机械脱壳时花生仁损伤特征及规律

为深入研究机械脱壳过程中花生仁损伤机理和规律,改进花生脱壳机的设计,以辽宁省花生主产地花生品种为对象,运用微型电子拉压试验机、体视显微系统,研究了花生仁外形特征、损伤特征与规律,并进行了不同品种花生仁、不同加载速率、不同受压部位的相关力学特性试验。研究结果表明：不同品种、不同受压部位的花生仁破碎力差异显著,四粒红和花育23在加载速率为10 mm/min时的正压和侧压下平均破碎力分别为106.2、96.6 N和79.8、58.3 N;加载速率不同时,花生仁的破碎变形量和最大破碎载荷都随着加载速率的增大而减小。     

三倍体西瓜种子种壳结构及机械破壳力学特性

为实现机械破壳代替人工破壳的方式提高无子西瓜种子的发芽率。对比二倍体西瓜种子,用种壳超微结构分析方法解释了三倍体西瓜种子的发芽障碍原因;并采用3种常见的三倍体西瓜种子黑牛、蜜红和花皮,含水率分别为11.1%、11.2%和10.6%,运用常用试验方法对实现机械破壳的力学特性进行了试验研究。试验结果得出三倍体西瓜种子的加载速度对破壳力的影响;设计压缩摇杆时,其调节量标准以各品种的压缩变形量最大值为基准;加载速度宜选择80～100mm/min;最大破壳力为68.97N。研究得到的结果为开发三倍体西瓜种子破壳机械提供了基本参数和理论计算依据。     

适宜核桃壳划口位置改善其破壳特性提高整仁率

针对目前传统单一的机械破壳方式存在的破壳率和整仁率难以平衡的问题,该文以预处理视角研究了对新疆核桃进行破壳前划口预处理的静态压力试验,试验结果表明,核桃划口预处理相比未处理核桃的破壳力和破壳形变量明显减小,整仁率明显增加;当核桃划口位置和施加载荷位置均在核桃肚部时,核桃破壳力和破壳形变量均明显减小,与未处理的核桃相比破壳力减小了139 N,减幅为38.4%;破壳形变量减小了0.37 mm,减幅为18.2%;利用三维扫描仪对研究对象进行三维建模,使其更接近物料实形,并实施模型核桃划口处理。有限元静力学分析结果表明:未划口处理的核桃,其壳体表面最大应变、应力和形变发生在加载位置;当加载力相同时,划口预处理条件下在核桃划口位置产生的应变、应力和形变量最大;当核桃划口位置和加载位置均在核桃肚部时,核桃壳表面产生的应变、应力和形变量均较大。该研究结果经验证与静态压力试验结果基本吻合。研究结果为核桃划口机和核桃破壳设备的研制提供理论支撑。     

澳洲坚果破壳工艺参数优化及压缩特性的有限元分析

为了提高澳洲坚果破壳整仁率,该文首先以加载速度、加载方向、果壳含水率为试验因素进行正交试验,以破壳后澳洲坚果果仁的整仁率为评价指标,优化出适宜澳洲坚果破壳的最佳工艺参数为:加载速率45 mm/min、沿水平向加载、果壳含水率6%~9%。在此破壳工艺下进行试验,得出澳洲坚果的整仁率最高可达93%。澳洲坚果果壳种脐向、宽度向、水平向的平均破壳力分别为1 018、2 274、1 173 N;弹性模量分别为32.24、68.63、39.65 MPa。说明澳洲坚果是各向异性的,宽度向的抗压能力最强。运用有限元方法对澳洲坚果的3个加载方向进行应力和应变分析,得出较佳的施力方向为水平向,与试验结果一致。故在设计破壳机时,施加于澳洲坚果的破壳力应不小于2 500 N,并应尽量使澳洲坚果沿水平向受力。研究结果为澳洲坚果破壳机的研制提供了理论基础。     

机器人采摘中番茄力学特性与机械损伤的关系

为了减小机器人采摘中番茄的夹持损伤,通过加卸载正交试验对不同结构番茄力学特性与机械损伤的关系进行了研究。试验因素包括加载位置、探头类型、指面材料、压缩率和加载速度。试验结果表明：对番茄5个力学参数影响都显著且最大的因素为压缩率,并且番茄的力学特性参数之间存在一定的相关性。压缩率每增加1%,应变能、塑性应变能、峰值力和压缩斜率约分别平均增加26.16 mJ、19.04 mJ、4.62 N和0.16 N/mm,而弹性度平均减小0.88%。对番茄机械损伤度影响显著的因素依次为压缩率、球度、加载位置和加载速度。压缩率每增加1%,番茄的机械损伤度平均增加2.98%。番茄的机械损伤度与力学参数之间的回归系数为0.7214,其中与番茄机械损伤度最相关的力学参数是峰值力。该研究为采摘机器人夹持机构的设计和稳定夹持控制策略的实现提供了理论依据。     

