發(fā)布時間：2020-11-10 10:47

　　 柑橘是世界第一大水果,也是我國重要農(nóng)產(chǎn)品,由于果實具有較高的營養(yǎng)價值、藥用價值和保健價值,柑橘及其制品深受消費者們的歡迎和喜愛。而在柑橘加工產(chǎn)業(yè)中,作為柑橘產(chǎn)品加工的必要前處理工序,柑橘的剝皮卻仍以人工剝皮為主,極大地影響了生產(chǎn)效率。因此,柑橘自動化剝皮方法的研究具有非常重要的意義。本文針對目前國內(nèi)外柑橘機械剝皮裝置較少、剝皮理論研究匱乏的現(xiàn)狀,前期設(shè)計了一種對輥式柑橘剝皮機。以此設(shè)備為研究對象,對柑橘機械剝皮過程中果皮的剝離過程、設(shè)備部件的工作機理進行了詳細的分析,建立了柑橘果皮剝離力學模型和果肉損傷有限元模型,從理論上揭示了柑橘果皮剝離和果肉損傷機理,并對現(xiàn)有設(shè)備進行了部分改進設(shè)計,以期為柑橘加工業(yè)中自動剝皮設(shè)備研制和發(fā)展提供理論依據(jù)和參考。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)對柑橘運動過程進行了解析。借助高速攝影技術(shù)動態(tài)跟蹤柑橘運動過程,明確了果型指數(shù)、果徑、品種等關(guān)鍵因素的變化對柑橘運動形式的影響規(guī)律;明晰柑橘運動過程中的運動學特征。(2)對柑橘運動規(guī)律進行了分析,并提出了相應(yīng)的控制策略。結(jié)合動力學和運動學,分析了撥板、擋桿、對輥等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、布置方式、運行參數(shù)對柑橘運動形式的影響規(guī)律,明晰柑橘運動過程中的運動學特征,提取柑橘的運動軌跡及位移、速度、加速度等參數(shù);明確撥板、對輥與柑橘接觸時的作用點、作用力,確定能夠提供連續(xù)從果面撕扯下果皮又不會因造成果皮被夾斷的對輥夾持力;提出實現(xiàn)柑橘連續(xù)傳輸過程中變位翻滾的控制策略以及增大柑橘外翻果皮進入相對轉(zhuǎn)動對輥之間幾率的實現(xiàn)方法。(3)對柑橘果皮剝離機理進行了分析。結(jié)合剝離力學理論,對柑橘果皮剝離這一過程進行理論分析,建立了柑橘果皮剝離過程力學模型,分析了剝離寬度、剝離角度、剝離速度等因素對剝離過程的影響規(guī)律;并搭建基于質(zhì)構(gòu)儀的柑橘果皮剝離力學試驗臺,對柑橘果皮剝離過程進行試驗,并通過試驗數(shù)據(jù)對模型的準確性進行驗證。(4)對柑橘果肉損傷機理進行了分析。采用非線性有限元手段,根據(jù)已有柑橘果皮與果肉的生物學特性、物理特性和力學特性參數(shù)、柑橘大小及果形指數(shù)的概率密度函數(shù),建立可用于有限元仿真分析的柑橘三維平均幾何模型;在有限元軟件中結(jié)合柑橘幾何模型,完成柑橘接觸模型的建立,仿真分析了接觸變形區(qū)域狀態(tài)變化的非線性行為;并利用質(zhì)構(gòu)儀進行對比損傷試驗,驗證模型,闡述柑橘損傷機理并對柑橘剝皮過程機械損傷進行預(yù)測。(5)結(jié)合上述研究內(nèi)容,對已有對輥式柑橘剝皮樣機進行了部分改進設(shè)計,以期能實現(xiàn)更好的剝皮效果。
【學位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：S226.4
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)況
        1.2.1 柑橘剝皮技術(shù)發(fā)展及機構(gòu)機理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 農(nóng)業(yè)物料剝皮、去殼方式及機理研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的關(guān)鍵問題
    1.4 研究內(nèi)容
    1.5 技術(shù)路線
第二章 寬皮柑橘對輥式剝皮機及其工作原理介紹
    2.1 樣機結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)
        2.1.1 柑橘撥動機構(gòu)部件
        2.1.2 對輥機構(gòu)部件
    2.2 樣機工作原理
    2.3 樣機試驗結(jié)果
    2.4 樣機存在不足
第三章 基于高速攝影的柑橘剝皮過程研究
    3.1 高速攝影技術(shù)介紹與應(yīng)用
    3.2 高速攝影試驗平臺和試驗方法
        3.2.1 試驗材料與儀器
        3.2.2 試驗平臺的搭建
        3.2.3 試驗方法
    3.3 試驗結(jié)果分析
        3.3.1 柑橘總體剝皮運動過程分析
        3.3.2 不同果型指數(shù)柑橘剝皮過程研究
        3.3.3 不同果徑柑橘的剝皮過程
        3.3.4 不同品種柑橘的剝皮過程
        3.3.5 柑橘剝皮過程中存在的特殊情況以及解決方案
    3.4 本章小結(jié)
第四章 對輥式柑橘剝皮機關(guān)鍵部件機理研究
    4.1 刮板撥動機構(gòu)機理分析
        4.1.1 刮板部件受力與運動分析
        4.1.2 刮板部件和傳動部件的連接及受力分析
        4.1.3 刮板撥動后柑橘的運動軌跡分析
    4.2 對輥剝皮機構(gòu)工作機理分析
        4.2.1 齒形輥子嚙合關(guān)系及受力分析
        4.2.2 光軸輥子受力分析
        4.2.3 對輥機構(gòu)參數(shù)的確定
    4.3 本章總結(jié)
第五章 柑橘果皮剝離機理的研究
    5.1 引言
    5.2 柑橘果皮分離力學模型
        5.2.1 剝離力學模型
        5.2.2 因素分析
    5.3 模型的驗證
    5.4 本章總結(jié)
第六章 柑橘果肉損傷機理的研究
    6.1 引言
    6.2 非線性有限元分析基礎(chǔ)
        6.2.1 非線性行為產(chǎn)生及其原因
        6.2.2 非線性有限元基本分析理論
        6.2.3 非線性有限元分析過程
    6.3 應(yīng)力和強度理論
        6.3.1 應(yīng)力理論
        6.3.2 強度理論
    6.4 柑橘整果三維幾何模型的建立
    6.5 機械剝皮過程中柑橘損傷有限元模型
        6.5.1 柑橘損傷形式和幾何接觸模型
        6.5.2 材料定義與網(wǎng)格劃分
        6.5.3 模型的加載與求解
        6.5.4 損傷模型的驗證
    6.6 本章總結(jié)
第七章 樣機關(guān)鍵部件的改進設(shè)計
    7.1 刮板部件的改進設(shè)計
        7.1.1 刮板結(jié)構(gòu)與安裝形式的改進
        7.1.2 刮板高度和厚度的改進
    7.2 對輥部件的改進
        7.2.1 對輥布置形式改進
        7.2.2 對輥尺寸改進
        7.2.3 對輥傳動改進
    7.3 整機結(jié)構(gòu)改進設(shè)計
    7.4 本章總結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 本文主要結(jié)論
    8.2 不足與展望
參考文獻
附錄
致謝

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本文編號：2877843