猕猴桃大帐气调气流组织的数值模拟及优化

为确定合理的猕猴桃大帐气调参数,提高大帐气调贮藏性能,该研究通过模拟猕猴桃在果筐内的自然堆叠状态,建立了单个猕猴桃尺度的大帐气调微环境模型,采用数值模拟方法,分析猕猴桃大帐气调过程中N_(2)纯度、流量、管径、出口高度4个关键参数对降氧时间及气体分布均匀性的影响。基于Box-Behnken原理设计四因素三水平正交仿真试验,利用Design-Expert软件建立响应指标回归模型,对所选取的4个因素进行响应面分析和参数优化。对优化参数组合进行仿真试验,对比优化参数组合条件下响应面回归模型预测值与仿真试验数值模拟值。结果表明:各因素对降氧时间影响由大到小顺序为出气口高度、流量、N_(2)纯度、管径;对不均匀系数影响由大到小顺序为N_(2)纯度、出气口高度、管径、流量。猕猴桃大帐气调的最优气调参数组合为N_(2)纯度96.0%、流量23.0 m^(3)/h、管径50 mm、出气口高度3 126 mm,对应的降氧时间、不均匀系数分别为989 s、6.1%。降氧时间响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为3.1%,不均匀系数响应面回归模型预测值与仿真值之间的相对误差为8.4%。研究对于大帐气调装备的研发及性能提升具有重要的理论和实际意义。

振动挤压式荸荠收获机的设计与试验

针对旱收荸荠(Eleocharis dulcis)时人工劳动强度大、作业效率低和果土分离困难的问题,设计了一种振动挤压式荸荠收获机。通过对作业过程中荸荠土块的受力分析,确定了影响分离性能的关键参数为振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速,并根据已有经验初步确定关键参数取值范围。以振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速为影响因素,以土层破碎率为评价指标,利用Design-Expert 10.0设计CCD中心组合试验,通过RecurDyn-EDEM耦合进行仿真,确定当振动板振幅为33.04 mm、振动板振频6.63 Hz、钉齿辊转速336.72 r/min时,存在较优破碎效果,土层破碎率为93.58%。以振动板实际振幅32.41 mm、振频6.5 Hz,钉齿滚转速330 r/min进行田间验证试验,结果显示,实际土层破碎率93.54%、明荠率80.33%、损伤率28.08%,碎土效果好,与仿真结果拟合度高。试验结果表明,通过增强土层破碎效果进而提高果土分离程度,使得分离后的荸荠抛撒在表层,便于人工捡拾。

油菜抗倒伏测试风洞关键部件仿真与试验

为解决现有油菜抗倒伏品种选育周期长、难度大等问题,依托计算流体力学软件Fluent建立油菜抗倒伏测试风洞模型,对风洞扩散段、稳定段、收缩段等关键部位进行参数设计及仿真试验,分析该模型对风洞流场品质的影响,最终通过正交试验选择最佳设计方案。结果显示,单因素试验中,收缩段长度Lc增加,风洞出口风速变异系数增加,气流品质下降;随稳定段长度Lw增加,风洞出口风速变异系数先减小后增加,稳定段长度1000 mm时,风速变异系数最低,气流品质最佳;阻尼网距稳定段出口长度增加,风洞出口风速变异系数先降低后增加,阻尼网距稳定段出口0.65Lw时,风速变异系数最小。正交试验结果显示,收缩段长度600 mm、稳定段800 mm、阻尼网距风洞出口0.65Lw时,对应风洞试验区风速平均变异系数为0.139,风速较其他方案更稳定,气流品质最佳。实测验证发现,与仿真结果相比,实测风速大小无明显差别,且实测结果中各截面风速变异系数略优于仿真值,整体仿真结果与实测效果拟合较好。