不同成熟度芡实的力学性能试验分析

随着芡实种植和消费量的增大,芡实生产的机械化要求逐渐成为芡实发展的瓶颈,其中芡实破壳机械设备的研制成为芡实产后加工过程中的一个关键问题。为给芡实破壳机械设计提供依据,对不同成熟程度芡实进行了压缩和剪切试验,分析芡实的成熟程度及受力方向对其力学性能的影响。试验结果表明,芡实在压缩和剪切试验中破裂所产生的受力载荷—变形曲线是相似的,但裂纹的产生部位和扩展方式不同;芡实破裂时的破壳力、变形量、应变能及应变能密度都随其成熟度的增加而增大;理论上垂直于芡实脐眼方向进行剪切破壳加工相对较容易。试验结果为芡实破壳机械设备的研发提供了参数依据。     

葡萄与番茄宏观力学特性参数的确定

通过对葡萄与番茄的压缩试验，测得其力—位移曲线，得出在相同加载速率下，不同硬度的葡萄与番茄在横、纵向压缩时的力学特性及刚度与变形之间的关系。并对果皮进行了横、纵向的拉伸试验，得到了皮的弹性模量与应变之间的关系，确定了以果品表皮破裂作为机械损伤的形式，用果皮的破坏强度衡量葡萄与番茄的损伤,为建立葡萄与番茄的力学模型及设计有关的机械设备提供力学参数。     

基于揉搓方法的板栗破壳性能的试验研究

为了研究板栗揉搓破壳机理及破壳性能，自行设计了基于揉搓破壳机理的破壳装置，对一定大小等级的板栗进行了破壳试验。通过揉搓速度和定动齿板间距对板栗破壳率和破仁率两个指标影响的单因素试验可知，板栗破壳率和破仁率均随着揉搓速度的增加而增加；齿板间距过大或过小都会使板栗的破仁率增加，齿板间距越小则板栗的破壳率越高。通过多因素正交试验和极差分析找出影响其破壳效果的主次因素分别为齿板间距和加载速度，确定了板栗破壳的最佳速度和间距分别为:20 mm/min、17.4 mm。     

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。     

河套蜜瓜机械特性与静载损伤关系的研究

为解决河套蜜瓜在储运过程中因静载产生的机械损伤问题,通过对不同条件下完整形态的河套蜜瓜静载破坏时损伤体积的测定和分析,研究了河套蜜瓜机械特性以及各试验因素、机械特性参数对破坏损伤体积的影响.试验结果表明,屈服极限和变形能在随载荷速率增大而增加的过程中有极值现象存在,而破坏极限与破坏能则随载荷速率增大而持续增加;随果实硬度降低,屈服极限、变形能、破坏极限、破坏能等指标均明显降低;试验获得了完整近球形蜜瓜果实的应力-应变曲线,应力-应变曲线反映出完整形蜜瓜在受压初期载荷增长滞后于受压面积的增长.试验结果同时表明,河套蜜瓜准静载机械特性参数、影响因素如载荷速率、果实硬度、加载部位等对果实受压产生的机械损伤均有明显影响,缓慢加载使果实内部微观组织较早出现破坏,易扩大损伤体积,受压后果实的损伤体积较大;垂直受压使果实破坏后产生的损伤体积大于果实水平受压时的损伤体积.建立了完整形河套蜜瓜准静载机械特性参数、影响因素与蜜瓜果实损伤体积的回归方程.数据分析表明,所建立的回归方程是有意义的,可以用其预测和控制河套密瓜储运过程中的静载损伤.机械特性参数之间均存在一定相关性,其中生物屈服极限与变形能的相关程度最高(r=0.870),生物屈服极限与破坏极限的相关程度最小(r=0.366).     

