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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
課題名稱 一種小型水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 康 鵬 程
學(xué) 號(hào) 8031209104
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 農(nóng)機(jī)13-1
指導(dǎo)教師 肖 愛 玲
起止時(shí)間 2012.10.15-2013.5.27
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說 明
一、學(xué)生撰寫《開題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)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(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)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(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)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(zhì),而且適于生食的特點(diǎn)又避免了烹調(diào)過程對(duì)維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞作用,使這些營(yíng)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(jìn)腸道蠕動(dòng),有利于糞便排出;并能加速某些有毒物質(zhì)的代謝過程,減輕毒物對(duì)人體的損害作用?；谒臓I(yíng)養(yǎng)特點(diǎn),營(yíng)養(yǎng)學(xué)家已把水果作為食物結(jié)構(gòu)中的一個(gè)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(biāo)。隨著社會(huì)生活水平的提高，對(duì)健康意識(shí)的增強(qiáng)。人們不僅對(duì)水果的需求量越來越大而且對(duì)水果品質(zhì)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(nóng)業(yè)勞動(dòng)者文化水平的提高，他們將農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的理論實(shí)踐于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。不再用原始的粗狂式經(jīng)營(yíng)方法，而是懂得將水果進(jìn)行分級(jí)處理。不同等級(jí)的價(jià)格不同，從而獲得更大的利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)利益最大化?？梢娝旨?jí)不僅是廣大消費(fèi)者的要求，更是農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)者自主性的生產(chǎn)勞動(dòng)。而水果有著分選工作時(shí)效性強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)高的特點(diǎn)。如果靠人工實(shí)現(xiàn)分選工作，將增加生產(chǎn)勞動(dòng)者的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。而且人工勞動(dòng)不僅效率低且成本較高。因此實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)勢(shì)在必行。
中國果品流通協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)傅秀泉曾說道：目前發(fā)達(dá)國家人均水果年消費(fèi)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(fèi)水果量?jī)H為45.6公斤，較發(fā)達(dá)國家低45%，較發(fā)展中國家也低18%。按現(xiàn)在的總?cè)丝谟?jì)算，我國人均消費(fèi)水果要達(dá)到全世界人均年消費(fèi)61.4公斤的水平，需要增加2000多萬噸的供給量。預(yù)計(jì)今后一個(gè)時(shí)期，我國居民水果消費(fèi)將會(huì)有較快增長(zhǎng)，并成為帶動(dòng)水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。水果加工機(jī)械的發(fā)展將為水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、國內(nèi)外水果分選分級(jí)設(shè)備的發(fā)展特點(diǎn)與趨勢(shì)
2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外早期的水果自動(dòng)分級(jí)方法主要通過CCD相機(jī)，采用無損檢測(cè)、計(jì)算機(jī)分析處理等手段對(duì)水果逐一進(jìn)行分析判別后得出綜合結(jié)論。利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)無損檢測(cè)是目前國際上正在研究的熱點(diǎn)課題。除了使用高效的信息處理技術(shù)，水果的質(zhì)量無損檢測(cè)手段包括近紅外線、紅外線檢驗(yàn)等光學(xué)檢驗(yàn)方法和高光譜、多光譜技術(shù)等。其發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：
