论文精选仿蝼蛄爪趾挖掘能力研制椰子

《农业工程学报》年第34卷第22期刊载了海南大学汝绍锋、王居飞和樊军庆的论文——“蝼蛄爪趾特性仿生钢丝辊刷除椰衣装置设计及参数优化”。该研究由海南省自然科学基金项目(项目号:)等资助。

在中国海南省和东南亚等热带地区,椰子加工产业是重要的经济来源。作为食品加工的原料,椰汁和椰肉在消费市场中占有巨大的份额。欲获取椰汁和椰肉,剥除椰子纤维外衣是第一道加工工序。目前,椰子加工主要依靠人工通过使用弯勾型刀具,破坏椰子外衣,随后由人工将椰子纤维从椰壳上撕扯下来,所以该方法加工效率低,且极易造成人员工伤,制约了椰子加工企业发展。因此研究科学的剥除椰衣方法和装置是提高椰子加工效率的重要一环。

仿生学研究表明,自然界中许多动物经长时间进化后,具有非常完善的土壤挖掘和剥脱果实器官,逐步形成了优化的几何结构和优良的力学性能,如蝼蛄爪趾可轻松刨动土壤地面及协助口器完成进食,其爪趾外缘表现为弧形刃口结构,并具有一定弹韧性。由于椰子纤维外衣去除过程与蝼蛄爪趾挖掘土壤具有相似之处,因此该研究以蝼蛄爪趾为仿生原型,设计一种仿生钢丝辊刷实现机械式剥除椰衣纤维的装置。

该装置主要由钢丝辊刷、椰子夹紧机构和进给机构组成,其工作时依靠钢丝断面刃口勾刷椰衣纤维,结合钢丝的弹韧性实现剥除椰衣后不损坏椰壳。该研究重点分析装置对剥除椰子外衣性能的影响规律,以辊刷转动速度、钢丝刷毛直径、钢丝刷毛栽植间距3个因素作为对象,针对含水率在一定范围内的同质量椰子进行试验分析和研究。

研究结果表明,辊刷转动速度对除椰衣厚度影响最大,刷毛栽植间距影响次之,刷毛直径影响最小;除衣装置的最优组合参数为辊刷转动速度是rad/min,刷毛直径是6mm,刷毛栽植间距是10mm,预测在最优参数组合下的除衣厚度为31.24mm;通过重复试验证明最优组合参数可以到达规定的除衣厚度,且不损伤内部椰壳,满足椰子深加工需要。

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