小型鲜莲子剥壳机的设计与试验

由于现有鲜莲子剥壳机的机型结构复杂、价格和维护成本较高,故未能在普通莲农中推广,大多数莲农仍采用手工加工。为了减轻广大莲农劳动负担,实现新鲜莲子机械化剥壳的普及,该文研制了一种结构简单、操作方便、适合普通莲农需求的低价位鲜莲子剥壳机,其整机长×高×宽为756 mm×878 mm×412 mm,质量为37 kg,制造成本约1 500元。测试了鲜莲子外壳的切透力、仁坚实度等机械特性,切透力平均值19.63 N、最大值25.8 N,莲仁坚实度平均值19.02N、最大值23.27 N,此数据可为莲子剥壳机结构参数和工作参数的确定提供参考依据。该机采用内充式空穴分离排料、二步滚动正位、振动切割、滚压脱壳的工作原理实现莲子剥壳。通过对4种不同切割方案的剥壳试验对比,结果表明:配置齿面防滑压板、具有滑切作用的悬挂式振动剥壳机构的剥壳率和剥壳质量均优于其他方案,其剥壳率为92%,整仁率100%,有轻微压痕的小于10%,能满足鲜莲子的剥壳要求。     

可调五辊式对虾剥壳机剥壳参数优化试验

为了优化提高可调五辊式对虾剥壳的作业质量和效率,以70~80只/kg的南美白对虾为试验对象,利用研制的可调五辊式对虾剥壳机进行试验,以辊组转速、辊组转角、辊组V角、辊组倾角为影响因素,以剥壳率、得仁率、剥壳时间为评价指标,进行了四因素五水平正交旋转中心组合优化试验。通过Design-Expert 8.0.5b软件,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,确定了最优参数组合为:辊组转速25 r/min,辊组转角315°,辊组V角130°,辊组倾角18°。选取鲜活对虾在-30℃温度下冷冻10 min进行预处理,并进行对虾去头、开背6节处理后进行剥壳试验,试验结果表明:在优化参数组合下,剥壳率平均值为94.67%,得仁率为85.23%,30只/组剥壳时间为54.33 s。试验表明可调五辊式对虾剥壳机满足对虾剥壳的技术要求,调节方便可靠,可为各个级别对虾剥壳装备的设计提供参数依据。     

全自动莲子剥壳去皮机的设计与试验

目前市场上的莲子剥壳去皮一体化机大多采用双边机结构,加工效率较高,但机器质量大、故障率高、调整维修困难。该文针对现有的莲子剥壳去皮一体机的缺陷,参考现有的莲子剥壳、去皮机的原理,设计出一种单边机结构的全自动莲子剥壳去皮机。莲子置于传送带,靠旋转的凹轮与莲壳表面间的摩擦,使莲子短径与传输方向保持一致;采用凸轮装置控制挡针和挡板的开合,使得莲子逐一通过;应用往复运动的刀片对传送带上的莲子进行环切;切壳后的莲子进入脱壳通道继续向前搓滚,使得壳仁分离;脱壳后的莲仁被冲皮装置夹持,绕自身旋转,受高压水枪冲击,使得莲子种皮完全脱去。对比试验表明,该机莲子完整加工率为91.3%,高于双边机;而未剥壳率和损伤率为1.9%和1.8%,低于双边机,单边机加工速度为96个/min,加工效率约为20 kg/h。因此,该文设计的全自动莲子机剥壳去皮性能更加稳定、可靠,调整维修更加简单,可实现莲子高效率低损耗的连续作业,并能加工各种粒度范围的莲子,能满足莲子剥壳去皮的实用需求,具有较好的应用前景。     

莲子物料空气动力学特性与壳仁分离装置试验

为获得莲子物料的空气动力学特性,研究合适的莲子分选工艺参数,该文针对莲子剥壳后混合物料的风力分选技术进行研究。首先,对混合物料各组分的空气动力学特性进行理论分析与试验,得出莲仁、莲壳、碎仁的悬浮速度变化范围分别为11.230~14.680、2.511~4.891、6.505~7.865 m/s,合适的壳仁分离气流速度范围为7.865~11.230 m/s,修正了莲子物料的形状系数。然后,设计制造了莲子负压壳仁分离装置,通过试验确定了装置的优化分离工艺参数为:入料管倾斜角60°,分离通道倾斜角35°,分离通道气流速度7.881 m/s,入料管长度220 mm,进料量6颗/次,开展检测试验,结果表明清选率达98.283%。研究结果可为莲子壳仁分离设备研发提供理论依据。     

