基于机器视觉的鲐鱼鱼体定向排列输送装置设计与试验

针对传统鱼体头尾及腹背定向输送由人工操作完成,劳动强度大、生产效率低等问题,该研究探索了利用机器视觉技术结合输送装置实现鱼体头尾及腹背定向排列输送的方法。该研究以鲐鱼(Scomber japonicus)为研究对象,在对鱼体形态特征及物理特性检测的基础上,设计了鱼体提升装置、鱼体分离输送装置、鱼体头尾及腹背定向输送装置、鱼体返回输送装置、定向控制系统等部件组成鲐鱼鱼体定向排列输送装置;构建YOLOv5s目标检测模型对鲐鱼的头尾朝向和腹背朝向进行识别,并根据识别结果控制鱼体定向排列输送完成鲐鱼的头尾和腹背定向作业,检测模型在测试集上的精确率为99.76%,召回率为99.59%,平均检测精度值为99.5%;试制了鱼体定向排列输送装置样机,以单条鱼体提升成功率为评价指标,对不同输送速度下鱼体提升装置的输送效果进行试验;同时以鱼体的头尾定向成功率和腹背定向成功率作为评价指标,以鱼体提升装置输送速度、鱼体分离输送装置输送速度、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为试验因素,对鱼体定向排列输送装置的定向输送效果进行试验。试验结果表明：鱼体提升装置在不同输送速度下,都能有效实现鱼体单条分离并向上提升,且不存在鱼体重叠向上输送的情况;当鱼体提升装置输送速度为0.05 m/s、鱼体分离输送装置输送速度为0.45 m/s、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为0.60 m/s时,鲐鱼鱼体的头尾定向成功率平均为97.2%,腹背定向成功率平均为95.6%,鱼体定向输送速度可达15条/min。研究结果可为其他淡水鱼鱼体定向排列输送装置的研制提供参考。     

淡水鱼水平往复振动头尾定向输送方法

淡水鱼的头尾定向输送是进行鱼体自动化加工的基础。该研究针对淡水鱼头尾定向主要依靠人工进行、劳动强度大、机械化程度低等问题,以典型大宗淡水鱼为研究对象,基于水平往复振动原理开展淡水鱼头尾定向输送方法分析,并进行相关试验。首先探讨了鱼体在不同表面结构输送带上的摩擦特性,分析了实现鱼体头尾定向的可行性;然后基于水平往复振动原理提出实现淡水鱼鱼体头尾定向输送的方法,并对鱼体的头尾定向输送过程进行分析;最后以4种典型淡水鱼为试验对象,以完成鱼体定向输送所需时间为评价指标,对影响淡水鱼鱼体头尾定向输送效果的主要因素进行试验,探究了输送带类型、鱼鳞状态、振动频率、振幅等对鱼体头尾定向输送效果的影响规律,并进行了双因素无重复试验。试验结果表明:当输送带表面结构为倒三角结构时,鱼体的定向输送效果较好;鱼体表面有鳞或去鳞情况下都可实现鱼体的头尾定向,其中有鳞鱼体的头尾定向输送所需平均时间为2.42 s,去鳞鱼体的头尾定向输送所需平均时间为3.39 s;以带鳞鲫鱼为例,当振动频率为5 Hz,振幅为120 mm时,实现鱼体头尾定向输送的时间为2.65 s;当振动频率为5 Hz,振幅为120 mm时,4种淡水鱼带鳞状态下的鱼体定向输送平均时间为2.45 s,去鳞状态下的定向输送平均时间为3.43 s。研究结果可为淡水鱼鱼体定向设备的研发提供理论依据和技术参考。     