莲藕表皮力学特性试验研究

【目的】探究莲藕机械去皮技术,对用于深加工的主藕体外部形状以及表皮力学特性进行了试验研究。【方法】以广泛种植的鄂莲5号主藕体为对象,测量其外形轮廓并进行了统计分析。采用质构仪,以去皮切削极限力为评价指标,以切削方向、取样部位、加载速度为试验因素,开展了全因素试验;以拉伸断裂极限强度为评价指标,以取样部位、拉伸方向为影响因素,开展了全因素试验。【结果】三节主藕体长、宽、高为98.16~238.57 mm、62.51~91.11 mm、57.57~86.48 mm,表皮湿基含水率为80.46%~86.28%;莲藕不同截面孔边距以及内凹外观特性呈现出由最大截面向两端递减的趋势,莲藕去皮厚度t应满足t<3.00 mm。轴向平均切削力分别为(9.13±1.55)、(11.31±1.48)、(12.06±1.10)N,周向平均切削力分别为(10.21±1.97)、(12.88±2.45)、(12.28±1.42)N;取样部位、加载速度对去皮切削力均影响极显著,切削方向对去皮切削力影响显著;三节主藕体藕皮轴向平均拉伸强度分别为(1.41±0.15)、(1.29±0.260)、(1.08±0.22)MPa,周向平均拉伸强度分别为(0.62±0.09)、(0.67±0.25)、(0.71±0.19)MPa;方向对藕皮拉伸强度影响极显著,藕皮轴向拉伸强度大于周向。【结论】沿周向设计仿形机械去皮机构,通过提高切削速度以减小切削阻力,提高机械去皮效率。

4BZ-800型荸荠收获机设计与试验

针对荸荠(Eleocharis dulcis)收获劳动强度大和可应用于实际生产的收获机具匮乏的问题,结合荸荠种植田土壤条件和现有人工收获方式,设计了一种应用于带水收获的自走式荸荠收获机。该机由行走系统、传动系统、旋转扰动装置、提升分离装置、收集装置等组成,整机传动系统分为液压传动部分和机械传动部分,液压传动部分为收获机行走系统和挖掘收获装置提供动力,可实现机具行走速度控制、挖掘收获装置高度调节、旋转扰动装置转速控制、提升分离装置转速控制,机械传动部分可为各级旋转扰动辊及提升分离装置间提供稳定的转速差,保障收获过程顺利进行。三级旋转扰动辊构成旋转扰动装置,实现对土壤和水分的充分扰动混合;齿形挖掘铲和升运链构成提升分离装置,完成荸荠果实的挖掘、果土分离、升运工作。田间试验结果显示,该机可一次性完成荸荠的挖掘、果土分离、升运、收集等工作,试验条件下该型荸荠收获机田间道路最大行驶速度为0.97m/s,田间差速转向最小转向半径为2.1 m,原地转向半径为1.3 m,最大爬坡角度为24.2°,果实挖净率为53.19%,损伤率4.21%。

菱角离散元粘结参数标定与剪切试验

针对菱角(Trapa bispinosa Roxb.)脱壳初加工装备设计与仿真分析时缺乏有效的离散元模型问题,开展菱角粘结离散元参数标定与样机试验工作。采用三维反求技术获取菱角轮廓模型,测取菱角本征参数及基本接触参数,得到菱角平均剪切力为352.95 N,并以此为标定目标,采用EDEM软件中的Hertz-Mindlin with bonding模型建立菱角离散元模型,通过单因素试验筛选粘结参数标定范围,由二水平析因试验、最陡爬坡试验筛选显著因素及其标定区间,设计响应面试验求解粘结参数,确定离散元模型中的最优粘结参数组合,开展旋转剪切仿真试验及样机验证试验。结果显示:仿真得到的菱角脱壳剪切力为352 N,与实际误差为0.269%;菱角剪切刀具为矩形,转速230 r/min时,剪切力最小值为93.20 N,与预测值92.99 N的误差为0.215%;样机试验中矩形刀具在转速为230 r/min时各项性能指标最优,表明建立的菱角离散元模型可靠。

