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。     

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。     

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。     

利用改进的YOLOv5s检测莲蓬成熟期

为解决莲田环境下不同成熟期莲蓬的视觉感知问题,该研究提出了一种改进YOLOv5s的莲蓬成熟期检测方法。首先,通过在主干特征网络中引入BoT(bottleneck transformer)自注意力机制模块,构建融合整体与局部混合特征的映射结构,增强不同成熟期莲蓬的区分度;其次,采用高效交并比损失函数EIoU(efficient IoU)提高了边界框回归定位精度,提升模型的检测精度;再者,采用K-means++聚类算法优化初始锚框尺寸的计算方法,提高网络的收敛速度。试验结果表明,改进后YOLOv5s模型在测试集下的精确率P、召回率R、平均精度均值mAP分别为98.95%、97.00%、98.30%,平均检测时间为6.4ms,模型尺寸为13.4M。与YOLOv3、 YOLOv3-tiny、 YOLOv4-tiny、 YOLOv5s、YOLOv7检测模型对比,平均精度均值mAP分别提升0.2、1.8、1.5、0.5、0.9个百分点。基于建立的模型,该研究搭建了莲蓬成熟期视觉检测试验平台,将改进YOLOv5s模型部署在移动控制器Raspberry Pi 4B中,对4种距离范围下获取的莲蓬场景图像...     

鲜莲子低损伤单颗连续送料系统设计与试验

针对鲜莲子在机械去心自动送料过程中存在的堵料和机械损伤问题,该研究提出一种采用气流辅助的鲜莲子振动送料方法,实现向去心工位单颗连续送料。该系统通过间歇喷气与振动,使鲜莲子有序进入出料溜槽实现连续送料;通过控制下料管底端至输送链条滚轮顶端的间距以及下料管的开槽长度,实现不同大小鲜莲子的单颗输送。采用离散元法对鲜莲子振动送料过程进行仿真,分析了振动送料盘结构、振动频率对送料连续性的影响,及不同气嘴布置位置对振动送料盘内部流场分布的影响。试验结果表明：在相同振动频率下,振动送料盘气嘴外侧布置的空工位率较内侧布置低,送料连续性更好;随着振动频率增大,空工位率降低,莲子损伤率增大。试验获得的最优工艺条件为：采用圆弧Ⅱ型振动送料盘,气嘴布置在振动送料盘外侧,振动频率12 Hz。在该工艺条件下,空工位率为0.37%,单颗输送率为99.67%,莲子损伤率为0.2%,满足鲜莲子加工要求。研究结果可为鲜莲子送料系统设计及优化提供理论依据。     

莲仁钻削去心过程力学特性及减损工艺参数优化

为降低莲仁在钻削去心过程中的加工损耗,找出去心工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,该文对莲仁钻削去心过程进行了力学分析、切削过程摸拟、试验测试和工艺参数优化研究。1)对莲仁钻削去心时的受力状态进行了力学分析,建立了莲仁钻削加工的力学模型,分析了莲仁钻削崩碎的主要因素为压辊夹紧力、钻头直径、钻头转速、钻头进给量和莲仁含水率等;2)应用DEFORM 3D软件对莲仁钻削加工过程进行了切削仿真,获得了不同工艺参数条件下钻削轴向力变化曲线以及莲仁应变云图,得到了各工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,并找出了莲仁剥落的薄弱位置;3)用Kistler测力仪对莲仁钻削去心过程进行了钻削力测试,得到了莲仁在钻削过程中轴向力-时间曲线,以及切削速度、进给量、钻头直径等工艺参数对钻削轴向力的影响曲线,测试结果与仿真结果基本一致;4)基于所设计的莲仁去心试验台,用单因素试验法测试了含水率、压辊夹紧力、钻头速度、钻头进给量及钻头直径等工艺参数对莲仁崩碎率的影响规律,并在单因素试验结果的基础上,用正交优化试验法获得最优参数组合为莲仁含水率7.78%、钻头直径2.2 mm、压辊夹紧力38 N、钻头进给速度20 mm/s、钻头转速3 000 r/min。研究结果可为莲仁钻削去心设备的设计提供参考。     

基于ABAQUS的复合材料垂直轴潮流能叶片有限元建模与分析

为了探究复合材料铺层结构对潮流能叶片力学结构特性的影响,选择纤维增强复合材料进行潮流能叶片的设计研究,旨在设计出结构性能更加优越的潮流能复合材料叶片.为潮流能叶片设计了2种不同形式的复合材料铺层结构方案,一种方案叶片前缘铺层纤维不连续,另一种方案保证叶片前缘的铺层纤维连续;并利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分别对...     

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。     

核桃定向破壳装置设计及试验

【目的】核桃破壳是核桃加工过程中的重要工序，针对现有核桃破壳方法因随机运动而导致碎仁率高的问题，基于核桃的外形特征和力学特性提出一种采用振动调姿定向破壳方法，并开展试验研究，以提高核桃的破壳质量。【方法】以云南大姚103核桃为研究样本，测得了核桃的横径、纵径、棱径，以及沿3个方向的破壳力，核桃破壳时沿横径方向施力，不仅所需的破壳力小，而且碎仁率低。基于这一受力特征，设计了一种由皮带和压板组成的楔形定向破壳装置，并对核桃破壳过程中各瞬时进行力学分析，确定了影响破壳性能的主要因素。以破壳率、碎仁率为评价指标，采用单因素试验法，确定了皮带速度、弹簧刚度系数、压板倾角的选取范围；并以皮带速度、弹簧刚度系数、压板倾角为试验因素，开展了三因素三水平正交试验；以提高破壳率、降低碎仁率为目标，运用Design-expert软件对试验因素进行参数优化，获得了各因素的最优参数组合。【结果】基于所研制的定向破壳装置开展了定向破壳试验，结果表明：当皮带速度为93 mm/s，弹簧刚度系数为42 N/mm，压板倾角为2.5°时，破壳率为97.2%，高路仁率86.5%，碎仁率为13.5%。【结论】提出的定向破壳方法...