茶园节能型开沟刀设计与试验

针对茶园机械化开沟减阻减耗需要,设计茶园节能型开沟刀,用于减小茶园开沟时的开沟功耗。通过理论分析确定节能型开沟刀侧切刃与正切刃曲线方程,通过离散元仿真方法确定侧切刃螺旋线终点处滑切角与正切刃在侧切刃平面内展开曲线终点处静态滑切角分别为62°、56°。对设计完成的节能型开沟刀进行田间试验,试验结果表明:在开沟深度为15、20、25 cm时,节能型开沟刀的开沟功耗分别为0.093、0.107、0.128 kW,均小于对照组通用开沟刀的开沟功耗,说明设计的节能型开沟刀在各个开沟深度均能够达到降低开沟功耗的目的。此外节能型开沟刀在不同开沟深度的沟深稳定性系数均大于90%,高于国家标准和对照组通用开沟刀试验结果,说明设计的节能型开沟刀在降低作业功耗的同时,可保证开沟质量。     

山核桃物料风选机理与风选性能试验研究

破壳后物料分离是山核桃深加工的关键技术,仿真分析了山核桃破壳后各种形状壳仁的物理特性。研究利用物料的壳与仁的含水率的区分度、物料的力学参数与其形状系数使壳、仁和壳仁嵌合物的悬浮速度重合区间减小,并且研究了风速均匀性和控制风速精度对复杂物料风选的影响。混合物料试验确定了在风速8. 2 m/s、仁含水率为23. 6%、壳含水率为5%、迎风面容量比为50%左右时,总体清选率为99. 2%、误选率为0. 8%,剩余物料在含水率均为23. 6%、风速为11. 7 m/s时使清选率达到100%、误选率2. 3%,含水率为23. 6%时物料最大碰撞力为0. 003 1 N。     

前胡种子物性参数测定及其离散元仿真模型参数标定

【目的】为确定前胡排种器离散元仿真所需的物性参数,对前胡种子物性参数进行测量及标定.【方法】采用空心圆筒堆积试验法与EDEM仿真结合的方法,结合图像处理技术测定前胡种子堆积角,基于响应面优化法对前胡种子物性参数进行标定,采用Plackett-Burman法从7组因素中筛选出了2组前胡种子堆积角影响显著的因素,再根据星点设计-效应面法试验原理,对前胡种子与前胡种子静摩擦系数、前胡种子与前胡种子滚动摩擦系数进行响应面分析试验.用效应面法预测影响显著因素的最佳参数组合.【结果】前胡种子密度为0.129 g/cm~3,前胡种子与尼龙板静摩擦系数为0.55,前胡种子与前胡种子静摩擦系数0.53,前胡种子与前胡种子滚动摩擦系数为0.05,将最佳参数组合进行仿真试验得到的堆积角与真实试验所得堆积角进行对比,相对误差在2.05%以内,在允许误差范围内.【结论】通过EDEM快速填充的方法建立了前胡种子离散元颗粒模型,为后续前胡的研究奠定了基础.通过空心圆筒法结合图像处理技术,获得了前胡种子堆积角均值为40.93°.     

茶园切抛组合式开沟刀设计与试验

针对茶园机械化开沟抛土性能不理想、无专用刀具的问题,设计了适用于茶园开沟的切抛组合式开沟刀。对抛土刀抛土片的抛土过程进行动力学分析,确定其关键参数抛土片宽度为8cm、倾斜角为30°时,可保证抛土刀横向抛土幅宽满足农艺要求。性能试验表明：切抛组合式开沟刀单侧抛土幅宽为22.7cm、抛土均匀性系数为90.3%、覆土厚度为2.1cm、开沟深度稳定性系数为87.8%、沟底浮土厚度为1.2cm,对照组单一开沟刀为13.4cm、84.3%、2.4cm、82.3%、2.5cm,说明切抛组合式开沟刀更符合茶园开沟实际需求,抛土均匀性与开沟稳定性更好,所抛土壤不易落入沟内。功耗分析试验表明,与单一切土刀相比,切抛组合式开沟刀抛土的正后侧区域冲击力减小,抛土上方区域冲击力减小,从而导致其抛土总冲击力减小,因此,该组合式开沟刀提高了开沟抛土质量,同时未明显增大开沟功耗。     

茶叶杀青机双模糊控制系统设计与试验

为实现茶叶加工机械智能化控制,在分析茶叶加工工艺的基础上,提出基于模糊控制的茶叶杀青机控制方案。通过检测杀青滚筒内的鲜叶投叶量和鲜叶等级,应用模糊控制规则决策,实时调整杀青时间和杀青温度的设定值,并在杀青温度中嵌入模糊PID控制,实现杀青温度的精确控制。利用NI USB-6215数据采集卡、西门子PLC等构建数据采集与控制硬件系统,并用LabVIEW虚拟仪器测试双模糊控制系统的输出效果。试验分析了该控制系统输出量对茶叶杀青效果的影响,试验结果表明:该控制系统输出的茶叶加工工艺参数杀青效果理想,杀青温度偏差低于1℃,杀青时间偏差小于5 s。该控制策略减少了制茶过程中人为因素的干扰,提高了茶叶加工机械的智能化水平。     

