巴旦木分级破壳机设计与试验

为解决巴旦木破壳机械生产效率低、破壳率低和核仁损伤量大等问题,通过研究坚果破壳原理,选用适宜机械加工的大巴旦木(‘莎车3号’)为研究对象,设计了巴旦木分级破壳机,同时进行巴旦木尺寸、破壳力加载方向及加载速度、巴旦木含水率的物料特性分析。结果表明:破壳机破壳辊间隙和含水率对巴旦木破壳力和变形量影响显著。使用试验法优化了巴旦木分级破壳机构工作参数,当两轧辊间距离调整为Ⅰ级14 mm、Ⅱ级13 mm和Ⅲ级12 mm,含水率控制在9.8%~10.5%范围内,转速为1 000 r·min^(-1)时,测得平均破壳率为95.57%,平均破损率为3.37%,满足实际生产需求。

山核桃破壳裂纹试验与仿真分析

研究山核桃在冲击力下裂纹产生和发展的规律。用万能力学试验机进行冲击破壳试验,分别对山核桃在长轴、斜向和短轴加载方向各进行3种不同高度的15次重复试验。结果表明,无论加载方向如何,破壳冲击力的最大值都在240 N左右,且越靠近横轴方向力越小,越靠近长轴方向力越大。以此为依据,将山核桃横向截面简化为圆形,通过在传统弹塑性元素接触模型基础上增加强结合力的方法,构建压头—山核桃离散单元模型。仿真结果显示,水平压头会造成山核桃模型对称裂纹形式被压溃;与此同时,竖直状态压头会以S型裂纹形式分裂山核桃模型。通过高速摄像机拍摄山核桃破壳裂纹产生过程,与仿真结果基本一致。为山核桃破壳机械的设计、优化与深入地理解山核桃裂纹产生与发展机理提供重要参考。

山核桃破壳裂纹产生与扩展试验研究

探究山核桃受冲击力破壳裂纹产生与裂纹延展的规律,对突破制约核桃破壳取仁环节装备的瓶颈有较好的指导意义。以皖浙交界天目山区的山核桃为试验材料,采用不同形状的冲头预制裂纹,结合仿真分析研究其对裂纹萌生引导的影响。通过烘烤试验,观察裂纹延展趋势与规律。借助试验结果的启示,设计了山核桃破壳机。破壳部件的敲击锤头与果臼槽采用内附七窝眼的凹槽型结构,使得山核桃在冲击力的作用下,密集分布的棱线能够有效地实现裂纹引导,利于壳仁分离,获得更好的破壳质量。样机通过试验达到了预期效果,其破壳物料为后续加热、振动加工等工序提供便利。

基于定向挤压的核桃破壳有限元分析及破壳装置设计

针对目前核桃破壳机构适应性不强、破壳率不高、整仁率低的问题,从核桃破壳前定向预处理的视角,探索核桃在破壳加工前果体姿态定向处理对挤压破壳受力的影响因素。同时,以云南漾濞核桃为研究对象,通过3D扫描获取核桃三维实体模型,进行多组过静态压力有限元仿真试验,结果表明:在核桃果体上最佳受力区为核桃中线位置的横径方向,该位置受力最均匀、裂纹扩展效果最佳、最易破壳。基于有限元分析结果,设计出一次破壳与二次破壳相继进行的核桃定向破壳机构,并对核桃的破壳过程进行了力学分析,结果表明:破壳机构中弹簧的刚度系数及锤头旋转角度为影响核桃破壳的关键因素。研究结果可为核桃破壳设备的设计提供有创新意义的理论支撑。

