基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺研究

为保证稻谷干燥后品质、提高干燥效率,基于不同含水率稻谷的玻璃化转变温度,提出变温热风干燥工艺。采用三因素五水平中心组合试验方法,以稻谷温度、初始含水率和热风风速为影响因素,以稻谷爆腰指数、整精米率和干燥时间为评价指标,研究稻谷玻璃化转变温度、恒温和变温干燥特性,模拟解析稻谷干燥过程中传热传质规律,以5、10、15℃的变温幅度进行变温干燥试验。结果表明,稻谷玻璃化转变温度与其含水率呈负相关,恒温干燥最佳工艺参数为稻谷温度47℃、初始含水率22.0%、热风风速0.50 m/s,干燥后稻谷爆腰指数70、整精米率57.67%、干燥时间195 min;与恒温干燥相比,以5℃和10℃为变温幅度的变温干燥工艺,干燥后稻谷爆腰指数分别降低了20和10,整精米率提高12.6、7.7个百分点,干燥时间缩短30 min和60 min。研究表明,基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺明显改善了稻谷干燥后品质,提高了干燥效率。     

玉米种子活力逐粒无损检测与分级装置研究

基于近红外反射光谱分析技术,设计了玉米种子活力逐粒无损检测与分级装置,该装置主要由单粒化装置、输送管道、近红外光谱采集系统、控制系统和分级装置等组成。种子单粒化装置由一个带孔的倾斜转盘和一个固定托盘组成。输送管道与固定托盘出种口连接,其末端为光谱采集单元。种子由单粒化装置分离后,经输送管道落至光谱采集区进行光谱分析及活力判断,之后由分级装置对判别完成的种子进行分级。带孔圆盘用于将种子单粒化,其工作效率是提高种子检测及分级速率的关键。经分析得出,决定单粒化装置单粒化效率的因素分别为转盘倾斜角、转盘速度和孔高度。为提高检测速率,对单粒化装置进行了参数分析及优化试验。试验结果表明,当转盘倾斜角为31°、转速为0. 5 r/s、孔高度为2. 2 mm时,种子单粒化效率最优,单通道可达7粒/s。为建立玉米种子活力预测模型,基于该装置分别采集了100粒正常有活力玉米种子和100粒人工老化无活力玉米种子在980～1 700 nm波长范围的光谱数据,对种子原始光谱进行不同方法的预处理,并利用PLS-DA建立种子活力的定性判别模型。几种不同处理方式下的建模对比结果表明,SG-smooth预处理下的建模效果最优,其中校正集的判别准确率为98. 7%,预测集的判别准确率为96%。选取100粒种子对该装置预测模型的稳定性和准确性进行了验证试验,种子活力预测的总准确率为97%。所设计的玉米种子活力逐粒无损检测分级装置单粒化效率较高,光谱数据采集稳定,对玉米种子活力进行实时无损检测及分级具有可行性。     

双轴桨叶式混合机内椭球颗粒混合特性模拟

为探讨双轴桨叶式混合机内椭球颗粒的随机运动和混合特性,采用离散元法对颗粒混合过程进行了模拟研究。从单颗粒的随机运动轨迹、颗粒群的流线运动轨迹的角度分析了颗粒运动规律及混合特征,定量描述了混合程度与转子旋转圈数的数学关系。结果表明:混合机内椭球颗粒的随机运动剧烈,径向和轴向上的混合效果良好;分层颗粒的混合均匀是在对流混合,剪切混合和扩散混合共同作用下实现的;分层颗粒的混合度与转子旋转圈数直接相关,混合度与圈数的关系符合指数增长模型。     

基于ANSYS的核桃分级装置机架静力学及模态分析

为避免核桃分级装置在工作时出现结构强度及共振问题,以其核心承载部件机架为研究对象,利用Solid Works软件建立几何模型,并运用ANSYS软件进行有限元静力学及模态分析。静力学分析结果表明:机架在静载荷下的最大应力值为11.314MPa,动载荷下的最大应力值为28.285MPa,均小于材料的屈服极限值,且最大变形量为0.100 18mm,安全系数为15,机架结构强度能够满足工作要求。模态分析结果表明:机架的前6阶固有频率分布在36.07 131.07Hz之间,5阶振型产生的变形量最大,最大位移量为25.401mm,对应频率为118.87Hz,机架工作频率与其固有频率不在同一区间,因此在工作过程中不会发生共振。研究结果可为核桃分级破壳机械的设计与改进提供参考。     

立体苗盘管理机器人的机械臂参数优化与试验

为使立体苗盘管理机器人的机械臂能够在植物工厂狭窄的作业环境下,灵活、高效地完成目标工作空间的所有搬运和喷洒动作任务需求,同时尽量减小机械臂的操纵空间和结构尺寸,采用理论与试验相结合的方法对机械臂参数进行了优化设计。首先采用D-H法建立了机器人的运动学模型,然后通过工作空间分析确定出优化参数的工作空间约束条件。在此基础上,以"距离最短"和"结构紧凑"为性能指标建立目标优化函数,并利用遗传算法求解出最优的大臂杆长648 mm、中臂杆长472 mm和小臂杆长396 mm,最优机械臂关节转角极限值为96°、68°和126°。最后进行机器人样机的搬运和喷洒运动规划试验,并借助高速摄像系统标记机械臂末端运动轨迹坐标。试验结果表明:优化后的机械臂能够到达目标工作空间的所有极限位置及其他特征位置点,最大绝对定位误差为9.8 mm,最大相对定位误差为0.98%,在允许的误差范围内,能够满足机械臂工作空间对目标工作空间的有效包容。     

