澳洲坚果破壳工艺参数优化及压缩特性的有限元分析

为了提高澳洲坚果破壳整仁率,该文首先以加载速度、加载方向、果壳含水率为试验因素进行正交试验,以破壳后澳洲坚果果仁的整仁率为评价指标,优化出适宜澳洲坚果破壳的最佳工艺参数为:加载速率45 mm/min、沿水平向加载、果壳含水率6%~9%。在此破壳工艺下进行试验,得出澳洲坚果的整仁率最高可达93%。澳洲坚果果壳种脐向、宽度向、水平向的平均破壳力分别为1 018、2 274、1 173 N;弹性模量分别为32.24、68.63、39.65 MPa。说明澳洲坚果是各向异性的,宽度向的抗压能力最强。运用有限元方法对澳洲坚果的3个加载方向进行应力和应变分析,得出较佳的施力方向为水平向,与试验结果一致。故在设计破壳机时,施加于澳洲坚果的破壳力应不小于2 500 N,并应尽量使澳洲坚果沿水平向受力。研究结果为澳洲坚果破壳机的研制提供了理论基础。     

莲子机械特性的测试研究

对莲子的机械特性进行了测试，以研究脱壳机理，为莲子脱壳机的设计提供技术数据。用压缩试验的方法求取各种工况下莲子的机械特性，分析了莲子等级和加载速率对其破壳力的影响，同时测定了不同部位、测点破壳力的差异。结果表明：莲子破壳力与等级成线性正相关关系，相关系数为0.955；加载速率与破壳力之间没有明确的关系，其应力－应变曲线的斜率随加载速率的增加而增大，而应变随之减小；莲子“赤道”与“两极”间轮廓上不同测点的破壳力差异较大，而同一部位的圆周上各点所需破壳力相差不大。该文的研究结果为莲子加工工艺的研究开发提供了理论依据。     

基于有限元方法的板栗破壳力学特性分析

板栗破壳作为深加工中的首道工序尤为重要.根据板栗的几何尺寸和物理参数,用ANSYS软件建立了板栗的有限元分析模型,对板栗在3种加载方式下的受力状态进行了应力和应变分析.结果表明,在板栗YZ平面的Y方向和Z方向施加载荷的破壳效果优于在XZ平面的Z方向施加载荷的方式,但两种方式都能达到破壳目的,只是最大应力和应变产生的位置和波及范围不同.验证试验结果表明,所建模型具有可行性.     

三倍体西瓜种子种壳结构及机械破壳力学特性

为实现机械破壳代替人工破壳的方式提高无子西瓜种子的发芽率。对比二倍体西瓜种子,用种壳超微结构分析方法解释了三倍体西瓜种子的发芽障碍原因;并采用3种常见的三倍体西瓜种子黑牛、蜜红和花皮,含水率分别为11.1%、11.2%和10.6%,运用常用试验方法对实现机械破壳的力学特性进行了试验研究。试验结果得出三倍体西瓜种子的加载速度对破壳力的影响;设计压缩摇杆时,其调节量标准以各品种的压缩变形量最大值为基准;加载速度宜选择80～100mm/min;最大破壳力为68.97N。研究得到的结果为开发三倍体西瓜种子破壳机械提供了基本参数和理论计算依据。     

基于有限元分析的核桃脱壳技术研究

核桃破壳是核桃深加工的第一步，必须首先解决。经实测发现核桃形状不规则、壳仁间隙小。试验证明核桃壳完全破裂所需的变形量大于壳仁间隙，用一般的机械挤压方法破壳必将造成大量的碎仁。该文采用结构静力分析的有限单元法，通过所建核桃的几何模型和破壳的有限元模型，对核桃在几种载荷作用下的应力分布规律进行了分析，找出了核桃壳变形量不大且产生局部裂纹点多、裂纹点易扩展的最佳的施力方式。设计了导向机构。试验表明，核桃导向装置基本实现了使核桃的椭圆长轴与破壳辊轴线平行，使核桃以滚动方式挤压扩展裂纹提高了露仁率。     

