簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明:在自制超声刀工作频率(35~37 kHz)和电压(340~380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以降低切割力,缩短切割耗时,同时还提高断面质量,减少果梗组织损伤、水分散失,对延长果实保鲜时间具有一定的意义。