古红桔橘红制备装置设计与研究

作     者：李维一 

作者单位：重庆三峡学院 

学位级别：硕士

导师姓名：王海宝

授予年度：2024年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：桔皮物理特性 正交试验 仿真分析 样机制作 

摘      要：古红桔作为三峡地区主要水果产物,种植面积广,经济效益好,橘红的制备作为柑橘产业的靠后环节,具有延长生产链,提高市场竞争力,同时也提高柑橘产品市场需求的作用。目前橘红的产出主要是手工制备,手工制备存在加工效率低、劳动强度大、安全性低等缺点。利用机械化、自动化橘红制备能提高橘红制备作业效率以及安全性,其设计优良性决定橘红良品率和橘白去除效率。因此,研究设计一款合适的古红桔橘红制备装置具有极其重要的意义。本文以万州区古红桔果园内古红桔桔皮作为主要研究对象,设计古红桔橘红制备装置。主要研究内容如下:（1）古红桔桔皮物理特性研究。针对古红桔基本参数进行测量,为古红桔橘红制备装置各部件尺寸大小提供参数依据。利用质构仪对古红桔进行桔皮穿刺、挤压、压缩等物理特性试验,为橘白去除刀具的选型以及桔皮固定装置的尺寸提供理论依据。（2）古红桔橘红制备装置的实物设计及优化。本研究针对古红桔橘白去除问题,通过试验进行多点式桔皮放置台和去除橘白刀具的设计与优化。实验结果表明,优化的多点式橘皮放置台橘白去除率达到94%,磨削一体化刀具通过其设计与结构优化,在橘白去除过程中实现了更高的效率。（3）古红桔橘红制备装置的正交实验及分析。基于古红桔物理特性研究,橘红的极限平均破坏力为46.12N,故可得其旋转刷对橘白的切削力不应超过46.12N,并利用L（3～3）正交试验考察了下降深度、电机转速、刀具排布3个因素对橘红制备的影响。结果表明,橘红制备的最佳工艺为:三分之二圆（270°）刀具、转速150r/min、下降深度0.9mm。并且通过建立针对橘白去除率回归方程,验证了试验结果的合理性。并根据该设备在橘红制备过程中出现的橘白在刀具中积存的现象,对此问题提出了优化建议。（4）古红桔橘红制备装置的仿真分析。利用Workbench对橘红制备装置进行10阶模态分析,得到最小频率为59.636Hz,电机最大的工作频率为24Hz,计算得到刀具和多点式桔皮固定装置的频率为708Hz,刀具和多点式桔皮放置台的计算频率与振动固有频率错开,故两者不会产生共振现象。以及利用仿真软件Adams对橘红制备系统进行了运动学仿真分析。通过控制各部件的运动参数,成功实现了刀具的S形走刀轨迹,验证表明结构设计合理,受力均匀,无明显运动干涉。（5）古红桔橘红制备装置的样机制作及试验。设计了古红桔橘红制备装置驱动系统和控制系统,利用3D打印技术制作空气吸附装置以及旋转刷。搭建橘红制备平台。通过实验室环境下的验证试验,装置的桔皮损伤率为7%以及橘白去除率为94%。