自由液面及水体重力对贯流式水轮机叶片应力应变的影响

贯流式水轮机在实际运行过程中受力不对称,这使得叶片容易出现疲劳损坏、裂纹等问题,为准确地揭示贯流式水轮机内部流动状态,分析水轮机振动及叶片疲劳损坏的内在原因,该研究在考虑上下游库区自由液面及水体重力的情况下对灯泡贯流式水轮机进行真机流动性能的数值研究,并采用流固耦合的方法对不同工况下转轮叶片进行应力应变分析。结果表明：受水体重力产生的静水压力影响,贯流式水轮机叶片旋转的过程中经历周期性的压力波动,且水头越低、转轮淹没深度越大,叶片表面所承受的压力波动幅值越大;叶片的形变量沿半径方向逐渐增大,叶片位于0°位置时,静水压力方向与叶片表面动水压力方向一致且相互叠加,使得叶片产生最大形变量,叶片处于180°位置时,静水压力推动叶片转动有助于缓解叶片发生形变;由于悬臂梁结构的叶片在轮缘处的应力可以通过形变量得到释放使得此处等效应力接近为0,随着半径的减小等效应力逐渐增大,叶片靠轮毂处受枢轴的约束而使得此处应力出现最大值;水头的增加导致转轮淹没深度减小,使叶片表面承受的静水压力减小,因此叶片上的最大形变量及最大等效应力均有所减小。研究结果对贯流式水轮机转轮叶片设计优化、运行维护具有理论指导意义。     

不同成熟度芡实的力学性能试验分析

随着芡实种植和消费量的增大,芡实生产的机械化要求逐渐成为芡实发展的瓶颈,其中芡实破壳机械设备的研制成为芡实产后加工过程中的一个关键问题。为给芡实破壳机械设计提供依据,对不同成熟程度芡实进行了压缩和剪切试验,分析芡实的成熟程度及受力方向对其力学性能的影响。试验结果表明,芡实在压缩和剪切试验中破裂所产生的受力载荷—变形曲线是相似的,但裂纹的产生部位和扩展方式不同;芡实破裂时的破壳力、变形量、应变能及应变能密度都随其成熟度的增加而增大;理论上垂直于芡实脐眼方向进行剪切破壳加工相对较容易。试验结果为芡实破壳机械设备的研发提供了参数依据。     

苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制

为了实现苹果机器采摘过程中的柔顺抓取以减小果实损伤,该文在对苹果抓取过程的力学特性变化规律分析的基础上,提出了苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制方法。首先,利用Burgers黏弹性模型表征苹果的流变特性,将抓取过程分为匀速加载、夹持减速、应力松弛3个阶段,在此基础上求解获得苹果形变量随时间的变化规律和果实接触力与变形量的变化关系。然后,求解出所设计的基于力的阻抗控制系统的期望输入以及抓取环境接触力模型。最后,针对阻抗控制器参数对接触力的影响,构造阻抗参数自整定变化函数,完成改进阻抗控制系统设计。仿真及试验结果表明:依据果实抓取模型及变形规律求解期望位置的方式来模拟末端执行器对苹果的抓取过程是可行的,所建立的抓取环境接触力模型在一定程度上能够避免将环境模型简化为一阶模型而产生的误差。改进阻抗控制得到的期望抓取力更加平顺,其超调量约为2.3%,接触力调节时间减小到0.48 s,接触力的超调量约为2%,较未改进阻抗控制的接触力超调量减小了37.5%。研究结果可为苹果采摘机器人的柔顺控制方法提供参考。     

机器人采摘中番茄力学特性与机械损伤的关系

为了减小机器人采摘中番茄的夹持损伤,通过加卸载正交试验对不同结构番茄力学特性与机械损伤的关系进行了研究。试验因素包括加载位置、探头类型、指面材料、压缩率和加载速度。试验结果表明：对番茄5个力学参数影响都显著且最大的因素为压缩率,并且番茄的力学特性参数之间存在一定的相关性。压缩率每增加1%,应变能、塑性应变能、峰值力和压缩斜率约分别平均增加26.16 mJ、19.04 mJ、4.62 N和0.16 N/mm,而弹性度平均减小0.88%。对番茄机械损伤度影响显著的因素依次为压缩率、球度、加载位置和加载速度。压缩率每增加1%,番茄的机械损伤度平均增加2.98%。番茄的机械损伤度与力学参数之间的回归系数为0.7214,其中与番茄机械损伤度最相关的力学参数是峰值力。该研究为采摘机器人夹持机构的设计和稳定夹持控制策略的实现提供了理论依据。     