铲齿-齿滚式花生捡拾装置捡拾动力学分析与试验

两段式收获是我国花生机械化收获的主要方式,捡拾装置是花生捡拾联合收获机核心部分之一。针对传统的弹齿滚筒凸轮滑道式捡拾装置存在的花生植株“壅堆”“冲击”和“抛起”而造成荚果损失问题,在花生植株条铺捡拾特性研究基础上,发明并研制了一种新型铲齿-齿滚式花生捡拾装置。通过捡拾性能试验表明:花生植株条铺地面捡拾作业时,铲齿划入地表将花生植株条铺从地面铲起,捡拾齿完成花生植株后续的捡拾作业,但不划入地表。通过对花生植株在铲拾、挑拾、推送阶段的运动状态与受力分析,获得了影响运动状态的主要参数,以此为依据设计了铲齿、捡拾齿、护板等关键捡拾元件的总体结构。在此基础上建立了捡拾齿运动的数学模型,确定了影响捡拾齿运动轨迹的关键参数,并结合ADAMS运动仿真分析获得了捡拾工作参数配比范围。根据设计结果制作样机并进行运转试验,花生捡拾性能试验结果表明:新型铲齿-齿滚式花生捡拾装置用于花生捡拾过程中,不存在植株“壅堆”与“抛起”问题;通过响应面分析法及样机试验,获得捡拾装置最优工作参数为:前进速度Vm为48.0 m·min^(-1),转速N为45.3 r·min^(-1),离地高度H为-18 mm。在花生植株含水率15%~17%的两段收获条件下,花生植株捡拾率为98.9%,掉果损失率为2.8%。根据试验观察,捡拾过程中花生植株主要呈现横向捡拾、倾斜捡拾、纵向捡拾3种捡拾状态,能够适应果朝一侧的整齐放铺与散乱放铺捡拾作业,为今后两段式花生捡拾收获机捡拾装置的设计提供技术支撑。

打板式小区育种花生脱壳机设计与试验

针对小区育种花生量小、品种多、荚果大小不一,脱壳效率低、损伤率高、脱净率低等问题,研制了一款打板式小区育种花生脱壳机。整机主要由脱壳、清选、提升等装置组成。对关键部件参数设计进行了优化,结合打板与花生荚果的碰撞模型,通过Hertz理论分析花生荚果受到的碰撞力学特性,并结合仿真试验优化打板棱角半径为3 mm的圆角。以育种花生中的大、中、小尺寸品种花生青花Y14、花育22和白沙为试验材料,对喂入量、滚筒转速、最小脱壳间隙进行单因素试验。以脱净率和损伤率为试验指标进行回归正交组合试验,优化得到最优参数组合。试验结果表明:大、中、小尺寸花生荚果的喂入量分别为178、173、169 g/s,脱壳滚筒转速分别为356、347、375 r/min,最小脱壳间隙分别为23、22、22 mm,得到最大脱净率分别为95.43%、93.36%和94.07%,种仁损伤率分别为5.48%、5.79%和5.35%。根据得到的最优参数调整喂入量、更换凹板筛、改变脱壳间隙等步骤满足多品种种用花生的脱壳适应性。

荞麦搓碾剥壳机理分析与剥壳单元织构化改进

荞麦剥壳是荞麦米加工工艺的核心环节,目前上下砂盘式荞麦剥壳机剥壳机理不明,加之剥壳间隙精准度低,荞麦剥壳姿态随机性强,导致单次剥壳效率低、剥壳后碎仁率偏高。为解决上述问题,该研究以6QB-150荞麦剥壳机为研究对象,开展荞麦搓碾剥壳机理分析与试验研究,通过对荞麦搓碾剥壳过程的机理进行分析与数学建模,研究了荞麦在剥壳过程中可能存在的剥壳姿态,并建立了相应的数学模型;并使用EDEM(engineering discrete element method)软件对改进剥壳单元后荞麦剥壳过程的运动状态进行分析,探究不同纹理结构对荞麦剥壳过程的影响;最后选取等效粒径(近似于荞麦宽、高尺寸)介于4.6~4.8 mm范围的荞麦开展剥壳性能试验。试验结果表明:当剥壳间隙大于等于荞麦等效粒径且小于荞麦长度尺寸时,端压撕搓是荞麦搓碾剥壳过程中主导剥壳机制,且剥壳效率最高;另外上砂盘工作区域表面纹理以三角形织构化改进后,当下砂盘转速为950 r/min,剥壳间隙为4.9 mm时,单次剥壳整仁率为44.03%,碎仁率为5.59%,相较于未改进的剥壳单元,采用规则的三角形凸起结构一定程度降低荞麦剥壳姿态的随机性,其单次剥壳整仁率提高了16.98%。该研究可为荞麦加工装备优化升级提供理论依据和技术支撑。

