藜蒿去叶机去叶装置的设计与试验研究

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藜蒿是一种常见蔬菜,其种植主要分布在长江中下游地区,其中湖北、江苏、湖南、江西、安徽等省份最为常见,由于藜蒿香脆可口,营养丰富且具有很高的药用价值,现已成为一种深受广大消费者喜爱的绿色保健蔬菜。近年来藜蒿产业迅猛发展,已成为农民增收的又一新途径,其中湖北省武汉市蔡甸区等已将藜蒿种植作为提高农民收入的重要途径。但目前国内藜蒿种植机械化程度低,主要以人工种植、采收、加工为主,但人工工作时间长、效率低,增加了藜蒿种植成本,降低了农民藜蒿种植积极性,阻碍了藜蒿种植产业的进一步提高,因此提高藜蒿采收和后处理的机械化水平的需求越来越急迫。藜蒿具有独特的生物学特性和物理机械特性以及严格的农艺要求,缺乏针对藜蒿的去叶机械,本论文通过查阅国内外去叶机械的相关研究现状、分析并参考了现有去叶机械的去叶方式方法,对食用期藜蒿几何特性进行了测量统计,对其机械物理特性进行了测试分析,在分析藜蒿茎秆几何特性和物理机械特性的基础上,提出了适合藜蒿去叶工作的去叶方案,通过试验选择最佳去叶方式,运用solidworks软件进行了三维建模并制作去叶装置,通过试验优化机构参数,以及对样机的进行了制作和试验。本文主要研究内容和结论如下:1)本文设计的去叶机作业对象为采割后新鲜的藜蒿,因此,结合有关对茎秆类材料的研究,对新鲜的藜蒿茎秆几何特性进行测量与分析,得到收获期藜蒿的总长差异较大,平均值为304mm,株高主要集中在320-339mm、收获期藜蒿最大直径为3.29-8.42mm,平均值为5.3mm,主要分布在5-6mm之间、藜蒿茎秆留叶处直径主要分布在3-4mm之间,均值为3.29mm,最小直径为2.35mm,最大直径为4.29mm、藜蒿茎秆平均保有叶子总数为13.5,最多为20、平均去叶数为8,最多去叶数为12;最底端叶子到茎秆顶端的距离最大为254mm,最小为124mm最顶端需去叶子到茎秆顶端距离最大为90mm,最小为10mm,由此确定去叶机对藜蒿茎秆的作业长度为254mm-10mm。2)对新鲜藜蒿茎秆进行了压缩试验,得到最大藜蒿茎秆破坏力为26.8N,最小藜蒿茎秆破坏力为9.6N,弹性模量平均值为1.5MPa,而藜蒿样本和藜蒿茎秆直径对藜蒿茎秆破坏力都有极显著影响(p<0.01),藜蒿茎秆直径对藜蒿茎秆破坏力有极显著影响(p<0.01)。3)对新鲜藜蒿叶子进行了不同方向的拉伸试验,得到顺生长方向拉伸所需拉力平均值为3.4N,垂直生长方向拉伸所需拉力平均值为1.7N,逆生长方向拉伸所需拉力平均值为0.8N,去叶方向对所需拉力有显著影响(P<0.01)。4)参考国内外有关茎叶分离的研究,结合藜蒿茎秆几何特性和物理机械特性,为满足藜蒿去叶农艺要求,提出梳刷去叶、双辊去叶、钢丝网孔去叶和仿生去叶4种去叶方案,对不同方案的去叶效果进行了试验分析,对比各去叶方案的优缺点,选择了仿生去叶为最终去叶方案。5)通过对仿生去叶方案的详细分析,设计了一种藜蒿去叶装置,可实现自动夹取藜蒿、去叶、叶茎分别放置的功能,对去叶装置的关键部件夹持装置、导轨和去叶机构的结构进行设计。6)结合藜蒿去叶机去叶装置的总体设计和关键部件的设计,进行了三维建模和虚拟组装,制作了去叶装置的试验装置,利用该试验装置对夹持装置合页夹尺寸和去叶机构去叶夹尺寸对去叶装置工作性能的影响进行了试验,得到去叶夹最佳宽度为10mm,合页夹最佳宽度为10mm和30mm,此时去叶总合格率可达到83%;进行了单根与多根藜蒿喂入对去叶效果的影响试验,得到多根喂入有利于提高去叶合格率。7)结合试验装置的试验和分析,采用不锈钢材料制作了拥有3组去叶装置,9个夹持装置的藜蒿去叶机样机,并用新鲜藜蒿进行了性能测试,得到样机的平均去叶合格率为75.4%,满足设计要求。
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