全自动莲子剥壳去皮机的设计与试验

目前市场上的莲子剥壳去皮一体化机大多采用双边机结构,加工效率较高,但机器质量大、故障率高、调整维修困难。该文针对现有的莲子剥壳去皮一体机的缺陷,参考现有的莲子剥壳、去皮机的原理,设计出一种单边机结构的全自动莲子剥壳去皮机。莲子置于传送带,靠旋转的凹轮与莲壳表面间的摩擦,使莲子短径与传输方向保持一致;采用凸轮装置控制挡针和挡板的开合,使得莲子逐一通过;应用往复运动的刀片对传送带上的莲子进行环切;切壳后的莲子进入脱壳通道继续向前搓滚,使得壳仁分离;脱壳后的莲仁被冲皮装置夹持,绕自身旋转,受高压水枪冲击,使得莲子种皮完全脱去。对比试验表明,该机莲子完整加工率为91.3%,高于双边机;而未剥壳率和损伤率为1.9%和1.8%,低于双边机,单边机加工速度为96个/min,加工效率约为20 kg/h。因此,该文设计的全自动莲子机剥壳去皮性能更加稳定、可靠,调整维修更加简单,可实现莲子高效率低损耗的连续作业,并能加工各种粒度范围的莲子,能满足莲子剥壳去皮的实用需求,具有较好的应用前景。     

多联辊刀式莲子剥壳机的结构与工作原理

为了实现高效低耗损机械化莲子剥壳,针对壳莲物理及结构特性,设计了一种基于辊刀切割原理的莲子剥壳机。辊刀式莲子剥壳机采用供送螺杆对壳莲进行分粒供送并使莲子按照一致的位形排序上料,采用由双托辊和剥壳辊构成的剥壳通道实现莲子剥壳,为适应不同品种、不同粒度壳莲的剥壳,在剥壳机设计中采用了集总式调节机构以实现对主要切割参数即切割压力、切割深度、螺旋辊刀空间斜置和偏置角度的调节。通过基于物理样机的剥壳试验,多联辊刀式莲子剥壳机的处理量大于100kg/h,剥壳率大于90%,仁壳分离率达92%,籽仁破损率小于3%。分析和试验结果表明,多联辊刀式莲子剥壳机设计新颖,性能稳定,工作可靠,调节维护方便快捷,能够满足莲子机械化剥壳的实用性需求。     

荞麦剥壳机分离装置的改进试验

针对传统的荞麦剥壳机配用的上端吸风式分离器存在气流与物料混合不均匀,荞壳、荞仁分离不彻底等问题,为了进一步提高荞麦剥壳过程中荞壳、荞仁的分离率,试验在测得脱出物各自悬浮速度的基础上,对吸风式分离装置进行了改进设计,并对吸风口气流速度、匀料板的数量、通风网的放置位置进行了优化试验。得出试验因素的最优组合为：吸风口气流速度为8.0 m/s,通风网位置为中部,匀料板数量为3个。研究结果表明：经过优化改进后的侧吸风式分离器分离率达到99.3%,损失率为0.35%,证明对传统的剥壳机进行改进设计是有效的,达到了提高分离率和降低损失率的目的。     

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。     

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。     

莲子机械特性的测试研究

对莲子的机械特性进行了测试，以研究脱壳机理，为莲子脱壳机的设计提供技术数据。用压缩试验的方法求取各种工况下莲子的机械特性，分析了莲子等级和加载速率对其破壳力的影响，同时测定了不同部位、测点破壳力的差异。结果表明：莲子破壳力与等级成线性正相关关系，相关系数为0.955；加载速率与破壳力之间没有明确的关系，其应力－应变曲线的斜率随加载速率的增加而增大，而应变随之减小；莲子“赤道”与“两极”间轮廓上不同测点的破壳力差异较大，而同一部位的圆周上各点所需破壳力相差不大。该文的研究结果为莲子加工工艺的研究开发提供了理论依据。     

