柑橘是世界第一大水果,也是我國(guó)重要農(nóng)產(chǎn)品,由于果實(shí)具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用價(jià)值和保健價(jià)值,柑橘及其制品深受消費(fèi)者們的歡迎和喜愛(ài)。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(dòng)化剝皮方法的研究具有非常重要的意義。本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外柑橘機(jī)械剝皮裝置較少、剝皮理論研究匱乏的現(xiàn)狀,前期設(shè)計(jì)了一種對(duì)輥式柑橘剝皮機(jī)。以此設(shè)備為研究對(duì)象,對(duì)柑橘機(jī)械剝皮過(guò)程中果皮的剝離過(guò)程、設(shè)備部件的工作機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,建立了柑橘果皮剝離力學(xué)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(jī)理,并對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了部分改進(jìn)設(shè)計(jì),以期為柑橘加工業(yè)中自動(dòng)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?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)對(duì)柑橘運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了解析。借助高速攝影技術(shù)動(dòng)態(tài)跟蹤柑橘運(yùn)動(dòng)過(guò)程,明確了果型指數(shù)、果徑、品種等關(guān)鍵因素的變化對(duì)柑橘運(yùn)動(dòng)形式的影響規(guī)律;明晰柑橘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。(2)對(duì)柑橘運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了分析,并提出了相應(yīng)的控制策略。結(jié)合動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué),分析了撥板、擋桿、對(duì)輥等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、布置方式、運(yùn)行參數(shù)對(duì)柑橘運(yùn)動(dòng)形式的影響規(guī)律,明晰柑橘運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,提取柑橘的運(yùn)動(dòng)軌跡及位移、速度、加速度等參數(shù);明確撥板、對(duì)輥與柑橘接觸時(shí)的作用點(diǎn)、作用力,確定能夠提供連續(xù)從果面撕扯下果皮又不會(huì)因造成果皮被夾斷的對(duì)輥夾持力;提出實(shí)現(xiàn)柑橘連續(xù)傳輸過(guò)程中變位翻滾的控制策略以及增大柑橘外翻果皮進(jìn)入相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)輥之間幾率的實(shí)現(xiàn)方法。(3)對(duì)柑橘果皮剝離機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合剝離力學(xué)理論,對(duì)柑橘果皮剝離這一過(guò)程進(jìn)行理論分析,建立了柑橘果皮剝離過(guò)程力學(xué)模型,分析了剝離寬度、剝離角度、剝離速度等因素對(duì)剝離過(guò)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(xué)試驗(yàn)臺(tái),對(duì)柑橘果皮剝離過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn),并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。(4)對(duì)柑橘果肉損傷機(jī)理進(jìn)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(xué)特性、物理特性和力學(xué)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(jìn)行對(duì)比損傷試驗(yàn),驗(yàn)證模型,闡述柑橘損傷機(jī)理并對(duì)柑橘剝皮過(guò)程機(jī)械損傷進(jìn)行預(yù)測(cè)。(5)結(jié)合上述研究?jī)?nèi)容,對(duì)已有對(duì)輥式柑橘剝皮樣機(jī)進(jìn)行了部分改進(jìn)設(shè)計(jì),以期能實(shí)現(xiàn)更好的剝皮效果。
【學(xué)位單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況
        1.2.1 柑橘剝皮技術(shù)發(fā)展及機(jī)構(gòu)機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 農(nóng)業(yè)物料剝皮、去殼方式及機(jī)理研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的關(guān)鍵問(wèn)題
    1.4 研究?jī)?nèi)容
    1.5 技術(shù)路線
第二章 寬皮柑橘對(duì)輥式剝皮機(jī)及其工作原理介紹
    2.1 樣機(jī)結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)
        2.1.1 柑橘撥動(dòng)機(jī)構(gòu)部件
        2.1.2 對(duì)輥機(jī)構(gòu)部件
    2.2 樣機(jī)工作原理
    2.3 樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果
    2.4 樣機(jī)存在不足
第三章 基于高速攝影的柑橘剝皮過(guò)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(yàn)平臺(tái)和試驗(yàn)方法
        3.2.1 試驗(yàn)材料與儀器
        3.2.2 試驗(yàn)平臺(tái)的搭建
        3.2.3 試驗(yàn)方法
    3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
        3.3.1 柑橘總體剝皮運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析
        3.3.2 不同果型指數(shù)柑橘剝皮過(guò)程研究
        3.3.3 不同果徑柑橘的剝皮過(guò)程
        3.3.4 不同品種柑橘的剝皮過(guò)程
        3.3.5 柑橘剝皮過(guò)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(duì)輥式柑橘剝皮機(jī)關(guān)鍵部件機(jī)理研究
    4.1 刮板撥動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)理分析
        4.1.1 刮板部件受力與運(yùn)動(dòng)分析
        4.1.2 刮板部件和傳動(dòng)部件的連接及受力分析
        4.1.3 刮板撥動(dòng)后柑橘的運(yùn)動(dòng)軌跡分析
    4.2 對(duì)輥剝皮機(jī)構(gòu)工作機(jī)理分析
        4.2.1 齒形輥?zhàn)訃Ш详P(guān)系及受力分析
        4.2.2 光軸輥?zhàn)邮芰Ψ治?br>        4.2.3 對(duì)輥機(jī)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(jī)理的研究
    5.1 引言
    5.2 柑橘果皮分離力學(xué)模型
        5.2.1 剝離力學(xué)模型
        5.2.2 因素分析
    5.3 模型的驗(yàn)證
    5.4 本章總結(jié)
第六章 柑橘果肉損傷機(jī)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(guò)程
    6.3 應(yīng)力和強(qiáng)度理論
        6.3.1 應(yīng)力理論
        6.3.2 強(qiáng)度理論
    6.4 柑橘整果三維幾何模型的建立
    6.5 機(jī)械剝皮過(guò)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(yàn)證
    6.6 本章總結(jié)
第七章 樣機(jī)關(guān)鍵部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)
    7.1 刮板部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)
        7.1.1 刮板結(jié)構(gòu)與安裝形式的改進(jìn)
        7.1.2 刮板高度和厚度的改進(jìn)
    7.2 對(duì)輥部件的改進(jìn)
        7.2.1 對(duì)輥布置形式改進(jìn)
        7.2.2 對(duì)輥尺寸改進(jìn)
        7.2.3 對(duì)輥傳動(dòng)改進(jìn)
    7.3 整機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)
    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(xiàn)
附錄
致謝

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