袋栽食用菌液体菌种接种装备研发与试验研究

目前,国内袋栽食用菌液体菌种接种方式以人工和半自动机接种为主,生产效率较低、接种量精度较差、故障率高,尚未达到袋栽食用菌工厂化生产的要求。针对袋栽食用菌液体接种定位难、接种效率低、设备故障率高等问题,研发了一种可实现自动运输、定位、夹紧、压瓶、开盖、喷射接种、压盖、检测和输送等工序的袋栽食用菌液体接种装备,可完成全自动连续液体菌种接种。该装备可有效减少人工作业强度,也可避免开闭盖时间过长引起的外界环境杂菌侵入污染,提高液体菌种接种工作效率和出菇质量,实现袋栽食用菌液体菌种的自动化接种。试验结果表明,接种能力≥3 236棒/h,平均3 256棒/h(>3 000棒/h);接种量一致性变异系数≤1.9%,平均1.72%(<2%);试验工作56 h(MTBF>50 h)未发生故障;试验打孔深度56.3~57.8 mm,平均值57.33 mm;试验结果均满足设计要求。在试验过程中,没有出现强度、刚度方面的故障和问题,说明机械部分设计的强度和刚度能够满足生产要求,机械性能稳定可靠。

施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。

履带式不停机打捆收割一体机设计与试验

履带式不停机打捆收割一体机具有适应柠条、沙柳、杂交构树等木本植物的连续收割、多级输送、切碎抛送、链耙输送喂入和不停机打捆成型等功能。研究设计了履带式液压变量行走底盘、不停机圆捆打捆装置等关键部件,集成应用了双圆盘锯割台装置、多辊喂入装置、组合式切碎滚筒装置及负荷喂入与作业速度自动匹配的自适应调控系统。性能试验表明,研制的履带行走底盘能适应8t载质量驱动行走和20°爬坡要求,整机行走、切割、输送、链耙输送喂入和打捆作业流程通畅,圆捆成型的捆包尺寸Φ900 mm×1000 mm,捆型规整,平均捆质量220 kg/捆(柠条鲜质量),成捆率98.2%,损失率5.5%,平均作业速度3~4km/h,最高作业速度可达5.9km/h,作业后平均割茬高度<8cm,作业生产效率0.66hm^(2)/h,可实现收割、输送、连续不停机一体化作业。

基于DBSCAN和BPAdaboost的农机作业地块划分方法

农业机械(农机)在多个地块作业,费用和效率有时需按地块统计,现有的农机监控系统仅能记录农机定位信息和作业状态信息,难以实现地块的自动精准划分。本文通过研究轨迹点属性特征,分析作业地块数量不确定性和轨迹点分布规律,采用基于密度聚类方法(Density-based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN)和分类器集成算法(BP_Adaboost)结合的方法划分地块。根据DBSCAN算法对农机轨迹点多数有效、识别错误集中的特点,结合BP_Adaboost算法挖掘多维度信息关联、容错能力强、分类效果好等优势,先利用DBSCAN得到初步的轨迹点状态类别,再利用BP_Adaboost算法建立训练模型对农机轨迹点状态精准识别,根据时间序列和类别标记划分地块。本文方法既解决了只依靠阈值和经纬度信息聚类不准确的问题,也减少了大量样本标记工作。利用该方法轨迹点状态识别准确率达96.75%,地块划分准确率为97.74%。

9L-200型灌木收获机设计与试验

针对柠条、沙棘、沙柳和紫穗槐等灌木植物机械化收获需求,研发设计了9L-200型灌木收获机。采用适合于沙地、沙坡、丘陵地和泥泞地的履带底盘,驱动采用定量液压泵+比例阀+变量行走马达;利用锯切原理,设计双圆锯盘向内旋转对灌木实施无支撑切割的切割拨送割台;开发组合式切碎滚筒装置;通过增减动刀和动刀刀架数量,实现切段长度的有级调整;设置了反转齿箱装置,达到快速排除堵塞的效果。经国家农机具质量检验检测中心现场检测及田间试验检测,该机生产率为0.40~0.67 hm2/h,物料切割长度20~40 mm可调,各项性能指标达到了设计要求,可满足大规模灌木平茬收获和工业化资源利用的市场需求。

基于半监督BP_Adaboost的农机作业效益评估

为提升农机管理水平和用户收益,该研究利用影响作业效益的因素,以每台农机一天的作业信息作为一条数据评估农机当天作业效益。作业信息包括农机作业效率、油耗、作业质量、重复作业率、遗漏作业率、有效作业时间占比等。使用半监督BP_Adaboost方法对农机作业效益进行评估,对部分数据进行人工评分,根据评分结果标记农机每天作业效益的好坏,其中一部分作为训练样本,另一部分作为测试样本,再利用BP_Adaboost方法训练模型后对剩余未评分数据预测,以减少训练样本的人工标记工作量和提高模型准确性。从32000条深松作业数据中选取1000条样本进行标记,其中500条作为训练样本,500条作为测试样本,使用BP_Adaboost方法得到的模型预测准确率为93.36%,使用半监督BP_Adaboost方法增加训练样本得到的模型预测准确率为97.03%。根据作业效益推荐最优农机机具组合,增强作业能力,提高效益。

