鸡蛋电子称量分级包装生产线自动控制系统设计与试验

鸡蛋质量分级是鸡蛋生产加工和销售前处理的重要工序之一,为了提高鸡蛋分级的生产效率和准确率,该文研究了一种用于鸡蛋电子称量、分级包装的同步跟踪自动控制系统,由称量部分、分级部分、装盘部分和自动送盘部分组成。利用一种32位嵌入式RISC处理器ARM同时采集多个通道传感器的鸡蛋质量信号并进行处理,将处理后的信息通过并行口送到可编程逻辑控制器PLC的寄存器,PLC对鸡蛋质量进行等级判断。利用限位开关脉冲作为数据传递的触发信号,然后利用编码器产生的高速脉冲实现对鸡蛋运动的位置精确定位,并控制相应的执行元件,配合机械装置的运动,解决了鸡蛋6排称量转单排线后的位置同步跟踪、对应电磁铁的准时动作和复位及分级之后鸡蛋自动装盘的难点,完成质量采集、分级卸料、装盘、送盘等动作,实现对不同质量等级范围鸡蛋的精确分级包装。试验结果表明,该控制系统测量误差在±1 g以内的鸡蛋占85.6%,分级准确率达到98%,生产效率为30 000枚/h,该研究结果有助于提高鸡蛋分级的生产效率,可为鸡蛋分级技术国产化提供参考。     

利用高压静电场保鲜鸡蛋试验

为探讨高压静电场对鸡蛋贮藏保鲜的影响,该试验利用30、60、90 kV/m不同高压静电场分别对鸡蛋进行30和60 min的预处理,然后置于13℃左右的室温条件下贮藏,定期测定鸡蛋的哈夫单位、蛋黄指数、挥发性盐基氮和感官性状的变化等指标,研究高压静电场对其贮藏保鲜效果的影响。试验结果表明：高压静电场处理能很好地保持鸡蛋内部的含水量;有效地降低了哈夫单位、蛋黄指数与挥发性盐基氮的变化速率;贮藏保鲜效果明显好于对照。该试验30 kV/m、60 min剂量和60 kV/m、30 min剂量的处理,保鲜效果最好。     

基于AT89S52的全自动育苗生产线设计

摘要：蔬菜和花卉的生产大多需要巨量种苗供应,不可避免应实现种苗的生产和供应的自动化,变传统农业为现代农业。针对传统育苗栽种流程,该文设计了以AT89S52单片机为核心,8255A接口芯片为扩展,用来控制生产线上各个部位的执行电机的自动化试验生产线,将传统的人工育苗方式：基质装盘、基质压穴、播种、覆基质、浇水5部分结合于一体,并在实验室安装出试验机生产线,试验证明其运行可靠。该研究可为未来设计和制造育苗的自动化生产线提供参考。     

水稻育秧生产线秧盘播种量智能调控装置设计与试验

水稻工厂化育秧过程中,秧盘播种量的精准控制能有效保证育秧质量。为解决水稻工厂化育秧中秧盘播种量调控操作繁琐和效率低等问题,该研究研究设计了一种水稻育秧生产线秧盘播种量智能调控装置,该系统以STM32F429微处理器为控制核心,利用双漫反射光电传感器检测连续输送秧盘的准确到达位置,设计了秧盘质量称量机构,建立了常规稻和杂交稻芽种秧盘播种量与排种轮电机转速（频率）的关系模型,基于统计分析、信息反馈技术与秧盘播种量变化规律模型,实现不同水稻品种秧盘播种量的智能精准调控。试验结果表明,在500盘/h的生产效率下,装置的平均检测精度为94.84%,经调控后的杂交稻秧盘播种量的平均变异系数为2.5%,常规稻秧盘播种量的平均变异系数为4.04%。所设计的水稻育秧生产线智能调控装置具有较高的播种量检测精度,满足当前育秧播种量调控的使用要求,对提高水稻秧盘育秧播种生产线智能化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

