云南食用玫瑰剪枝机的设计与试验研究

发布时间：2020-04-25 21:06

【摘要】：食用玫瑰种植产业在云南的发展前景十分广阔,据云南省农业厅数据显示,2012年至今,我省食用玫瑰的种植面积已由1.2万亩增长至5万余亩,经济效益每年接近3亿元。每年在食用玫瑰采摘结束后都要对玫瑰植株地表50cm以上的枝条进行修剪,从而达到来年更新复壮、加强株势的目的,但是由于云南位于云贵高原,田间环境复杂多变且食用玫瑰种植密集、枝条缠连的现象严重,现有的修剪机械无法有效的对食用玫瑰进行剪枝作业。本文在研究玫瑰茎秆的物理与力学特性、化学组分的基础上,通过理论与仿真分析,设计并试制了一种集拢枝、切割、回收、打捆于一体的玫瑰剪枝机,并进行了田间试验。本论文依托于云南嘉华食品有限公司与昆明理工大学农业与食品学院合作的横向课题进行研究,具体研究内容及结论如下:(1)在试验田采集玫瑰茎秆样本,并对玫瑰茎秆物理、力学特性及化学组分进行试验测定,通过试验可知,玫瑰植株平均高度为165.6cm,密度为0.344g/cm~3,玫瑰茎秆的抗拉强度为12.346MPa,弹性模量为677.847MPa,抗剪强度为8.944MPa,抗弯强度为28.131MPa,断裂挠度为14.67mm,挠曲模量为125.619MPa,玫瑰茎秆在鲜样、半干样、干样三种不同状态下其纤维素、半纤维素及木质素的含量变化范围分别为23.09%~48.45%、10.91%~24.06%、6.54%~20.85%。(2)针对玫瑰剪枝机切割方式提出单圆盘切割刀、双圆盘切割刀以及往复式切割刀三种不同的切割方案,利用ANSYS/Workbench对刀具进行六阶模态分析,使用Hypermesh有限元前处理软件对切割模型进行网格划分及材料属性的定义,然后通过LS-DYNA求解器进行仿真求解计算,其中单圆盘割刀、双圆盘刀与往复式割刀在切割玫瑰茎秆的过程中受到的最大等效应力分别为59.91MPa、69.98MPa和67.76MPa,三种刀具切割枝条所需最大合力分别为468.16、843.63与558.33N,综合分析仿真结果可知,单圆盘回转切割方式的切割效果最佳。(3)针对云南食用玫瑰的剪枝作业效率低、枝条回收困难等问题,通过对机架、切割机构、拢枝机构及打捆回收装置的设计,研制了一种食用玫瑰剪枝机,可以实现对不同高度的玫瑰茎秆进行拢枝、剪切及回收作业,并在学校工程训练中心对整机进行试制。(4)对整机进行田间正交试验可知,玫瑰剪枝机的最佳切割参数是切割刀片数量为6片,刀盘回转切割速度为2000 r·min~(-1),切割角度为20°,刀刃倾角为10°,整机前进速度为0.5 m/s,整机剪切玫瑰枝条的平均漏割率与撕裂率分别为5.68%和3.72%,平均合格率为90.6%,作业效果符合食用玫瑰剪枝农艺要求。
【图文】：

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1绪论-1-1绪论1.1课题研究的背景及意义云南花卉资源丰富，是我国第一花卉大省，由于其地处低纬高原地带，大部分州市气候温和，冬无严寒、夏无酷暑、日光充足、降雨充沛，形成了“十里不同天、四季鲜花开”的主体气候，非常有利于花卉的生长发育和生产周期调节[1]，玫瑰属于蔷薇科蔷薇属落叶灌木，中国是玫瑰的原产地，自古以来云南就有种植玫瑰的传统，玫瑰花在观赏、食用、药用等方面都具有宝贵的价值，近年来随着食用玫瑰产业的不断发展，据云南省农业厅数据显示，2012年至今，我省食用玫瑰种植面积已由1.2万亩增长至5万余亩，每亩纯收入在6000元以上，经济效益每年超过3亿元[2]，食用玫瑰产业的发展在带动云南省经济发展的同时，也为花农带来了更多的经济收入，使得更多的花农参与到食用玫瑰的种植行列，目前，从事种植加工用玫瑰的农户6029户，从业人员2000多人，食用玫瑰的种植面积连年持续增长[3]。图1-1云南省食用玫瑰种植面积趋势图Fig.1-1ThetrendchartofedibleroseplantingareainYunnanprovince食用玫瑰产业在云南的发展前景十分广阔，其中以花卉种植与食品加工于一体的企业就有几十家，食品加工类企业有200多家，，代表企业有云南嘉华食品公司、云南潘祥记工贸有限公司、云南玖香鲜花食品科技公司、云南恒舜生物科技发展有限公司、昆明铿锵玫瑰食品生产有限公司和云南东方不老生物技术有限公司等[4]，云南嘉华食品公司与潘祥记工贸有限公司在食用玫瑰食品的加工与销售方面占据着70%左右的市场份额，其生产的玫瑰鲜花饼在国内已有较高的知名度和市场占有率[5]。近年来，云南嘉

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昆明理工大学硕士学位论文-2-华食品有限公司逐渐成为食用玫瑰加工行业的领头羊，相继在楚雄州禄丰县与曲靖市马龙县建成了总规模达266.7hm2的食用玫瑰花基地，其种植食用玫瑰品种以“法国墨红”、“格拉斯”、保加利亚“大马士革”、“金边玫瑰”和“千叶玫瑰”等为主[6]。图1-2嘉华公司食用玫瑰种植基地Fig.1-2TheedibleroseplantingbaseofJiahuaco.,LTD食用玫瑰产量的连年增长在为企业与花农带来可观经济收益的同时，也使得劳动成本大幅增长，每年在玫瑰花朵采摘结束后，都要对玫瑰植株进行修剪，从而达到来年更新复壮、加强株势的目的[7]。因为生长密集的玫瑰及复杂的田间地势等原因，以往剪枝作业都要工人穿着厚重的防护衣进入田间，使用修枝剪进行工作，不仅效率低，而且玫瑰茎秆上锋利的花刺经常会划伤工人，并导致剪断的玫瑰枝条散落在垄间，使枝条的回收作业变得困难。综上所述，结合云南食用玫瑰种植区分布广、地势复杂多变、针对性机具少，且存在工作环境差、剪枝作业效率低、枝条回收困难等难题。研制一款剪枝作业效果好、可以回收玫瑰枝条、操作简便且整机重量轻、体型小的玫瑰剪枝机是亟待解决的问题，同时也对云南食用玫瑰产业的发展具有重要的现实意义。1.2国内外研究现状及发展1.2.1国内灌木修剪机械的研究现状在我国枝条修剪有着悠久的历史，但由于国内修剪机械研究发展缓慢，至今农、林业修剪工作还是以手工修剪为主，使用的工具大多还是手锯或砍刀[8]。上世纪70年代末，在国外发达国家修剪机械发展的推动下，国内修剪机械的研究才受到一定的关注。因剪枝机械研究起步较晚，在技术设备、制造方法和工艺外形等方面与德国、美国、英国等发达国家相比都还有不小的差距[9]，主要是产品种类少、环境适应性与调配性差，机具作?
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S224

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