盆花包装机开袋机构设计与试验

为进一步提高现有盆花包装机的作业性能,针对现有盆花包装机开袋作业环节中存在负压吸盘吸附包装袋不稳定易脱落的问题,该文设计了增设钩袋装置的开袋机构,确定了负压吸盘、开袋运动装置和钩袋装置的主要结构参数,并对无钩袋开袋机构与有钩袋装置的开袋机构分别进行了开袋作业性能试验。试验结果表明:无钩袋开袋机构为保证作业成功率大于等于90%,开袋速度小于0.30 m/s;有钩袋装置开袋机构为保证作业成功率≥95%,当钩袋爪与吸盘的间距为2 mm、钩袋爪宽为4 mm时,开袋速度可提高到0.41 m/s,据此,可使盆花包装机整机作业生产率提高7.3%,生产率达到1 287盆/h。该研究结果为盆花包装机的开发提供重要技术参考。     

宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的设计与试验

宽皮柑橘在入库贮藏前需要用薄膜袋包装以延长货架期,为了代替人工操作实现自动包装,该研究打破传统的套袋包装模式,采用上、下双层膜,结合热封切机构,设计了一种新型的4边封口制袋包装机。该机主要由双排进料装置、送膜装置、封切升降装置、组合封切装置组成。利用封合后的前膜带动后膜的方式送膜,避免了薄膜撕裂;采用半球形结构承载宽皮柑橘,可实现多排多列果实的连续制袋包装;通过ADAMS软件对以曲柄滑块机构为主体的升降装置进行运动学分析,配合内置弹簧刀架中弹簧的压缩与放松,在升降装置不停止的情况下,研究电机转速与热封时间的关系,确定电机转速为20 r/min。以温州蜜柑为对象进行试验,结果表明,宽皮柑橘薄膜包装机的包装率为98.6%,优质率为93.3%,包装效率为97.6个/min,实现了贮藏用果实的自动套袋包装。研究结果可为宽皮柑橘贮藏用薄膜包装机的研制与优化提供参考。     

原粮包装机凸轮撑袋机构的设计与试验

针对定量原粮包装机由不同气缸分别驱动撑袋机构与夹袋机构,导致同步难、效率低、低温环境下气动系统易结露、以及工作环境粉尘较大而引起的气动部件动作迟缓甚至失灵等问题,该研究设计了一种随夹袋机构同步运动的凸轮撑袋机构。利用一台电机驱动平面六杆机构带动凸轮撑袋机构与夹袋机构,实现撑袋、夹袋和复位的同步运动;基于几何坐标变换和矢量法建立撑袋机构的凸轮工作廓线参数方程和空间凸轮机构的压力角求解方法,确定撑袋运动规律和凸轮工作廓线;建立凸轮撑袋机构三维模型,利用ADAMS软件对凸轮撑袋机构的撑袋运动规律进行仿真分析,结果表明：撑袋运动规律理论计算与仿真分析结果基本一致,最大压力角23°小于许用压力角,满足机构工作要求;开展气缸驱动与电机驱动撑夹袋机构的对比试验,得到后者的生产率达10袋/min,验证了机构设计的合理性,研究可为北方寒区原粮包装机设计提供一种设计思路和理论分析方法。     

紫外线降解水果中农药残留设备的设计与试验

为探讨高效降解水果中农药残留的方法,设计了紫外线降解农药残留的设备,利用紫外线照射水果表面,使水果中的农药残留发生降解。同时以乔纳金苹果和砀山酥梨为试验材料,研究了该设备的使用效果情况。研究结果表明：用波长为253.7 nm,有效强度为2243 μW/cm2的紫外光分别照射农药残留超标的苹果和梨3、2、1、0.5 min, 与未经照射的对照组相比,经处理的水果农药残留均大幅度下降;综合来看处理1 min的效果较好。苹果和梨处理1 min后残留乐果的降解率分别是57.40%、60.12%;残留氰戊菊酯的降解率分别是42.23%、41.25%;处理后的苹果和梨中的农药残留均远低于国家标准。     

