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基于ANSYS的板栗切口装置动力学仿真与试验

基于ANSYS的板栗切口装置动力学仿真与试验

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作者：丁文鹏河北科技师范学院

学位级别：硕士

我国板栗种植面积大、产量高,营养丰富、风味独特,深受人们喜爱,市场需求量逐年增长。开口是板栗加工的一道关键工序,对板栗食品品质有着重要的影响,板栗加工行业对开口质量的要求越来越高。传统的板栗开口多为刚性无序切割,作业过程中... 详细信息

我国板栗种植面积大、产量高,营养丰富、风味独特,深受人们喜爱,市场需求量逐年增长。开口是板栗加工的一道关键工序,对板栗食品品质有着重要的影响,板栗加工行业对开口质量的要求越来越高。传统的板栗开口多为刚性无序切割,作业过程中易划伤栗仁,同时刀具磨损严重。为提高板栗切口效果,结合机械开口原理,设计了仿形带减阻式板栗开口设备。基于板栗的物理属性与力学特性,分别从理论分析、仿真试验与性能试验三个方面进行仿形切割和减阻切割技术研究,旨在减少栗仁损伤率,提高切口质量。本文主要研究内容有:(1)板栗物理特性与力学特性的研究。以燕龙板栗为试验样本,测得了板栗的外形三轴尺寸、栗壳厚度、单颗平均重量、栗壳与栗仁密度和湿基含水率等物理属性;自搭建平台测得板栗与不锈钢之间的摩擦系数,利用质构仪测得了板栗的弹性模量、泊松比、最大剪切应力与最大拉伸应力等力学特性。结果表明,半圆板栗占比大,垂直于板栗纵纹方向在弧面施加切割力,更易于达到商超板栗切口要求,针对性的提出了板栗开口技术要求。(2)仿形切割技术的研究。针对原有板栗开口机切口装置中栗仁损伤率较高、切口深度不精确的问题,提出了一种基于切割限深的仿形切割方法。根据优化后切口装置结构建立了板栗切割过程模型,并对板栗的受力和切割稳定性进行了分析;基于ANSYS软件,对切割半圆栗时刀具护板与板栗间接触力的变化规律进行了仿真分析。定向仿真参数条件下,弹簧夹角47.7°、V型橡胶垫夹角89.8°、阻尼气缸夹角37.7°,仿真结果最优,为后续切割参数优化以及板栗精准开口提供理论依据。(3)减阻切割技术的研究。针对原有板栗开口机切口装置刀具磨损比较快、切口效率较低的问题,提出了一种基于滑切理论的减阻切割方法。根据齿刃刀结构特征建立了切割运动方程,并对相邻刀齿的切割轨迹与切割功耗进行了分析;基于ANSYS软件,对切割板栗时刀具的速度和动能的变化规律进行了仿真分析。结果表明,齿刃刀在板栗切割过程中刀刃深入栗皮,且刀盘回转稳定无跳刀;刀具的最佳滑切角度为19.6°时切割稳定且能耗最小。(4)板栗切口装置集成及性能试验。根据前文板栗切口装置关键技术的研究结果,集成试制了仿形与减阻切口装备,并进行了整机切口性能验证试验。试验结果表明,滑切角度为20°、弹簧夹角为50°、V型橡胶垫夹角为92°、气缸夹角为40°时,切割功率降低了10.5%,切口合格率提高到95.69%,优化结果较为明显。

关键词：板栗开口机切口装置减阻切割仿形切割

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