食用槟榔切片机工作参数优化与试验

为实现槟榔切片在槟榔产业的自动化作业,在现有槟榔机械切片的基础之上,设计一种槟榔切片试验台,该试验台可对影响槟榔切片力因素的有效工作范围进行调整,采用响应曲面试验方法对影响槟榔切片力的因素进行优化。该文以海南烟果槟榔作为研究对象,根据烟果槟榔的外形特征与基本参数,对烟果槟榔切片过程、切片方式进行受力分析,选取切片速度、滑切角度、夹持力作为影响因素,切片力大小作为试验指标,通过槟榔切片试验平台,进行三因素五水平中心组合试验,利用Design-expert数据处理软件对切片试验结果进行分析优化,确定最优工作参数:切片速度653mm/s,滑切角度27°,夹持力18N,最终确定最优工作参数下的理论切片力为314N。通过样机试验结果表明:在100%均匀切片成功的情况下,实际切片力为297N,低于理论预测值5.7%,有效降低切片过程中切片力64~148N/颗。该研究结果能够有效应用到实际生产中,为槟榔自动化切片作业以及类似物料切片机的研制与开发提供参考。     

采后甘蓝单体排序定向输送装置设计与试验

针对采后甘蓝人工上料及定向排序劳动强度大、生产效率低、人工成本高等问题,结合采后甘蓝商品化处理工艺及转动惯量特性,设计了采后甘蓝单体排序定向输送装置。该装置采用气缸传动对空间堆叠状态的采后甘蓝进行翻转卸料,随后在单层喂入辊和曲面缓冲轨道作用下采后甘蓝呈单层状态排出,再经限位辊和变螺距输送辊引导完成采后甘蓝的单体排序输送,最终基于转动惯量特性在4个锥形辊形成的稳定空间内实现定向输送。对翻转卸料机构、单层喂入缓冲机构、变螺距单体排序机构、锥形辊定向输送机构等关键部件进行了结构设计,并试制了采后甘蓝单体排序定向输送装置样机。以“中甘15号”甘蓝为试验材料,以卸料气缸运行速度、单层喂入辊转速、变螺距输送辊转速和输送链条线速度为试验因素,以单体排序成功率和定向成功率为试验指标进行了正交试验。结果表明,最优参数组合为卸料气缸运行速度10mm/s、单层喂入辊转速50r/min、变螺距输送辊转速30r/min、输送链条线速度300mm/s,在最优参数组合下,采后甘蓝单体排序成功率平均值为96.50%,定向成功率平均值为95.17%,标准差分别为2.54%、3.28%,单通道作业效率约为1004kg/h。本研究为深入研发采后甘蓝多通道高通量单体排序定向输送装置、实现采后甘蓝商品化处理机械化作业提供参考。     

淡水鱼头尾及腹背自动定向方法

鱼体头尾及腹背自动定向是推进淡水鱼全程机械化加工的重要前提。基于水平振动方法和视觉图像识别技术设计自动头尾和腹背定向装置。通过对鱼体在头尾定向振动台上的受力分析和运动状态分析,阐明鱼体转动原理和头尾前进原理,将鱼体在振动台上的运动状态分为4种,基于此分析了鱼体成功进行头尾定向的条件。结合图像识别技术,创制导向机构、视觉识别系统、剔除机构、V形腹背定向执行机构、V形校正输送机构,实现鱼体自动腹背作业。以鲫鱼、草鱼、白鲢3种典型淡水鱼为试验对象,以鱼体完成定向时间和成功率作为评价指标,探究了鱼体种类、输送带类型、振动幅度、振动频率对鱼体头尾定向效果的影响规律,并探究鱼体种类对腹背定向效果的影响规律。试验结果表明：鱼体在振动台上的头尾前进运动状态理论计算与试验结果一致,证明本文理论计算可以有效指导实际头尾定向作业。输送带为倒三角纹时,鱼体才能完成头尾定向作业。鱼体头尾定向效果随振动幅度和频率增大而提升,当振动幅度大于160mm时整机振动剧烈,因此最优幅度为160mm;当频率大于5Hz,定向效果变化不明显,因此最优频率为5Hz。腹背定向效果由输送带输送速度和机器视觉识别准确率决定,各类鱼体腹背定向时间保持在15s、定向成功率在95%~97%范围内。研究结果可为鱼体自动定向装置工艺参数设计和选择提供技术参考。     