基于图像处理技术和神经网络实现机采茶分级

为解决名优绿茶采摘环节的瓶颈问题,提出对机采大宗绿茶进行分级的思路。现有绿茶机采设备采摘的鲜叶一般只能制作普通的大宗绿茶,鲜叶存在混杂、破碎率高和老梗叶等问题,本文基于Labview vision、图像处理技术和神经网络算法分析机采绿茶成品的凸包面积、凸包周长、长轴长度、短轴长度等形态特征并对样本进行分类,实现从机采大宗绿茶中分选出名优绿茶。其中样本的形态特征采用工业CCD摄像头获取;用户界面用Labview自定义开发设计,数据交互方便,开发周期短。茶叶样本试验结果表明:该方案机采绿茶成品的分级正确率可以稳定在90%以上。本研究为进一步研究机采茶分级设备提供了良好的理论基础。     

基于形态特征参数的茶叶精选方法

夏秋季节的梗与叶片的色泽差异小,采用传统色选机难以实现精选。该文提出依据茶叶形态特征的多特征向量分选法,以期实现茶叶精选算法快速建模,提高分选精度。采集动态下落过程中的茶叶图像,开发基于图像处理的特征提取程序自动提取多组茶叶样本形态特征参数,采用随机森林算法判定特征权重并进行特征选择,建立逻辑回归、决策树和支持向量机3种不同分类算法对样本进行分类,验证特征的可分性,并分析不同分类算法对复杂茶叶样本分类效果的影响。试验结果表明:1)形态特征参数圆形度E的重要性权重最大,为0.467,最终将重要性阈值设定为0.05,选择圆形度E、矩形度R、线性度Len、周长C和紧凑度J 5种形态特征向量建立数据集;2)在测试数据集中,逻辑回归(logistic regression, LR)、决策树(decision tree, DT)和支持向量机(support vector machine, SVM)3种分类算法的平均准确率为0.924,说明所选特征具有明显的可分性;3)根据输出的混淆矩阵,3种分类算法中支持向量机算法识别效果最好,准确率和调和平均数(F1)得分分别为93.8%和94.7%。该方法可快速应用于其他类型茶叶精选和茶叶实际生产过程,有效提高茶叶品质。     

抛推组合式草土分离前胡除草机设计与试验

针对丘陵山区前胡种植使用除草机时存在草土不分离导致杂草复生、碎石飞射伤人的问题,设计了一款抛推组合式草土分离除草机。对称螺旋结构的除草轮将土推向两侧,避免碎石飞射伤人。刀齿将杂草抛向后方实现草土分离,防止杂草复生。螺旋结构除草轮采用中轴对称左右旋向相反布置,使得碎石沿轴向两边飞离,有效防止碎石飞射伤到后方机手。通过理论分析确定除草轮的齿形、齿数,分别进行除草轮在杂草-土壤、碎石-土壤模型中的运动分析。使用EDEM和ANSYS耦合仿真,验证其工作性能和物理性能。通过田间试验,验证除草轮能够实现草土分离,得出机具的最佳工作参数为：除草轮转速13 r/s、前进速度400 mm/s、除草深度35 mm,平均除净率为86.7%。     

山核桃二次破壳取仁机设计与试验

针对山核桃一次破壳不理想、损失率高等问题,在分析山核桃物料特性以及破壳时所需各项力学特征参数的基础上,建立了二次破壳机构数学模型,设计了山核桃二次破壳取仁机。样机试验结果表明:当山核桃含水率为14. 55%～16. 35%、直径约22 mm(沿缝合线方向)、离心旋转装置转速410 r/min、离心旋转装置边缘与锥形圆筒碰撞壁间距80 mm、喂料速度200 g/s时,有效破壳率大于等于87. 85%,果仁损伤率小于等于16. 14%,生产率超过500 kg/h,满足当前山核桃加工产业的实际要求。     

茶鲜叶嫩梢捏切组合式采摘器设计与试验

针对条形名优绿茶依赖人工采摘、无专用采摘器的问题,该研究设计了适用于名优茶采摘的捏切组合式采摘器。首先分析人工采摘嫩梢的运动过程及茶叶嫩梢物理特性,设计了基于盘形凸轮的捏切、送、甩、抛循环式采摘机构和柔性捏切一体采摘爪。通过算法控制采摘臂旋转速度,采摘器实现了低振动、准确采摘。样机试验表明：采摘器单次作业最大时间小于0.6 s,实际采摘成功率稳定在100%,说明捏切组合式采摘器符合茶园嫩梢采摘连续、快速的需求。喂入深度和采摘高度越大采摘成功率越高,根据茶叶生长环境和农艺要求确定较优采摘高度和喂入深度均为10 mm、采摘角度为0°。试验结果表明采摘器采摘的茶叶嫩梢与人工采摘品质相同。该研究可为茶叶嫩梢低损、快速采摘提供参考。