鸡蛋壳形态结构与碰撞力学特性关系研究

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鸡蛋在采集、加工、运输、流通过程中极易破损,这与鸡蛋和机械化养禽、鲜蛋运输包装、加工等设备之间的碰撞有关。因此,为确保采集、包装、加工系统设计的合理性,就必须深入研究鸡蛋的力学特性和破损机理。本文将鸡蛋的外形特征与碰撞力学特性联系起来,旨在为鸡蛋的选种、育种、质量评价体系的完善提供参考;为鸡蛋的采集、包装、运输和加工系统的合理设计提供理论指导:为艺术设计提供客观的数据及力学模型等理论依据。本文的主要研究内容与结论如下:(1)应用机器视觉系统采集并存储鸡蛋图像,应用VC++软件提取鸡蛋的外形特征参数,完成了对鸡蛋蛋形指数、对称度、椭圆匹配度、中点曲率半径的检测,然后对各特征参数的分布规律及两两之间的相关性进行分析,得知:特征参数均近似服从正态分布,对称度与匹配度的相关性极为显著,排除匹配度,将蛋形指数、对称度和中点曲率半径作为衡量鸡蛋外形特征的三个因素。(2)根据集蛋设备及产蛋箱的构造原理搭建了碰撞试验台,将试验台的斜槽长度、斜槽高度及挡板材料作为三个条件因素,以鸡蛋表面的破损面积为试验指标,分别进行了单因素试验和三因素的正交试验。通过单因素试验研究斜槽长度、斜槽高度及挡板材料对鸡蛋破损面积的影响,然后通过正交试验找出破损面积与各影响因素之间的关系,并对各因素按影响大小进行排序。对碰撞试验的数据进行分析,结果发现,斜槽高度、斜槽长度和挡板材料对鸡蛋破损程度的影响均极显著。斜槽高度和破损面积呈极显著的相关关系,相关系数R为0.998,F值为159.40;斜槽长度与破损面积呈极显著的负相关关系,相关系数为-0.956,F值为510.133。挡板材料对破损程度的影响由大到小依次为:钢板、玻璃、木板。各因素对鸡蛋碰撞破损程度的影响由大到小依次为:斜槽高度、斜槽长度、挡板材料。(3)根据试验结果,搭建了斜槽长度为40cm、高度为25cm的钢板试验台,进行了以鸡蛋外形特征为因素的碰撞试验,进行了蛋形指数、对称度、中点曲率半径的单因素试验及正交试验。通过单因素试验研究其对鸡蛋破损程度的影响,然后通过正交试验找出破损面积与各因素之间的关系,并对各因素按影响大小进行排序。试验数据分析结论为:蛋形指数与鸡蛋破损面积呈极显著的负相关关系,相关系数R为-0.894,F值为111.778;中点曲率半径与鸡蛋破损面积呈极显著的负相关关系,相关系数R为-0.920,F值为176.583。对称度对破损程度的影响不显著,各因素对鸡蛋碰撞破损程度的影响由大到小依次为:蛋形指数、中点曲率半径、对称度。(4)分析了外形因素与破损面积之间的相关性,并进行线性拟合。蛋形指数等级、对称度等级和曲率半径等级与破损面积之间的相关性显著,相关系数R为0.992,F值为106.438,回归方程为:y=10.433-0.572x1-0.005x2-0.467x3(R2=0.985)此碰撞力学模型揭示了鸡蛋外形特征与碰撞参数之间的变化规律,可以为鸡蛋生产、运输及加工设备的设计提供参考。
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