莲子淀粉品质对莲子汁流变特性和保质期影响的研究

淀粉品质是影响淀粉类食品品质的主要因素,优选低含量直链淀粉的莲子为原料是确保莲子产品品质的关键。本研究收集了中国具有代表性的22个野生及栽培莲子品种,并测定各品种直链淀粉含量(AC),按AC梯度从中选择7个莲子品种为原料分别制作莲子汁,研究莲子汁的流变特性和贮存过程中淀粉返生所致的流变性质变化,利用逐步回归法,建立莲子汁返生沉淀量与直链淀粉含量、贮存时间之间的数学模型。结果表明：莲子直链淀粉含量品种间差异较大,莲子汁为假塑性流体,淀粉在返生过程中黏度呈下降趋势,直链淀粉含量越高,黏度在贮存初期下降越快。莲子汁返生沉淀量与直链淀粉含量、贮存时间之间的数学模型为：Y=0.5107exp(0.020T-7.562×10^-5T²+9.955×10^-8T³+0.05C-0.001C²),该模型为莲子汁保质期预测和莲子优质育种目标提供理论依据,同时对淀粉质食品深加工开发也具有重要的参考价值。     

可调五辊式对虾剥壳机剥壳参数优化试验

为了优化提高可调五辊式对虾剥壳的作业质量和效率,以70~80只/kg的南美白对虾为试验对象,利用研制的可调五辊式对虾剥壳机进行试验,以辊组转速、辊组转角、辊组V角、辊组倾角为影响因素,以剥壳率、得仁率、剥壳时间为评价指标,进行了四因素五水平正交旋转中心组合优化试验。通过Design-Expert 8.0.5b软件,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,确定了最优参数组合为:辊组转速25 r/min,辊组转角315°,辊组V角130°,辊组倾角18°。选取鲜活对虾在-30℃温度下冷冻10 min进行预处理,并进行对虾去头、开背6节处理后进行剥壳试验,试验结果表明:在优化参数组合下,剥壳率平均值为94.67%,得仁率为85.23%,30只/组剥壳时间为54.33 s。试验表明可调五辊式对虾剥壳机满足对虾剥壳的技术要求,调节方便可靠,可为各个级别对虾剥壳装备的设计提供参数依据。     

蓖麻蒴果剥壳装置关键部件改进设计与试验

该研究针对蓖麻蒴果的物性特点,以提高其剥壳率和降低破损率为目标,研制了蓖麻蒴果剥壳装置,对关键部件进行了改进设计与力学分析,建立了力与变形的数学模型。利用MATLAB进行运算,得出了挤压力P与轧角α、辊筒变形量ΔR、两辊筒间隙、蓖麻蒴果直径和辊筒直径的关系。明确了剥壳过程中各种影响因子间的相互制约关系,确定了影响蓖麻蒴果剥壳的主要因素是辊筒转速、辊筒间隙和辊筒差速,提出了影响剥壳率和破损率的优化方案:剥壳率优化的因素水平组合是辊筒转速为10r/min,辊筒间隙为18mm,辊筒差速为30r/min;破损率优化的因素水平组合是辊筒转速为10r/min,辊筒差速为30r/min,辊筒间隙为12mm,研究结果可为同类剥壳机械的优化设计提供理论支持和技术参考。     

大麻鲜茎剥皮机的设计与试验

为了减轻大麻收获劳动强度、提高大麻鲜皮剥制效率,该研究根据大麻茎杆分枝多、皮骨结合紧密等特点,采取揉搓分离与梳理分离相结合的皮骨分离方法,设计出大麻鲜茎剥皮机。该样机主要由揉搓机构、梳理分离机构、纤维收集装置、传动系统、机架、行走装置等组成,样机具体结构紧凑、移动方便、皮骨分离能力强等特点。试验结果表明：样机的揉搓分离机构能够使大麻鲜茎破裂,皮骨初步分离;梳理分离机构能将揉搓后粘连在韧皮表面的大部分麻骨去除,起到梳理鲜皮上屑骨的作用。样机的鲜茎出皮率为10.90%～21.36%,剥净率为61.50%～78.33%,生产率为108.67～174.22 kg/h,纤维强度为4.90～5.61 cN/dtex,可实现大麻鲜茎的皮骨分离。     

