组培苗热封机关键部件的结构设计与试验研究

发布时间：2020-11-21 12:45

　　 在我国的农业结构处于不断完善和发展的今天,设施园艺技术也得到了迅猛的发展,其发展的优劣对于一个国家在农业方面的进步起着至关重要的作用,它是现代设施农业的一个重要标志。在设施园艺中,通过组织培养技术获得的种苗产品,已经由试验中试阶段逐步向商品化过渡生产,与花卉类实生苗,蔬菜类扦插苗、水果类嫁接苗相比,具备优质,便于携带和运输等特点。组培苗商品化经过几十年的发展已经日趋成熟,国内各大省市先后成立了相应的研究机构,在满足国内需求的同时,也大量向海外销售,以花卉、蔬菜、水果类的产品出口量居多,达到数十万株至数百万株之多。西方国家以荷兰、以色列为代表,广泛应用组培技术,以“组培苗代工”为主,大量培育花卉产品,每年的出口量在百万株以上。在这类产品的进出口过程中,对于产品质量有一个重要的衡量标准,依据国际惯例,当组培产品到达出口方口岸的检疫站时,其计费株(丛)是以接收时的成活数为准,必须保持无菌、无污染、无破损状态。常见的组培产品的包装方式是通过普通塑料包装膜对植株缠绕包装,对于较成熟的外植体并没有太大问题,但是相对于扩繁阶段以前的组织物与培养基来说,这类的包装方式容易使其遭到污染,从而影响其成活率。在现代设施园艺工厂、温室中的组培苗,需要在扩繁阶段进行封装,若以玻璃培养器皿运输的话,又存在易碎的问题。因此,本文研究的主要内容是为组培苗提供一种耐冲击性强、气密性好的包装方式。参考国内外的包装机械的种类与功能,选则热压式封口作为组培苗的包装方式,并通过机械技术设计出一种专用的、自动化的智能园艺装备。参考包装物的外观规格,设计热压式封口机的加热装置,并通过有限元分析软件ANSYS模拟其温度场,得到加热装置的温度分布云图与热流量的效果图,为温控系统的组成与封口工艺参数的试验研究提供理论依据。本文针对加热装置的作业性能需要进行以下试验研究:(1)加热装置的性能通过封口温度、时间与压力等工艺参数的取值范围来评判。通过封口试验,参考国家标准,以封口的外观质量作为评价标准,得出了各工艺参数的作业范围,即封口温度144~166℃,封口时间1~2s,封口压力408~600N,经过以上的参数组合进行试验得出的封口试验结果,试验样本均具备封口完整、无褶皱、气密性强等特点。(2)在确定了封口工艺条件的参考范围后,通过回归分析与试验设计中的三因素正交试验方法安排试验,采用极差分析法处理试验数据,得出最佳封口工艺条件,即封口温度166℃,封口时间2s,封口压力504N。运用方差分析验证试验结果,判断各因素的显著性,其中封口温度的显著性水平PA=0.02340.05,显著,说明温度对试验指标的影响最大,而封口时间与压力的显著性水平0.05PB、C0.1,较显著,且PBPC,说明封口时间对试验指标的影响稍弱,封口压力的影响最小。(3)由于试验因素之间必然存在交互作用,安排有交互作用的正交试验,探究交互作用对试验指标影响的强弱程度。结果发现,三个因素对试验指标的影响最大,分别为封口温度与压力的交互作用、封口时间与封口温度;两个因素对试验指标的影响次之,分别为封口温度,时间与压力的交互作用;两个因素对试验指标的影响最小,分别为封口压力,温度与时间的交互作用,这种情况下的最佳组合几乎与上节试验结果吻合,为封口温度166℃,封口时间2s,封口压力600N。通过方差分析可以看出,在不考虑影响最弱的因素时,只有封口压力达到显著水平,其余因素均达到极显著的水平,因此,尽管因素间存在交互作用,而且部分交互作用对试验指标的影响极大,但是仍然不影响对作业最佳封口工艺的探究。(4)为了满足在实际生产作业中预测与控制封口强度的需要,安排一次回归正交试验,并利用SAS软件进行求解,探究封口强度与三个工艺条件之间的函数关系,所得的三元一次回归方程为:y=11.55428571+1.695X1+2.025X2+1.545X1X3+1.455X2X3通过方差分析,方程总体P{F}=0.0080.01,达到极显著水平,各回归系数均达到显著水平,说明方程总体信度极高。经过失拟性检验,失拟平方和的显著性水平P{F}=0.25970.1,不显著,说明拟合的信度高,即建立的三元一次回归方程有意义,满足作业需求。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S223
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 引言
    1.1 课题研究的目的与意义
        1.1.1 组培技术产品的发展现状
        1.1.2 组培苗热封机的研究目的与意义
    1.2 包装机械的发展概述
        1.2.1 国内包装机械的发展现状
        1.2.2 国外包装机械的发展现状
    1.3 封.机械的发展现状
        1.3.1 国内封.机械的发展现状
        1.3.2 国外封.机械的发展现状
    1.4 课题研究的主要内容
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究目的
        1.4.3 研究方法
    1.5 本章小结
2 关键部件的结构设计
    2.1 引言
    2.2 总体方案设计
        2.2.1 功能要求与适用范围
        2.2.2 热封机主要构成与工作原理
        2.2.3 加热装置运动机构的设计与校核
        2.2.4 控制系统的设计
    2.3 加热装置的结构设计
        2.3.1 加热装置的结构与工艺分析
        2.3.2 内热源形式的确定
    2.4 加热装置导热原理
        2.4.1 温度场
        2.4.2 导热基本定律
        2.4.3 导热模型的建立
    2.5 本章小结
3 基于ANSYS软件的加热装置温度场模拟分析
    3.1 引言
    3.2 有限元分析软件ANSYS简介
        3.2.1 Steady-State Thermal简介
        3.2.2 ANSYS在热分析中的发展与应用现状
    3.3 基于ANSYS软件的加热装置的分析流程
        3.3.1 物理模型建立
        3.3.2 数学模型建立
        3.3.3 热稳态的模拟流程
    3.4 加热装置的模拟结果与分析
        3.4.1 温度场的模拟结果与分析
        3.4.2 热流密度的模拟结果与分析
    3.5 本章小结
4 封口工艺参数的试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验装置的设计
        4.2.1 执行机构的设计
        4.2.2 温控系统的设计
    4.3 试验材料与设备
    4.4 封.工艺参数的试验研究
        4.4.1 加热装置性能的试验研究
        4.4.2 封.试验
        4.4.3 最佳封.工艺参数的试验研究
        4.4.4 考察交互作用的正交试验
        4.4.5 一次回归正交试验
        4.4.6 跌落试验
    4.5 本章小结
5 结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文

【参考文献】

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1 孙智慧,张荣;包装机中常热式薄膜热封过程的仿真研究[J];包装工程;2002年05期

2 韩占华;郭飞;;自动化在包装机械中的应用和展望[J];包装与食品机械;2011年03期

3 阙国宁,张健如;组培苗商品化:现状与对策[J];林业科技开发;1996年03期

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本文编号：2893019