猪粪好氧堆肥碳排放分析

以生命周期法为指导,应用排放系数法对猪粪、秸秆好氧堆肥路径下碳排放量进行计算。研究范围:堆肥厂内微生物降解活动产生的直接排放;加工设备电力消耗等上游活动产生的间接排放;有机肥作为化肥替代品减排量、土地施用后的土壤碳结合等下游活动减排量。结果表明,项目日处理420 t原料,可生产20 t有机肥,堆肥生物降解过程产生的直接排放为19.26 t CO_(2)e,电力消耗间接排放为17.84 t CO_(2)e,产品作为化肥替代品的减排量为0.87 t CO_(2)e,土地施用固碳量为113.4 t CO_(2)e。生命周期范围内,生产及施用有机肥净碳汇量为77.18 t CO_(2)e,可实现负碳排放,有效提升土壤固碳能力,可为农业减排降碳提供技术模式。

不同水温调节系统在重庆市工厂化循环水养鱼中的应用

在工厂化循环水养殖过程中,保持水温恒定是水产养殖生产效率的重要保障。为解决工厂化循环水养殖系统调温环节能耗高及对养殖环境影响大等问题,以重庆市某512 m3的养殖场为例,分析了水源热泵、空气源热泵、螺杆机组+锅炉和空气源热泵+锅炉4种水温调节方式的设备初投资和长期运行的适用性。结果表明,空气源热泵初投资为50.76万元、运行费用为25.82万元,水源热泵初投资为48.21万元、运行费用为16.87万元,均具有较好的长期使用价值。但由于水源热泵在廉价水资源难以获取的地区运行费用较高且维护成本及难度较高,故对于该研究而言,空气源热泵投资和运行费用较低,整体适应性较好。

食用菌液体菌种接种装置设计及参数优化试验

针对现有食用菌液体菌种接种机接种效率低,单瓶接种误差大、不均匀等问题,设计了一种高速精确液体菌种接种装置。阐述了接种装置的结构和工作原理,重点分析了喷射流量和组合式喷头参数,并进行了接种装置性能参数优化试验。采用正交试验法,以接种精度、瓶间误差和重复差异量为指标,对喷射压力、喷嘴直径、喷射时间3个因素进行了研究。试验结果表明,喷射压力、喷嘴直径和喷射时间对接种效果影响显著,各参数的最优组合为喷射压力0.17 MPa,喷嘴直径0.4 mm,喷射时间0.52 s。试验验证证明,该机连续工作时,接种精确度>99%,瓶间误差<3%,重复差异量<0.4 g,各项指标满足食用菌工厂化生产需求。

预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80 mL/g,比对照组高11.70%;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70%以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49%、51.73%和7.13%。

畜禽养殖废弃物资源化利用技术发展分析

近年我国畜禽养殖业发展迅速,而养殖废弃物资源化利用技术显得相对滞后,未经处理的畜禽粪便随意堆放,造成空气、水体以及土壤的污染,危害身体健康。养殖废弃物污染防治迫在眉睫,其资源化利用是从源头上防治污染的有效手段。为此,本文对养殖业废弃物的污染状况、资源性质、技术状况等进行总结,对各种养殖废弃物资源化技术,如能源化、肥料化、饲料化等技术进行分析,从而明确我国养殖废弃物资源化利用技术的发展方向。

干湿耦合厌氧发酵工艺设计与发酵特性试验

针对目前大中型沼气工程存在原料单一及沼液沼渣处理难的问题,提出了干法发酵与湿法发酵相结合的干湿耦合厌氧发酵工艺,即畜禽粪便采用湿发酵,将湿法发酵产生的沼液沼渣与秸秆混合进行干法发酵。并研究了干湿耦合比例——沼液沼渣与秸秆比例(BRSR)及干法发酵渗滤液回流对发酵特性的影响,结果表明,随着湿干比例的增加启动时间缩短、产气量增加;干法发酵的渗滤液总固体质量分数为1%以下,达到了固液分离的效果,有利于循环利用和喷淋,解决了湿法厌氧发酵沼液沼渣处理难的问题,实现了沼液的循环利用。

不同接种量对稻秆厌氧发酵特性的影响

以稻秆为原料,厌氧发酵后剩余的沼液为接种物,在中温35℃的条件下,采用批式发酵试验,研究接种量分别为40、80、120 g 3个处理对其产气特性的影响。结果表明,适量的接种物可以提高消化系统的缓冲能力,有利于产气高峰提前,同时对稻秆的降解有促进作用。其中接种量为80 g的总产气量最高,为3 452 mL;TS产气量达到256.27 mL·g-1;分别比接种量为40和120 g的试验组高93.71%和15.14%。

水力停留时间对牛粪两相厌氧发酵特性的影响

研究了不同水力停留时间(HRT)对两相厌氧发酵产酸和产气特性的影响,结果表明:产酸相的最佳水力停留时间为3 d,挥发酸总量最高为1 3701.67mg/L,乙酸和丁酸之和的百分含量在80%以上,属于丁酸型发酵类型;产甲烷相的最佳水力停留时间为6d;37d的累积产气量为926.51 L,甲烷百分含量达到73%左右;对于连续补料发酵,在产酸相和产甲烷相反应器有效容积相同的情况下,产酸罐和产甲烷罐的个数比为1:2。

杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响

为探究杨木炭对东北黑土吸附猪粪沼液氮素特性的影响,明晰其吸附机理,选取杨木炭和壤质、砂质两种黑土,以活性炭作为标准比较炭,系统研究活性炭、杨木炭的粒径及添加比例、初始质量浓度、振荡时间、温度对黑土吸附、解吸猪粪沼液中氨态氮、硝态氮特性的影响规律,并拟合等温吸附模型和吸附动力学模型。结果表明:黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力随着活性炭和杨木炭粒径的减小、添加比例的增加而显著增加;当粒径为0.25 mm、添加比例10%时,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土的氨态氮、硝态氮的吸附量为224.8、107 mg/kg和212.4、104 mg/kg,比空白纯黑壤土和黑砂土提高388.7%、296.3%和453.13%、333.33%,比添加活性炭的黑壤土和黑砂土降低19.71%、10.08%和12.38%、7.14%,但添加杨木炭比添加活性炭对吸附平衡后沼液中氨态氮、硝态氮浓度变化影响的差异均不超过2.5%;添加活性炭黑土、杨木炭黑土、空白纯黑土和纯炭对猪粪沼液中氨态氮的吸附过程为吸热反应,而对硝态氮的吸附过程为放热反应,且所有吸附过程均经历快速、缓慢、趋于平衡3个阶段,硝态氮快速吸附的时间更短;Freundlich、Langmuir模型和准二级模型均能较好描述其等温吸附过程和吸附动力学过程,Freundlich模型比Langmuir模型相对更优,吸附反应过程同时存在不均匀的多分子层表面物理吸附和均匀的单分子层化学吸附;添加活性炭、杨木炭黑土对沼液中氨态氮、硝态氮的吸附量越大,解吸率也越大,但解吸量远小于有效吸附量,添加杨木炭的黑壤土和黑砂土对氨态氮、硝态氮的有效吸附量比添加活性炭的黑壤土和黑砂土减少14.57%、9.19%和5.34%、5.74%。杨木炭在提高黑土对猪粪沼液氮素的吸附能力、减少猪粪沼液氮素损失方面的效果优良,可为杨木炭和猪粪沼液在东北黑土改良方面的深入研究提供理论依据。

基于PLC的食用菌对称式液体接种机控制系统设计

为实现食用菌对称式液体接种机高效、精确、自动化接种,运用STEP7—MICRO/WIN软件编程,设计一种以PLC控制器、HMI触摸屏、变频器为核心,配备相应传感器、执行器硬件的全自动对称式液体接种机控制系统。该系统以触摸屏为人机交互界面,对喷射接种过程实施监控,实现液体接种机全自动、高效、稳定运行,极大提高液体接种机的工作效率。样机试验结果表明:在该控制系统工作下,接种效率可达9 000瓶/h以上,接种精度达到99%以上,其他各项作业功能均达到设计要求。

一种玉米秸秆搂集机的研制

玉米秸秆是一种良好的可再生能源,为了更好地解决玉米秸秆的机械化收获,设计了一种玉米秸秆搂集机。介绍了该机的总体结构和工作原理,确定了主要设计参数和一些部件的设计思路。

食用菌培养基料装瓶设备研制

为满足食用菌机械化生产需求,设计了一种食用菌培养基料装瓶设备,阐述了该设备的总体结构及工作原理,确定了各关键部件的结构及工作参数,并进行样机性能试验,结果表明,各项性能指标均达到任务书要求。

基于三次样条插值的农机作业面积计算

受地块不规则影响,农机作业轨迹多样,作业面积计算的难度也随之增加。有效准确地计算农机作业面积,是农机作业监管和效率评估的主要依据。通过对地块和轨迹分析,提出了利用三次样条插值算法生成农机作业轨迹线,穿过所有轨迹点的同时,保证轨迹线平滑。将所有作业轨迹线累加,结合作业幅宽可计算作业面积。该方法不仅减少了折线方法在拐角处计算不合理产生的误差,也解决了其他方法在弧形地块行驶过程中小弧度转向轨迹线不平滑的问题。该方法计算作业面积在弧形轨迹中准确率高于传统折线计算等方法。

基于BP_Adaboost的农机行驶轨迹状态识别

农业机械运动轨迹不仅包括田间作业轨迹,还包括道路行驶轨迹。有效区分农机行驶过程中田间作业和道路行驶等作业轨迹,可精确划分有效作业地块和精准评估农机作业效率,从而实现农机的远程智能管理。通过对农机轨迹点属性的分析,提取典型特征数据,利用BP_Adaboost方法建立的训练模型对农机轨迹点进行识别,将道路与田间交界处易错轨迹点重新标记后再次训练,轨迹识别正确率达96.89%。该方法既避免了传统聚类算法对阈值和参数依赖的问题,也有效解决了将道路行驶轨迹误识别为田间作业轨迹的难题。