荔枝柔性去核刀具的设计与试验

为解决现有荔枝去核刀具存在去核成功率低,果核破损严重等问题,根据荔枝的物理特性和对去核过程的受力分析,研制了一种荔枝柔性去核刀。选取去核成功率、果肉果汁损失率、果核破损率为评价指标,在荔枝去核机上对影响刀具去核效果的关键结构参数和运动参数进行正交试验,结果表明,3因素中刀管内径对去核效果影响最大、进刀深度次之、刀轴转速影响最小;当刀管内径为10 mm,进刀深度为2 mm,刀轴转速为9 r/min时,去核刀对桂味品种荔枝（果核等效直径在6.4～14.2 mm）去核效果最好。该刀具具有适应性强、去核效果好、制造方便等优点,研究结果为荔枝灯笼状果肉剥出装置的设计提供了指导。     

基于层次分析法的面制主食杀菌及包装生产线设计与试验

为适应面制主食工业化生产,保证主食流通过程中的质量,研制可集成于面制主食工业化生产线末端的复合杀菌包装生产线。依据面制主食贮藏特性及流通过程中变质的影响因素,结合食品保鲜包装的技术与方法,确定面制主食杀菌包装生产线由主食干燥、复合杀菌和包装三大功能装置组成。在设计方案时采用层次分析法,选择主食杀菌包装生产线上所用食品干燥、杀菌保鲜技术方案,并设计生产线的物料流程。优选的结果为,干燥采用红外线干燥,复合杀菌方式为低温、紫外线和臭氧相结合,包装采用接缝式裹包,且整条生产线可程序化控制,实现杀菌时间、紫外线照度、臭氧浓度和温度的实时调节,为主食品工业化生产提供杀菌包装装备。利用该设备对馒头进行复合杀菌试验,结果表明馒头的色泽和质构均优于自然放置的馒头,经杀菌包装后的馒头在温度4℃,相对湿度为50%~70%的环境中贮存20 d其菌落总数为3.5 lg(CFU/g),达到预定20 d的保质期。研究结果为面制主食工业化生产及复合杀菌包装装备设计提供参考。     

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。     

禽蛋聚氯乙烯弹性薄壁包装盒的设计与力学特性试验

为了降低禽蛋运输破损率,优化禽蛋包装结构,该文分析了中国禽蛋运输包装与分级现状,应用力学理论设计新型聚氯乙烯(PVC,polyvinyl chloride),弹性薄壁禽蛋包装盒,利用质构仪测试比较当前流通蛋盒和新设计蛋盒空载和满载时的力学特性,分析包装在运输中禽蛋破损率随装载数量、载荷、位移和加载时间等影响因素的变化规律,检验包装盒对禽蛋的保护性能,测试包装盒的保护效果,然后对产品进行成本分析。结果表明:1)设计盒侧壁结构,当前流通PVC包装盒承受载荷为80~100 N,新型PVC包装盒承受载荷分别为90~130 N,新结构抗压能力增强;2)装载鸡蛋数量越多,整体抗载能力增强,满盒时抗载能力最大;3)与当前流通中同类型PVC包装盒比较,使用新PVC结构包装盒,禽蛋运输破损率降低了0.72%。该文通过包装盒的理论分析、试验验证,获得较佳禽蛋包装盒结构形式,通过成本比较,表明禽蛋新包装可以降低禽蛋破损率,减少成本。研究结果为禽蛋缓冲包装探索,无损运输包装设计机理打下理论基础,为蛋品包装提供了设计方法和试验途径。     

