烟叶自动分拣关键技术研究及设计

摘要

目前，国家规定烟叶烘烤过后，先分级，然后送至复烤厂进行后续加工，最后送至烟厂进行加工制成卷烟产品销售给顾客。随着人工成本的增加，人工分级的不确定性导致烟叶人工分级耗费的人力、物力、财力急剧增加。因此研究基于计算机的智能烟叶分级系统对降低卷烟产品的成本，缓解烟农和烟厂之间的矛盾、提高烟农收入具有重要的意义。然而目前对于烟叶分级的主要研究集中于软件方向，关于硬件部分的较少。所以本文对烟叶分级的主要装置的关键部件进行了设计，并对影响关键部件作用效果的主要参数进行了仿真分析，应用试验研究方法获得了实现烟叶单张铺平的主要影响因素和位姿纠正的方法，并得出了最佳参数组合。本文的主要研究内容和研究成果如下：
　　（1）设计了烟叶分级的主要工序：烟叶位姿纠正工序、烟叶铺平工序、烟叶图像采集识别工序、烟叶分拣工序。即先由人工将成捆烟叶单张丢掷在传送带上，经过位姿纠正工序，使传送带上的烟叶能够以合适的姿态进入烟叶铺平机构；烟叶经过铺平工序后，进入图像采集工序，并由计算机确定其等级后，进入烟叶分拣工序，在烟叶分拣工序中等级确定后的烟叶放置在指定的烟叶收集箱内。
　　（2）论文应用Unigraphics NX软件进行了烟叶等级分拣装置，烟叶位姿纠正装置的三维建模，并改进了烟叶铺平装置。确定了关键部件的结构及参数，设计了基于计算机图像识别的烟叶分级相关硬件部分。
　　（3）利用RecurDyn软件对烟叶铺平机构的滚刷和刷毛进行仿真，设计了铺平机构的最佳参数组合，并利用设计的烟叶铺平机构对仿真结果进行验证。仿真结果表明：在刷辊对数为5对，相邻刷辊转速差为20r/min，上下刷辊转速差为20r/min，刷辊轴半径为25mm，刷毛长度为35mm，刷毛材质为尼龙1010，相邻刷辊中心距为100mm的组合下，刷辊的节点应变为0.1892。同时经过烟叶铺平装置的实际测试，在此组合下烟叶横向舒张率为约19％，烟叶面积变化率约为74.3%，铺平效果最佳。
　　（4）利用三维建模软件Unigraphics NX软件对烟叶分级装置中的烟叶位姿纠正机架、烟叶铺平装置机架、烟叶分拣装置机架进行三维建模，同时利用ANSYSWorkbench软件对烟叶位姿纠正装置、烟叶铺平装置及烟叶分拣装置的机架进行模态分析，分析表明：当机架壁厚为3mm时，烟叶分拣机构前4阶固有频率主要集中在55-161Hz之间，烟叶铺平机构前4阶固有频率主要集中在50.249-99.596Hz之间，烟叶位置纠正机构前4阶模态固有频率集中在54.75-78Hz之间。因此得出：通过优化机构的机架厚度方式，当机架壁厚为5mm时，分拣装置机架频率集中在66-114Hz，铺平装置机架频率为81.057-147.11Hz，位置纠正机架频率集中在74.796-103.52Hz，这有效的提高了烟叶分级装置机架的低阶固有频率。

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第1章 绪 论

1.1 研究目的与意义

1.2 国内外烟叶自动分拣的研究现状与发展趋势

1.3 主要研究内容与技术路线

1.4 本章小结

第2章 烟叶分拣技术及装置设计

2.1 烟叶特性

2.2 位姿纠正方法及机构设计

2.3 铺平机构设计

2.4 分拣装置设计

2.5 分级装置电机选择及计算

2.6 本章小结

第3章 铺平装置关键参数确定

3.1 螺旋滚刷刷毛排布规律

3.2 铺平过程烟叶和刷毛受力模型

3.3 RecurDyn建模流程

3.4 螺旋滚刷装置结构参数

3.5 螺旋滚刷刷毛结构参数的确定

3.6 烟叶铺平机构仿真结果验证

3.7 本章小结

第4章 机架振动特性分析及优化

4.1 模态分析理论基础

4.2 分拣机构装置机架振动特性分析

4.3 位姿纠正装置机架振动特性分析

4.4 铺平装置机架振动特性分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录