荞麦剥壳机分离装置的改进试验

针对传统的荞麦剥壳机配用的上端吸风式分离器存在气流与物料混合不均匀,荞壳、荞仁分离不彻底等问题,为了进一步提高荞麦剥壳过程中荞壳、荞仁的分离率,试验在测得脱出物各自悬浮速度的基础上,对吸风式分离装置进行了改进设计,并对吸风口气流速度、匀料板的数量、通风网的放置位置进行了优化试验。得出试验因素的最优组合为：吸风口气流速度为8.0 m/s,通风网位置为中部,匀料板数量为3个。研究结果表明：经过优化改进后的侧吸风式分离器分离率达到99.3%,损失率为0.35%,证明对传统的剥壳机进行改进设计是有效的,达到了提高分离率和降低损失率的目的。     

面向鲜莲子去心的莲仁物理与力学特性

为揭示莲仁浸泡时间对鲜莲子去心质量的影响规律，该研究开展不同浸泡时间下莲仁的物理与力学特性研究。首先分析了莲仁、莲心几何参数随浸泡时间的变化规律；测定了不同浸泡时间下莲仁的硬度、弹性模量、抗压强度和去心力等力学特性，获得了莲仁材料的应力-应变与载荷-位移曲线；采用回归分析方法建立了莲仁物理和力学特性指标与莲仁浸泡时间的对应关系。研究结果表明，莲仁最大短径、长度、尖端裂口长度与最大宽度，莲心长度、根部直径、最大厚度与最大宽度数值均随浸泡时间的增大而增大；莲仁硬度、弹性模量、抗压强度与去心力则随莲仁浸泡时间的增加而降低。其次，基于研制的鲜莲子空气挤出去心机开展了不同浸泡时间下莲仁的去心试验，研究发现，莲仁浸泡时间对通心率、莲仁破损率和莲心完整率有直接影响。当莲仁浸泡时间较短时，通心率和莲心完整率较低，莲仁破损率较高；而随着浸泡时间的增加，通心率和莲心完整率随之增加，莲仁破损率则降低，但浸泡时间过长，破损率又会增加。当浸泡时间为120 min，莲仁含水率为63.08%时，可获得较佳去心效果，通心率为94.67%，莲心完整率为84.00%，莲仁破损率为3.33%。研究结果可为提高鲜莲子去心加工质量、揭示鲜莲子高效低损伤去心机理提供基础数据支撑。     

绵核桃剥壳取仁机械的研究

根据有关资料对核桃品种进行分类,指出绵核桃机械剥壳取仁的必要性和重要性。对绵核桃壳的物理特性进行测定,并将其简化成各向同性的均匀厚度的薄球壳,利用薄壳理论进行内力分析,在此基础上,提出了剥壳取仁原理,研制了双齿盘一弧齿板式剥壳装置及绵核桃剥壳取仁机,试验验证了剥壳装置的最佳参数值。对样机性能的初步考核表明:剥壳率在90％以上,高露仁率为70％～90％,其中一露仁率为30％～40％。     

对虾对辊挤压式剥壳工艺参数及预处理条件优化

为了确定较优的南美白对虾剥壳工艺参数,该文应用对辊挤压式剥壳装置对南美白对虾进行了剥壳试验。试验选取分级后长度为110~130 mm,第1节厚度为10~13 mm,质量为8~13 g的南美白对虾为试验对象,以剥壳率、虾仁完好率为试验指标,以辊径组合、开背长度和对辊间隙为主要影响因子,在单因素试验的基础上再进行正交试验研究。运用综合平衡法获得最佳参数为:辊径组合为100 mm/80 mm、对虾开背长度为6节、对辊间隙为1.0 mm,此参数条件下实测平均剥壳率为100%,虾仁完好率为60%。将对虾进行冷冻预处理后,在最佳参数下进行剥壳试验,分析冷冻温度和冷冻时间对剥壳率及虾仁完好率的影响,结果表明:经过在-30℃、10 min的条件下预处理后的对虾,其实测平均剥壳率为100%,虾仁完好率为95%。研究结果可为对虾剥壳设备的研制提供技术依据。     