水果输送过程中定向机理的分析与试验

水果的定向技术在水果的机械化加工过程中以及机械化分级、检测中有着广泛的应用,特别是杏果实沿接缝线准确切分,必须首先对杏果实进行定向。本文以刚体动力学为基础,对单轴对称水果在输送过程中的动力学机理进行了理论分析,建立了单轴对称水果在输送过程中的动力学方程,利用李雅普诺夫V函数稳定性研究分析表明,水果在原点是稳定的;应用ADAMS软件对定向过程进行动态仿真,得出椭球绕着最大惯性矩主轴的旋转是稳定的;并通过专用试验装置对新疆多种杏子进行定向试验,得出当杏果实的长径转动惯量与骑径转动惯量的比较大时,定向的成功率较高,最高可达88%。     

水果综合分选机称重模块的设计与实现

为满足水果外观品质和质量综合分选的实际需要,设计了水果机器视觉质量综合分选机的称重模块。通过受力分析得出了水果质量的理论计算公式,给出了水果同步称重过程的实现方法。通过对质量不同的苹果进行实测标定,得出了等效质量 与其A/D转换值之间的关系式,并进行了试验验证。试验结果表明,所设计的称重模块可以与水果机器视觉分选机配合,对水果进行外观品质和质量的检测,称重精度约为2%。     

鸡蛋彩盒装箱生产线设计与试验

为了满足消费者需求,鸡蛋被包装成规格众多的礼品彩盒,这给彩盒装箱自动化带来了巨大困难,由于彩盒大小多变,每箱装入数量不同,加上鸡蛋的易碎物理特性,目前,国内禽蛋加工企业均采用人工装箱。该研究为实现对鸡蛋机械自动装箱,研发出基于直角坐标机械手的彩盒装箱搬运机构,通过机械臂轨迹规划算法,计算出直角坐标机械手各单元的运动轨迹,设计了鸡蛋彩盒柔性装箱生产线,并实现产业化。为了保证装箱过程中机械手夹持彩盒稳定可靠,同时,避免生产线共振导致盒内鸡蛋的破损,该研究首先对彩盒基本物性及所需包装防护性能进行跌落试验、压力试验、扫频试验和随机振动试验,确定鸡蛋彩盒包装的防护性能参数,包括临界跌落高度、无破损夹持力、共振频率、无破损鸡蛋运输系统激励。由彩盒跌落试验得出盒内鸡蛋破损临界跌落高度为290 mm;压力试验确定彩盒夹持力小于870 N时,盒内鸡蛋无破损;扫频试验确定彩盒包装件共振频率范围为10～15 Hz;随机振动试验确定系统的激励需小于等于0.52 g2/Hz。在彩盒物性参数测定值约束下,采用Siemens PLC S7-200 Smart作为中央控制器,MCGS触摸屏界面,配合可以根据彩盒大小、规格和入箱彩盒数量要求而快速拆装更换的夹板和导入架,实现了鸡蛋彩盒柔性、高效、低破损装箱。该生产线设计的直角坐标机械手X、Z轴的最大有效行程分别为750、380 mm;X 轴移动线速度0～199 mm/s可调,Z 轴移动线速度0～149 mm/s可调;Y轴夹爪板运动轨迹最大行程200 mm,最大线速度50 mm/s。整机额定功率1.5 kW。生产线在企业包装流水线上运行11个月,机械装置及控制系统软硬件稳定可靠。对生产线进行了为期10 d的现场测试,结果显示：包装线完成每箱6盒、每箱4盒的装箱效率分别为96.2和120.4箱/h,是人工装箱效率的4～6倍,同时还可节省3～6名辅助工,测试全过程蛋品破损率为0。研究结果可为禽蛋彩盒包装自动化生产线的设计与应用提供参考。     