基于Tavares模型的多面体棉籽离散元参数标定与试验

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题,本文以新陆早84号棉籽为研究对象,结合物理试验与仿真试验,对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术,使用Solidworks 2022中的网格建模功能,快速建立棉籽多面体模型。采用堆积角试验对棉籽种间参数进行标定,得到棉籽-棉籽碰撞恢复系数、棉籽-棉籽静摩擦因数、棉籽-棉籽滚动摩擦因数的最优参数组合为0.106、0.248、0.105,仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.28%,证明棉籽种间参数准确。通过单颗粒压缩试验对Tavares模型参数进行标定,以棉籽破碎力与破碎能为指标进行验证,结果表明棉籽破碎力与破碎能相对误差分别为2.37%和2.87%,说明构建的棉籽模型和Tavares模型参数可以表征棉籽压缩破碎过程。

4TQ-2A型甜菜切顶机的设计与试验

针对现有分段式甜菜切顶机切顶效率低、效果差等问题,设计了4TQ-2A型甜菜切顶机,采用两回转轴对向旋转方式清理缨叶,并通过单因素试验确定了橡胶条型号和最佳工作转速。同时,通过对切顶装置结构及其在工作过程中运动特性分析,确定了切顶装置的关键尺寸和最佳切割角度。田间试验表明:4TQ-2A型甜菜切顶机设计合理,当前进速度为1m/s、清缨装置转速为800r/min、切顶装置切割角为30°时,经过5次重复试验得到切顶合格率平均值为95.56%,甜菜损伤率平均值为2.6%,有效解决了甜菜缨叶清理不净、切刀易堵塞等问题,降低了作业过程中甜菜的损伤率,提高了切顶质量及合格率,满足甜菜机械化切顶作业要求。研究可为甜菜机械化收获装备的进一步研究奠定基础。

往复揉搓式花生脱壳装置研制与试验

针对现有花生脱壳装置存在脱净率低、机械损伤率高、品种适应性差等问题,研制了一款往复揉搓式花生脱壳装置。以豫花22为试验对象,对脱壳工作原理进行运动学分析,并利用最佳设计尺寸优选法和运动图解分析法分析确定了当最小脱壳间隙为12mm、编织筛网正方形网孔边长为14mm、减速机转速为70r/min及摇杆与竖直方向夹角为25°时,脱壳性能较佳。采用上述最佳结构设计参数,对该装置进行综合性能试验,脱壳试验结果表明:平均脱净率为98.4%,破损率为2.7%,发芽率为98.2%,满足行业花生脱壳质量要求。圆点橡胶疲劳损伤试验表明:往复式花生脱壳装置累计作业75h后,已不利于花生继续脱壳作业,应及时进行更换。该装置的试制成功可为花生脱壳装置创新设计提供参考。

香蕉机械化采收装备研究现状及发展趋势

香蕉是我国重要的经济作物,发展香蕉机械化、智能化采收有助于提高生产效率、解决劳动力短缺、提升采收质量、降低生产成本,符合现代农业发展趋势。本文对我国目前香蕉采摘方式、装备的现状进行了综述和分析,指出了现阶段我国在香蕉机械化采收中存在的农机农艺不匹配、采摘与运输割裂以及相关机械优势不明显的问题,展望了未来香蕉采收及运输机械的发展趋势。

