基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验

为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性,并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型,并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明:1)与热风干燥相比,红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间,且仿真结果与实测值吻合较好;2)温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热,干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3)模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响,其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布,并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降;4)将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比,给出了关于分段组合干燥研究方向的见解,并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片3种干燥方式下的数值模型,并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析,对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。

干旱地区砂质土壤棉花苗床土层构建装置的研制

针对新疆南部砂质土壤“干播湿出”棉花种植模式下,春季耕整地连续作业存在作业阻力大、苗床整不平、压不实,严重影响棉花出苗率的问题,该研究设计了一种适合砂质土壤的苗床整备装置,可一次完成碎土、平土、灭茬、镇压、耱地等作业。采用分段平土装置代替耙组进行联合整备作业,分段平土装置为两段式,首段刮土板呈“W”型对称分布,通过刮土板角度对土壤流动性、平整度和作业阻力的运动分析,确定当刮土板倾斜角为45°时碎土和平土效果最好;台架试验结果表明,镇压辊直径400 mm、碎土辊直径400 mm时综合评分最高。样机性能对比试验结果表明:较耙片式联合整地机综合工作阻力降低8.67%,作业效率提升6.6%;地表平整度标准差为11 mm;耕深稳定性变异系数为9.2%,碎土率为92.3%,表面未见秸秆残膜,分段平土装置能有效碎土、平土、灭茬;二次整备后浮动式土层构建装置能有效压实土壤构建出“上虚下实”土层结构,0~5cm播种土层平均土壤紧实度为169 kPa,适合砂质土壤精量铺膜播种作业和棉花生长,较对比机型种膜错位率下降62.5%,出苗率高于对比机型4.8%。研究结果可为砂质土壤苗床整地机研发与改进提供参考。

基于改进YOLOv8n的香梨目标检测方法

针对非结构化环境下香梨识别准确率低,检测速度慢的问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8n的香梨目标检测方法。使用Min-Max归一化方法,对YOLOv3-tiny、YOLOv5n、YOLO6n、YOLOv7-tiny和YOLOv8n评估选优;以YOLOv8n为基线,进行以下改进:1)使用简化的残差与卷积模块优化部分C2f(CSP bottleneck with 2 convolutions)进行特征融合。2)利用simSPPF(simple spatial pyramid pooling fast)对SPPF(spatial pyramid pooling fast)进行优化。3)引入了PConv(partial convolution)卷积,并提出权重参数共享以实现检测头的轻量化。4)使用Inner-CIoU(inner complete intersection over union)优化预测框的损失计算。在自建的香梨数据集上,指标F_(0.5)分数(F_(0.5-score))和平均精度均值(mean average precision, mAP)比原模型分别提升0.4和0.5个百分点,达到94.7%和88.3%。在GPU和CPU设备上,检测速度分别提升了34.0%和24.4%,达到了99.4和15.3帧/s。该模型具有较高的识别准确率和检测速度,为香梨自动化采摘提供了一种精确的实时检测方法。

基于HMM-SVM旋转风电装备叶片覆冰状态的评估

风电装备叶片覆冰严重影响风力发电机组的安全与稳定运行。为准确评估覆冰条件下旋转风电装备叶片覆冰状态,本文研究以旋转风电装备叶片覆冰监测数据为基础,建立了基于隐马尔科夫算法(HMM)和支持向量机算法(SVM)的旋转风电装备叶片覆冰状态评估模型;采用时域和频域方法综合分析旋转风电装备叶片覆冰振动信号,选取频率均方根RMS i、时域峰值XP i、速度V、位移S四个特征量为模型的输入,利用HMM算法将收集到的振动信号进行处理,并与风电装备叶片覆冰各状态进行匹配,将各状态观察序列概率优化后通过SVM分类器进行覆冰状态识别分类。实验结果显示:HMM-SVM模型评估风电装备叶片覆冰状态准确率达90.83%,比单独使用HMM模型进行叶片覆冰状态评估的准确度更高。

棉花分层施肥机的研制与试验

针对新疆棉花现有的施肥模式,存在肥料利用率低,在土壤深处分布不均匀等问题。设计一种能够实现开沟、分层施肥、覆土等连续一体化作业的棉花精准对行分层施肥作业机。该机械防堵性能好、施肥深度稳定、可实现种肥同行且肥量稳定。对棉花精准对行分层施肥机进行了田间试验,试验结果为:断条率为0,施肥平均深度为8cm与13cm,施肥均匀度变异系数为6.5%,上、下层肥量比为2:3,施肥量为25kg/667m2,节肥37.5%。

夹茎式番茄钵苗取苗机构设计与试验

为避免取苗机构在夹取钵苗过程中对钵体与根系造成损伤,该研究针对夹茎取苗方式,提出一种基于二阶椭圆齿轮行星轮系以及凸轮摆杆机构的夹茎式番茄钵苗取苗机构。依据二阶椭圆齿轮传动特性与机构工作原理,建立机构运动学理论模型,并对凸轮轮廓曲线进行设计,结合番茄钵苗取苗作业要求及机构特点,基于MATLAB软件开发机构分析软件对机构参数进行优化,并进一步分析优化后取苗轨迹与凸轮各工作段的对应位置关系,建立了夹茎式取苗机构虚拟样机模型,利用ADAMS软件对取苗机构运动过程进行仿真分析,验证机构参数优化结果及零部件结构设计的准确性与合理性。试制取苗机构物理样机开展高速摄影试验,通过对比分析实际工作轨迹与理论分析及仿真轨迹的一致性,验证了取苗机构设计的正确性。搭建自动取苗试验台进行取苗试验。试验结果表明,取苗机构工作性能可靠、稳定,取苗频率为80株/min时,取苗成功率为92%,投苗成功率为94.2%,伤苗率为2.9%。研究结果可为番茄钵苗全自动移栽机自动取苗机构的研发提供参考。

穴盘苗取苗机械臂的设计与仿真研究

针对目前新疆地区穴盘苗移栽主要以人工取苗为主,机械栽植为辅,劳动强度大、移栽效率低等问题,设计了一种满足穴盘苗移栽农艺要求的4自由度取苗机械臂。采用D-H法建立了取苗机械臂的连杆坐标系和运动学方程,实现了机械臂运动学正解。运用ADAMS软件构建了取苗机械臂虚拟样机简化模型,并进行了虚拟样机仿真试验。试验结果表明:取苗机械臂运行平稳,动作灵活,机械臂系统具有较好的轨迹跟踪能力,取苗轨迹满足夹茎取苗作业要求。研究可为全自动移栽机取苗机械臂的设计提供参考。