椰子轮廓自动修剪机.doc

1、1海 南 大 学课 程 论 文（译文）题 目：椰子轮廓自动修剪机的设计（译文）学 号：20090508310024 20090508310040 姓 名：盛尚品 邹充 年 级：2009 级 学 院：机电工程学院 系 别：机械系 专 业：机械电子工程 指导教师：张喜瑞 老师 完成日期：2012 年 6 月 1 日 2目 录摘要3关键词31、前言32、材料方法42.1 未修剪的及已修剪的椰子的物理特性42.1.1 椰子样品的物理特性42.1.2 大小分布72.2 设计和操作82.2.1 设计82.2.2 操作112.3 性能测试133、结论分析与讨论153.1 椰子修剪后的完整的物理特性153.2

2、 椰子轮廓自动修剪机的工作性能16致谢183椰子轮廓自动修剪机的设计摘要：一台椰子自动修剪机原型已经完成了设计，建造，测试和评估。使用功能的机制为，尖斜刀在垂直平面平移运动来修剪被夹紧和绕着垂直轴旋转的椰子。机组件包括 1 个主框架，1 个侧面修剪台，1 个脊顶修剪台，1 个底部切割台，1 个旋转底座，3 个椰子固定夹，电气连接滑环，电源驱动器和可编程序电子控制。在实验中，未切边的椰子不断被送入三个分开的椰子固定夹。它们交替传送着通过侧面修剪、脊顶修剪和底部修剪的椰子。椰子固定夹按顺序，不断围绕着每个修剪机构装置旋转。该机构最佳设置包括：（1）每小时传输 86 个椰子；（2）已被修剪的椰子以

3、300rpm 旋转；（3）脊顶修剪刀高度为 180mm。纤维区域的平均损失率为 0.35，果肉损伤为 2.5，未被修剪绿色区域为 14.5。优化修整过的水果被种植者和贸易商所接受。关键词：椰子、物理特性、修剪平台、工作性能1、前言“Namhom”椰子深受国际喜爱。该椰子由一个封闭的外壳，里面含有果肉、果汁。通常情况下，为了方便搬移椰子，椰子都被手动修剪成一个五边形轮廓。手动修剪需要相当的体力和一个非常大的锋利刀，因而是一个危险的过程。与手工修剪相关的其他问题还4有：熟练劳动力的短缺和需要相当长时间的修剪过程。因此，一些研究人员试图开发出一个椰子修剪机（Harach 和Jarimopas，199

4、5年; Jarimopas 和 Pechsamai，2002年） 。不幸的是，他们的机器都不被种植者、加工者和贸易商所接受。然而，最近Jarimopas 和 Ruttanadat（2007）开发了一个新型的椰子修剪机，它看起来似乎更有潜质。该机器基于车床切削机原理，由侧面修剪刀、脊顶修剪刀、底部修剪刀和夹紧机构的车床机组成。该原型每小时可切削21个椰子，成品平均含1.1%的未被修剪部分和0.2%的纤维部分。机器修剪的椰子均被水果贸易商和出口商所接受。然而，大约70%的机器运行时间流失于手动重新定位并维持椰子稳定，和为每一个切削操作调整刀具位置。于是，它只能表示手动修剪比使用机器更快。为了享用椰

5、子的肉和汁，无论手动还是机械加工，椰子都必须被打开。修剪过程中，手动开启需要使用大而锋利的刀、大量体力，并增加了受伤的风险。 于是，Jarimopas 和 Kuson（2007）开发了一个椰子开口机。机器切口的理念是通过一固定不动的刀来剪切旋转中的椰子。该机性能拥有30加工1个椰子的能力，果汁溢出率2%，汁中纤维为0.2克，直径58mm 的圆形开口。然而，椰子开口机的发展对椰子自动修剪机的进一步发展的挑战是工作相比于手动操作更好更快。因此，本研究旨在开发一个新型的椰子轮廓自动修剪机，可以快速有效地处理椰子。52、材料和方法2.1 未修剪的及已修剪的椰子的物理特性的测定2.1.1 椰子样品的物理

6、特性准备大量完全成熟的“Namhom”品种椰子。30个未修剪的和30已修剪的，椰子是从曼谷大都会地区（每个地区各挑选10个）的三大水果市场随机挑选出的。使用游标卡尺（图1和图2）来测量每一个完整椰子的直径 D 和高度 H 。然后测量每个被修剪的水果样品的物理特性（水果高度 h1，脊顶高 h2，脊顶边缘直径 dh，底部直径db） 。完好未被修剪的和已被修剪的样品切片沿轴干，用锯子和一个大型的锋利的刀剖开（图2） 。在此之后，将一半选定出的并水平安放的样品使用奥林巴斯 C750的超变焦数码相机（奥林巴斯公司，日本） 。然后，使用测量工具 Adobe Photoshop CS（Adobe 系统公司，