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(jī)械式分選分級(jí)機(jī)具難免會(huì)出現(xiàn)損傷，從而造成“降級(jí)”損失。隨著科技水平的不斷提高，各學(xué)科互相滲透日益普遍，光學(xué)、電子技術(shù)廣泛應(yīng)用到分選分級(jí)設(shè)備中。運(yùn)用光、電技術(shù)，不僅效率高，檢驗(yàn)精度也高，還可以測(cè)定果實(shí)的成熟度、含糖量、有否病蟲害、空心等，對(duì)這些項(xiàng)目，傳統(tǒng)機(jī)械式是無能為力的。運(yùn)用光、電技術(shù)，還可以去掉很多繁雜的結(jié)構(gòu)，機(jī)具緊湊、靈巧，可靠性高，甚至造價(jià)還低。
2、為適應(yīng)生產(chǎn)要求，機(jī)具的處理能力日漸提高自動(dòng)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(shè)備廣泛實(shí)現(xiàn)了儀表化和數(shù)顯化。
3、注意改善勞動(dòng)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(xiàng)檢驗(yàn)發(fā)展為多項(xiàng)復(fù)合檢驗(yàn)，聯(lián)機(jī)群檢成一線，可以對(duì)形狀、成熟度、內(nèi)部質(zhì)量等方面按要求同時(shí)依次連續(xù)進(jìn)行，這樣可避免由于被檢項(xiàng)目較多、多次裝機(jī)幾經(jīng)周折而損傷果實(shí)，從而進(jìn)一步提高了商品競(jìng)爭(zhēng)能力。
5、大力發(fā)展多品種通用分選機(jī)，可用于幾種果實(shí)的分選。實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，只需更換部分部件及分選標(biāo)準(zhǔn)的指令，就可進(jìn)行另一種水果或果菜的分選。機(jī)具可充分利用，節(jié)約了機(jī)具設(shè)備的投資、存放場(chǎng)地和保養(yǎng)費(fèi)用。
6、新技術(shù)為市場(chǎng)需要服務(wù)，但要善于了解消費(fèi)者的心理。目前，探測(cè)果實(shí)是否空心或內(nèi)在質(zhì)量時(shí)，廣泛采用測(cè)透光率的方法，也有應(yīng)用X射來測(cè)量。
7、分選分級(jí)只是收獲后包裝前的一個(gè)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(chǎn)的需要及果品的實(shí)際情況統(tǒng)一考慮，而不必將分選分級(jí)另外劃為一個(gè)獨(dú)立部分。
2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
由于國內(nèi)對(duì)水果品質(zhì)檢測(cè)及自動(dòng)分級(jí)研究時(shí)間不長(zhǎng)，有一些成功的研究，但遠(yuǎn)談不上大規(guī)模推廣應(yīng)用。還存在許多需要繼續(xù)解決的問題。如國內(nèi)研究的對(duì)象大多在靜態(tài)的狀態(tài)下進(jìn)行，另外以前對(duì)水果研究主要的是單渠道單指標(biāo)的分級(jí)，對(duì)水果的多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，處理速度較慢。對(duì)水果品質(zhì)進(jìn)行快速、全量檢測(cè)，多渠道同時(shí)并行，國內(nèi)學(xué)者需要繼續(xù)研究與攻克的難題之一。同時(shí)，理論和實(shí)際還有很大的距離。目前我國水果所用的分級(jí)設(shè)備還僅限于機(jī)械分級(jí)法，即利用重量和大小分級(jí)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)；機(jī)器自動(dòng)分級(jí)設(shè)備主要依靠于進(jìn)口，應(yīng)用并不廣泛。
三、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1、水果分級(jí)的方法
1、以水果的外部特征為分選標(biāo)準(zhǔn)
一般來說，水果的外部特征比較容易測(cè)量，基于水果的外部特征的分選設(shè)備種類繁多、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
(l)按質(zhì)量分選。根據(jù)水果的質(zhì)量進(jìn)行分選的分選機(jī)，是最早開發(fā)的機(jī)種，現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用于蘋果、梨等水果的分選作業(yè)。目前主要是機(jī)械式質(zhì)量分選機(jī)，有固定衡量秤和運(yùn)動(dòng)衡量秤兩種形式。
(2)按尺寸大小分選。按水果的體積大小進(jìn)行分選的分選機(jī)，最常見的是篩孔滾動(dòng)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(duì)不同波長(zhǎng)的光的反射強(qiáng)度不同。
(4)按硬度分選。按硬度分選的方法應(yīng)用比較少，是一種力學(xué)成熟度的分析方法。
(5)應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的分選。由攝像機(jī)采集水果的圖像，由計(jì)算機(jī)對(duì)水果的顏色、大小、形狀和表面損傷情況等信息進(jìn)行很精確的分析。
本課題采用按尺寸大小分選，課題的關(guān)鍵是保證水果不破損的前提下完成水果分級(jí)。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(huì)摔壞損傷。