采后热风与热水处理杀虫的水果温度场有限元模拟

热风和热水加热具有高效、环保且易于控制的优点,是一种替代化学熏蒸控制采后水果虫害的有效物理方法。但由于缺乏对加热速率、加热时间与温度分布等问题的深入与系统研究,常导致杀虫效果较差或对水果品质造成一定负面影响。为了研究水果采后热处理过程的传热机理,建立了水果热处理时的非稳态传热模型,利用有限元分析软件COMSOL建模求解,并进行了试验验证。结果表明,模拟值与实测值之间的均方根误差均低于8%,从而验证了模拟的可靠性。达到相同的热处理效果,水果热水(55℃)加热时的热处理时间仅为热风(55℃)的30%,所以热水是一种更有效的加热介质。增加热风的流速可以提高加热速率,而热水循环速度对传热速率影响较小。水果内部的传热速率主要受水果大小、介质流动速度和水果形状的影响,热扩散系数对水果加热时间的影响较小。所建立的水果传热模型及相关试验结果可为水果采后热杀虫工艺参数的确定及优化提供参考。     

包装机夹持卧带式拉伸膜供送成型装置设计与试验

针对现有生鲜果蔬机械化包装过程中拉伸膜无法供送及制筒成型等问题,该研究设计了一种生鲜果蔬包装机夹持卧带式拉伸膜供送成型装置,该装置主要由包材供送机构、立式输送带和卧式输送带等组成,可完成包材物料的平稳供送,物料上部覆膜和纵封作业。对拉伸膜供送成型过程进行力学模型分析,确定夹持卧带的倾斜角度范围12°～18°,流利条部件的下压深度0～10 mm,夹持卧带总夹持距离250 mm,夹持最低点距支撑件的最佳距离10 mm。为寻求最优工作参数,运用二次旋转正交组合试验,选取输送速度、流利条部件的下压深度以及夹持卧带的倾斜角度为试验因素,以拉伸膜左、右偏移量作为试验指标进行响应曲面分析。试验结果表明：各个主效应因素对拉伸膜左、右偏移量的影响由大到小依次为输送速度、流利条部件的下压深度、夹持卧带的倾斜角度。通过目标参数优化,确定最优工作参数组合：输送速度为292 mm/s,流利条部件的下压深度为10 mm,夹持卧带的倾斜角度为16.3°。对优化参数进行试验验证得到：左偏移量均值为10.5 mm,右偏移量均值为11.4 mm,与优化模型预测结果基本一致,满足生鲜果蔬包装机拉伸膜供送成型装置稳定送膜、有效制筒纵封的作业需求。该文可为后续生鲜果蔬机械化包装提供一定的理论基础与参考。     

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。     

无芯卷膜式残膜打包装置设计与试验

针对残膜打包装置工作中存在残膜包密度不合适、打包室空间不合理、结构复杂、残膜成包率低等问题,该研究设计了一种无芯卷膜式残膜打包装置,利用V字形布置的前后打包带代替辊筒构成打包室,结构简单,解决了辊筒缠膜的问题。建立了机具完成一行作业时打包装置生成的残膜包直径与农田每行长度的理论模型,并进行田间验证试验,结果表明合理的打包室空间应满足完成一行作业时打包装置生成的最小残膜包直径大于0.45 m。通过分析打包室内残膜包成型过程和运动过程,设计以残膜包密度和成包率为指标,打包前角、打包带表面状态和打包带线速度为因素的正交试验,试验结果表明：机具较优作业参数组合为打包前角35°,打包带表面状态为粗糙面,打包带线速度1.167 m/s。利用较优参数组合进行田间验证试验,残膜成包率为100%,残膜包密度平均值为121.137 kg/m3,满足设计要求,该研究结果可为残膜打包装置的设计与研究提供参考。     

