西瓜子机械开口方法研究

论文摘要

西瓜子富含蛋白质、脂肪以及钙、镁、磷、钾、钠等多种矿物质,营养丰富、香脆可口,是人们喜爱的休闲食品,具有很高的经济价值和出口创汇价值。目前,西瓜子种植产业化,产量提高,但是其开发与利用滞后于需求。西瓜子虽然形状相似但具有一定的尺寸差异,并且壳较为坚硬,壳仁间隙小,难以剥离,食用时损伤牙齿。不会磕西瓜子的人、老年人和儿童品尝起来颇为不便,使西瓜子的销售市场存在缺陷,销量和价格不易提高。另外,国外大多数消费者不嗑西瓜子,使外汇量受到限制。因此,如何对西瓜子进行深加工,满足市场需求的问题就突现出来。经调查研究发现,西瓜子的预开口处理可以解决以上问题,但是不少加工厂仍以落后的手工砸取方式为主,生产效率低、劳动成本高,可见西瓜子的机械开口方法研究是实际生产中的需要,既可以提高生产效率和产品的加工品质,也可以促进深加工的规模化。坚果破壳有机械、物理、化学等多种方法。机械破壳方法主要是冲击、研磨、滚压及其混合型,物理破壳方法主要有高真空度破壳、高压破壳等,而化学方法则是通过试剂使坚果壳软化。首先,在了解国内外关于物料特性和坚果破壳技术等相关知识的基础上,研究西瓜子的物理和机械特性,确定试验方案,选择西瓜子宽度等级、含水率、加载速率作为试验因素,以西瓜子开口时的破壳力和变形量为指标。试验研究表明西瓜子是弹塑性体,其破壳力、变形量与各因素之间存在一定的线性和非线性关系,并建立了它们之间的函数关系式,得出了是主要的影响因素。然后,对西瓜子的几何尺寸进行了统计分析,通过三维设计软件Pro/E建立了几何模型,在此的基础上,应用商用有限元受力分析软件ANSYS/LS-DYNA对在三种施力状态下西瓜子的变形、应力、应变分布进行了仿真分析,确定了最佳的施力方式是沿西瓜子宽度方向加载均布面载荷,这时西瓜子的变形最明显,并延伸到尖端,应力、应变分布有一定方向性,有利于扩展,便于西瓜子在尖端破壳开口,为设备的研制和改进提供了明确的指导。最后,以上面的分析结果为基础,对西瓜子开口设备的关键部件进行设计,并建立西瓜子开口机模型。用现有的西瓜子开口设备进行试验,得到理想的开口参数,为西瓜子机械开口研究积累一定的经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 西瓜子概述
• 1.1.1 西瓜子营养分析及食疗作用
• 1.1.2 适食人群
• 1.1.3 炒货行业的市场现状
• 1.1.4 备注
• 1.2 本研究课题的来源及研究意义
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 坚果类物料破壳方法及工艺研究
• 1.4 国内外破壳设备研究概况
• 1.4.1 国内研究概况
• 1.4.2 国外研究概况
• 1.5 本文研究的内容
• 第二章 西瓜子物理特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 西瓜子的物理性质
• 2.3 西瓜子的几何结构
• 2.4 材料和方法
• 2.4.1 测试样品
• 2.4.2 试验仪器
• 2.4.3 测试方法
• 2.5 结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 西瓜子可开口性及机械特性研究
• 3.1 西瓜子可开口性研究
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 西瓜子受外力的破坏形式
• 3.2 西瓜子机械特性研究
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 材料和方法
• 3.2.3 结果与分析
• 3.3 单因素轮换法影响因素研究
• 3.3.1 试验方法
• 3.3.2 结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 二次回归通用旋转试验设计
• 4.1 引言
• 4.2 二次回归通用旋转试验设计
• 4.2.1 试验方案
• 4.2.2 试验次数的确定
• 4.2.3 试验因素转换
• 4.2.4 试验安排及数据
• 4.2.5 二次正交回归旋转组合设计方程、各项平方和、自由度及失拟性、显著性检验
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 破壳力的回归方程及各项检验
• 4.3.2 压缩变形量的回归方程及各项检验
• 4.4 本章小结
• 第五章 西瓜子破壳力学有限元分析
• 5.1 有限单元法与ANSYS/LS-DYNA 简介
• 5.1.1 有限单元分析方法的基本思想
• 5.1.2 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍
• 5.2 西瓜子有限元分析
• 5.2.1 有限元分析过程
• 5.2.2 西瓜子几何建模
• 5.2.3 模型导入ANSYS/LS-DYNA
• 5.2.4 选择单元类型
• 5.2.5 材料属性及失效准则
• 5.2.6 单元网格划分
• 5.2.7 单元约束
• 5.2.8 载荷施加方式
• 5.3 不同加载方式结果分析
• 5.3.1 集中载荷
• 5.3.2 均布线载荷
• 5.3.3 均布面载荷
• 5.4 本章小结
• 第六章 西瓜子破壳开口设备研制、调试及改进
• 6.1 概述
• 6.2 西瓜子开口机设计方案
• 6.3 西瓜子分级装置
• 6.4 西瓜子开口机设计
• 6.4.1 工作原理
• 6.4.2 振动给料机构
• 6.4.3 挤压机构
• 6.4.4 调节机构
• 6.4.5 驱动机构
• 6.5 西瓜子破壳开口试验
• 6.6 缺点及改进方案
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：实验数据
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文