一种淡水鱼头尾与腹背定向装置的研究

本文设计了一种淡水鱼头尾与腹背定向装置,并以鲢鱼为定向对象,根据鲢鱼的摩擦特性,通过理论分析,分别对利用倾斜振动台面实现头尾定向和利用渐变滑道实现腹背定向过程的机理进行了探讨,并采用体重为0.75-1.0kg的新鲜鲢鱼进行了试验研究。理论分析和试验结果均表明,这种定向装置可以实现鲢鱼的头尾和腹背定向。并对影响鱼体鱼体头尾定向因素：进入振动台面的体位、电动机频率、激振力和筛面角,以及影响鱼体腹背定向因素：滑道夹角、电机频率、激振力和滑道倾斜角分别进行了试验研究,得出各因素对定位时间均具有显著的影响,试验中,头尾定向的总定位率达到了97.53%,定向动作可在0.65-3.75s内完成;腹背定位的总定位率达97.2%,定向动作可在0.39-5.03s内完成。     

淡水鱼头尾与腹背定向装置的设计与试验

为了给6PYL-305型剖鱼机制造一种自动喂料设备,该文设计了一种淡水鱼头尾与腹背定向装置,并以鲢鱼为定向对象,根据鲢鱼的摩擦特性,通过理论分析,分别对利用倾斜振动台面实现头尾定向和利用渐变滑道实现腹背定向过程的机理进行了探讨,并采用质量为0.75～1.0 kg的新鲜鲢鱼进行了试验研究。理论分析和试验结果均表明,该定向装置可以实现鲢鱼的头尾和腹背定向。并对影响鱼体头尾定向因素：进入振动台面的体位、电动机频率、激振力和筛面角,以及影响鱼体腹背定向因素：滑道夹角、电机频率、激振力和滑道倾斜角分别进行了试验研究,得出各因素对定位时间均具有显著的影响;头尾定向的总定位率达97.53%,定向动作可在0.65～3.75 s内完成;腹背定位的总定位率达97.5%,定向动作可在0.39～5.03 s内完成。研究结果可为淡水鱼连续化加工中定向连续喂料设备的产品开发提供技术依据。     

鲜活黄鳝剖切装置设计与试验

针对目前鳝鳅类淡水鱼类人工剖切劳动强度大、工作效率低、安全性差等问题,该研究以黄鳝（Monopterus albus）为试验对象,基于黄鳝生活习性及鱼体特征,在黄鳝鱼体夹持受力特性分析的基础上,开展了黄鳝鱼体头尾及腹背定位和鱼体夹送剖切方法研究,设计并研制了鲜活黄鳝剖切装置。剖切装置由倾斜料斗、进鱼通道、夹持对辊、剖切刀盘等组成,其中进鱼通道长180 mm,入口处直径28 mm;夹持辊边缘为上宽下窄的锯齿状结构;剖切刀盘直径114 mm。以夹持辊直径、夹持辊初始间隙、夹持辊转速、刀盘露出高度为影响因素,以剖切可接受性评分为评价指标开展相关试验,通过单因素试验探究了各因素对黄鳝剖切`效果的影响。试验结果显示,当夹持辊直径为180 mm时夹送效果较好;夹持辊初始间隙为8 mm时鱼体腹部剖面感官评分最高;夹持辊直径一定时,高转速下的夹送效果明显优于低转速;随着刀盘露出支撑面高度的增加,黄鳝腹部剖切效果的感官评分逐渐增加。正交试验结果表明：夹持辊转速为180 r/min、刀盘露出支撑面高度为22 mm、夹持辊初始间隙为8 mm时,黄鳝腹部剖切效果的感官评分最高;通用性试验结果表明：该装置能够较好地适用于不同规格大小的黄鳝,满足实际加工要求,生产量可以达到24.3条/min。研究结果可为鳝鳅类淡水鱼剖切装置的研发提供参考。     