三七收获机输送分离装置作业机理分析与参数优化

针对丘陵山区三七机械化收获根土分离难、输送效率低等问题,开展了三七收获机输送分离装置作业机理与参数优化试验研究。首先,通过理论分析建立了三七根土复合体在输送过程中的动力学模型;其次,利用高速摄影获取三七根土复合体的运动轨迹,确定三七输送、根土分离、须根断裂等作业机理;与此同时,基于EDEM-RecurDyn耦合开展三七根土复合体输送分离作业联合仿真,验证了模型的可靠性,明确了三七根土复合体输送分离规律,确定了影响三七根土分离的主要作业参数为：升运速度、升运倾角、振动幅度、振动频率;最后,开展台架试验并利用Design-Expert软件进行分析寻找最优作业参数。结果表明：当最优作业参数组合升运倾角为21°、振动幅度为44mm、升运速度为0.9m/s、振动频率为1.6Hz时,三七输送率、三七筛净率分别为93.60%、92.64%,符合三七收获机输送分离作业要求。     

冬枣辅助采摘车振动输送道的设计与试验

输送道是冬枣辅助采摘车的关键部件,通过率低的输送道会直接降低冬枣采摘效率,为解决此问题,设计了一种振动式输送道。通过分析冬枣输送道的工作机理,确定了装置主要结构与参数,并以最大通过率为优化目标,振动频率、振动幅度、送入量为试验因素,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析与响应面分析。建立了以3个试验因素为自变量、通过率为因变量的三元二次方程,并利用非线性优化进行优化求解。结果表明:所建立的模型能够很好地反映出振动输送道通过率与各因素之间的关系,各试验中因素对通过率影响最大的是振动频率,送入量次之,影响最小的是振动幅度。优化结果表明:当振动频率为18Hz、振动幅度为9mm、送入量为1.6kg/min时,通过率为97.07%。验证试验结果表明:同样工作参数下,通过率为96.93%,是非振动输送道的通过率的112.7%。     

散体物料堆自动上料机的设计与试验

针对现有物料上料设备均靠人工或配套的机械才能完成将堆放在地面的物料向输送系统的投放或喂入,而不具备自动上料现状,研制了一种物料自动上料机。设计了曲柄摆杆式铲料机构,解决了对料堆的自动取料难题,并完成了参数定型和样机开发。以无土栽培基质为对象、上料效率为试验指标开展试验,结果表明:自动上料机在带速0.2~0.5m/s时能够顺利实现将地面基质铲运并抛洒至输送带上,可实现5.2L/s的基质装箱效率。试验验证,该设备也能有效满足谷物、面粉、肥料等农业散体物料堆的上料作业需要,为自动化上料提供了新型的实用装备。     

辣椒切片机设计与试验

针对新疆地区辣椒烘干时间长、人工切片效率低、工作量大等问题，设计一种辣椒切片机。通过理论分析与参数计算确定辣椒切片机的关键部件结构和工作参数，运用性能试验，选取影响辣椒切片机工作性能的切割圆盘转速、输送带线速度和切割圆盘高度为试验因素，以切片完整度为试验指标，进行二次旋转正交组合试验，建立试验指标与影响因素回归模型，确定辣椒切片机最优作业参数组合为切割圆盘转速118 r/min，输送带线速度0.5 m/s，切割圆盘高度10 mm。通过试验验证，在该最优参数组合下，切片完整度为97.85%，与模型预测结果基本一致，相较人工切片效率提高344%，可满足新疆地区辣椒切片作业要求。     

