预处理工艺对皂荚籽脱壳性能的影响

针对人工剥离皂荚米功效低、成本高,以及现有皂荚籽机械化脱壳装置去壳过程繁琐、脱壳不充分,需循环脱壳且脱壳率低的问题,以分级后安徽省亳州市产皂荚籽为研究对象,提出了一种通过一定浓度的塔塔粉蒸煮皂荚籽后再烘干的预处理工艺。通过自主设计的碾搓式皂荚籽脱壳装置,以脱壳率为评价指标,通过单因素试验和正交试验,分析蒸煮时间、塔塔粉浓度与烘干时间在不同水平下的脱壳效果。试验结果表明:随着塔塔粉浓度的增大,脱壳率先增大后减小;随着蒸煮时间和烘干时间的增加,脱壳率逐渐增大后再逐渐趋于平稳。通过Design-Expert软件分析试验数据,结果显示:对皂荚籽脱壳率影响显著性由小到大的顺序为蒸煮时间、烘干时间、塔塔粉浓度。建立皂荚籽脱壳的回归数学模型并优化求解一组最优参数组合,即蒸煮时间为90 min,塔塔粉浓度为3%,烘干时间为8 h,此条件下脱壳率达到84.42%。

基于人工神经网络和机器视觉的棉花分拣系统研究

首先,介绍了卷积神经网络的原理,并基于双目视觉搭建了棉花分拣视觉系统;然后,基于3×3窗口、Sobel和Hough等算法,实现了棉花图像的边缘检测和特征提取功能;最后,基于卷积神经网络对棉花图像进行特征提取和优劣分类,并利用双目视觉对识别的棉花进行空间定位。实验结果表明:棉花分拣系统的准确率为96.50%,能够有效地满足实际应用的要求。

种芽生物营养强化机的设计与试验

针对营养功能性农产品供给不足和生物营养强化技术装备落后等问题,设计了种芽生物营养强化机。采取提高组分浓度差、压力差,以及透水交变真空等快速催芽技术,解决营养组分向种芽内高效传质问题。经绿豆芽富叶酸营养强化试验和发芽糙米富钙营养强化试验研究,结果表明:种芽生物营养强化机可生产高营养价值农产品,其生产的绿豆芽中叶酸含量可达1.486 mg/kg,发芽糙米中钙含量可达757 mg/kg,营养强化效果良好。

基于EDEM的榛子双层滚筒筛装置性能仿真试验

为了解决榛子脱苞后筛分效率低的问题,针对榛子脱苞后的物料状态设计了一种双层滚筒筛。运用EDEM仿真软件对其工作状态进行模拟,以滚筒转速、内外筛孔大小、螺旋叶片间距为试验因素,以筛分率和含杂率为评价指标,分析评估各因素对双层滚筒筛性能的影响,以获得双层滚筒筛的最佳工作参数。结果表明:当滚筒筛的内筛孔尺寸为25 mm、外筛孔尺寸为12 mm、转速为36 r/min、螺旋叶片间距为240 mm时,滚筒筛的筛分效率最佳。

密度对谷物混合颗粒分层影响的分析

采用离散元模拟了垂直振动下具有相同尺寸、不同密度的谷物混合颗粒分层过程,结果表明:小密度颗粒倾向于向上运动形成单一颗粒层,而大密度颗粒与部分小密度颗粒停留在单一颗粒层下,组成混合状态。为此,提出相应评价指标,定量描述混合物分层程度,并讨论了混合颗粒密度比对分层速度的影响。结合混合物分层中空隙填充及动能理论,分析了密度影响分层机理,结果表明:在不同密度谷物混合颗粒分层过程中,随密度比增加小密度颗粒组成的单一颗粒层厚度增加并趋于饱和;混合层占总层数比率随密度比增加而减少并趋于稳定;颗粒分层速度随着密度比增加而增加,当密度比大于10时密度比对分层速度影响减弱;在混合物分层过程中,大密度颗粒较为活跃,且动能大于小密度颗粒的动能。