基于立式辊机构的青毛豆脱荚装置力学分析与试验

为深入研究青毛豆作物荚-柄脱离分离特性,寻求影响分离效果因素的最优组合,设计了立式辊结构青毛豆分离试验装置。该试验装置由脱荚辊、输送机构、角度调节机构、间距调节机构、传动调速电机、脱荚调速电机等组成,采用电机驱动,链传动输送喂料,角度调节机构、间距调节机构、调速电机完成对脱荚角度、辊间距、辊转速无级调节。该文基于青毛豆受碰后产生冲击力克服青毛豆荚-柄连接力实现分离的原理,通过能量守恒原理建立了分离过程的碰撞能量模型,构建了荚-柄分离力学模型,基于此方程进行了定量分析,确定脱荚辊转速、喂料速度、辊间距为主要影响因素,并针对"萧农秋艳"、"豆通六号"品种开展试验研究。结果表明:作物品种对脱荚率与破损率影响较小,影响综合指标的主次因素排列顺序为:脱荚辊转速喂料速度辊间距,最优参数组合为脱荚辊转速600 r/min,辊间距18 mm,喂料速度0.3 m/s,此时脱荚率为99.0%,破损率为2.4%,综合性能明显改善。该文研究结果可为青毛豆收获装置的设计提供参考。     

连续式淡水鱼弹簧刷去鳞机参数优化与试验

为了提高连续式淡水鱼弹簧刷去鳞机的去鳞效果,该文以鲢鱼为试验对象,通过自制去鳞机研究了去鳞机去鳞辊上的弹簧缠绕方式及整机运行参数对去鳞效果的影响,通过正交试验确定了各参数之间的最优组合,即去鳞辊上缠绕的不锈钢弹簧采用1.2mm×16mm、弹簧缠绕圈数2.5圈、弹簧头尾固定间距40mm,去鳞辊转速1390r/min、压辊转速100r/min、输送辊转速800r/min,此时鲢鱼去鳞率均值为68.7%。该研究可为连续式淡水鱼弹簧刷去鳞机的改进提供参考。     

粳稻定向精量播种装置排种性能试验

为探究粳稻定向精量播种装置排种性能的影响规律并获得因素的最优组合,以东农419长粒型粳稻为播种对象,采用单因素及三因素三水平正交试验设计方法,对粳稻定向精量播种装置进行了排种性能试验研究。建立了定距输送板输送频率、输送板齿距和滑道夹角3个主要因素与排种合格率(1~3粒率)、理想排种率(2~3粒率)的数学模型,分析了各影响因素及其交互作用对排种合格率与理想排种率的影响规律,并进行了参数优化与试验验证。影响排种合格率的主次因素依次为输送板输送频率、输送板齿距和滑道夹角;确定优选组合为输送频率2.7 Hz、滑道夹角46.8°、输送板齿距9.6 mm,平均排种合格率为98.75%,经试验验证,与理论优化结果基本一致。在相同的试验条件下采用北方常用的3个长粒型粳稻和2个短粒型粳稻品种进行综合播种作业性能试验,在纸介种带喂入速度为0.04 m/s时,平均播种合格率为97.22%,平均理想排种率为77.57%,漏播率与重播率分别低于2.6%和0.4%,试验结果表明该装置对北方长粒型粳稻具有更好的适应性能,能够满足粳稻机插秧育秧播种要求。该研究为北方粳稻种子带育秧设备定向精量播种装置的优化设计与排种性能的提升提供了参考。     

蟹脚壳肉分离装置的设计与试验

针对河蟹蟹脚人工壳肉分离劳动强度大、效率低下且蟹肉易污染等问题,设计了一种辊筒挤压式蟹脚壳肉分离装置。该装置通过倾斜的输送滑道将蟹脚输送到一对直径相同、转动方向相反,转速相同的圆柱辊筒之间,利用其挤压作用完成蟹脚的壳肉分离。为确定蟹脚壳肉分离装置的最佳工作参数,以分离效率、得肉率及蟹肉品质为性能指标,以送料角度、辊筒间隙和辊筒转速为影响因素对样机开展了正交试验。结果表明:影响壳肉分离效率的极显著因素为辊筒转速,送料角度和辊筒间隙影响不显著;影响得肉率的极显著因素为辊筒间隙,显著因素为送料角度,辊筒转速影响不显著;影响蟹肉品质的极显著因素为辊筒间隙,送料角度和辊筒转速影响不显著。试验结果表明:最佳工作参数为:送料角度40?,辊筒转速35 r/min、辊筒间隙1.2 mm,在此最优组合参数下,分离率23.1 kg/h,得肉率98.5%,蟹肉品质8.9分,该研究可为后续的设计优化与性能提高提供参考。     