面向高值化利用的核桃干法脱青皮机研制及试验

【目的】解决核桃脱青皮工作中存在的通用性差、破损率高和核桃青皮的二次利用等问题。【方法】创新设计了一种螺旋切刮式核桃脱青皮机,该机由进料系统、切割刮削系统、出料系统和机架四部分组成。对预处理切割下的青核桃进行压缩试验,提出了弯刀切割刮削的工作原理,对青核桃脱皮过程进行受力分析,投产试制了脱青皮样机,并选取陕西省黄龙县产的“香玲”核桃作为试验对象,依据功能要求对其进行了青核桃脱皮性能测试。【结果】该脱青皮机平均脱净率可达93%,且脱下的47%青皮大于1/4整块;皮辊筒转速为30 r/min和沟槽螺旋角度为45°左右时,具有较好的脱青皮效果。【结论】该核桃青皮切刮式脱皮方案是可行的,脱下的青皮方便保存和运输,更加有利于提取青皮中胡桃醌等高价值成分。

制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验。理论分析结果表明:玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合:压送器与剥皮辊间距为32 mm、剥皮辊转速为430 r/min、剥皮辊间隙为-0.3 mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33%,籽粒脱落率为1.802%,籽粒破损率为1.203%,机具田间试验与台架试验结果误差小于3%。试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考。

黄豆荚自动剥壳机设计

针对黄豆荚人工剥壳效率低、成本高等问题,设计一种新型黄豆荚剥壳脱粒机械设备。该设备由进料口、剥壳脱粒装置、杂质去除装置、筛选装置和传动装置组成,体积小、质量轻、操作方便,可以一次性完成黄豆的剥壳脱粒、筛选和分离等工序,并具有高效率和低破损率的特点。

猕猴桃冻果削皮机设计与试验

市场上猕猴桃鲜果削皮加工的总量只占加工总量的10%左右,而占大多数的冻果削皮尚无针对性的产品。为此,设计了一款全新的猕猴桃冻果削皮机。该机器主要由机架、上料盘、旋转机构、切削刀具以及电路控制系统等组成,实现了对冻果的自动化削皮,大大提高了加工企业的经济效益。

不同花生品种机械脱壳特性研究

为分析不同花生品种的机械脱壳效果,降低种用花生机械脱壳破损率,本研究以脱净率、完整籽仁率、种用完整籽仁率、非种用完整籽仁率、破损籽仁率等为指标,对9个大小不同荚果的普通形品种进行脱壳特性研究,并分析荚果、籽仁性状与机械脱壳性状的相关性和种子发芽情况。结果表明,不同品种的脱净率变幅为55.28%~66.22%,平均62.06%;完整籽仁率和种用籽仁率变幅分别为48.16%~63.20%和42.64%~59.66%,平均55.49%和51.99%。除了破损籽仁质量与果腰宽和破损籽仁率与果腰宽存在显著的正相关以外,其他机械脱壳性状与荚果、籽仁性状的相关性均不显著。苏农花2号的发芽率最高,为93.0%,其次是苏花2104,为90.0%,苏花2109和苏花0537低于75.0%。研究认为,不同品种的机械脱壳特性差异明显,苏农花1号和苏花2104具有良好的机械脱壳特性,苏花0537和苏花2109机械脱壳特性较差;机械脱壳性状好的品种其种子发芽率也较高。

滚筒刷式巴旦木脱青皮机的设计与试验

【目的】设计滚筒刷式巴旦木脱青皮机并进行样机试制和试验,为巴旦木初加工设备的研发提供参考。【方法】对青皮巴旦木和硬壳巴旦木果实物料特征参数进行测量,并使用Origin进行绘图,利用Solidworks软件对滚筒刷式巴旦木脱青皮机进行了整机及关键部件设计,根据结构参数和工作需求,选用主轴转速、间隙(钢刷与栅条滚筒底部距离)和喂入速度为试验因素,以脱净率和破损率为试验指标进行三因素三水平响应面试验,并以寻优圆整值进行试验验证。【结果】物料特征参数统计显示,青皮巴旦木长度均值为36.5 mm,宽度均值为28.0 mm,厚度均值为22.5 mm;硬壳巴旦木果实长度均值约为33.5 mm,宽度均值为23.5 mm,厚度均值为15.5 mm。滚筒刷式巴旦木脱青皮机的最佳作业参数为主轴转速307.5 r/min,间隙20.1 mm,喂入速度811.5 kg/h,理论脱净率为96.00%,破损率为2.28%。利用圆整值(主轴转速310 r/min,间隙20 mm,喂入速度810 kg/h)对2种巴旦木进行脱青皮验证试验,实测脱净率分别为96.32%和95.86%,破损率分别为2.42%和3.34%。两种巴旦木的脱净率均大于95%,破损率均小于4%,二者的破损率和脱净率差值均不足1%。【结论】所设计的滚筒刷式巴旦木脱青皮机符合中厚壳巴旦木脱皮作业的工作需求。