水稻营养秧盘成型机制浆装置的优化设计

为解决水稻营养秧盘成型机制浆装置现存在的漏液锈蚀、管道堵塞和结构布置不合理等问题,在分析研究成型机整体配置的基础上,优化设计一种满足作业条件、避免锈蚀堵塞的制浆装置,并进行研制试验。试验结果表明,该制浆装置结构布置合理性更好,材料选型优秀,制浆效率较原系统提高17.74%,同比增长22.42%,与现有的水稻营养秧盘成型机可充分适配,满足设计要求。该制浆装置可有效解决实际生产中的问题,面向实际需求,可为研究浆料混拌提供一定参考。

对辊式油茶果籽壳清选机的设计与试验

针对现有油茶果籽壳清选机清选效果不佳、茶籽损伤率高问题,设计了一种采用齿光辊清选原理的对辊式油茶果籽壳清选机。同时,对油茶籽、壳的物理特性进行了研究,对清选装置辊组排布方式、齿光辊组数、清选关键部件齿辊齿形和直径分别进行了设计,分析了清选状态时油茶壳受力情况。为验证对辊式油茶果籽壳清选机是否达到了预期设计目标,设计了三因素三水平正交试验,选取清选间隙、辊轴转速、喂入量为试验因素,以茶籽破碎率和清选率为评价指标,对清选机进行现场试验。结果表明:清选间隙为3.13 mm、轴辊转速为298.25 r/min、喂入量为1.51 t/h时,对辊式油茶果籽壳清选机获得最佳清选效果,此时茶籽破损率为3.30%,清选率为96.79%。

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。

核桃壳仁分离机作业参数优化与试验

针对现有核桃壳仁风选分离设备存在的分离不彻底和夹带损失等问题,设计了一种两级串联式的核桃壳仁分离机,该分离机可一次性分离整仁、碎仁和果壳。为确定其最佳的作业参数,运用响应面中心组合设计,以核桃壳仁含杂率和损失率为考核指标,以喂料速度(x_(1))、风板1倾角(x_(2))、风板2倾角(x_(3))、风机1风速(x_(4))和风机2风速(x_(5))为试验因素,对该装置工作参数进行优化试验,运用Design-expert软件建立二次多项式回归模型并进行方差分析,利用因子贡献率法得到影响含杂率和损失率的主次因素。结果表明,含杂率、损失率模型的R~2值分别为0.9731、0.9530,建立的含杂率、损失率与参数间的二阶多项式回归模型拟合度较高;喂料速度、风机1风速和风机2风速对含杂率的影响显著,风板1倾角、风机1风速和风机2风速对含杂率的影响显著,交互项x_(1)x_(2)、x_(1)x_(3)、x_(1)x_(4)、x_(2)x_(5)和x_(3)x_(5)对含杂率的影响显著;交互项x_(1)x_(2)、x_(1)x_(3)和x_(3)x_(4)对损失率的影响显著;验证试验结果表明,当喂料速度0.15 kg/s、风板1倾角39°、风板2倾角34°、风机1风速20 m/s和风机2风速14 m/s时,其含杂率4.75%,损失率8.41%,且验证试验的结果与模型预测值相对误差小于5%。该研究为核桃壳仁分离机的改进提供参考。

太阳能-空气源热泵牧草干燥系统制热性能研究

以太阳能-空气源热泵牧草干燥系统为研究对象,通过系统不同工作模式的温升、恒温制热试验及带载试验,分析了温升速率、单位温升能耗、COP及除湿效率。研究结果表明:联合制热模式与太阳能单独制热相比,单位温升耗电量降低了86.2%,温升速率提高了99~112倍。联合制热模式与热泵单独制热试验相比,在温升过程中温升速率降低了7.7%~17.6%,单位温升耗电量降低8.0%;在恒温制热过程中,前者COP比后者提高了6.5%~11.1%,耗电量降低了5.8%~10.7%;在升温制热过程中前者COP比后者提高了6.0%~10.4%,耗电量降低了6.6%~11.1%。联合干燥模式比热泵单独干燥模式的SMER值高19.8%~36.2%。