球形水果塑料发泡网套包装机设计与试验

塑料发泡网套能有效降低运输过程中水果发生机械损伤的概率。为了解决球形水果塑料发泡网套自动包装的问题,在分析苹果和脐橙等主要球形水果生物力学特性的基础上,提出一种柔性扩膜锥体扩膜、倒刺卡筒下膜的球形水果网套包装工艺方案,并确定了机器关键部件结构参数,设计了部件组合运行控制时序,加工了试验样机。30个苹果样本包装试验,包装成功率100%,损伤率0,平均单果包装时间25 s,工作效率35 kg/h,下膜长度主要分布在104～110 mm范围内,约占样本总数的76.6%。试验结果表明,样机机构设计合理性,结构紧凑,球形水果果面包覆完整,可实现连续包装功能,但是机器作业效率低于人工效率,需要优化包装流程,采用多组同时包装的方式提高效率。研究结果可为后续球形水果网套包装设备的研制和优化提供参考。     

砧木上苗定位机构吸附块仿真设计与性能试验

为解决嫁接机人工上苗过程中砧木子叶损伤和叶柄劈裂问题,采用正压气流压苗和负压吸附定位原理,设计一种辅助自动上苗作业的砧木上苗定位机构。通过建立机构有限元分析模型,在给定边界约束条件下利用CFD软件对吸附块内部气流场进行动力学仿真,获得气室内部流场分布情况及各因素对砧木子叶吸附力的影响。采用仿真正交试验对吸附块结构参数进行优化设计,确定吸附块各因素对吸孔平均吸力影响的主次顺序依次为出口负压、吸孔直径、吸孔深度;当吸附块出口负压3 kPa,吸孔直径1 mm和吸孔深度4 mm时,吸附块对子叶具有较好的吸附能力。上苗试验结果表明:该机构对白籽南瓜苗子叶吸附成功率为96.67%,压苗成功率为99.33%,综合上苗成功率为96.03%,伤苗率仅为0.67%,作业性能满足嫁接机自动上苗作业要求。子叶吸附失败原因是子叶方向和上苗高度控制不准确,以及子叶展角过小导致叶柄劈裂。吸附块作业面仿形和结构参数仿真试验对提高砧木柔性和安全上苗具有重要意义,大幅缩短了吸附块设计周期,研究结果为解决嫁接机自动上苗问题提供理论依据和设计参考。     

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。     

纳米银柔性农用温度传感芯片设计与试验

柔性传感技术可拓展生态无人农场机-物感知与信息交互的应用场景.该研究利用喷墨打印技术制备了基于导电纳米银材料的柔性温度传感芯片,解析了聚二甲基硅烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)保护层对传感芯片灵敏度、重复性、稳定性及寿命的改进作用,并通过动植物体表、根际及极端温度动态监测验证了该传感器农用测...     

蛋胚成活性分拣机器人真空吸盘装置设计与试验

为解决168枚蛋盘自动分拣装置在分拣过程中,存在蛋胚跌落、胚浆吸出等问题,结合国内外现有蛋胚分拣技术,以负压控制灵活的真空发生器为核心,设计一种具有独立负压控制回路的真空吸盘装置.通过对蛋胚吸持过程的气流场分析,采用蛋胚与吸盘无接触时的悬浮力和接触时的负压吸力对比分析,优化吸盘缓冲机构,降低了吸持负压要求.对负压控制回路的真空发生器、储能器、吸盘、气管等器件进行性能试验和连接优化设计,构成具有168路独立的负压回路的真空吸盘装置.按照分析和设计制作样机,进行蛋胚分拣试验和负压系统的供压性能验证,每路独立负压回路,实现了稳定低压供应,降低了耗气量,在负压为-20 kPa时,胚蛋可靠吸持率为99.89％,无跌落和胚浆吸出现象,为类似分拣设计提供数据参考.     

