摘要：新型轻小包裹高速分拣系统综合应用两种不同类型的机器人(分拣机器人、料箱搬运机器人),首先分拣机器人将包裹先分拣至分拣区域内的周转料箱中,当周转料箱满箱后,料箱搬运机器人将之搬运至装箱区域打包。该系统可以基于分拣需求的变化动态调整分拣系统中机器人数目以及分拣区域面积大小,有利于降低分拣作业设备损耗及系统能耗。本文针对这种新型轻小包裹高速分拣系统调度问题展开研究,首先建立了综合考虑两种机器人、两阶段分拣过程(先分拣到周转料箱,再搬运周转料箱至打包位置)和动态分拣料口(分拣区域内周转料箱放置点不是固定的)的基于最低分拣成本的三维度调度模型;其次针对该调度模型两阶段三维度调度的特点,设计了一种两段三层可行解整数编码,及一种基于编码编辑距离(Levenshtein距离)的计算种群多样性的方法;然后,设计了一种结合两种变邻域算子(交换算子、贪心算子)和禁忌搜索的混合分散搜索算法,对模型进行求解;最后使用改进的MAPF基准测试数据集,对上述模型和算法进行了验证。实验结果表明:本文提出的模型有效,能满足实际使用要求,求解算法的求解精度相较于标准遗传算法、标准分散搜索算法分别提升了10.3%和6.5%,收敛速度相较于标准分散搜索算法提升了15.5%,且数据集规模越大,本算法的收敛速度优势越突出。

摘要：为提高蓖麻脱壳效率,确定了滚搓式的脱壳方法,设计了双圆台结构的脱壳装置以及振动筛选与气吸相结合的清选机构。根据蓖麻蒴果的物理机械特性,设计脱壳装置的内层壳体为不对称双圆台结构。确定锥角并设计脱壳滚筒间隙与脱壳滚筒外层壳体,建立不同阶段脱壳滚筒位置与脱壳间隙的数学模型,为脱壳装置动力学模拟提供理论依据。利用ADAMS对蓖麻蒴果不同脱壳阶段进行运动学仿真,分析物料在压裂阶段与脱壳阶段的位移、速度变化规律,并分析不同脱壳滚筒出料口间隙对各阶段的影响。仿真结果表明:压裂阶段,随着上脱壳滚筒出料口间隙的增加,蓖麻蒴果到达特定压裂位置的时间延后、位移增加、运动速度在0. 56 s时达到最大。脱壳阶段,随着下脱壳滚筒出料口间隙的增加,蓖麻籽到达特定脱壳位置的时间延后;蓖麻籽到达破壳条件时的位移增加,运动速度先增大后减小。根据仿真结果,选取可调式蓖麻脱壳清选一体装置合理的工作参数区间,以脱壳滚筒转速、上脱壳滚筒出料口间隙、下脱壳滚筒出料口间隙为因素,以脱净率、破损率为指标,利用响应面分析法,对脱壳装置进行试验研究。经双目标优化,取滚筒转速为270 r/min、上脱壳滚筒出料口间隙为13. 54 mm、下脱壳滚筒出料口间隙为5 mm;经试验验证,此时脱壳装置工作性能最佳,脱净率为92. 03%,破损率为3. 1%。

摘要：为研究花生种子机械脱壳变形和等效应力变化规律,改进脱壳装备设计,以辽宁地区主栽品种花育23和鲁花1号花生种子为研究对象,以破壳力和变形量为试验指标,加载速度、含水率、加载方式和品种为影响因素,对花生种子作单因素试验分析,建立花生壳和花生仁有限元模型,采用ANSYS软件对其静力学仿真。结果表明,加载速度、含水率、加载方式和品种对破壳力均影响显著(P<0.05);加载速度增加25%,破壳力和变形量下降7.54%及2.11%;含水率增加6.6%,破壳力和变形量上升19.7%及8.5%。花生壳不同加载方式有限元仿真最大变形量分别为2.34、3.23和3.86 mm,变形量与压缩载荷之间存在非线性关系,花生仁最大变形量约为花生壳的32%,试验结果与有限元仿真相近。研究为优化花生种子脱壳设备关键部件设计,降低脱壳破损提供参考。