基于振动排序的玉米种子胚面定向装置设计与试验

玉米定向播种即种子尖端朝向一致和胚面朝向一致,可明显提高产量。为了实现玉米种子胚面定向,设计了一种基于振动排序的玉米种子胚面定向装置。设计了胚面定向装置螺旋轨道上的选向机构和定向机构,探明了玉米种子胚面定向原理,确定了选向机构和定向机构的尺寸参数和空间位置。采用试验方法对该装置的最佳工作参数进行了优化。以控制器输出电压、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离和翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离为试验因素,以胚面定向成功率为评价指标,进行了三因素三水平的Box-Behnken旋转正交试验。试验结果表明：控制器输出电压101 V、翻面机构1终点到侧壁的垂直距离4.38 mm、翻面机构1终点到轨道表面的垂直距离7.96 mm为最优参数组合。在最优参数组合条件下,胚面定向成功率为94.82%,且排料速度可达85个/min。为验证玉米种子胚面定向装置对不同品种玉米的适应性,进行了品种适应性试验,试验结果表明所选的玉米品种的胚面定向成功率均大于91%,满足设计要求。     

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。     

基于离散元法和TRIZ理论的薯土分离机构优化

为改善我国甘薯收获机的作业效果,降低伤薯率,提高明薯率及工作效率,本文以杆条式薯土输送分离机构为研究对象,基于离散元法建立仿真模型,以杆条升运器线速度、倾角、振幅为变量,利用EDEM对机构进行单因素仿真分析;以甘薯所受碰撞法向力和输送效率为指标参数,分析仿真结果。得到薯土输送分离机构最优工作参数:线速度为2.1 m/s,倾角为18°,振幅为10 mm。以线速度为变量进行单因素田间试验,试验结果表明,线速度为2.1 m/s时,机具作业效果较好,与仿真结果相符,证明了利用离散元法对薯土输送分离机构作业过程进行仿真模拟的可行性。为解决薯土分离过程中伤薯不可控的问题,进一步降低甘薯的损伤率,增强输送分离过程稳定性,本文结合TRIZ理论对伤薯问题进行分析,并提出两段式薯土输送分离机构。通过仿真模拟验证,结果表明两段式输送分离机构作业效果明显优于原输送分离机构,一段作业机构平均减损率高达73.9%,二段作业机构平均减损率达11.0%,验证了两段式输送分离机构的可行性及TRIZ理论的创新性。     

多级切流式花生捡拾收获机摘果输送装置设计与试验

全喂入切流式花生摘果作业方式作为花生机械化收获的主要手段,存在有效摘果时间短、损失率高的问题。为此设计一种多级切流式花生捡拾收获机摘果输送装置,主要由多级滚筒、前输送板、驱振轴和后输送板等组成,将传统花生捡拾收获机的摘果装置与输送装置一体化,采用7级滚筒串联与振动输送组合的结构形式实现摘果与输送协同作业。本文在对关键部件作业原理分析的基础上进行结构和参数设计;采用离散元软件EDEM仿真优化方法对输送板的运动参数（方向角、振幅、频率）进行仿真分析;以花生主产区典型品种“大白沙”作为研究对象,通过田间试验对摘果输送装置的作业性能进行试验验证。结果表明,当花生植株喂入量5.6kg/s、二级滚筒转速325r/min、其他滚筒转速239r/min、输送板方向角25°、振幅45mm、频率7Hz时,花生摘净率98.41%,破损率4.76%,夹带损失率1.46%。各项性能均满足设计要求。     