基于Workbench杏壳力学特性分析

为提高杏核的破壳质量,对杏核壳体的力学性能进行研究。考虑到杏核表面有凸起的棱筋及壳体不同区域厚度不同对力学特性的影响,通过威布三维Reeyee扫描仪对1/2赛买提杏核壳体进行扫描,利用SpaceClaim软件对杏核壳进行模型修复,得出杏核壳体的三维分析模型;运用ANSYS Workbench对1/2杏核壳体进行3种方式加载云图分析,得出最佳的破壳方式,然后通过试验验证模型分析的准确性。结果表明:赛买提杏核沿不同方向施压所需的破碎力有显著差异,其中沿Y轴方向所需破碎力最大,为856 N,变形量为2.48 mm,杏仁破碎率为0;沿X=Z轴方向所需破碎力最小,为398 N,变形量为0.41 mm,杏仁破碎率为21.8%;沿X轴方向施压所需的破碎力为426 N,变形量为1.08 mm,杏仁破碎率为0。验证试验结果与模型分析的结果一致。因此,通过扫描仪建模更能准确反映杏壳的表面特征,相对于Y、X=Z轴,沿X轴方向施压更合适。本文可为杏核破壳机械的设计提供参考依据。

基于CiteSpase的花生壳—花生脱壳可视化分析

花生脱壳技术决定脱壳产物—花生仁与花生壳的加工品质,花生壳的应用日趋广泛,探析其研究现状和发展趋势,对促进花生产业发展至关重要。运用CiteSpace软件对2012—2022年Web of Science核心合集数据库相关文献进行可视化分析,并结合文献研究法对相关文献的具体内容进行总结与展望。研究结果表明:花生壳应用的研究热度和重视程度呈迅速上升趋势;研究学者之间合作紧密;中国和美国是主要发文国家,中国科学院和美国农业部是主要发文机构;花生壳、脱壳、活性炭等关键词受到高度关注;从发展趋势看,机械性能、响应面分析、重金属吸附、生物油、有效去除、氧化物等研究是未来的热点;花生壳与花生仁的应用研究具有同等重要的地位。为获得高品质的花生仁与花生壳,应该从花生收获、清选、干燥、储藏、品质分级、脱壳加工等多个环节进行技术创新,为其应用提供更好的质量保障。

菱角离散元粘结参数标定与剪切试验

针对菱角(Trapa bispinosa Roxb.)脱壳初加工装备设计与仿真分析时缺乏有效的离散元模型问题,开展菱角粘结离散元参数标定与样机试验工作。采用三维反求技术获取菱角轮廓模型,测取菱角本征参数及基本接触参数,得到菱角平均剪切力为352.95 N,并以此为标定目标,采用EDEM软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型建立菱角离散元模型,通过单因素试验筛选粘结参数标定范围,由二水平析因试验、最陡爬坡试验筛选显著因素及其标定区间,设计响应面试验求解粘结参数,确定离散元模型中的最优粘结参数组合,开展旋转剪切仿真试验及样机验证试验。结果显示:仿真得到的菱角脱壳剪切力为352 N,与实际误差为0.269%;菱角剪切刀具为矩形,转速230 r/min时,剪切力最小值为93.20 N,与预测值92.99 N的误差为0.215%;样机试验中矩形刀具在转速为230 r/min时各项性能指标最优,表明建立的菱角离散元模型可靠。