摘要：农业物料在收获、加工和运输等过程中易出现碰撞损伤,直接影响农产品质量。深入研究其碰撞损伤机理对于降低农业物料损伤具有重要意义。农业物料损伤来源主要为碰撞接触损伤,为了解典型农业物料碰撞损伤机理,在研究大量国内外文献的基础上,基于撞击式损伤原理,针对农业物料碰撞损伤机理综述了经典接触力学中小变形碰撞接触的研究现状和典型物料碰撞接触的损伤规律,从碰撞理论、碰撞模型、碰撞检测及数值仿真等方面,分别阐述了脱粒型、脱壳型和柔性果型农业物料碰撞特性的研究进展和技术难点,并探讨了典型农业物料在逆向建模、碰撞损伤模型改进、碰撞算法改进以及开发高精度损伤传感器等方面研究的可能性,为农业工程装备设计及改进提供参考。

摘要：蓖麻蒴果离散元参数难以通过试验或文献直接获得,为获得蓖麻蒴果脱壳过程离散元参数需进行参数标定。以堆积试验为依据,对典型蓖麻蒴果离散元参数进行标定。选用通蓖11号和品种1987进行试验,以蓖麻休止角为响应值,应用Plackett-Burman试验对物料离散元参数筛选出显著因素。利用最陡爬坡试验逼近最优参数组合区间,设计中心组合试验,选取最优参数组合。结果表明:通蓖11号的显著因素为蓖麻-蓖麻静摩擦系数、蓖麻-蓖麻动摩擦系数与蓖麻-Q235钢静摩擦系数,3个系数最优组合值分别为0.59,0.04,0.33,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为94.48%;1987品种3个系数最优组合值分别为0.44,0.02,0.14,虚拟试验休止角平均值与真实值比值为96.44%。对通蓖11号3个参数进行优化,优化后各系数为0.6,0.05,0.4,此时虚拟试验休止角平均值与真实值比值为98%,仿真程度提高;通蓖11号各系数均大于1987品种,其中蓖麻-蓖麻静摩擦系数占比为0.27、蓖麻-蓖麻动摩擦系数占比为0.60、蓖麻-Q235钢静摩擦系数占比为0.65。3个参数越大,脱壳时的最大速度越小,仿真时间越长,最大压力及脱壳率越大。标定后的参数可为蓖麻蒴果离散元建模及分析提供参考。

摘要：为探究蓖麻蒴果破壳力变化规律及破裂机理,以1987品种、通蓖7号、通蓖9号及通蓖11号为研究对象,首先计算其球度,并采用WDW-2型微机电子万能试验机进行准静压力学特性试验,测得4个含水率下的蓖麻蒴果在顶部加载及中部加载下的破壳力,并根据试验结果将破壳过程分为达到破壳力、外种皮破裂及籽粒破损三个阶段。试验结果表明:品种对球度无显著影响;品种对破壳力有显著影响,1987品种蒴果破壳力最小,通蓖7号及通蓖11号次之,通蓖9号最大;含水率对破壳力有极显著影响,破壳力与含水率呈二次曲线关系;加载方式对破壳力有显著影响。其次将蓖麻蒴果视为球体,计算其在51.26N的作用下球心应力为0.80MPa。最后以通蓖11号蒴果为例,对破壳各阶段进行有限元分析。结果表明:顶部加载下达到破壳力时室与室结合破坏,在内侧形成缺口,外种皮破裂时裂纹在缺口处延伸,单室蒴果在法向最大轴线处种皮破裂,籽粒破损时籽粒裂纹在法向最大轴线处形成;中部加载下达到破壳力时,外种皮破裂阶段与顶部加载相同,籽粒破损阶段裂纹出现在切向最大轴线处。仿真分析得到的裂纹与试验结果一致,中心点处应力计算值与仿真结果比值为1.17。研究结果可为蓖麻蒴果脱壳机关键部件的设计提供参考。