大蒜自动化切根生产线设计与试验研究

摘要

我国大蒜种植面积居世界之首，大蒜产量逐年增加。大蒜是我国重要的蔬菜经济类作物，但大蒜的切根设备研究相对滞后，影响大蒜的生产效率和产品质量。国内外都存在一些大蒜的生产机械，主要涉及大蒜的收获、切须、切根、打散和去皮等，切须工序主要整合在收获机械上，打散和去皮等机械也相对成熟，而切根机械相对较少;现有的自动化切根设备会产生较大的蒜肉浪费，影响大蒜品质;半自动的小型切根设备采用平切方式，浪费大且不安全;手持式切根机可保证较好的凹切效果，但依靠人手固定，效果不稳定，效率较低，蒜肉浪费也不可避免。　　基于此，本论文以切须处理后的大蒜为对象，以实现大蒜的精准切根、减少大蒜浪费为研究目标，重点研究了大蒜的物理及力学特性，建立了大蒜的切根仿真模型并进行了验证;基于验证后的仿真模型探究了不同刃角和后角的切根刀片对切根阻力的影响;根据大蒜根盘特征设计了可实现精确切根的切根机构，搭建了大蒜自动化切根生产线并进行试验研究。本文研究的主要内容如下:　　1)根据大蒜自动化切根生产线的研究需求，测量统计大蒜物理特性尺寸，总结四种规格大蒜的平均尺寸特征，并为后续切根机构尺寸和大蒜输送机构尺寸提供数据参考;研究大蒜物料的力学特性，测量蒜肉和蒜皮两种材料的力学特性参数，为构建大蒜切根仿真模型提供材料模型的数据支持。　　2)基于大蒜尺寸特征，设计专用夹具测试大蒜切根力;基于大蒜力学特征参数，选择大蒜材料模型，建立有限元仿真模型并进行试验验证;基于验证后的仿真模型对切根刀具进行仿真优化设计，确定最佳的刀具参数。　　3)根据大蒜物理特征和切根力要求提出大蒜仿形切根方案，并进行结构设计，完成切根机构的运动学和动力学分析;设计大蒜输送和压紧机构，完成整机结构设计;根据切根要求和切根效率设计整机时序，基于PLC完成整机控制系统设计和试验研究。　　4)完成大蒜自动化切根生产线各部分结构的零件研制与器件选型，完成大蒜自动化切根生产线的装配和调试，并开展切根试验;统计切根结果，发现设备切根效率和切根质量符合设计要求;进一步提出整机设备的改进方案设计，并优化时序配合，提高切根效率和整机使用稳定性。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究的目的及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1国外大蒜生产机械研究现状

1．2．2国内大蒜生产机械研究现状

1．3大蒜力学特性与仿真模型研究现状

1．4本课题的研究内容和研究路线

1．4．1研究内容

1．4．2研究路线

1．5本章总结

第二章大蒜物理及力学特性的测试与分析

2．1试验器材及材料

2．1．1试验器材

2．1．2试验材料

2．2大蒜外观尺寸的测量与统计

2．2．1测量目的

2．2．2测量方法

2．2．3测量结果与分析

2．3大蒜力学特性的测试

2．3．1蒜肉力学特性的测试

2．3．2蒜皮力学特性的测试

2．4本章小结

第三章大蒜切根力的测试与仿真分析

3．1大蒜切根力的测试与分析

3．1．1切根实验的夹具设计

3．1．2切根力的测试和分析

3．2基于ANSYS／LS-DYNA的切根力仿真试验

3．2．2大蒜与刀片实体模型的建立

3．2．3单元选择与材料设置

3．2．4仿真的具体操作过程

3．2．5仿真模型的K文件输出与修改

3．2．6后处理分析

3．3切根刀片优化设计

3．4本章小结

第四章大蒜切根生产线设计与研制

4．1大蒜机械化切根技术要求

4．2大蒜机械化切根方式分析与设计

4．2．1根茎类作物切根方式比较

4．2．2大蒜机械化切根流程设计

4．3大蒜切根生产线总体设计

4．3．1大蒜输送机构设计

4．3．2大蒜压紧机构设计

4．3．3大蒜切根机构设计

4．3．4大蒜切根设备控制部分设计

4．4大蒜切根生产线整机研制

4．5本章小结

第五章大蒜切根生产线的试验与改进设计

5．1切根试验

5．1．1试验目的

5．1．2试验对象及设备

5．1．3试验过程

5．1．4试验结果分析

5．2切根设备的改进设计

5．2．1改进设计的目的

5．2．2改进方案设计及分析

5．3本章小结

第六章结论与展望

6．1全文总结

6．2后续研究工作的建议

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