犁旋一体机自动调平系统设计与试验

为了解决犁旋一体机作业过程中调节机具问题,设计了一种犁旋一体机自动调平系统,该系统包括执行机构、控制系统、液压系统。根据犁旋一体机自身的特点,提出了一种确定调平角度范围的方法,并根据实际田间作业情况,运用EDEM仿真软件进行田间作业的虚拟仿真,仿真结果表明:地表平整度小于2 cm,满足农艺要求。在设计和仿真的基础上,进行田间试验,将手动调平的犁旋一体机的作业情况和自动调平的犁旋一体机的作业情况进行对照,分析了作业过程中机具的角度变化和作业后的耕深及其稳定性,地表平整度。结果表明:自动调平犁旋一体机相对于手动调平犁旋一体机,在耕深的稳定性和耕后地表平整度上有较为明显的提高,前者耕深稳定系数达到87.31%,后者为84.76%。前者地表平整度为1.97 cm,后者为2.56 cm。     

防雹网对果园立地环境及苹果生长的影响

在陕北黄土丘陵沟壑区以普通苹果园为对照,研究了覆盖防雹网对果园立地环境、冰雹伤害和苹果生长状况等的影响。结果表明：防雹网具有一定的升温及遮荫作用,对果园的气温、地表温度、20 cm土壤温度、40 cm土壤温度影响表现为早晚提高,中午降低,日均温略有提高,影响程度为气温＞地表温度＞20 cm土壤温度＞40 cm土壤温度,晴 天＞阴天。防雹网对果园空气湿度、土壤水分无显著影响,但极显著地降低晴天的光照强度和风速,且风速越大,降低的效果越明显。防雹网略微降低苹果叶片的光合速率,极显著地削弱枝条长势,显著降低果实产量,但对果实品质无显著影响。防雹网极显著降低果实、叶片的伤害率和伤害指数,显著提高果实的经济产值。在冰雹频繁发生区域,应加强防雹网的使用与推广。     

果蔬三维切丁机设计与试验

为了提高国产切丁机的切削质量和切削效率,设计了一种新型果蔬切丁机.该机采用旋转推进器送料,离心切削法切片,圆盘格栅刀切丝,最后由切丁条刀切丁的三维切丁技术.论文阐述了切丁机结构组成及工作原理,并以马铃薯为切削对象,进行了物料在离心切削滚筒内的受力分析计算,确定出切削滚筒最小工作转速为133.3 r/min;对所切物料丁断面曲线方程分析,得出切丁断面具有3种不同形状,通过比较不同离心切削滚筒与切丁条刀转速比条件下的切丁断面形状及偏差,得出其最佳速比为0.17.样机切削性能试验表明:切出的15 mm× 15 mm×15 mm和20 mm×20 mm×20 mm马铃薯立方块形状规整,其相对偏差分别为11.7％、12.7％,均小于15％,达到了预期目标,为新型果蔬三维切丁机的研制提供了参考.     

油茶果脱壳清选机的研制与试验

为了找到一种油茶果脱壳及壳、籽分离的最佳方法,该文研究了油茶果的生物特性,并据此特性采用撞击、挤压和揉搓原理研发了油茶果脱壳清选机。该机采用呈一定扭角和锥角、回转半径不同的脱壳杆,在滚筒里形成一锲形脱壳室进行脱壳,适应大小不同的油茶果。利用果壳和茶籽粒的外形差异,设计了一组弧形齿光辊对辊清选机构,并进行了脱壳清选试验。试验结果表明,对于含水率较高、未开裂及开裂的油茶果,在脱壳杆转速350～400r/min,脱壳杆锥角3°,齿光辊间隙1.0～1.5mm,筛孔直径24mm的工艺条件下,处理量达1000kg/h,脱净率≥99%、清选率≥95%,碎籽率≤3%、损耗率≤2%。试验表明整机构思巧妙、工作稳定可靠,可以投入生产应用。