不同制备条件下油菜秸秆生物炭用作缓释载体的综合评价

为量化评价油菜秸秆生物炭用作缓释载体的潜力,采用高温裂解法,在不同磷酸体积分数(5%、10%、15%)、热解温度(450、550、650℃)和保温时长(40、80、120 min)下制备生物炭,探究其表面形态、官能团组成和理化特性的变化规律,在此基础上引入灰色关联法,综合评价其用作缓释载体的潜力。结果表明,随着磷酸体积分数、热解温度和保温时长的增加,生物炭的炭得率、含水率、挥发分逐渐减小,而灰分、固定碳逐渐增大。基于灰色关联度分析结果,综合考虑各因素对产率的影响,当磷酸的体积分数为10%、热解温度为450℃、保温时长为80 min时,制备的生物炭用作缓释载体的潜力最大。

基于改进MobileNetV2的柑橘害虫分类识别方法

为提高柑橘害虫识别精准度和防治效果,本研究构建包含10类对柑橘危害程度较重的害虫图像数据集,基于神经网络MobileNetV2与注意力机制ECA开发轻量化且高识别精度的ECA_MobileNetV2模型,并基于该模型开发一款边缘计算App。将ECA注意力机制嵌入MobileNetV2网络的反残差结构尾部,以增强原网络的跨通道信息交互能力,提升原网络的特征提取能力。测试结果显示,ECA_MobileNetV2模型对柑橘害虫的分类准确率达到93.63%,相比于MobileNetV2、GoogLeNet和ResNet18模型分别提高了1.68、1.44和2.40个百分点,而模型参数量、浮点运算数和模型大小分别为3.50×10^(6)、328.06×10^(6)和8.72 MB,复杂度仅略高于MobileNetV2,可以在手机上以边缘计算的形式运行。研究结果表明,本研究开发的智能识别工具能够对不同种类的柑橘害虫进行快速、有效的分类识别。

油菜直播机组无人播种作业远程监测系统设计

为解决油菜直播机组无人播种作业过程中田间播种质量信息难以实时直观展示的问题,本研究以雷沃804拖拉机及其搭载的2BYQ-8型气送式油菜直播机为试验平台,设计一套油菜直播机组无人播种作业远程监测系统。该系统由油菜直播机组无人播种作业平台、无人播种作业数据采集系统和播种质量监测云平台三部分构成,通过对雷沃804拖拉机档位、离合、动力输出装置(power take off,PTO)、悬挂机构进行电控液压改装,设计相应控制策略实现直播机组的无人播种作业;利用车载路由器组建播种监测终端和车载计算机之间的局域网,实现对播种数据与导航数据的融合同步,并通过网络连接传输给云平台进行数据存储与实时展示;云平台计算播种质量数据及其对应的田间位置数据,基于网页端高精度地图生成田间作业区域的播种状态图。结果显示,直播机组无人播种作业段横向平均偏差0.037 m,最大偏差0.125 m,电控液压改装系统运行稳定、可靠,满足直播机组无人作业要求,4G网络条件下,云平台通信最大数据传输时延不超过100 ms,云存储数据完整无遗漏,各播种通道田间播量检测准确率不低于96.16%,满足远程监测系统实时性和准确性要求。研究表明,该系统可实现油菜直播机组的田间无人播种作业和对作业区域播种信息的精确采集与直观展示。

蒸烫处理的宽皮柑橘温度场分布及传热过程分析

为解决宽皮柑橘蒸烫去皮效果差、果肉品质受损等问题,基于有限元法建立宽皮柑橘的传热模型,考察宽皮柑橘在蒸烫条件下内部温度场的变化规律,并对不同果径宽皮柑橘的蒸烫时间进行预测。结果表明:在蒸烫处理时,蒸汽与柑橘果皮表面发生对流换热使其温度骤升,热量沿径向向果肉中心传递。随着蒸烫时间的延长,柑橘沿径向受热更加均匀,果肉表面温度迅速升高而后趋于稳定,其传热速率先升后降。果径越小,果肉表面传热速率越大,并且在同一蒸烫时间下果肉表面温度也越高。为保证柑橘果肉品质不会受损,小果径柑橘蒸烫时间应小于77 s,大果径柑橘蒸烫时间应小于172 s。

