荔枝挤压损伤有限元预测分析

为减小荔枝的挤压损伤,通过试验测定了荔枝果壳和果肉的极限应力,建立了根据荔枝结构所对应的有限元模型,模拟了外力沿不同方向挤压荔枝的过程,得到荔枝内部组织的等效应力云图。结果显示:挤压过程中,荔枝果壳的应力大于果肉,果肉的损伤先于果壳;相同挤压力下,果壳的纵向挤压应力小于横向,但果肉的纵向挤压应力却大于横向;荔枝的挤压损伤具有各向异性,试验范围内,果肉出现机械损伤的纵向和横向挤压力分别为10 N和20 N,果壳出现机械损伤的纵向和横向挤压力为35 N和25 N。     

柑橘机器人夹持损伤有限元预测及试验验证

【目的】研究作业机器人不同夹持条件下柑橘的内部应力变化,预测并分析柑橘的夹持损伤。【方法】测定柑橘各组分的力学参数;根据柑橘结构建立其所对应的有限元模型,模拟机器人不同指面夹持柑橘的过程;利用自行设计的末端夹持平台对柑橘实物进行夹持验证试验。【结果】柑橘的纵向果皮和果肉的弹性模量分别为11.408和0.277 MPa,极限应力分别为1.250和0.048 MPa。模拟试验中,得到柑橘果皮和果肉的等效应力分布图;柑橘果皮应力大于果肉;由于果肉的极限应力小于果皮,果肉的损伤先于果皮;相同夹持力下,弧指比平指对柑橘果皮和果肉作用应力小;平指夹持力为23 N时,果肉出现损伤,但弧指夹持力为45 N时,果肉才出现损伤;当夹持力分别为12、23、34、45、56、67 N时,平指比弧指夹持的柑橘果肉损伤率分别大0、10%、30%、40%、20%、20%。夹持试验结果验证了模拟预测试验。【结论】可实现柑橘夹持损伤预测和评估,可为柑橘作业机器人的减损结构设计提供依据。     

竹木复合集装箱底板研究现状及展望

文中从竹材组坯、木单板性质、表层竹材、生产工艺、胶黏剂以及无损检测6个方面回顾了竹木复合集装箱底板的研究现状,并在此基础上分析竹木复合集装箱底板的研究趋势;提出竹材组坯角度不同和空心化处理的设计构想;指出在胶黏剂方面应该加强低温固化和降低脆性研究,在材料性能检测方面应利用有限元分析、人工神经网络和计算机图像处理的检测方法。     

夹剪一体的荔枝采摘末端执行器设计与性能测试

针对荔枝串果低损高效的机械化采摘,设计了具有单动力源驱动、夹剪一体的荔枝采摘机器人末端执行器,构建了剪切力学模型和稳定夹持力学模型,分析了夹持模块的力封闭性,推导了稳定夹持的三点接触正压力计算模型,设计了末端执行器的物理样机,并对其进行了采摘、负重和抗遮挡干扰工作性能测试试验。试验结果表明:末端执行器具有良好的夹持负重能力,串果母枝直径分别为3mm和7mm时,动态最大负重量分别为1.33kg和3.01kg;采摘时能快速剪切母枝并稳定夹持串果,平均夹剪时间为2 s,串果母枝直径5mm以下采摘成功率均为100%,串果母枝直径6~7mm采摘平均成功率为70%;具有中等抗遮挡干扰采摘能力。     

图像处理技术在竹木复合材料性能评估中的应用展望

从灰度共生矩阵、马尔可夫随机场、傅里叶变换、Gabor变换、小波变换、Contourlet变换方面回顾了图像处理技术在木质材料研究中的研究现状。结合目前企业采用传统的检测方法对竹木复合材料进行力学性能检测,既耗时长还会破坏材料增加成本现状,指出竹木复合材料性能检测的必要性以及图像处理技术的优势,提出将图像处理技术运用在竹木复合材料的无损检测上的研究思路。     