单行甘薯秧蔓回收机设计与试验

针对目前国内甘薯秧蔓粉碎还田不能回收饲用或人工收割秧蔓劳动强度大的难题,该文设计了一种单行甘薯秧蔓回收作业机,可一次完成秧蔓喂入、切割粉碎、输送及集箱回收作业。应用Box-Behnken试验设计方法,以刀辊转速、机具前进速度、刀片离地间隙为试验因素,以秧蔓回收率、留茬长度、伤薯率为试验指标,对甘薯秧蔓回收机的工作参数进行试验研究,建立了试验指标与试验因素之间的回归模型,分析了各因素对试验指标的影响,并对试验因素进行了综合优化。最优工作参数组合为:刀辊转速2 000 r/min、机具前进速度2.5 km/h、离地间隙15 mm,秧蔓回收率为93.16%、留茬长度为33.8 mm、伤薯率为0.26%。研究结果可为甘薯秧蔓机械化回收饲用提供参考,对甘薯产业的轻简化生产、节本增效具有重要意义。     

淡水鱼的连续式鱼鳞去除方法

为研究连续式鱼鳞的去除方法,以鲢鱼、鳊鱼、鲤鱼为试验对象,提出了一种以弹簧为主要去鳞结构的去鳞刷,并以弹簧外径、去鳞刷转速与去鳞刷直径等为主要因素,通过自制去鳞试验台研究了其对淡水鱼去鳞率和鱼体损伤的影响,表明弹簧外径、去鳞刷直径对淡水鱼去鳞率有显著影响,对鱼体损伤感官评价得分影响不显著,去鳞刷转速对去鳞率和鱼体损伤感官评价得分均有极显著影响。不同种鱼,其各自适宜的弹簧外径、去鳞刷直径与去鳞刷直径有所不同。确定了白鲢去鳞时弹簧外径、去鳞刷转速、去鳞刷直径的最优参数组合,即弹簧外径21 mm、去鳞刷转速1 120 r/min、去鳞刷直径90 mm。该研究可为连续式去鱼鳞机的研制提供依据。     

大枣全自动输送定向切片机设计与应用效果

为了解决大枣切片生产效率低、切片厚度不均匀、造碎率大、卫生状况差、安全性差等难题。该文在大量调研和综合分析现有设备的基础上,利用现代设计制造技术、食品加工技术和控制技术,通过对大枣加工工艺过程进行分析研究,设计了一种大枣全自动输送定向切片设备,确定了该设备的主要技术参数,对关键零部件进行了设计计算;研究分析了切片过程中切片速度与造碎率之间的关系,优化了切片速度等参数,减少了造碎率,当切片速度为15.9r/min时,造碎率在4%以内;采用实验室中试验和企业大批量生产试验相结合的方法,进一步修改完善了试验样机。试验结果表明该设备具有造碎率低、生产效率高等优点,在企业中使用,平均生产效率达到300kg/h以上,成品率达到96%以上,取得良好的效果。     

克氏原螯虾头尾自动定向装置参数优化及试验

为了解决克氏原螯虾加工过程中手动送料劳动强度高、效率低、虾肉易被污染等问题,该研究设计了一种克氏原螯虾头尾自动定向装置。通过统计分析克氏原螯虾样本的体型特征参数,阐述定向装置实现克氏原螯虾连续自动送料和头尾定向的工作原理,并设计电磁振动机构、螺旋轨道和头尾筛选结构等关键部件。以定向装置作业效率和头尾定向准确率为优化目标,选取工作振幅、频率和筛选口数量为主要影响因素,利用EDEM软件实现克氏原螯虾在定向装置中的运动仿真;通过仿真试验结果分析得到,影响作业效率的3个因素主次顺序为频率、筛选口数量、振幅;影响定向准确率的3个因素主次顺序为筛选口数量、频率、振幅。利用Design-Expert 11软件确定影响因素的最优参数组合：当振幅为0.3 mm,频率为65.16 Hz,筛选口数量为2个时,作业效率为1.88只/s,头尾定向准确率为92.52%。对比样机试验与仿真优化结果,仿真试验的作业效率和头尾定向准确率的相对误差为9.04%和2.45%,验证了该定向装置的可行性和有效性。该研究可为研发克氏原螯虾机械加工装备提供技术参考。     