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。

基于离散元法的茶叶抖筛机结构参数优化与试验

茶叶抖筛机是茶叶精加工的关键装备,传统抖筛装备主要通过经验设计,筛分性能较差,主要表现在筛净率较低、误筛率较高。该研究结合抖筛机的筛分原理,运用solidworks构建虚拟样机,利用EDEM软件建立茶叶颗粒离散元仿真模型,通过单因素仿真试验对茶叶颗粒进行动力学分析,结果表明,连杆长度、曲柄半径和筛面倾角是茶叶抖筛机筛分性能的主要影响因素。以筛净率、误筛率为评价指标,设计三因素三水平二次旋转正交试验,并运用DesignExpert软件对试验数据进行回归分析,当连杆长度为1 977 mm、曲柄半径为25 mm、筛面倾角为2.8°时,茶叶筛净率为94.5%、误筛率为4.61%,筛分性能最优。以最优结构参数进行验证试验,筛净率为93.8%,误筛率为4.73%,生产效率为319 kg/h,较优化前筛净率提高3.42%,误筛率降低7.62%,生产效率提高8.87%。该研究结果可为茶叶筛分装备的优化提供理论依据。

名优茶连续式理条机参数优化设计与试验

针对传统茶叶理条做形装备主要依靠经验法设计,存在做形质量不佳的问题,该研究运用数值法对连续式茶叶理条机结构与作业参数进行优化,以改善连续式理条机的理条作业性能。通过对连续式理条机进行运动学分析,得到锅槽速度、加速度表达式,并探究锅槽运动与茶叶理条状态之间的关系;通过研究茶叶在连续式理条机锅槽内的运动规律和受力情况,建立茶叶-正U形槽动力学模型,分析了茶叶在锅槽运动周期内各阶段的受力特点及对茶叶成形的作用;运用EDEM软件建立茶叶理条仿真模型,对影响茶叶成形的曲柄转速、锅槽振幅、锅槽倾角、凸棱个数和凸棱高度等关键设计参数进行仿真模拟,得到上述因素作用下茶叶颗粒的平均速度、平均受力与做形时间的关系曲线,并以仿真结果为依据设计三因素三水平正交试验,以成条率、碎茶率为评价指标,利用Design-Expert软件进行数据处理与回归分析,并对优化结果进行验证试验。仿真结果表明:曲柄转速、锅槽振幅和凸棱个数等对理条质量影响较大,茶叶纵向占比率随理条时间增加而升高,促使茶叶主茎脉轴线方向受力形成条状外形;以曲柄转速为195 r/min、锅槽振幅为99 mm、凸棱个数为2的最优参数组合进行验证,成条率为87.39%,碎茶率为1.85%,与优化结果基本一致。研究结果可为连续式茶叶理条机优化设计提供理论参考。

基于物联网的农产品保鲜智能包装技术研究

随着人们对健康饮食的需求不断提高,果蔬的需求量也在不断增加。然而,由于果蔬易腐败,传统的包装方法已经不能满足消费者和生产商的要求。为此,设计了一种基于物联网的农产品保鲜智能包装系统,在保证农产品包装完整的同时,还利用RFID高效自动读写功能,在农产品包装标签上填入农产品溯源信息,从而提升农产品包装的智能化水平。

香蕉茎秆轧辊式压榨脱水机设计与试验

针对香蕉收获后剩余的香蕉茎秆废弃物难处理以及蕉农的劳动强度大和效率低等问题,该研究设计了一种香蕉茎秆轧辊式压榨脱水机,适用于需收集香蕉茎秆汁液和茎秆纤维的南方香蕉种植地区。该机构根据茎秆易缠绕、难粉碎或难切片的特性采用逐渐开口减小的四级轧辊式压辊,并对压辊表面进行了花纹设计。根据结构紧凑、功率消耗少、动力分配合理等原则,设计了同步四级压辊转速以及驱动输料和排渣机构的传动机构。通过力学分析得到了压辊间隙作为压辊对茎秆压力大小的影响因素之一。利用ANSYS/LS-DYNA模块对香蕉茎秆进行压榨脱水分析,验证压榨机构压榨脱水的可行性和可靠性。香蕉茎秆压榨脱水试验结果表明香蕉茎秆脱水率在28.00%~46.29%左右,所设计的压榨脱水机极大地减少了香蕉茎秆的体积和质量,减少了蕉农的劳动强度和运输成本,便于香蕉茎秆废弃物的后续的高值化利用。