微波复热方便米饭温度均匀性研究

为改善微波复热方便米饭温度均匀性,通过单因素试验研究4种不同高度规格(4.0,4.5,5.5,7.0 cm)矩形盒对方便米饭在微波复热过程中温度分布及均匀性的影响。利用3因素5水平正交试验方法,以微波作用次数、微波作用时间(单次)和间歇比(微波作用时间/间歇时间)为变量,温度均匀性系数为指标,优化微波间歇复热方便米饭最佳工艺参数。结果表明,矩形盒装方便米饭存在边角聚焦效应,边角处出现热点,中心区域出现冷点,米饭底层温度最高,表层次之,中层温度最低;温度均匀性随矩形盒高度的增加而降低,在高度为4.5 cm时温度均匀性较好;微波作用次数对温度均匀性影响较大,间歇比对温度均匀性影响较小;微波间歇复热方便米饭最优工艺参数为微波作用1次,单次微波作用时间180 s,间歇比13,温度均匀性提高30.77%。研究结果可为方便食品微波复热工艺及品质改善提供参考。     

不同含水率下温185核桃仁力学特性试验研究

为了减少核桃在破壳过程中的机械损伤,降低碎仁率,提高核桃破壳质量和经济附加值,对核桃仁的力学特性进行研究。以温185核桃为研究对象,对其分别进行0 h、1 h、2 h、3 h、5 h、8 h、12 h的干燥处理,通过手工去壳后对完整核桃仁分别从横向、缝向、纵向进行压缩力学特性试验,研究不同含水率下核桃仁的受载及变形规律。运用MATLAB和SPSS软件进行数据处理,并建立相关数学模型。结果表明:核桃含水率在干燥8 h后趋于稳定;在加载变形量12 mm、加载速度60 mm/min、起始加载力0.5 N的加载条件下,核桃仁在横向上的受载和抗变形能力最强,其韧性较好不易破碎,所承受的加载力和变形量随含水率的减少总体呈现先增加后减少的趋势,最大加载力为175.5 N,最大变形量为11.78 mm。     

微波技术在食品和农产品加工中应用研究进展

微波加热技术具有速度快、可控性高等特点,在食品和农产品的热加工过程中具有较强应用潜力。该研究在分析微波加热原理的基础上,从技术应用、设备研制和仿真研究等方面介绍微波加热应用现状,如在农产品干燥、杀菌、萃取和膨化等方面进行深入研究和应用。指出微波加热在机理解析、工艺局限性、加热不均匀性和能量利用低等问题,尤其是微波场对物料内极性成分作用机制的研究深度、微波加热时在物料内温度和水分分布的不均匀性规律定量表征等方面,严重影响产品质量稳定性和能量充分利用。从揭示微波在加热腔体内传递和物料内吸收的机理,提高微波加热均匀性和改善加工质量,以及研制智能化工业用微波加工设备等方面,指出微波加热技术在食品和农产品加工中应用热点研究方向。针对微波加热技术在农产品和食品加工中科学问题、技术需求和设备现状,为发挥技术优势、拓展应用领域,该文提出微波加热理论研究与技术应用的发展趋势,以期提高微波热加工技术工业化应用适用性、保证产品质量和能量利用率。     

基于果实颜色特征的蓝靛果忍冬花青素含量预测

为了实现对蓝靛果忍冬果实品质无损检测,以蓝靛果忍冬果实作为研究对象,采集果实表皮颜色图像信息并提取颜色特征参数,测定不同采收时间蓝靛果忍冬果实花青素含量,探究颜色变化与花青素含量变化相关性,建立颜色与花青素含量之间的回归预测模型。依据蓝靛果忍冬果实颜色特征参数,采用高斯算法建立花青素含量预测模型。结果表明,自蓝靛果忍冬果实生长的第四阶段半转色期Ⅱ开始,花青素含量快速升高,在第七阶段成熟期达到最高,在此过程中果实颜色由红色明显转为紫黑色;在蓝靛果忍冬果实生长和成熟过程中,以果实三原色和颜色饱和度的单一分量及其算术运算得到组合分量构成了21个颜色特征参数,这些参数与花青素含量有显著相关性(P<0.01);基于果实原色中绿色和蓝色值归一化处理的差值建立花青素含量最优高斯模型,有准确度高(R_c²=0.993)、误差低(C_RMSE=4.752 mg/100g)、需用参数少(1个)的特点,适用于预测蓝靛果忍冬果实的花青素含量。研究结果可为蓝靛果忍冬生长期间的花青素含量无损检测提供模型依据。     

库尔勒香梨果实品质的电学特性研究

以库尔勒香梨为研究对象,在0.100 0~1 000.000 0 k Hz频率内,采用自制电学特性测量系统测定了不同采摘时间内香梨成熟过程中的品质指标和电学特性,并对电学参数与香梨果实品质的相关性进行了分析。结果表明:随着采摘时间的增加,库尔勒香梨的硬度逐渐减小,可溶性固形物含量逐渐增加;在试验参数范围内,随着测试频率的增加,并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻不断减小,复阻抗相角不断增大,耗散因数先增加后减小。频率一定时,采摘时间对并联等效电容、并联等效电阻、耗散因数、复阻抗相角影响较大,对并联等效电感影响较小。在0.100 0 k Hz频率条件下,复阻抗相角与香梨硬度和可溶性固形物含量无显著相关性,并联等效电容、并联等效电感、并联等效电阻、耗散因数与香梨硬度和可溶性固形物含量有显著或极显著相关性。