淡水鱼头尾、腹背定向机理研究及设备研制

摘要

作为自动化淡水鱼前处理加工重要工序，鱼体定向整理技术一直是一项难题。研发出适合我国国情的淡水鱼定向整理设备，是平衡我国淡水鱼类养殖业和加工业健康发展的重要途径。
　　 本文以白鲢(Sliver carp, Hypophthalmichthys molitrix)为研究对象，借鉴国内外关于鱼体定向的研究成果，根据物料定向排列的相关技术，采用振动的方式实现淡水鱼头尾和腹背定向动作。
　　 文章研究了白鲢的重要机械物理特性，通过采集100条质量在800-1050g范围内新鲜白鲢，采用切片称质量技术得到白鲢体长方向质量分布模型，利用机器视觉和数字图像处理技术建立白鲢体长方向截面积分布模型，并对预测模型进行验证。结果表明:白鲢沿体长方向，其质量和截面积均表现出极显著的三次多项式分布特征(P＜0.01)，所建立的质量百分比和截面积沿体长方向的分布模型用于预测的平均相对误差值分别为6.04％和2.81％。同时利用三维激光扫描技术得到76条新鲜白鲢体表轮廓点云，通过Pro/ENGINEER逆向工程小平面特征技术，建立可视化鱼体三维轮廓模型。
　　 对单轴圆振动设备和双轴往复振动设备进行动力学分析，对其分别建立力学振动模型，分析了这两种不同设备的运动特征，并通过COSMOS-Motion对这两种设备进行运动仿真，模拟振动设备台面关键点运动规律。同时对鱼体在振动台面和渐变滑道中分别进行了动力学分析，分析结果表明，鱼体在一定结构参数条件下，完成头尾和腹背定向动作是可行的，并得出鱼体稳定完成头尾和腹背转向动作的条件和影响鱼体头尾和腹背定向的主要结构参数。此外定量计算了在一定结构参数条件下，质量为1kg新鲜白鲢以横向初始体位进入振动台面所受到初始转矩为5.1159Nm。
　　 对比圆振动和往复振动这两种不同振动形式，对鱼体头尾和腹背定向设备进行结构设计，主要包括驱动装置、减振装置、悬挂装置、振动台面和渐变滑道设计，并确定关键部件结构参数调节范围。
　　 对圆振动设备和往复振动设备分别设定影响鱼体定向效果的不同试验因素，以鱼体定向成功率和定向所耗时间为试验指标，分别进行鱼体头尾定向试验、腹背定向试验。通过搭建高速摄影平台，研究鱼体在不同振动振动形式下的定向规律，确定影响鱼体定向的主要因素，印证了鱼体在振动台面上受力分析结果。
　　 试验结果表明:圆振动设备台面倾角D2=5.9°、电机输入频率C2=25Hz、台面材料为Q235平整钢板，鱼体以头朝左或是头朝右的初始体位进入振动台面，鱼体头尾定向平均定向成功率为93.00％，平均定向耗时为8.31s。曲轴转向对鱼体头尾定向成功率和耗时影响不显著，而鱼体初始体位和交互作用对鱼体头尾定向成功率和定向耗时有极显著影响(P＜0.01)。圆振动设备台面倾角D2=5.9°、渐变滑道入口和出口宽度110mm/60mm，采用长度为420mm“L”型滑道，当电机输入频率大于40Hz时，鱼体腹背定向成功率为100.00％;且当电机输入频率为45Hz时，鱼体腹背定向平均耗时为1.59s。使用“L”型滑道时，鱼体腹背定向成功率远高于倒“T”型滑道。往复振动设备台面倾角D2=11.6°、振动电机偏重块占总质量百分比A1=35％、振动电机抛射角E1=18°，台面材料为Q235平整钢板，鱼体以头朝左或头朝右初始体位进入振动台面，当电机输入频率为29Hz时，鱼体头尾定向平均成功率达到98.75％，鱼体头尾定向平均耗时为7.80s。往复振动设备台面倾角为D2=11.6°、渐变“L”型滑道入口和出口宽度为110mm/60mm，振动电机偏重块占总质量百分比A2=45％;振动电机抛射角B1=18°，当电机输入频率为35Hz时，鱼体腹背定向成功率为98.67％，鱼体腹背定向平均耗时为12.93s，最长为14.62s。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容与方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 拟解决的关键问题

1．3．3 技术路线

第2章 鱼体头尾和腹背定向机理研究

2．1 前言

2．2 鱼体机械物理特性研究

2．2．1 鱼体质量分布模型建立

2．2．2 鱼体截面积分布模型建立

2．2．3 鱼体三维轮廓模型建立

2．3 振动理论分析

2．3．1 单轴偏心连杆振动理论分析

2．3．2 单轴惯性圆振动理论分析

2．3．3 双轴惯性往复振动理论分析

2．4 振动模型运动仿真分析

2．4．1 圆振动模型运动仿真分析

2．4．2 往复振动模型运动仿真分析

2．5 鱼体在振动台上动力学分析

2．5．1 振动台结构与工作原理

2．5．2 鱼体在头尾定向阶段动力学分析

2．5．3 鱼体在腹背定向阶段动力学分析

2．6 本章小结

第3章 鱼体头尾腹背定向设备结构设计

3．1 圆振动设备结构设计

3．1．1 驱动装置设计

3．1．2 减振装置设计

3．1．3 鱼体头尾定向台面设计

3．1．4 鱼体腹背定向滑道设计

3．2 往复振动设备结构设计

3．2．1 驱动装置设计

3．2．2 台面支撑装置设计

3．2．3 减振装置设计

3．3 本章小结

第4章 淡水鱼头尾腹背定向试验研究及参数确定

4．1 圆振动设备试验研究

4．1．1 基于高速摄影鱼体头尾定向试验研究

4．1．2 腹背定向试验研究

4．2 往复振动设备试验研究

4．2．1 基于高速摄影鱼体头尾定向试验研究

4．2．2 腹背定向试验研究

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 结论

5．2 进一步研究的建议

参考文献

致谢