油松根系抗拉应力与应变全曲线试验研究

 为探索林木根系固土力学机制,以黄土高原主要树种油松为研究对象,对其根系进行单根拉伸试验。应力与应变全曲线的理论分析和比较表明:在根系受拉后的初期阶段,荷载、应力、伸长、应变都是按比例增加,应力、应变呈直线关系。当加载超过弹性极限后,随着拉力的继续增加,根系发生塑性变形,应力与应变关系逐渐偏离直线,反映出高度非线性弹性特征。试验表明:油松根系抗拉强度与抗拉弹性模量存在极密切的相关性。根据试验结果提出根系受拉应力与应变全曲线统一数学表达式,其理论曲线与试验曲线吻合较好。     

基于遗传BP神经网络的核桃破裂功预测模型

针对核桃壳破裂所需机械能易受核桃含水率、加载速度和体积级别等多种因素影响,提出一种核桃壳破裂功预测方法。以南疆地区温185核桃为研究对象,选择核桃含水率(4%、6%、8%、10%)、加载速度(100、200、300、400 mm/min)和横径级别(1、2、3、4级)3个因素作为BP神经网络模型的输入量,利用遗传算法优化神经网络的权值与阈值,建立温185核桃破壳破裂功的遗传BP神经网络预测模型。结果表明:遗传BP神经网络模型能较好表达温185核桃破壳破裂功与主控因素之间的非线性关系,预测结果与实测值之间的平均绝对百分比误差为0.035,测试样本的网络输出值与网络目标值的相关系数达0.92488,模型预测效果较佳。研究结果为温185核桃破壳取仁加工过程的在线监控提供参考依据。     

采收期对叶城县6个核桃品种品质影响初探

为明确叶城县6个核桃品种（温185、新新2、新丰、扎343、新光和温179）不同采收期果实品质和青果开裂率的变化规律,确定6种核桃在叶城县的适宜采收期,本试验测定了6种核桃样品的外观品质（三径、坚果单重、壳厚、出仁率、径仁率、含水率）和内在品质（脂肪、蛋白质、可溶性糖、维生素E和矿质元素含量）。结果表明,随着采收时间的推迟,6个核桃品种的坚果三径、单果重、出仁率、径仁率呈上升趋势,壳厚、含水率均呈下降趋势,内在品质整体呈上升趋势。温185在9月4日、新新2在9月24日、新丰和扎343在9月14日、新光和温179在9月19日采收的核桃坚果质量、脂肪、蛋白质含量等已基本定型,过早或过晚采收对核桃品质均有影响。相关性分析表明,青果开裂率越大,则果实越大、内在营养物质含量越高,果实青果开裂率可作为判断叶城县6个核桃进入适宜采收期的重要依据。综合上述评价结果表明,温185、新新2、新丰、新光和温179的青果开裂率达75%,扎343的青果开裂率达55%为适宜的采收期。本研究结果为叶城县6种核桃采收后深加工、贮藏以及进一步划分果实等级提供了理论依据。     

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。     

种子玉米籽粒果柄断裂机理试验研究

为降低种子玉米脱粒过程中的机械损伤,掌握种子玉米籽粒果柄的断裂机理,该文对不同品种、不同籽粒含水率、不同施力方式下的种子玉米籽粒果柄断裂特性进行了分析,试验结果表明：随籽粒含水率的增大,果柄抗压强度、抗弯强度、抗剪强度都减小,但抗拉强度增大;压力施力方式对果柄断裂力的影响程度最大,剪切力施力方式对果柄断裂力的影响程度最小;在同一分离方式下,不同品种玉米粒穗分离的难易程度不同。从而为玉米种子低损伤脱粒方式及部件研究和脱粒系统设计提供依据。     

核桃分级破壳取仁及壳仁分离关键技术与装置研究进展

中国是世界核桃种植面积和产量第一大国，高营养和经济附加值的核桃精深加工产品需求量日益增加，因而核桃具有广阔的综合开发利用前景。核桃分级、破壳取仁和壳仁分离是初加工流程中最为关键的3个环节，而且是核桃精深加工必备的前道工序。然而传统的手工作业方式及功能简单的核桃初加工装置无法满足食品工业对核桃高品质及批量化要求，严重制约核桃产业的发展。因此，加大核桃初加工关键技术及装置的研发力度势在必行。对于核桃分级，以尺寸特征为基础，锥辊式、栅条式、筛网式、视觉成像式是分级装置的4种原理。基于分级原理，分类总结分级装置现状及其应用特点；不同类型装置的多因素性能试验可得到各自优化参数组合。对于重点环节破壳取仁，核桃相应物理特性是破壳装置设计的重要依据，如球度、壳厚、含水率等直接影响核桃壳、仁的机械性能，分类总结表征不同物理特性的参数值范围。基于物理特性，挤压式、碰撞式、气爆式是核桃破壳的3种主要原理，分类总结核心破壳机构特征及其应用，并重点介绍了3种创新型破壳装置与工作原理。多因素性能试验可优化各类型装置主要影响因素的参数组合。对于壳仁分离，风选式是目前相关装置的主要应用原理，核桃混合壳仁形态特征及物理参数是设置风速和风向的主要依据；在风选式壳仁分离机理的基础上，分类总结多种壳仁分离装置及各自多因素性能试验下的优化参数组合。该研究通过对核桃初加工3个关键环节各自对应的核桃物理特性、工作机理、装置及其性能优化试验进行系统性总结和综述，期望加深对核桃初加工过程的理解，为提升核桃加工水平提供理论依据与技术支持。     

