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天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

论文范文：自动化甘蔗削皮装置的研制

第1章绪论

1.1本课题的选题背景及意义

我国拥有很大的甘蔗市场。在南方，甘蔗是广泛种植的经济作物，

并且我国白糖的生产约有80%左右都是以甘蔗为原料，同时甘蔗汁

多、味美、甘甜、营养丰富，深受人们的喜爱。现代医学研究表明，

甘蔗中含有大量的蔗糖果糖葡萄糖等糖分，极易被人体吸收利用，还

含有铁钙磷锰锌等人体必需的微量元素，常食甘蔗可滋补养血清热生

津滋养润燥[1][2]。此外甘蔗中含有大量纤维，反复咀嚼能够清除口

腔及牙缝中的污垢，从而提高牙齿的抗龋能力。然而吃甘蔗削皮却是

长期困扰人们的一大难题。由于甘蔗表面比较坚硬，如果直接食用容

易划伤口舌等部位，甚至将牙齿崩落。人工削皮后食用是用刀具手工

对甘蔗进行削皮，但人工削皮费时费力，而且容易划伤手。目前，在

甘蔗汁生产工序中的削皮工序大多由人工完成，效率不高，若采用一

种能够对甘蔗高效削皮的机器，将会大大提高生产效率，降低生产成

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

本。因此，对甘蔗削皮机械进行研究在一定程度上改变甘蔗的食用方

法和食用安全性具有积极作用。目前已有一些实现切削功能的甘蔗去

皮机的出现，但是去皮效果不太理想，自动化程度不高，噪音比较大，

而且切削后的甘蔗皮处理不当会制造出垃圾。这些都注定了甘蔗去皮

机无法在高档的餐厅和商场出现。基于此，一种自动化程度比较高，

切削效果好，振动噪声少，体积小，而且经济又实用的甘蔗削皮装置

值得深入研究和设计。

1.2国内外研究现状及发展动态

1.2.1甘蔗力学性能的研究现状

天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为。——《孟子》

甘蔗是各向异性、非匀质、非线性的材料。研究甘蔗茎秆的力学

性能对于研究甘蔗的切削过程以及切削刀具的设计具有重要意义。同

时甘蔗茎秆物理力学特性是建立甘蔗茎秆材料模型和茎秆在各种荷

载下本构关系的基础[6][7]。对于甘蔗切削原理的研究可为甘蔗去皮

机械的研制奠定基础，目前对于甘蔗力学性能的研究主要集中在如下

实验。

1.2.1.1甘蔗在弯曲载荷下的破坏实验

弯曲性能对于甘蔗茎秆在切削过程具有重要影响。通过检测甘蔗

茎秆的弯曲模量和抗弯强度，之后观察甘蔗的破坏形式，并进行相应

分析。同一株甘蔗的不同部位有着不同的力学性能。中部、尾部和基

部达到最大弯曲应力时,观察到的甘蔗弯曲破坏形式主要有以下4

种(图1-1a、b、c、d)[9][11]。对于横向切割机理的研究主要应用于甘

蔗收获机的切削过程。甘蔗收获机在工作过程中存在甘蔗割茬不整齐、

切割损失较大等缺陷，这些将会严重影响甘蔗收获机的使用和推广。

为此，根据目前国内外对甘蔗茎秆力学性能、切割刀具以及切削理论

等方面的研究，提出了一种结合甘蔗茎秆材料特点和其力学特性来研

究甘蔗的切割机理的方法，将会更具有科学性。建立三维甘蔗切割器

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系统动力学可视化仿真模型，利用ANSYS/LS-DYNA求解器进行仿真

求解，其切割仿真过程及切割力时间历程如图1-6所示[12][13]。

第2章样机总体方案设计

2.1样机总体设计

根据甘蔗的力学性能和甘蔗皮层的切削特性，并在总结与分