基于电磁振动的玉米种子定向排序输送技术

根据振动送料原理,提出了一种实现玉米种子定向排列输送的方法,对种子的定向过程进行了动力学分析,探讨了定向过程中种子各种姿态的变化过程与力学参数之间的关系。以郑单958玉米种子为试验对象,建立了振动定向试验装置;以台阶高度A、滑槽倾角B、振幅C和频率D作为影响因素进行了正交试验。试验结果表明:台阶高度A、滑槽倾角B及其交互作用对种子定向效果具有极显著影响;通过多重比较分析得出试验条件的最佳组合为:台阶高度为4 mm、滑槽倾角为4°、振幅为0.18 mm、频率为51.5 Hz。在最佳试验条件下分别对顺行和逆行种子进行10次重复试验,试验结果表明:顺行定向成功率为93.5%,逆行定向成功率为89.4%。采用高速摄影技术分别对顺行和逆行的种子进行了观察验证分析,分析表明:种子的实际运动状态与理论分析基本吻合。     

对虾定向输送装置设计与参数优化试验

针对目前对虾预处理的定向环节仍依靠人工操作、缺少对虾定向设备等问题,以去头南美白对虾为研究对象,对虾体的外形结构特征和虾体头尾定向机理进行分析,并结合对虾外形参数设计了对虾定向输送装置。选取中型和大型两种规格的对虾,以对辊间隙、输送推板运动速度和定向辊转速为试验因素,以定向成功率为指标,进行了单因素试验和正交试验,研究了各试验因素对定向效果的影响规律,并优化了试验装置的主要参数。结果表明,试验装置的最优参数组合为：输送推板运动速度40mm/s、定向辊转速90r/min、中型虾对应的对辊间隙10mm、大型虾对应的对辊间隙13mm,在最优参数组合下中型虾和大型虾的定向成功率分别为97.3%、94.7%。     

柳树插条自动喂入装置取料机构优化设计与试验

针对我国柳树插条半自动扦插作业人工喂入劳动强度大和作业效率低的问题,提出一种实现有序出料、取料和送料功能的柳树插条自动喂入装置,并针对该装置进行取料机构的优化设计与相关试验研究。建立取料机构运动学模型和优化设计模型,应用自主开发的软件分析确定了取料机构参数的取值范围,进而利用Matlab软件的遗传算法工具箱实现取料机构的参数优化;完成取料机构结构设计,进行取料机构虚拟运动仿真验证;研制取料机构样机和柳树插条自动喂入装置试验台,开展取料机构高速摄像试验和柳树插条自动喂入试验,研究取料机构运动特性,检验自动喂入装置的工作性能。在自动喂入效率达到55株/min时,柳树插条喂入成功率约为83%,表明该装置具有应用于柳树插条自动扦插机的可行性。     

辊式导流马铃薯定重装袋机设计与试验

装袋是马铃薯从收获到运输、储藏的重要环节。为解决现有马铃薯装袋机效率低、损伤率高的问题,设计了一种高效、低损的辊式导流马铃薯定重装袋机,主要由支撑装置、分流输送装置、导流装置、撑袋装置和定重装袋装置构成。通过多工位装袋实现了高效,通过辊式导流实现了低损伤。通过对该机关键部件的力学分析和导流过程的运动学分析,确定了影响马铃薯损伤和装袋效率的主要因素为导流仓门角度、输送速度和上料量。以导流仓门角度、输送速度和上料量为试验因素,以破皮率、伤薯率和单口装袋效率为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验,通过Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行方差分析,通过响应面试验分析了试验交互因素对试验指标的影响规律。利用Design-Expert 8.0.6软件优化模块并结合实际工作情况确定各因素最佳取值,在此基础上进行了试验台验证试验,结果表明：当导流仓门角度为45°、输送速度为0.35m/s、上料量为27t/h时,破皮率为1.8％、伤薯率为1.4％、单口装袋效率为12.4t/h,在该参数组合下辊式导流马铃薯定重装袋机破皮率和伤薯率均较低,且装袋效率较高。     

