甘蓝采后整修系统自动调向装置设计与试验

针对甘蓝自然状态下根部姿态不一致、难以高通量采后整修处理的问题,设计了一种甘蓝采后整修系统自动调向装置,以提高甘蓝采后整修处理效率并降低人工成本。装置主要包括驱动电机、链传动机构、齿轮齿条副、辊轮调向机构、图像检测机构及机架。结合“中甘15号”甘蓝物理特性参数,对甘蓝在辊轮调向机构上的运动状态及甘蓝的受力情况进行了理论分析,确定了辊轮直径等关键部件结构参数及辊轮转速等关键作业参数范围。在ADAMS仿真软件中进行了甘蓝自动调向作业运动学仿真分析,并试制自动调向装置进行了验证试验。结果表明:设计的甘蓝采后整修系统自动调向装置采用机械结构实现了甘蓝根部的自动调向;当辊轮直径为80.00mm、辊轮径向间距为53.35mm、辊轮轴向间距为53.35mm、辊轮转速为2.96rad/s时,甘蓝调向成功率为92%,基本满足甘蓝采后整修处理作业需求。     

基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法研究

针对采后甘蓝人工连续定向效率低、劳动强度大等问题，以“中甘15号”甘蓝为研究对象，提出了一种基于转动惯量的采后甘蓝自动定向方法。首先，建立了采后甘蓝的简化几何模型，对3个惯量主轴的转动惯量及其定向运动稳定性进行了理论分析；其次，建立了定向仿真模型，基于ADAMS软件分析了26种初始姿态的采后甘蓝在定向过程中的位移差值和采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角随时间的变化规律；最后，搭建自动定向试验平台，以辊轮直径、轴向间隙、径向间隙和角速度为试验因素，以采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角和定向成功率为试验指标，进行了单因素和正交试验。理论分析和仿真结果表明，采后甘蓝在定向运动过程中，逐渐趋向绕转动惯量最小且唯一的中心轴转动，且该运动状态动态稳定，即实现了采后甘蓝的自动定向。试验结果表明，试验因素对采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角影响的显著性主次顺序为辊轮直径、角速度、轴向间隙、径向间隙，试验因素对定向成功率影响的显著性主次顺序为角速度、辊轮直径、轴向间隙、径向间隙；最优参数组合为辊轮直径80mm、轴向间隙80mm、径向间隙70mm、角速度6rad/s。在最优参数组合下进行了验证试验，结果表明，采后甘蓝中心轴与辊轮轴线的夹角平均值为（6.72±1.23）°，定向所需时间为6.8s，定向成功率为96%，满足采后甘蓝自动定向及后续高通量处理的需求。     

基于EDEM的甘蓝翻转卸料过程运动与损伤分析

针对甘蓝整修系统中卸料自动化程度低、损耗严重等问题,设计了一种甘蓝整修系统配套的翻转卸料装置。利用EDEM仿真软件,依据“秦选2号”甘蓝物理特性建立了甘蓝模型,并建立了翻转卸料装置模型,进而分析了翻转卸料过程中果箱内不同区域甘蓝的运动规律;研究了果箱翻转角速度、果箱翻转角度、上盖打开角速度对甘蓝损伤率的影响。仿真结果表明:果箱翻转角速度对甘蓝损伤率的影响无明显变化规律;随着果箱翻转角度的增加,甘蓝损伤率呈上升趋势;随着上盖打开角速度的增加,甘蓝损伤率先减小后增大,且在30°~70°/s范围内甘蓝损伤率较小。在相同工况下随机选取4种等级甘蓝,进行了验证试验,结果显示:验证试验结果与仿真基本相同,甘蓝损伤率最大误差为4.1%,且甘蓝损伤率与果箱翻转角速度、果箱翻转角度、上盖打开角速度的变化趋势一致。这表明,采用离散元法分析翻转卸料装置甘蓝卸料过程和损伤是可行的。该研究为甘蓝卸料装置及整修系统的设计提供了参考。     

采后甘蓝单体排序定向输送装置设计与试验

针对采后甘蓝人工上料及定向排序劳动强度大、生产效率低、人工成本高等问题,结合采后甘蓝商品化处理工艺及转动惯量特性,设计了采后甘蓝单体排序定向输送装置。该装置采用气缸传动对空间堆叠状态的采后甘蓝进行翻转卸料,随后在单层喂入辊和曲面缓冲轨道作用下采后甘蓝呈单层状态排出,再经限位辊和变螺距输送辊引导完成采后甘蓝的单体排序输送,最终基于转动惯量特性在4个锥形辊形成的稳定空间内实现定向输送。对翻转卸料机构、单层喂入缓冲机构、变螺距单体排序机构、锥形辊定向输送机构等关键部件进行了结构设计,并试制了采后甘蓝单体排序定向输送装置样机。以“中甘15号”甘蓝为试验材料,以卸料气缸运行速度、单层喂入辊转速、变螺距输送辊转速和输送链条线速度为试验因素,以单体排序成功率和定向成功率为试验指标进行了正交试验。结果表明,最优参数组合为卸料气缸运行速度10mm/s、单层喂入辊转速50r/min、变螺距输送辊转速30r/min、输送链条线速度300mm/s,在最优参数组合下,采后甘蓝单体排序成功率平均值为96.50%,定向成功率平均值为95.17%,标准差分别为2.54%、3.28%,单通道作业效率约为1004kg/h。本研究为深入研发采后甘蓝多通道高通量单体排序定向输送装置、实现采后甘蓝商品化处理机械化作业提供参考。