球形水果塑料发泡网套包装机设计与试验

塑料发泡网套能有效降低运输过程中水果发生机械损伤的概率。为了解决球形水果塑料发泡网套自动包装的问题,在分析苹果和脐橙等主要球形水果生物力学特性的基础上,提出一种柔性扩膜锥体扩膜、倒刺卡筒下膜的球形水果网套包装工艺方案,并确定了机器关键部件结构参数,设计了部件组合运行控制时序,加工了试验样机。30个苹果样本包装试验,包装成功率100%,损伤率0,平均单果包装时间25 s,工作效率35 kg/h,下膜长度主要分布在104~110 mm范围内,约占样本总数的76.6%。试验结果表明,样机机构设计合理性,结构紧凑,球形水果果面包覆完整,可实现连续包装功能,但是机器作业效率低于人工效率,需要优化包装流程,采用多组同时包装的方式提高效率。研究结果可为后续球形水果网套包装设备的研制和优化提供参考。

基于刚柔耦合虚拟样机模型的收获机振动舒适性仿真分析

采用SolidWorks、有限元分析软件与RecurDyn相结合的方式建立收获机的人-机-路面系统的刚柔耦合虚拟样机模型,以驾驶员全身振动加权加速度均方根值为评价指标,仿真模拟收获机在水稻、小麦以及油菜田行驶时的振动舒适性。结果表明,行驶速度、路面硬度、竖割刀的添加对收获机振动舒适性影响较大,路面硬度越大、收获机行驶速度越快,人体的主观不舒适性感受就越强烈;竖割刀的添加增强了人体的不舒适感。

基于RGB植被指数的大田油菜图像分割定量评价

以自然光下大田油菜幼苗图像为研究对象,运用超红指数ExR、超绿指数ExG、超绿超红差分指数ExGR、归一化植被指数NDI、植被提取颜色指数CIVE、植被指数组合COM等6种常用植被指数和阈值算法分割具有阴影区域的大田油菜图像,同时试验中引入定量评价标准客观评价常用RGB空间植被指数的分割效果。结果表明:定性分析中COM指数优于其他5种植被指数,能够减少阴影带来的分割影响,并在局部叶片分割试验中保留完整叶片轮廓;定量分析中COM指数提供最佳分割精度、灵敏度和特指度分别为94.1%、97.2%、90.9%,其相应标准差为1.1、1.3和0.06。

果园割草机器人甩刀设计与分析

果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关,结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性,基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型,模型分析表明,在不出现缠草的条件下,甩刀轴转速1500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明,设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时,割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明,刀片座间距43 mm、刀轴转速1500 r/min、前进速度1.0 m/s时,重割率最小。

一种并联缆绳牵引式山地果园运输机的建模与分析

为进一步提高山地果园运输机的灵活性与可重构性,设计一种缆绳牵引式无轨果园运输机,通过在果山上设立桩点,控制并联钢丝缆绳的运动来实现果园低空运输。在建立并联机构的三维空间路线模型基础上,分析运输机工作过程中缆绳的运动与受力,阐明运输过程中缆绳速度与牵引力的变化规律。仿真结果表明:基于并联结构的缆绳牵引式果园运输机在不同的运输路径偏角下,运输过程中的缆绳速度与牵引力的变化缓慢且均匀。并联机构保证了系统工作时的稳定性,其可重构的特点进一步扩大了运输机的适用范围。

柑橘育苗钵装填转运机设计与试验

目前国内柑橘育苗钵装填转运基本靠人工作业,生产效率低下。为了解决这一问题,该研究提出了一种可一次装填105钵的间歇式柑橘育苗钵机械装填转运机,采用EDEM对装填转运机基质分流过程进行分析,确定了基质分流部件分流板偏移量及高度的参数组合,设计了卸料机构的连杆传动方案,计算了各杆长度,分析了车架结构的强度,确定了车架结构的尺寸参数,并设计了整机的控制电路。加工试验样机,在搅拌机设定转速下,重复装填转运试验10次。试验结果表明,样机运行稳定,单次基质装填平均量330.5 kg,单次装填钵数105钵,平均装填时间约60 s,转运装置行走速度可达1.2 m/s,苗钵卸载下落可靠,排列整齐;单个育苗钵的平均最大装填量3.23 kg,最小装填量3.03 kg,平均装填量3.15 kg。样机结构设计合理,装填效率高,能够实现均匀装填、稳定转运的作业要求。研究结果可为后续柑橘苗钵装填转运设备的研制和优化提供参考。

