設(shè)施園藝的開展能夠解決食物短缺、食品安全、果蔬季節(jié)性和地域性等難題。而生菜作為當(dāng)下設(shè)施園藝種植最廣的蔬菜品種,通過突破傳統(tǒng)無土栽培的技術(shù)限制,采用新型水培方式栽培生菜的設(shè)施園藝生菜培育模式,已成為推動我國設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)發(fā)展與提升的源動力。由于水培生菜含水量高,質(zhì)嫩易受損,且易受微生物影響而腐爛,表面特征受損對其商業(yè)價值影響較大。因此,合理的包裝可使水培生菜在運(yùn)輸過程中保持良好的表面特征,并能夠減少搬運(yùn)過程中因水培生菜互相接觸、摩擦、擠壓而產(chǎn)生的機(jī)械損傷。但目前水培生菜在包裝方面還存在很大問題,水培生菜在收獲后存在“不包裝或人工包裝”的現(xiàn)象,傳統(tǒng)的人工包裝方法存在勞動成本過高,耗時費(fèi)力,效率低下,工作枯燥乏味且包裝質(zhì)量不易保證等缺陷。因此,為了解決水培生菜貨架期短,易損傷等問題,本文以水培生菜為研究對象,提出了一種包裝盒包裝方案,并研制了水培生菜自動包裝裝置,以下為主要研究內(nèi)容與結(jié)論:(1)研究生菜擠壓特性與保鮮薄膜力學(xué)特性。利用單因素試驗方法,以水培奶油生菜為研究對象研究了生菜壓縮率與生菜損傷之間的關(guān)系,通過數(shù)據(jù)分析得知水培生菜的極限壓縮率為45%,此試驗結(jié)果為包裝盒的尺寸設(shè)計提供理論依據(jù)。保鮮薄膜具有較大的彈性,對薄膜冷切影響較大,所以使用電子萬能試驗儀進(jìn)行了保鮮薄膜拉取與拉伸試驗,試驗結(jié)果表明保鮮薄膜拉取時的拉取力在2.199 N附近震蕩,通過線性回歸得到保鮮薄膜的彈性模量為56 MPa,彈性極限為7.27 MPa,抗拉強(qiáng)度為24.86 MPa,為水培生菜自動包裝裝置的設(shè)計提供依據(jù)。(2)確定自動包裝裝置的總體方案。為了實(shí)現(xiàn)水培生菜的輸送、保鮮薄膜包裹、保鮮薄膜切割以及封口等功能,達(dá)到包裝效率大于30 s/棵,貨架期大于3天以及損傷程度低于5%的性能要求,分別提出了淺盤包裝方案與包裝盒包裝方案,考慮到水培生菜的無損包裝,最終選擇了包裝盒包裝方案。自動包裝裝置由輸送帶機(jī)構(gòu)、拉膜機(jī)構(gòu)、切膜機(jī)構(gòu)和封膜機(jī)構(gòu)組成,對包裝盒包裝方案的拉膜機(jī)構(gòu)、切膜機(jī)構(gòu)和封膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行了方案對比與分析,最后分別選擇了楔形輥筒拉膜機(jī)構(gòu)方案、分離式切膜機(jī)構(gòu)方案以及圓盤毛刷封膜方案。最終確定了水培生菜自動包裝裝置的總體方案,并確定了總體方案的工作流程。(3)設(shè)計包裝裝置關(guān)鍵部件與控制系統(tǒng)。包裝盒是水培生菜無損包裝的關(guān)鍵,首先根據(jù)赫茲接觸理論,確定了包裝盒的截面形狀為圓形;再根據(jù)生菜壓縮率與生菜損傷之間的關(guān)系、生菜展開度的范圍以及生菜的高度確定了包裝盒為上底內(nèi)徑為215mm,下底內(nèi)徑為190 mm,高為220 mm的圓臺形包裝盒,并對包裝盒進(jìn)行了強(qiáng)度校核。分別對拉膜機(jī)構(gòu)的楔形輥筒和壓膜輥筒,切膜機(jī)構(gòu)的縱向與橫向切割機(jī)構(gòu),封膜機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計與選型。根據(jù)水培生菜自動包裝裝置的總體方案,確定控制系統(tǒng)的核心為單片機(jī),控制系統(tǒng)還包括2個光電開關(guān)、1個霍爾傳感器、2個步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、3個繼電器。根據(jù)包裝裝置的工作流程以及控制系統(tǒng)組成,設(shè)計了控制系統(tǒng)流程圖與電路原理圖,并基于C語言編寫了控制程序。(4)試制自動包裝裝置樣機(jī)并進(jìn)行驗證試驗。根據(jù)水培生菜自動包裝裝置的總體方案以及機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計,對樣機(jī)進(jìn)行了試制與調(diào)試。通過正交試驗、極差分析,確定了縱向切刀角度為30°,拉膜速度為300 mm/min,橫向切膜速度為500 mm/min為最優(yōu)切膜參數(shù)組合,驗證試驗得該參數(shù)組合下的切膜成功率為98.6%。對樣機(jī)進(jìn)行驗證試驗,試驗結(jié)果表明包裝裝置樣機(jī)的效率為18.6 s/棵,包裝成功率為92%;試驗樣機(jī)包裝后生菜的15天后失重率為1.8%;試驗樣機(jī)包裝后的水培生菜經(jīng)運(yùn)輸后,平均損傷程度0.094%。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S636.2;S226