水培奶油生菜采收装置的设计与试验

目前,设施水培生菜的采收主要以人工采收的方式完成,面临劳动强度大、工作枯燥费时等问题。为此,以水培奶油生菜为试验对象,针对水培生菜的种植特点,提出了一种新型的保留生菜部分主根的采收方式。根据采收装置要实现的功能要求,分别从输送定植板机构、切割根部机构、拔取搬运生菜机构和PLC控制系统等进行采收装置的关键零部件设计,并根据总体设计方案完成装置的试制和试验。试验结果表明:装置能顺利完成输送定植板,切割根部的成功率为82%,拔取搬运生菜的成功率为85%,采收效率较人工采收提高近3倍,具有良好的市场前景。     

穴盘苗移栽机取送苗装置设计与试验

育苗移栽是农作物增产增收的一项有效措施,为了提高穴盘苗移栽的可靠性和作业效率,对穴盘苗移栽机的取送苗装置进行优化设计和试验研究。对取苗机构和送苗机构进行力学分析与结构设计,确定其最优结构和参数。土槽试验结果表明:移栽机取苗速度为40株/min时,取苗成功率为97.21%,穴盘苗平均基质损失率为7.97%,栽植成功率为95.40%,作业可靠性达到92.74%。移栽机移栽作业各项指标满足农艺要求,可为小型移栽机的设计提供理论参考。     

长杆状蔬果分选机单果上料装置的研制

长杆状蔬果分选机工作时要求蔬果单向且单果输送,才能保证其分选效率。为此,设计了一种适合于胡萝卜、茄子等长杆状蔬果自动分级机的单果上料装置,主要由进料斗、隔板输送带、输送滚筒和调节防护装置等部分组成。本设计以胡萝卜为研究对象,通过对胡萝卜在输送带上的受力分析、隔板尺寸参数的理论推导及胡萝卜在出口的运动状态分析,合理选择了单果上料装置的结构尺寸及动力参数,以保证胡萝卜的单果上料,为其它长杆状蔬果分选机的单果装置提供依据。试验证明:单果装置单果率约为89%,计算数据与实际工作状况基本相符。     

植物工厂种植板物流输送系统设计与试验

植物工厂作为目前最高水平的设施农业生产方式,成为近年来研究的重点。多层式立体栽培种植模式最为常见,主要输送方式为人工搬运种植板输送,由于人工搬运效率低、成本高,存在高空作业安全隐患,严重制约了植物工厂作业效率的提高。为此,研发了一种种植板物流输送系统,以立体栽培种植模式为基础,包含地面输送系统、提升车系统及栽培架内无线引导车系统。同时,运用Flexsim软件对该种植板物流输送模式进行仿真,并进行性能试验,结果表明:系统能够实现植物工厂立体栽培模式下种植板的自动化运输作业,作业效率达到500穴盘/h,达到国内领先水平,可为相关植物工厂立体物流输送模式的设计提供理论依据和技术支撑。     

履带式高地隙油茶果振动采收机设计与试验

针对油茶人工采收效率低,劳动力成本大,且油茶果成熟期短、花果同期等问题,设计了可实现连续振动落果和收集的履带式高地隙油茶果振动采收机。采收机采用骑跨式车架沿油茶树种植行行走,利用曲柄摇杆机构驱动多排阵列的指排杆按照一定的运动轨迹对树冠两侧同时击打作业,落果通过收集板汇集后输送到果箱。根据击打轨迹对采收机击打装置的曲柄摇杆机构进行设计,并用ADAMS软件验证指排架运动轨迹。通过ANSYS软件对击打装置机架和采收机车架进行有限元模态分析,获得其前6阶固有频率,确定其不会发生共振。为接收振动掉落的油茶果,设计了高低错落分布的收集板,不仅能接收落果,且能顺利避开树干,实现整机在运动中完成振动落果和收集作业。最后,加工装配振动采收机样机,在击打液压马达转速为360 r/min条件下进行油茶林地整机试验,试验结果表明,油茶果采收率为87.56%,花苞掉落率为25.86%,满足油茶果采收要求。