夹持式鲜菱角脱壳机设计与试验

针对鲜菱角手工脱壳率低、菱仁损伤率高等问题,该研究以湖北省浠水县两角菱为对象,设计了一种夹持式鲜菱角脱壳机。对鲜菱角外形尺寸和力学性能参数进行了测量,确定采用夹持板与链条夹持输送、圆形齿刀横切菱角两侧弯角、对辊挤压碾搓脱壳的技术方案。对夹持板、弹性压紧装置、横切刀片和脱壳装置等主要部件结构进行设计和分析,确定了结构和运动参数。运用ANSYS Explicit Dynamics模块对横切过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果试制了脱壳样机,开展了横切试验和脱壳试验。横切试验表明,成熟度、输送速度和刀片转速均对切壳率影响显著（P<0.05）,对菱仁损失率影响不显著（P>0.05）。运用Design Expert 12优化得横切装置最优工作参数为：脆熟菱角、输送速度0.1 m/s、刀片转速1 000 r/min,该参数下的平均切壳率为79.41%,平均菱仁损失率为9.82%。采用Box-Benhnken试验设计开展三因素二次回归正交组合试验,优化得到脱壳装置最优工作参数为：脆熟菱角、慢辊转速59 r/min,线速比1.5,验证试验的平均脱壳率为66.52%,平均菱仁破损率为12.83%。研究结果可为鲜菱角脱壳装备的研发提供参考。     

4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机研制

针对现有切段式甘蔗联合收割机输送通道易堵塞、含杂率与损失率高等问题,该研究设计了一种切段刀辊中置式两级通道甘蔗联合收割机。该机采用短路径整秆输送通道和刮板筛网式蔗段输送通道,采用中置+后置风机组成的双风机除杂系统,实现甘蔗根切、喂入、输送、切段、风选除杂和卸料等联合作业。通过计算确定了整秆输送通道安装角度与宽度、喂入与输送辊筒直径、切段刀辊外圆直径、蔗段输送通道刮板高度、风机位置等关键结构参数,以及喂入与输送辊筒转速、切段刀辊转速、除杂风机转速等关键作业参数,并研制了4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机样机。样机田间试验结果表明：在作业速度2 km/h、风机转速1 100 r/min时,含杂率为4.42%、总损失率为3.08%、蔗段合格率为92.10%、切割高度合格率为96.20%、宿根破头率为9.60%,整机作业性能指标满足切段式甘蔗联合收割机技术标准要求。     

莲子机械自动去芯自适应定心技术与样机试验

针对莲子在自动化去芯过程中的钻偏问题,提出了莲子自适应定心方法,该方法基于一种由曲柄滑块机构与平行四边形机构组合而成的自适应定心装置,能实现去芯钻头位置随莲子大小变化而自动调整。利用随机优化算法对机构中的连杆参数进行了优化,实现去芯钻头轴线保持与莲子轴线同轴,理论定心偏差为0.0448 mm。研制了一种自适应莲子去芯机,进行了未分级莲子的去芯试验,结果表明:自适应莲子去芯机钻正率达91.25%,远高于现有去芯设备,初步验证了自适应定心方法的有效性与实用性。研究结果为莲子优质钻芯设备设计、与莲子形状类似物料的优质钻孔设备研发提供参考。     