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％。     

农业废弃物核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附特征研究

以核桃壳粉为吸附剂，通过批试验探讨了体系初始pH值、吸附剂用量、温度等因素对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附的影响，并讨论了吸附过程中Cr的化学形态变化和吸附过程的热力学特征。结果表明，核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附最佳pH为1．0。向50mL50mg·L^-1的Cr（Ⅵ）溶液中加入0．5g核桃壳粉，对溶液中Cr（Ⅵ）的去除可达95．39％，吸附过程伴随着氧化还原反应的发生；随着体系温度的升高，核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附量增加，吸附过程符合二级动力学过程，Langmuir模型能较好地反映吸附过程特征。对吸附热力学参数ΔG^0,ΔH°和△S°计算表明，吸附过程是吸热的自发过程，升高温度有利核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附，在301、308和318K条件下的最大吸附量分别为20．54、26．00和29．53g·kg^-1。试验结合FTIR和SEM手段，对核桃壳粉进行了分析，发现核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附是一个包含氧化还原的极其复杂的反应过程，核桃壳粉是具有吸附污水中铬的能力和潜在利用价值的生物质吸附剂。     

Mechanical Behaviour of Hazelnut under Compression Loading

Aci Findik, Cakildak, Tombul, and Güney Karasi varieties of hazelnut were loaded between two parallel plates to determine the specific deformation, rupture force, and rupture energy required to initiate shell and kernel rupture. The tests were carried out at two deformation rates of 0·52, and 0·91 mm s⁻¹, four moisture contents of 6, 11, 15, and 18% w.b., and three axes (X,Y,Z). The X-axis is the longitudinal axis through the hilum, while the Y-axis is the transverse axis containing the major dimension at right angles to the longitudinal axis, and the Z-axis is the transverse axis containing the minimum dimension. Physical characteristics of nut and kernel such as mass, dimensions, geometric mean diameter and sphericity were determined. Specific deformation and rupture energy of the shell generally increased in magnitude with an increase in moisture content while rupture force decreased for compression along the X- and Y-axis. The highest nut shell specific deformation, rupture force and rupture energy among the four varieties were obtained for Aci Findik nuts loaded along the Z-axis at a deformation rate of 0·52 mm s⁻¹. The Tombul and Güney Karasi varieties had the highest kernel rupture force and rupture energy, respectively.     

核桃青皮剥离过程中影响青皮剥净率和核桃破碎率的因素分析

在气候干燥炎热地区，核桃种仁成熟比青果皮成熟快，为了获得高质量的种仁，在青果皮尚未成熟时进行核桃的收获。未成熟的核桃青果皮剥离非常困难，迫切需要研制适用的机械来进行青果皮的剥离作业。为了提高核桃青果皮剥离质量并尽量降低在剥青皮过程中对核桃硬壳造成的机械损伤，通过对剥皮滚筒和凹板钢丝刷构成的剥皮工作部件结构与工作参数的正交试验方法，对影响破碎率和剥净率的3个因素——剥皮滚筒转速、钢丝直径、钢丝顶端与滚筒之间的间隙进行了分析。结果表明，破碎率受钢丝直径的影响最大，受钢丝顶端与滚筒之间的间隙的影响次之，受滚筒转速的影响最小。剥净率受钢丝直径的影响最大、受钢丝顶端与滚筒之间的间隙的影响次之、受剥皮滚筒转速影响最小。在剥皮滚筒转速为25 r/min，钢丝直径为2.3 mm，物料入口处钢丝顶端与滚筒的间隙在50 mm条件下，可获得较理想的作业质量。