预处理对线辣椒气体射流冲击干燥特性和色泽的影响

该文利用气体射流冲击干燥技术干燥线辣椒,主要探讨不同的预处理方式对线辣椒干燥特性和色泽的影响。研究结果表明:预处理对线辣椒的干燥特性和色泽有重要的影响。采用扎洞预处理可以缩短干燥时间,提高干燥速率,能够减少红色素的损失,并能减少褐变;90℃热水烫漂3 min预处理能起到护色的作用;但热风温度较高时,会延长干燥时间;110℃过热蒸汽烫漂3 min预处理能起到防止褐变的作用。经过预处理后的线辣椒在气体射流冲击干燥过程中始终处于降速干燥阶段。     

定制家居柔性化生产线控制系统信息交互模型

探讨板式定制家居柔性化生产线控制系统数据信息交互方法,以期为解决中小企业由于生产线中各工段所用控制系统的类型不同、总线不同而导致数据信息前后传递不畅、动作不协调的问题提供科学依据。分析定制家居柔性化生产线组成和工艺流程,建立控制系统模型;提出基于Modbus TCP/IP协议和类对象的思想构建数据信息交互模型,抽象出5个公共类：伺服电机类、变频电机类、加工工件类、指令输入类、状态输出类和7个私有类：龙门分拣机器人类、RGV运料小车类、开料裁板锯类、立体缓存机器人类、U型封边线类、打孔机器人类、终点缓存区类;为每个工段主机分配Modbus寄存器的起始、终止地址和数据缓冲区长度从而将数据交互方法实例化。研究结果表明所建数据信息交互模型可实现生产线不同工段间的信息流转和几种主流PLC之间的数据交互,达到5Hz的数据采样与交互频率且正确率达到了100%;易于实现扩展和移植,满足板式定制家居柔性化生产线的工艺需求,为板式定制家居柔性化生产线提供数据交互范式和接口技术。     

机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制

为减小机器人在采摘过程中对果蔬的损伤,设计了机器人柔性抓取试验平台,提出了一种适合末端执行器双指抓取果蔬的抓持力跟踪阻抗控制算法,该算法将末端执行器抓持果蔬系统等效为阻抗-导纳模型,使手指力/位控制等效为期望的惯量-阻尼-刚度模型,可按需调节其参数实现抓持力与位置的动态关系。期望抓持力与采集果蔬实际接触力的偏差作为外环力阻抗控制器的输入,控制器生成对内部位置环参考轨迹的校正量。该算法仅考虑沿末端执行器双指夹持果蔬方向,避免了使用多自由度机械臂阻抗控制算法的复杂性,提高了控制的实时性,同时对抓取系统模型的不确定和力扰动具有较强的鲁棒性。机器人抓取试验证明了双指抓持力反馈阻抗柔顺控制算法的有效性,可实现机器人柔性抓取,减小抓取果蔬损伤和保证品质。该研究可为农业机器人无损抓取和采摘提供关键技术。     

基于聚苯胺的农用柔性低阻抗pH传感芯片设计与试验

商用玻璃pH电极应用于农业监测中存在探头易碎、接入阻抗大、易极化等问题,该研究利用喷墨打印技术制备了基于单壁碳纳米管介导质子酸掺杂聚苯胺柔性pH传感芯片,通过交流阻抗谱法比较分析了柔性芯片与商用电极在接入阻抗及电荷转移上的优势,系统测试了柔性pH芯片在灵敏度、响应时间、稳定性、重复性、抗干扰性、弯折影响等性能参数,验证了其在无土栽培生菜营养液pH值动态监测中的应用可行性。试验结果表明：柔性pH传感芯片电荷转移阻抗约为230.8 Ω,商用pH传感器达到9 879 Ω,两参数相差40倍以上,柔性pH传感器在频率全谱段皆表现出更为优越的仪器仪表阻抗匹配性能。在pH值2～10范围内,柔性pH传感芯片的灵敏度为–61.9 mV/pH,响应时间约为15 s,12 h内最大漂移不超过5.44 mV,重复性、抗干扰性指标理想,0°～120°弯折影响可忽略,温度变化40 ℃,柔性传感芯片所测pH值随温度漂移小于0.23,寿命达到14 d。连续10 d的水培生菜pH在线监测中,柔性芯片与商用电极一致性表现出良好,最大误差为0.12,可快速准确监测营养液pH值变化,具有良好农业应用前景。