gòu)1的傳動(dòng)比為3:1，所以傳送機(jī)構(gòu)1的實(shí)際轉(zhuǎn)速為14.73r/min，傳送機(jī)構(gòu)1傳動(dòng)滾筒直徑為100mm，所以傳送機(jī)構(gòu)1輸送帶實(shí)際帶速為0.077m/s。
傳送機(jī)構(gòu)2與傳送機(jī)構(gòu)1的傳動(dòng)比為1:1，所以傳送機(jī)構(gòu)2的實(shí)際轉(zhuǎn)速為14.73r/min，傳送機(jī)構(gòu)2傳動(dòng)滾筒直徑為100mm，所以傳送機(jī)構(gòu)2輸送帶的實(shí)際帶速為0.077m/s。
上料機(jī)構(gòu)與傳送機(jī)構(gòu)1的實(shí)際傳動(dòng)比為17:23，所以上料機(jī)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為10.89r/min，上料機(jī)構(gòu)傳動(dòng)滾筒直徑為250mm，所以上料機(jī)構(gòu)輸送帶實(shí)際帶速為0.142m/s。
分選機(jī)構(gòu)逐個(gè)扇貝間距為180mm，實(shí)際分選機(jī)構(gòu)輸送帶帶速為0.231m/s，實(shí)際分選速度為：
0.231×60×60×103180=4620 個(gè)/h
實(shí)際分選速度為4620個(gè)/h滿足課題要求4000個(gè)/h。
5 圖像采集與處理方案
5.1 CCD檢測(cè)系統(tǒng)的原理
在扇貝分選裝置中，我重點(diǎn)設(shè)計(jì)了機(jī)械傳動(dòng)部分，對(duì)圖像識(shí)別區(qū)域處理部分設(shè)計(jì)偏少。
識(shí)別在分選機(jī)構(gòu)中移動(dòng)的扇貝的大小是非常重要的，識(shí)別的精度直接影響著分選的精度。在選用攝像頭的感光芯片時(shí)，現(xiàn)在市面上有兩種類型，一種是CCD的感光芯片、一種是CMOS的感光芯片。考慮到扇貝通過(guò)圖片采集區(qū)域時(shí)，是隨著分選機(jī)構(gòu)輸送帶運(yùn)動(dòng)的，而在采集運(yùn)動(dòng)物體圖像信息的時(shí)候，CCD的感光芯片效果要好一些，所以我們這里采用這種芯片。
目前，CCD技術(shù)已發(fā)展成一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)，成為現(xiàn)代光電子與測(cè)試技術(shù)中最受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。例如，在國(guó)防軍事領(lǐng)域，CCD成像技術(shù)在微光、夜視、遙感應(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用，適應(yīng)了現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，成為軍事微電子學(xué)的研究熱門；在科研領(lǐng)域，由于其靈敏度高、噪聲低，成為研究宏觀（如天體）和微觀（如生物細(xì)胞）現(xiàn)象不可缺少的工具；CCD具有成本低、小而輕的特點(diǎn)，在圖像通信領(lǐng)域也獲得了廣泛的用途；在工程測(cè)量領(lǐng)域，CCD在工件尺寸測(cè)量、工件表面質(zhì)量檢測(cè)、物體熱膨脹系數(shù)測(cè)量、光強(qiáng)分布測(cè)量等方面都有很好的應(yīng)用。
CCD攝像頭與普通攝像頭相比有很多優(yōu)點(diǎn)，抗震性好，在運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，有許多不可避免震動(dòng)。此外，CCD攝像頭的靈敏度和分辨率都比較高，對(duì)圖像采集比較精確，壽命也比較長(zhǎng)。諸多優(yōu)點(diǎn)使得CCD攝像頭也常用于工業(yè)當(dāng)中。
5.2 圖像處理方案
圖 5 1圖像處理流程圖
本文中提供一種圖像處理方案如圖 5 1，首先通過(guò)CCD攝像頭采集圖像信息。然后依次對(duì)圖像進(jìn)行灰度化和二值化將圖片化為黑白圖像，再對(duì)采集的圖片進(jìn)行均值濾波來(lái)降噪，這樣可以過(guò)濾掉一些雜質(zhì)的點(diǎn)，這樣就可以將這些沒(méi)必要參與后續(xù)處理的點(diǎn)過(guò)濾掉，提高整體圖像處理的效率。之后就是對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，提取出扇貝輪廓的邊緣，邊緣檢測(cè)的原理為提取出上個(gè)二值化后的黑白交替的點(diǎn)就是圖像的邊緣。最后比較扇貝輪廓的大小。
6 結(jié) 論
本文論述了扇貝自動(dòng)分選裝置的工作原理，傳送機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)，部分傳統(tǒng)部件的機(jī)械設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中，上料部分采用輸送帶上料方式，減小了上料部分扇貝的破損率，提高了生產(chǎn)效率；分選部分，采用CCD圖像處理方式測(cè)量扇貝尺寸，分級(jí)方式簡(jiǎn)單有效；當(dāng)扇貝被輸送到CCD圖像處理器下時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行信息處理得出對(duì)應(yīng)扇貝的尺寸。再發(fā)出信號(hào)到分選裝置，當(dāng)扇貝到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)，汽缸動(dòng)作，完成最終的分選工作。
采用傳送帶運(yùn)輸方式解決了傳統(tǒng)手工扇貝分級(jí)效率低，或高破損率問(wèn)題。而此裝置挑選效率高、挑選準(zhǔn)確、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備也可應(yīng)用于其他貝類的分選，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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致 謝
本論文從最初的選題到最終完成，都是在XXX導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的，字里行間都傾注著陸老師的心血。每次當(dāng)我遇到難題時(shí)，老師都能夠耐心地鼓勵(lì)和教導(dǎo)我，給予了我許多的幫助，給我提供了許多相關(guān)的資料和寶貴的意見(jiàn)。在我的寫作過(guò)程中XXX導(dǎo)師對(duì)我的不斷提醒和幫助，是我在論文研究中能夠順利的進(jìn)行，并且在本次論文寫作中，XXX導(dǎo)師也給予了一些建議，使得本文的內(nèi)容更加具有說(shuō)服力。在此向敬愛(ài)的XXX老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意！
至關(guān)重要的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我雖然做的兢兢業(yè)業(yè)，但是，由于本設(shè)計(jì)所用知識(shí)較多，覆蓋面較廣，在設(shè)計(jì)的初期階段確實(shí)遇到了很多的困難。在我困惑的時(shí)候都是XXX老師以及XXX老師細(xì)心的幫助我，鼓勵(lì)我，沒(méi)有XXX老師和XXX老師的幫助和鼓勵(lì),我的畢業(yè)設(shè)計(jì)很難這么順利的完成，在次我特別感謝XXX老師、XXX老師，作為我的指導(dǎo)老師對(duì)我仔細(xì)和耐心的指導(dǎo)、幫助。
同時(shí)，我還要感謝一起陪伴四年的大學(xué)同學(xué)，在學(xué)習(xí)和生活中我們互相幫助，是你們讓我的大學(xué)生活充滿歡樂(lè)收獲到更多的東西。最后特別感謝我的家人，是你們一直在背后默默的關(guān)心我，為我創(chuàng)造最好的條件，給我勇氣勇往直前。
最后感謝各位評(píng)委老師在百忙之中評(píng)閱我的論文和提出的寶貴建議！
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