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號對照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 果蔬保鮮方法研究
        1.2.2 蔬菜包裝機(jī)械研究
        1.2.3 薄膜包裝材料研究
    1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 技術(shù)路線
第二章 生菜擠壓特性與保鮮薄膜力學(xué)特性研究
    2.1 水培生菜擠壓特性研究
        2.1.1 試驗材料與儀器設(shè)備
        2.1.2 試驗方法
        2.1.3 試驗結(jié)果與分析
    2.2 保鮮薄膜拉取力學(xué)特性研究
        2.2.1 試驗材料與儀器設(shè)備
        2.2.2 試驗方法
        2.2.3 試驗結(jié)果與分析
    2.3 保鮮薄膜拉伸力學(xué)特性研究
        2.3.1 試驗材料與儀器設(shè)備
        2.3.2 試驗方法
        2.3.3 結(jié)果與分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 自動包裝裝置總體方案設(shè)計
    3.1 自動包裝裝置的功能與性能要求
    3.2 淺盤包裝方案
    3.3 包裝盒包裝方案
        3.3.1 拉膜機(jī)構(gòu)
        3.3.2 切膜機(jī)構(gòu)
        3.3.3 封膜機(jī)構(gòu)
    3.4 總體方案的確定
    3.5 本章小結(jié)
第四章 關(guān)鍵部件與控制系統(tǒng)設(shè)計
    4.1 包裝盒設(shè)計與靜力學(xué)分析
        4.1.1 包裝盒形狀設(shè)計
        4.1.2 包裝盒尺寸設(shè)計
        4.1.3 包裝盒靜力學(xué)分析
    4.2 拉膜機(jī)構(gòu)設(shè)計
        4.2.1 楔形輥筒設(shè)計
        4.2.2 壓膜輥筒設(shè)計
        4.2.3 拉膜機(jī)構(gòu)整體設(shè)計
    4.3 切膜機(jī)構(gòu)設(shè)計
        4.3.1 橫向切割機(jī)構(gòu)設(shè)計
        4.3.2 縱向切割機(jī)構(gòu)設(shè)計
        4.3.3 切膜機(jī)構(gòu)整體設(shè)計
    4.4 封膜機(jī)構(gòu)設(shè)計
    4.5 氣動回路設(shè)計
    4.6 控制系統(tǒng)
        4.6.1 控制系統(tǒng)總體功能
        4.6.2 硬件選型
        4.6.3 電氣控制原理圖與控制流程圖
    4.7 本章小結(jié)
第五章 樣機(jī)試制與試驗
    5.1 包裝裝置試驗試制及調(diào)試
        5.1.1 樣機(jī)試制
        5.1.2 包裝裝置樣機(jī)調(diào)試
    5.2 切膜機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化試驗
        5.2.1 試驗材料與方法
        5.2.2 結(jié)果與分析
    5.3 驗證試驗
        5.3.1 切膜成功率
        5.3.2 包裝成功率
        5.3.3 包裝效率
        5.3.4 保鮮性能
        5.3.5 運(yùn)輸損傷
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄A
致謝
個人簡歷

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本文編號：2872026