淡水鱼鱼鳞生物结合力与去鳞特性的试验研究

为研究影响淡水鱼去鳞难易程度的因素,以鲤鱼、草鱼、鲫鱼、鳊鱼4种淡水鱼为试验对象,利用TMS-PRO质构仪对鱼鳞与鱼体的生物结合力进行了测量,研究了鱼鳞所处部位、加载速率、死亡时间对鱼鳞生物结合力的影响。同时,测量了淡水鱼单位面积内的鱼鳞数目,淡水鱼的滑动摩擦角,进行了去鳞试验。在此基础上分析并验证了单位面积鱼鳞生物结合力对去鳞的影响,表明淡水鱼单位面积鱼鳞生物结合力越大,去鳞越难,为去鱼鳞设备的研制提供参考。     

蝼蛄爪趾特性仿生钢丝辊刷除椰衣装置设计及参数优化

针对手工剥除椰子纤维外衣中存在的加工效率低、易造成人员受伤等问题,设计了一种基于蝼蛄爪趾特性的仿生钢丝辊刷除椰衣装置。该装置主要由钢丝辊刷、椰子夹紧机构和进给机构组成,其工作时依靠钢丝断面刃口勾刷椰衣纤维,结合钢丝的弹韧性实现除衣后不损坏椰壳。利用除椰衣装置开展参数优化试验,并运用Design Expert软件进行试验方案设计和结果数据分析。试验结果表明,辊刷转动速度对除椰衣厚度影响最大,刷毛栽植间距影响次之,刷毛直径影响最小;在辊刷转动速度一定时,随着刷毛栽植间距的增加,除椰衣厚度呈先增大再减小的变化趋势,但当辊刷转动速度增大时,除椰衣厚度的变化量不明显;当刷毛栽植间距一定时,随着辊刷转动速度的增大,椰衣去除的厚度会逐渐上升,刷毛直径的大小对除椰衣厚度的影响较为显著(P0.05)。试验数据回归分析结果表明,除衣装置的最优组合参数为辊刷转动速度是970rad/min,刷毛直径是6mm,刷毛栽植间距是10mm,预测在最优参数组合下的除衣厚度为31.24 mm,通过重复试验证明最优组合参数可以到达规定的除衣厚度,且不损伤内部椰壳,满足椰子深加工需要。     

马齿型玉米种子侧立定向定距输出装置的设计与试验

为了实现玉米种子的定向定距输出,该文设计了一种玉米种子侧立定向定距输出装置,并对其定向定距原理进行了分析。该装置包括侧立排序机构和定向定距机构2部分。侧立排序机构能够对成堆玉米种子进行分散、排序输送、分选和姿态变换使之变为一列呈侧立姿态排序的玉米种子,定向定距机构能够对侧立姿态的玉米种子进行定向和定距,使其尖端统一朝前、相邻种子之间间距一致,然后排序输出。以侧立喂入轨道的倾角α、振幅Z_1、定向定距转盘的角速度w和侧立输出轨道的振幅Z_2为因素,以玉米种子的定向定距成功率和定距间距为指标,对定向定距机构进行仿真试验,得到最佳工作参数:α为3°、Z_1为0.3 mm、w为30°/s、Z_2为0.3 mm。搭建玉米种子侧立定向定距输出装置进行性能试验,结果表明在最佳工作参数下该装置工作稳定,玉米种子定向定距成功率为90.7%,定距间距平均为45 mm。该研究为后续机械化玉米定向播种提供了参考。