差速式玉米种子脱粒机的性能试验

为优化差速式玉米种子脱粒机脱粒系统的有关参数,进而降低玉米种子在脱粒过程中的损伤,该文采用二次回归正交旋转组合设计的方法,以籽粒破碎率为主要性能指标,选取直辊转速、喂入量、籽粒含水率为试验因素,对差速式玉米种子脱粒机进行了性能试验。分析结果表明：籽粒含水率对破碎率的影响呈二次函数关系,籽粒含水率太大或太小,对籽粒破碎率的影响都很大;喂入量越小,籽粒破碎率就越小,当喂入量低于0.9 kg/s时,籽粒破碎率稳定,基本不受喂入量的影响;直辊转速越小,籽粒破碎率就越小;直辊转速、籽粒含水率和喂入量对籽粒破碎率的交互影响也很显著,当籽粒含水率在18%,喂入量在0.9 kg/s,直辊转速在200 r/min时,籽粒破碎率取得最小值。研究成果对进一步研究玉米种子的差速脱粒原理、优化脱粒系统参数、开发低损伤脱粒工艺具有重要的意义。     

马铃薯种薯切块机分级装置的设计与试验

针对传统马铃薯种薯切块机存在的切块均匀性差、不便于直接进行播种的问题，设计了一种安装在马铃薯种薯切块机上的分级装置。对分级装置的结构和工作原理进行了阐述，通过力学分析和运动分析确定了分级装置分级辊拨轮各部分的结构参数。选取分级辊组组数、分级辊组转速、上料量为试验因素，分级精度为试验指标进行正交试验，并用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析，确定较优参数组合为分级辊组组数为7，分级辊组转速为110 r/min，上料量为40 t/h，并对较优参数组合进行了验证试验，验证试验结果表明在较优参数组合下的分级精度为98.7%，能够满足分级要求，本研究提供了一种用于马铃薯种薯切块机上的高效率、高分级精度的分级装置。     

Development and Evaluation of a Near‐Infrared Instrument for Single‐Seed Compositional Measurement of Wheat Kernels

A single‐kernel, near‐infrared reflectance instrument was designed, built, and tested for its ability to measure composition and traits in wheat kernels. The major objective of the work was targeted at improving an existing design concept of an instrument used for larger seeds such as soybeans and corn but in this case designed for small seeds. Increases in throughput were sought by using a vacuum to convey seeds without compromising measurement accuracy. Instrument performance was evaluated by examining measurement accuracy of wheat kernel moisture, protein content, and kernel mass. Spectral measurements were obtained on individual wheat kernels as they were conveyed by air through an illuminated tube. Partial least squares (PLS) prediction models for these constituents were then developed and evaluated. PLS single‐kernel moisture predictions had a root mean square error of prediction (RMSEP) around 0.5% MC wet basis; protein prediction models had an RMSEP near 0.70%. Prediction of mass was not as good but still provided a reasonable estimate of single‐kernel mass, with RMSEP values of 2.8–4 mg. Data showed that kernel mass and protein content were not correlated, in contrast to some previous research. Overall, results showed the instrument performed comparably to other single‐seed instruments or methods based on accuracy but with an increased throughput at a rate of at least 4 seeds/s.     

莲仁力学特性参数测定及挤压破碎特性试验

为探讨莲仁在挤压载荷作用下的破碎机理,该文用压缩试验方法对莲仁相关力学参数进行了试验研究。首先,用万能试验机对莲仁试样进行了弹性模量和抗压强度测试,测得5种不同含水率莲仁在纵向、横向2个方向上的弹性模量、抗压强度及应力-应变曲线;测试结果表明,莲仁弹性模量、抗压强度的纵向值均大于横向值,且弹性模量、抗压强度均随莲仁含水率增大而显著减小;用回归分析方法建立了莲仁弹性模量、抗压强度与含水率关系的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最小弹性模量为37.12 MPa,最低抗压强度为5.12 MPa。其次,研究了莲仁整体挤压时裂纹的产生规律,测得了5种不同含水率莲仁在平压与侧压2种受载方式下的挤压极限载荷;测试结果表明,莲仁的挤压极限载荷随含水率的增大而减小,对于相同含水率莲仁,侧压比平压更容易引起莲仁破碎;用回归分析方法建立了挤压极限载荷与含水率的回归方程,得到了合格莲仁(含水率小于11%)的最大挤压载荷应小于53.6 N。最后,用有限元法建立了莲仁的压缩力学模型,分析了莲仁整体受压时的应力分布,仿真结果与莲仁压缩试验结果基本吻合,验证了所测莲仁力学参数的正确性。研究结果可为莲仁加工和输送设备的设计提供参考。