鲜食葡萄袋中袋包装装置的设计与试验

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鲜食葡萄是一种成簇生长的浆果类水果,因其鲜嫩多汁,所含维生素丰富而备受人们喜爱,目前我国葡萄采摘和包装过程以人工为主,采摘和包装劳动作业强度大,效率低。随着农业采摘机械化、智能化的发展,机械臂取代人工是鲜食葡萄采收的趋势,由于鲜食葡萄皮薄多汁,含水量高,在采收、包装和运输过程中会因缺少有效保护造成挤压、磨损、碰撞和脱粒等损伤。所以,亟需设计一款联合机械臂协同采摘的收集装置,采摘后即时收集,避免损伤。针对葡萄簇型不规则,皮薄多汁的生长的特点和无损采收的农艺需求,设计了鲜食葡萄无损采收一体机的袋中袋包装装置,与葡萄采摘机械臂协同配合,完成鲜食葡萄的无损采收,主要研究内容如下:(1)鲜食葡萄袋中袋包装装置的机械结构设计。针对鲜食葡萄垂直悬挂生长特点、生物学特性和无损采收的农艺需求,设计了鲜食葡萄无损采收一体机的袋中袋包装装置。利用SOLIDWORKS设计袋中袋包装装置的三维结构,主要包括储袋箱、取袋机构、撑袋机构和充气机构,并说明了鲜食葡萄无损采收一体机工作过程。(2)鲜食葡萄袋中袋包装装置关键参数设计。针对人工充气完毕后的袋中袋没有统一的气压标准,导致保护效果参差不齐的问题,对袋中袋包装装置的关键部件参数进行设计。首先,以巨峰葡萄为研究对象,基于岛津EZ-Test EZ-SX质构分析仪挤压单粒葡萄试验,结合袋中袋最大接触力和挤压破裂最小接触力分析,确定了巨峰葡萄的最小挤压破裂力为16.25N,最大充气气压为24.8k Pa;然后,通过包装后巨峰葡萄跌落保护试验,根据表面破裂指数、表面硬度、质量损失率和穿刺破裂力四个指标的测量结果,确定实际应用时袋中袋充气气压为4k Pa时保护效果最好;再然后,对袋中袋包装装置撑袋过程的袋中袋进行受力分析,确定吸盘所能提供的最小吸力和直径为6.125N和30mm;最后,通过试验测量将要采摘巨峰葡萄像素点个数、体积和充气时间,拟合出像素点—充气时间关系式,计算充气时间,确保每一串包装完毕后的葡萄都能达到最佳的保护效果。(3)鲜食葡萄袋中袋样机性能试验。为了验证样机的性能,首先,对鲜食葡萄袋中袋包装装置的控制系统硬件进行选型设计;然后,利用Keil u Vsion5软件编写装置的时序控制、电机运动控制和充气时间控制程序;最后,加工袋中袋包装装置样机,设计样机和人工包装对比试验。试验结果表明:鲜食葡萄袋中袋包装装置无损包装成功率为95%,平均包装时长为28.4s,最大气压偏差为0.2k Pa,平均气压偏差率为1.125%,平均破裂率为1.5%,平均脱粒率为0.2%,每小时可包装126串。袋中袋收集装置作业性能稳定,鲜食葡萄无损收集成功率高,有效解决鲜食葡萄采后及时包装和高效收集的问题,避免了损伤,确保了新鲜度,提高了采摘收集效率,可为后续鲜食葡萄无损采收一体机的研制和优化提供参考。
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