四、本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1、本課題需要研究的難點(diǎn)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(jí)機(jī)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(jiān)硬的。而對(duì)于草莓、杏子、李子這類小而且較易破損的分級(jí)機(jī)械較少。
2、現(xiàn)有的水果分級(jí)裝置在分離時(shí)利用水果重力通過分級(jí)的機(jī)械部分。對(duì)于表皮較脆、較軟的水果，碰撞力將使水果產(chǎn)生傷害，不能保證水果的質(zhì)量。
3、現(xiàn)有的水果分級(jí)設(shè)備還存在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)震動(dòng)較大，震動(dòng)產(chǎn)生的力也會(huì)損傷水果。
4.1.2、需要解決的難題
設(shè)計(jì)提出一種全新的研究方案，主要解決問題的思路：
本設(shè)計(jì)的主要矛盾是：對(duì)于表皮脆而軟的水果比表皮堅(jiān)硬的水果分離起來比較困難，因?yàn)橐紤]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(jí)要求，即可完成設(shè)計(jì)要求。主要難題有：
1、對(duì)水果通過分級(jí)機(jī)械部分的方式進(jìn)行改進(jìn)或添加緩沖裝置，減小碰撞力。
2、對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)的方式加以改進(jìn)或通過其他方式減小機(jī)器自身的震動(dòng)，從而避免在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)械振動(dòng)對(duì)水果造成的傷害。
3、完成水果通過分級(jí)的機(jī)械部分前的傳輸方式，使得水果以正確的姿態(tài)進(jìn)入分級(jí)部分。
4、實(shí)現(xiàn)水果分級(jí)的效能，完成機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)。
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(xué)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(zhì)。水果分級(jí)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、原理等。
3、了解各種類型的水果分級(jí)機(jī)械特點(diǎn)。
4、關(guān)鍵問題可請(qǐng)求老師指導(dǎo)或通過同學(xué)討論，選擇適合水果分級(jí)機(jī)械的類型。
5、對(duì)擬定的水果分級(jí)機(jī)械的分級(jí)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算，利用Solidworks等繪圖軟件繪制出分級(jí)機(jī)械部分的零件圖，裝配圖，反復(fù)對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)、校核。
六、 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
工作方案：
1、設(shè)計(jì)并繪制出水果分級(jí)機(jī)械分級(jí)部分主要機(jī)體，確定機(jī)體的大概尺寸。
2、了解并調(diào)查水果的不同等級(jí)要求的果實(shí)大小。確定分級(jí)柵格的尺寸。
3、完成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)姆胖眯问?。確定各部件的尺寸。
4、繪制出水果分級(jí)機(jī)械分級(jí)部分柵格分布，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的布置位置。
5、設(shè)計(jì)出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速箱。對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，選出適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比。
6、繪制出傳動(dòng)機(jī)構(gòu)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(jìn)。
8、反復(fù)休整與調(diào)試，達(dá)到最佳效果。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）：
第1周—第2周 通過查找文獻(xiàn)資料，了解小型水果的品種及特性。水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)械發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第3周—第5周 設(shè)計(jì)小型水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)機(jī)械部分的總體方案。
第6周—第9周 針對(duì)小型水果設(shè)計(jì)出自動(dòng)分級(jí)機(jī)械部分：水果分級(jí)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)、水果輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計(jì)說明書，對(duì)部分問題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
七、 主要參考文獻(xiàn)
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學(xué)生簽名 康 鵬 程
2012年10月5日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日