油菜播种质量监测系统设计与试验

【目的】为了获取油菜播种质量信息,并实现信息的显示、远程传输与云存储,提出了一套油菜播种质量监测系统。【方法】该监测系统由油菜籽传感检测装置、播种监测终端、播种质量信息云存储平台组成。采用多种形式小粒径种子传感检测装置实现对播种质量信息的实时获取,基于射频通信模块实现与播种监测终端的数据交互;监测终端完成信息显示,并通过北斗定位单元对播种质量信息位置进行精确定位;通过无线传输模块,实现油菜播种质量信息数据的远程传输和云存储。搭建油菜播种质量监测系统试验台,通过田间试验验证系统的稳定性和可靠性。【结果】设计的油菜播种质量监测系统能通过内嵌的北斗定位单元获取播种机经、纬度信息,同时可利用4G无线传输模块将播种质量信息及定位信息传输至云存储平台。台架试验结果表明,当排种器落种频率为16.5~26.2 Hz时,检测准确率不低于97.1%,采集的油菜播种质量信息均能够传输至播种监测终端并进行显示;播种质量信息均准确上传至云存储平台数据库,传输时长不超过2 s,且与终端显示数据一致。田间试验验证结果表明,排种频率为17.4~25.5 Hz时,检测准确率不低于96.6%,且系统运行正常。【结论】该系统为油菜播种过程智能化提升、播种状态图生成及产量预测提供了技术支撑。

水田土壤黏附力测量仪设计与试验

为快速准确原位获取水田土壤黏附特性,结合水田土壤环境特征与黏附力测量原理,设计了一种便携式水田土壤黏附力测量仪,其由黏附力测盘、水平驱动装置、拉拔装置、PLC控制部分、机架及相关连接件构成,其控制系统采用GX Works2编程软件进行指令编辑。以法向拉拔速度v n、切向速度vτ、水田土壤空间深度为影响因素,利用该测量仪开展水田土壤黏附力单因素试验,初步获取了上述因素对水田土壤接触界面黏附力的影响机制。结果表明,在试验条件下,随法向拉拔速度v n、切向速度vτ增加,土壤黏附力呈增大趋势;随水田土壤空间深度的增加,土壤黏附力呈先增后减小趋势。

铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统设计与试验

为实时监测施肥量以提高施肥精度,设计了一种可对肥箱剩余肥量实时监测的铰链杠杆式肥箱排肥量监测系统。该监测系统由称质量、多路排肥量监测两部分组成。其中,称质量部分主要由铰链杠杆机架、平行梁称质量传感器等组成,以平行梁称质量传感器为工作元件,承载并测量安装在铰链杠杆机构上方的肥箱以及肥箱内实时肥料质量。多路排肥量监测部分由控制器、排肥量监测、数据通讯、监视器等模块组成,负责收集各称质量传感器获取的排肥量信号,并将其处理后传输至监视器交互界面便于对施肥系统作业参数实时查看、配置。田间试验结果表明,该排肥量监测系统可对各肥箱排肥量独立、同步实时测量,其监测相对误差最大为4.79%,最小为3.55%。

谷物联合收获机方向盘总成的模态分析与结构优化

以某谷物联合收获机方向盘总成为研究对象,基于Pro/E软件建立其几何模型,采用有限元分析软件(ANSYS)对方向盘组合体模型进行模态分析。结果表明,模型第一阶固有频率为44.005 Hz,位于人手敏感振动频率范围37.5~65.0 Hz,对操作人员身体健康具有较大影响。为了调整组合体模型的固有频率以避开人手的敏感频率范围,在将方向盘骨架材料更换为45钢的基础上,通过增大转向柱和传动轴的直径对组合体进行结构优化。优化后组合体模型第一阶固有频率由44.005 Hz提升至67.31 Hz,避开了人手敏感的振动频率,同时也避开了发动机激振频率。结构优化后的模型可避免共振现象的发生,并提升作业人员的操作舒适性。