7、美国加利福尼亚州）的计算机应用软件（Jansomwong Jaroenpru，2002年）测量椰子的尺寸。测量未修剪的椰子时，步骤类似于已修剪的椰子。以上所述的物理特性的知识对于椰子自动修剪机的设计是必不可少的。完整名单的特点如下：对于未被修剪的椰子（单位：mm） 对于已修剪椰子（单位 mm）H=外表面高度 h1=高度D=外表面直径 h2=脊顶边缘平均高度h=外壳高度 d=外壳直径d=外壳直径 h=外壳高度b1=底部到外壳的垂直距离 dh=脊顶边缘直径b2顶部到外壳的垂直距离 db=底部直径a1左侧到外壳的水平距离 j1=脊顶尖到外壳的垂直距离a2右侧到外壳的水平距离 j2=底部到外壳的垂直距

8、离6k=脊顶边缘到外壳的平均水平距离l=侧面到外壳最薄处平均水平距离m=脊顶到外壳最薄处平均垂直距离n=脊顶边缘到底部的平均距离=脊顶角=基角图1 未修剪的椰子图像（a）和已修剪的椰子图像（b）7图2 未修剪椰子剖面尺寸(a)和已修剪的椰子剖面尺寸(b)。编号 名称1 主架2 侧面修剪平台3 脊顶修剪平台4 输入输出及底面修剪平台5 旋转底盘6 椰子固定夹7 椰子压紧套8 电气连接滑环9 电动马达10 电气控制8图3 椰子轮廓自动修剪机原型在确定相关的物理特性后，机械修剪过程是根据 Ruttanadat和 Jarimopas（2008）所提出的详细具体方法在 Solid Works 2007软

9、件（达索系统公司的 SolidWorks，MA，USA）模拟完成的。2.1.2.大小分布 从 Samutsakohn 省 Baanpaew 市的一个大的出口果园随机购买370个完全成熟的“Namhom”在椰子。所有样品的水果高度果径利用支持 Windows 系统的 SPSS12（SPSS 公司，美国伊利诺斯州）软件来进行测量和分析。2.2 设计和操作。2.2.1 设计设计概念是通过在一个垂直平面倾斜平移的道具来修剪被夹紧和垂直旋转的椰子。原型（图3）包括三个相隔120外壳修剪平台，这三个平台安装在固定的沿着旋转底座（转盘）外围的主框架上的，侧面修剪平台、脊顶修剪平台与底部修剪平台。在安装转盘上

10、每隔120安装三个相同的椰子固定夹。每个椰子固定夹（图4）包括一个顶部夹套和底部夹套。底部中间由一个圆形平台组成，底部四周被三个可移动的爪包围。每个爪内衬泡沫橡胶，用以减少对椰子的伤害。爪可以打开或9关闭，以便于侧面修剪和脊顶修剪的刀具修整。顶部夹套是用于固定椰子固定夹上的椰子。顶部夹套包括轴，弹簧，限位开关，以及直流电动机驱动的传动轴。弹簧，限位开关和电机安装在尾端覆盖着橡胶锥的轴上。这个锥的功能是收紧椰子顶部，或修剪椰子的脊顶。弹簧用来压缩椰子，而限制开关控制压缩过程。每个水果固定夹可以自动改变水果位置，以促进水果从一工位移动到另一工位时，不同部位得到修剪。例如，在侧面修剪平台（图5b）和

11、底部修剪平台（图6）上，顶部夹套和底部夹套一起压缩水果。脊顶修剪过程中（图7b） ，三爪紧紧固定住位于底部夹套上的椰子，此时，顶部夹套松开。椰子固定夹也起传动轴的功能，在修剪操作过程中，使椰子绕着垂直轴进行旋转。机床部件所有运动和同步过程被电机、开关和一个可编程逻辑控制器（PLC）控制。鸟笼形状的主框架宽为1m、长为1.7m、高为1.7m，坐落在底部安装有4个小轮子的钢板平台上。 主框架由50mm 的 L 型钢梁做。含有修剪刀的侧面修剪平台（图5）安装在送料机构上，由直流电动机驱动，限位开关来控制。脊顶修整平台（图7） ，在原理上类似于侧面修剪平台。侧面修剪刀和脊顶修剪刀的倾斜角是根据 Jar

12、imopas 和 Ruttanadat（2007）来设置的。安装在类似于其他两装置送料机构上的底部修剪平台（图6）的最大特色是安装了一把鲜明的直刀。对被传送进来的未被修剪的椰子底部的修剪工艺是自动进行的，而在底部修剪平台上，已修剪完毕的椰子的搬运需要靠人工完成。10椰子在旋转平台（图 4）上，从一个平台被传输到另一个平台，直到叶子被修剪完成。这期间，旋转平台以 8.8rpm 的转速转动。为此，配备了一个 37.5mm 的传动轴，以便于为椰子固定夹提供300rpm 的转速。导电连接上的电气连接滑环是由聚氯乙烯管制成。内管配有 14个黄铜圈，而外管配备碳刷。碳刷和黄铜圈在安装过程中首先应该考虑的是在旋转过程中电线的纠缠情况。转盘是由一个马力为3hp，电压为 380v 的制动电机驱动并得到一个每分钟 8 转的转速，而椰子固定夹是由一个马力为 3hp，电压为 380v 的电机通过轴驱动的，并得到一个每分钟 300 转的转速。动力传输是通过齿轮来传递，同时所有的机构都是由两个 PLC 来控制的。