基于机器人采摘的柑橘果柄切割力学特性研究

为了给柑橘采摘机器人切割装置设计提供依据,根据采摘时被切割果柄弯曲的工作状态,设计了果柄切割夹持试验架,对柑橘果柄进行了不同切割条件的切割试验。结果表明:切割过程中,柑橘果柄发生弯曲,随着滑切角增大,果柄产生的起始裂纹从外侧转移到内侧,同时果柄切口更光滑;切割速度、刀具形式和滑切角均显著影响柑橘果柄的切割力学参数;随着切割速度的增大,峰值切割力、切割功率和切割位移均先快速减小,然后缓慢减小;随着滑切角的增大,峰值切割力减小,但切割位移先减少后增大;当滑切角为0°时,相比平刀和齿刀,弧刀对柑橘果柄的峰值切割力和切割位移最少;采用平刀切割,滑切角不应太大,以免切割位移过大,降低采摘速度;使用齿刀切割,滑切角应大于30°,不但峰值切割力大大减小,而且切割位移增加也较小。     

机器人采摘荔枝的跌落碰撞损伤试验

【目的】减小机器人采摘荔枝时因回收放置不当产生的跌落碰撞损伤。【方法】对荔枝进行跌落碰撞试验,分析不同的跌落碰撞条件对荔枝失质量率及果壳褐变指数的影响。【结果】荔枝失质量率及果壳褐变指数随着采摘回收下放高度的提高和储藏时间的延长而分别增加;相同下放高度,碰撞接触材料为PVC板时,荔枝失质量率及果壳褐变指数最大;试验范围内,回收装置采用塑料框时,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为60 cm,储藏1周为30 cm;回收装置为瓦楞纸果箱,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度为75 cm,储藏1周为45 cm;回收装置底层布满荔枝后,储藏2 d机器人采摘回收的最大起始下放高度可提高到90 cm,储藏1周可提高到60 cm。【结论】该研究可为荔枝机器人采摘回收放置减损策略的构建提供指导。     

荔枝采后堆叠存放损伤试验研究

为减少采后荔枝储运过程堆叠存放不当产生的挤压损伤,对荔枝进行了堆叠存放试验,分析了不同的堆叠存放条件对底层荔枝失重率及其果壳褐变指数的影响。结果表明:底层荔枝失重率及其果壳褐变指数随着堆叠层数的增加和存放时间的延长而分别增加;相同堆叠层数,箱体材质为塑料时,底层荔枝失重率及其果壳褐变指数最大,其次为瓦楞纸,最小为泡沫;试验范围内,有利于减少荔枝堆叠挤压损伤的最大堆叠层数:塑料材质,存放2 d为8层,存放4 d低于6层;瓦楞纸材质,存放2 d为8层,存放4 d为6层;泡沫材质,存放2 d为10层,存放4 d为8层;存放6 d,不管何种箱体材质,均为6层以下。     

红锥薄木饰面工艺研究

为获取红锥饰面板优化的生产工艺,促进红锥人工林木材的高值化利用,本文以桉木胶合板为基材,通过正交试验研究了施胶与热压工艺(施胶量、热压温度、热压时间和热压压力)对红锥饰面板含水率、浸渍剥离性能和表面胶合强度的影响。在此基础上,探究了不同种类清漆(硝基清漆、水性清漆和聚氨酯清漆)涂饰工艺对红锥饰面板的色差参数和漆膜理化性能(抗冲击性、耐磨性、附着力、铅笔硬度)的影响。结果表明：红锥饰面板的含水率、浸渍剥离性能及表面胶合强度均符合国标要求;最佳的施胶量、热压温度、热压时间和热压压力分别为120 g/m²、180℃、60 s和0.4 MPa;经硝基清漆和聚氨酯清漆涂饰处理红锥饰面板的漆膜抗冲击、耐磨、附着力等性能均符合国标要求,水性清漆涂饰的漆膜耐磨性不符合国标要求,但其具有最佳的附着力和抗冲击性能。红锥木材作为高端饰面板的开发潜力大。     

夹剪一体的荔枝采摘末端执行器设计与性能试验

针对荔枝串果低损高效的机械化采摘,设计了具有单动力源驱动、夹剪一体的荔枝采摘机器人末端执行器,构建了剪切力学模型和稳定夹持力学模型,分析了夹持模块的力封闭性,推导了稳定夹持的三点接触正压力计算模型,设计了末端执行器的物理样机,并对其进行了采摘、负重和抗遮挡干扰工作性能试验。试验结果表明:末端执行器具有良好的夹持负重能力,串果母枝直径分别为3 mm和7 mm时,动态最大负重质量分别为1.33 kg和3.01 kg;采摘时能快速剪切母枝并稳定夹持串果,平均夹剪时间为2 s,串果母枝直径5 mm以下采摘成功率均为100%,串果母枝直径6~7 mm采摘平均成功率为70%;具有中等抗遮挡干扰采摘能力。