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。     

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。     

大豆籽粒的化学-力学特性灰色关联度及本构模拟

为研究大豆籽粒在不同受载情况下的力学特性,探索其化学-力学特性之间的关系,该文选择11种大豆籽粒在含水率为8.65%下对其进行化学组分、针尖压入、剪切、压缩试验,并借助Abaqus软件建立本构模型,对压缩试验过程进行模拟仿真。力学试验和模拟结果表明:所测大豆籽粒硬度为18.39~52.58 N/mm,大豆籽粒破损强度为3.65~15.32 MPa,大豆籽粒极限剪切力为12.70~52.33 N,纵轴的抗剪能力明显高于横轴;不同压缩形式和剪切方向分别对大豆籽粒破损强度和极限剪切力影响极显著;试验与仿真的载荷-变形曲线拟合良好,说明所建立的大豆本构模型能够分析研究其抗挤压特性。灰色关联度分析结果表明:与化学组分含量最为密切的力学指标是硬度与接触刚度,其中硬度与粗蛋白质、粗脂肪、粗淀粉、粗纤维含量的关联度分别为0.309 4、0.327 8、0.171 9、0.191 8,接触刚度与其关联度分别为0.220 6、0.283 7、0.186 9、0.133 4,粗蛋白质和粗脂肪含量对硬度与接触刚度的影响最大,其次是粗纤维素,粗淀粉含量。研究结果可为品质预测和品种鉴别提供新的方法和依据。     

莲子热风干燥过程对其淀粉热特性及凝胶化的影响

为解决莲子干燥过程中淀粉形态结构变化造成莲子结壳、硬化,不利于干燥以及复水难、易返生问题,该文利用差示扫描量热技术(differential scanning calorimetry,DSC)对新鲜莲子以及不同热风干燥(70、80、90℃)莲子的淀粉热特性与凝胶化过程进行了研究.研究发现,莲子淀粉在低水分环境(42.2%,以质量比计)时存在2个明显的吸热峰,高水分环境(71.1%,以质量比计)时存在1个明显的吸热峰;莲子在干燥过程中不断失水,并伴随着淀粉凝胶化.方差分析(analysis of variance,ANOVA)表明,高温干燥显著影响莲子淀粉的热特性,其淀粉凝胶化温度(峰起温度To、峰顶温度Tp以及峰止温度Te)部分显著升高.相同干燥条件下,莲子淀粉糊化焓ΔH受水分显著影响,但干燥温度、升温速率对其影响不显著(P>0.01).采用Kissinger、Crane方程获得了淀粉凝胶化动力学参数(活化能Ea、指前因子Z以及反应级数n).莲子淀粉的非等温凝胶化反应可近似为一级反应,高温干燥后其Ea值出现增加,并随着水分增加呈现降低趋势.研究结果可为确定莲子高品质干燥工艺以及干莲子、莲子淀粉后续加工过程提供技术支持.     

有机质浸染砂水泥土的力学特性及本构关系

为研究海南省海湾地区分布的有机质浸染砂水泥土的力学特性,该文首先对有机质浸染砂水泥土和标准砂水泥土进行无侧限抗压强度对比试验(采用配合比均为熟石灰掺入比7.5%、水泥掺入比20%、水灰比0.45),定量分析养护龄期对其无侧限抗压强度及试样破坏形式的影响。然后对有机质浸染砂水泥土进行单轴抗压试验,获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、刚度变化规律以及改进邓肯-张本构模型。结果表明:1)有机质浸染砂水泥土试样的破坏类型为塑性剪切破坏和脆性剪切破坏;2)有机质浸染砂水泥土抗压强度随着养护龄期的增加基本呈指数形式增长,但在养护龄期14 d后,增长速度逐渐降低并趋于稳定;3)随着养护龄期增长,水泥土刚度增加。在加载初期,水泥土切线模量随着轴向应变增加而增大,呈现刚度硬化现象;4)基于单轴抗压试验得到应力-应变全过程曲线,可分为2个阶段:塑性阶段、软化阶段;5)通过对应力-应变全曲线的描述,得到了修正的邓肯-张模型,确定模型参数后,与实测数据对比发现,该修正模型可以模拟有机质浸染砂水泥土的应力-应变关系。     

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。     

基于EDEM软件的指夹式精量排种器排种性能数值模拟与试验

为研究玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹式精量排种器排种性能的影响,对排种器工作原理进行阐述,建立了指夹夹持动力学模型,分析了充种夹持过程中玉米籽粒尺寸及工作转速对指夹夹持性能的影响。运用EDEM软件进行排种性能虚拟试验,分析了排种过程中造成不同尺寸等级籽粒产生重播、漏播问题的主要原因。仿真结果表明,当工作转速15~45 r/min时,排种器对中型尺寸籽粒的排种性能最优,其合格指数大于84%;对大型尺寸籽粒的排种性能次之;对小型尺寸籽粒的排种性能较差,其合格指数大于80%。随工作转速增加,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆呈下降趋势。在相同工况(15~45 r/min)下选取3种相应尺寸等级玉米籽粒,进行台架验证试验。结果表明,台架试验结果与仿真基本相同,合格指数最大误差为7.4%,且排种性能随玉米籽粒尺寸及工作转速的变化规律一致。田间试验表明,排种器对各尺寸等级籽粒的排种性能皆满足精密播种要求。该研究为指夹式精量排种器及其关键部件的优化设计提供了参考。