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。

基于玻璃化转变的稻谷干燥变温控制系统设计与试验

针对稻谷在变温干燥过程中变温节点不明确、温度波动范围大和响应时间慢等问题,该研究设计了一种基于玻璃化转变的稻谷变温干燥控制系统。根据稻谷玻璃化转变曲线,确定变温控制策略,运用Logistic回归分析建立混配阀门开度和稻谷温度之间的控制模型并通过最小二乘法辨识模型参数。利用遗传算法对模糊隶属度函数进行优化,目标函数值迭代至0.118收敛,寻得最优幅宽。在Simulink仿真试验中,稻谷温度设定为42℃时,模糊PID控制的响应时间为66.43 s,且超调量为3.600%,优化后的模糊PID控制响应时间为37.06 s,且超调量为0.120%;在150 s加入5 s的外部信号干扰,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少4.19 s且超调量减小0.050%;在稳态时输入升温信号,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制的调节时间少16.79 s且超调量低0.338%。利用自主研制的干燥试验台进行变温试验,在变温响应试验中,优化后的模糊PID控制比模糊PID控制在目标温度和梯度升温调节时间中分别缩短了37.56 s和18.63 s;在温度稳定性试验中,稻谷温度变化范围为41.9~42.1℃,平均相对误差小于0.4%,变异系数小于0.5%;在建三江国家农业高新技术示范区浓江农场进行生产性验证,优化后的模糊PID控制系统响应时间小于30 s,稳态温度误差在±0.15℃,平均相对误差小于0.5%。测试数据表明变温干燥控制系统性能稳定,满足实际干燥作业的生产工艺需求。

混流式水稻烘干塔温度远程监测系统设计

针对混流式水稻烘干塔温度难以远程监测的问题,设计了一种基于Python和LoRa技术的温度远程监测系统。系统以STM32F1单片机硬件系统为下位机,通过PT1000温度传感器测得烘干塔温度信息,判断水稻烘干塔干燥状态,并通过LoRa无线模块将状态信息传输至上位机人机界面实时显示。生产试验结果表明:整套系统数据传输性能稳定,传输距离远,数据传输成功率达96%以上,满足复杂工作环境要求,能够实现粮食干燥过程的温度实时监测功能。

南方籼稻热风干燥特性及其工艺参数优化

水稻是全球重要的粮食作物之一,籼稻是中国南方主要种植品种。收获的新鲜水稻含水率较高,不适合长期储存。针对南方籼稻在热风干燥过程中容易产生爆腰等问题,选择了中早35和玉针香2个典型品种,通过单因素试验和Box-Behnken Design试验,分析了热风干燥工艺条件下的影响因素(包括干燥温度、干燥缓苏比和初始含水率)与水稻的干燥爆腰增率和干燥速率之间的关系。结果显示,干燥温度对干燥速率和爆腰增率的影响最显著,其次是缓苏时间占比和初始含水率。在符合国家标准的爆腰增率要求下进行试验,得到了2个水稻品种的最佳干燥温度、缓苏时间占比和初始含水率参数组合:中早35的最佳参数为49.48℃、0.67、26%;玉针香的最佳参数为45.00℃、0.698、26%。在最佳参数下进行干燥试验,测得2种水稻品种的干燥速率分别为0.02280%·min^(-1)和0.02461%·min^(-1),爆腰增率分别为2.87%和2.80%,均低于国家标准的3.00%。优化后的干燥工艺参数可为生产实践和稻谷品质变化机理的深入研究提供理论基础。

光电色选机在水稻种子加工线上的应用

将光电色选机应用于水稻种子加工线,对光选前后种子发芽率、死种子率等指标进行检测分析,得出光选后的种子发芽率明显提高,死种子率显著降低,种子批质量有所提升的结论。研究结果证明:光电色选机应用于种子加工线上具有一定的可行性。