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。     

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。     

基于EDEM-Fluent仿真的自旋射流式挖藕机的设计与试验

为解决藕农人工挖藕劳动强度大,效率低,易损伤莲藕的难题,针对现有挖藕设备成本较高,操作过程繁琐,需要一定经验技术才能掌握的缺陷,设计了一种自旋射流式挖藕机。阐述了该机的结构和工作原理,通过离散元法和流体动力学耦合仿真分析了泥土-射流之间的相互作用机理,明确了关键部件喷头的结构参数对试验指标的影响规律,即挖掘深度随着喷射角度30?至60?范围内的增加而减小,随着射流速度10至20 m/s范围内的增加而增加。通过分析仿真射流过程发现,当喷射角度为30?时,会出现泥土回填的情况。台架试验和田间试验表明:自旋射流式挖藕机喷头直径为17 mm,喷射角度30?时,可以以0.2 s的速度前进,完全挖出埋于泥土深度400 mm内的莲藕,莲藕无损伤,且表面无泥土粘结,挖掘幅宽约为1.2 m。该文提出了EDEM-Fluent耦合仿真的运用将有利于莲藕采挖设备的作用机理研究,为莲藕采挖设备的设计与优化提供理论依据。该耦合仿真方法还能应用于江河湖泊清淤、管道清理等其他水力作业领域的研究。     

倾斜圆盘式谷子精少量排种器的设计与试验

为解决谷子等小籽粒种子播种难的问题,根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求,设计了一种倾斜圆盘式谷子精少量排种器,阐述了排种器的工作原理和谷粒的运动过程,计算确定了主要的结构参数。以种子破损率、总排量稳定性变异系数、穴距合格指数、重播指数、漏播指数、合格穴距变异系数为指标,对其进行了排量稳定性和均匀性试验。结果表明,该排种器的排量稳定性变异系数小于0.7%,穴距合格指数大于86%,重播指数小于12%,漏播指数小于7%,合格穴距变异系数小于5%,谷子破损率小于0.05%,满足行业标准要求。该研究可为小籽粒精少量排种器的设计分析提供了参考。     

履带浮筒式挖藕机滑橇支承装置设计与试验

针对履带挖藕机行驶阻力大和下陷深的问题,该研究设计了一种滑橇支承装置,该装置安装于底盘两侧,由液压驱动其上下运动调节所在位置,可辅助支撑底盘,从而降低履带接地压力和下陷深度以改善通过性。为明确增加滑橇支承装置后底盘行驶性能的变化,以履带浮筒式挖藕机底盘为对象,建立底盘行驶阻力和牵引力模型,对土壤与滑橇前端破土面间的挤压受力进行理论分析。以前进阻力为指标,建立原尺寸三分之一的滑撬比例模型,利用EDEM软件开展单因素仿真试验,获得滑切角、斜切角、行进速度和下陷深度对前进阻力的影响规律。以滑切角、斜切角、行进速度为影响因素开展Box-Behnken中心组合试验,结果表明,滑切角40°、斜切角70°、行进速度0.1 m/s时前进阻力最小,仿真模拟与台架试验结果分别为66.09和82.28 N。开展采用滑撬支承装置前后的履带浮筒式挖藕机田间行驶性能对比试验,结果显示,采用滑撬支承装置前后行驶马达阻力矩降低6.51%,底盘下陷深度降低7.64%,整机通过性得到提高。研究结果可为水田地面机器系统行走装置设计及其工作机理研究提供参考。     

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。     

藕淀粉的加工性能研究

该文从化学成分、淀粉颗粒大小、淀粉糊、热力学、淀粉颗粒形态和表面结构以及对酶水解耐受力等方面,对藕淀粉的加工性质进行了较为详尽的研究。结果表明,藕淀粉(重庆产)的水分含量为15.32%、蛋白质0.16%、脂肪0.07%、粗纤维0.02%、灰分0.54%、磷0.053%,其直链淀粉含量(30.61%)高于玉米淀粉的。藕淀粉的平均粒径为50.27 μm,而玉米淀粉的为38.97 μm。藕淀粉颗粒呈小圆形和椭圆形,但在某些淀粉颗粒一端有凹陷。淀粉的X-衍射图谱为B型,糊化温度为54.09℃,透明度为57.9%,淀粉糊达到最大黏度即呈现平缓的特征,黏度峰值远低于玉米淀粉糊的。该研究对实际生产中,提高藕淀粉得率和纯度以及应用具有指导意义。