江苏省大蒜种植和收获模式研究

介绍了大蒜品种特性和分布,详细阐述了其种植和收获流程,分析了江苏省大蒜种植模式,并进行大蒜种植调整试验,为研制大蒜种植和收获机械奠定了基础。

基于高频电容原理的土壤剖面水分传感器研究

为了实现土壤剖面不同深度的水分测量,基于高频电容原理,研制了一种能够自动、连续监测土壤剖面动态含水量的水分传感器。通过实验,建立了传感器数学标定模型,并对传感器进行了相关性能测试。通过对比分析土壤水分实际值与传感器测量值,结果表明:传感器最大绝对误差为-5.10%。传感器测量水分梯度变化明显,可用于土壤剖面不同深度水分的测量,具有低成本、低功耗的特点,可应用于农林业实际生产。

果蔬品质安全近红外光谱无损检测研究进展

我国果蔬产量和销量均居世界首位,生产和消费正由产量规模型向质量效益型转变,对果蔬品质安全检测的要求与日俱增。当前,果蔬采后品质分级、安全检测和货架期评价尚处于人工或简单机械的粗略检测阶段,果蔬的内在组分和内部缺陷采用破坏性抽检,货架期采用人工经验式,效率低且成本高。近红外光谱检测技术具有无损伤、快速绿色、适于现场检测和在线分析等优势,适于构建果蔬快速、高精度、智能化的检测系统。本文分析了果蔬产业的发展现状及关键技术需求,阐述了近红外光谱技术的基本原理,分别从果蔬内部光传输特性、内在组分检测、隐形缺陷判识、货架期评价4个方面论述了国内外近红外光谱技术在果蔬品质安全检测应用中的最新研究进展,深入分析了近红外光谱技术在果蔬品质安全检测中的存在的问题,并指出了解决思路和进一步研究的方向。

人工湿地微生物的研究进展

人工湿地是20世纪70年代末得到迅速发展的一种污水处理技术工程,具有投资低、运行费用低、维护技术水平低和能耗低等优点。目前已被用于处理各种类型的废水。它是由基质、植物和微生物构成的复合系统,其中,微生物在人工湿地系统净化污水过程中发挥着重要作用。从人工湿地微生物群落多样性和功能性两方面对人工湿地系统中微生物的研究进展进行了概述,进而对人工湿地微生物研究的前景进行了展望,旨在为该领域的相关研究提供资料和借鉴。

基于双目视觉的田间作物高度和收割边界信息提取

为实现收获机无人驾驶自适应调控,提出一种基于双目视觉对田间作物高度和收割边界信息进行提取的方法。利用双目相机获取三维数据,基于RANSAC算法拟合初始地面平面,结合IMU计算作业实时平面,根据点到平面的距离将三维数据转换为对应的实际高度。提出一种改进的结合密度峰聚类和K均值聚类的方法对高度数据分类,同时基于归一化彩色图像分割作物上部区域,融合高度分类和彩色图像分割结果,实现作物高度信息的提取。利用高度数据序列和模型函数的互相关性提取收割边界点,基于最小二乘法拟合边界直线,根据当前边界线预测下一帧数据边界点的候选范围,由收割边界直线计算航向偏差和横向偏差。实验表明,该方法可以有效提取作物高度和收割边界信息,高度检测平均绝对误差为0.043 m,边界识别正确率93.30%,航向偏差平均误差为1.04°,横向偏差平均绝对误差为0.084 m,对联合收获机无人驾驶自适应调控有应用价值。

高温胁迫对水稻拔节期净光合速率·SPAD·叶绿素荧光动力学的影响

[目的]研究高温胁迫对水稻(Oryza satva L.)拔节期净光合速率、相对叶绿素含量(SPAD)和叶绿素荧光动力学参数的影响。[方法]供试水稻品种为江苏省镇江市常用品种镇稻6号。温度具体设定(一天按24 h计)如下:10:00为36℃,11:00为38℃,12:00为39℃1,3:00为40℃1,4:00为38℃,15:00为35℃。[结果]与对照组相比,高温胁迫下水稻的净光合速率、相对叶绿素含量和叶绿素荧光主要参数(Fm和Fv/Fm)均明显降低,并且随着胁迫温度的升高及胁迫时间的延长,下降幅度也逐步增大。[结论]高温显著降低了PSⅡ的Fv/Fm和Fm,说明高温抑制了光合碳代谢的电子供应,这与水稻叶片的净光合速率以及相对叶绿素含量指标变化情况相一致。

高温胁迫及恢复对水稻叶绿素荧光动力学特性和保护酶活性的影响

[目的]研究高温胁迫对拔节期水稻(Oryza sativa L.)叶绿素荧光动力学参数及保护酶活性的影响。[方法]水稻品种为镇稻6号。试验设1、3、5 d高温胁迫处理和高温胁迫处理5 d后恢复2 d处理,另设1个常温对照。一天中高温胁迫温度设定为:10:00,36℃;11:00,38℃;12:00,39℃;13:00,40℃;14:00,38℃;15:00,35℃。[结果]与常温对照相比,高温胁迫下水稻叶绿素荧光主要参数F0变化不大;与常温对照相比,高温胁迫1、3、5 d处理Fv/Fm明显降低,但高温胁迫3、5 d处理Fv/Fm相比高温胁迫1 d处理升高,高温胁迫处理5 d后恢复2 d处理Fv/Fm与常温对照差异不大。与常温对照相比,高温胁迫1 d处理的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性明显增强,丙二醛(MDA)含量增加,但随着胁迫时间的延长其均逐渐降低,接近对照水平。[结论]夏季高温对水稻PSⅡ反应中心造成可逆性伤害,并在保护酶的作用下逐渐修复,适应性逐渐增强,常温恢复2 d后可接近正常水平。

基于无线传感的丘陵葡萄园环境监测系统研究

为了解决丘陵葡萄园环境信息和土壤墒情的无线监测问题,设计了一种能够实时采集、传输数据的丘陵葡萄园环境采集系统。系统基于无线传感器网络技术,采用Amega128L微处理器和CC2420芯片为基础设计无线传感器节点,传感器节点上接有土壤温湿度传感器、空气温湿度传感器以及光照强度传感器,通过这些传感器采集葡萄园环境信息。传感器节点将采集的环境信息经无线方式传给汇聚节点,汇聚节点通过RS232串口将数据传到上位机的数据库中,实现了丘陵葡萄园环境信息的无线实时监测。试验研究表明,系统具有功耗低、传输数据实时可靠等优点,能很好地实现丘陵葡萄园环境监测的应用要求。

采摘机器人末端执行器研究现状与展望

简述了国内外末端执行器的发展现状,对非夹持与夹持类的果实获取方式和拉、折、剪、热切割等不同分离方式进行了分析与比较,对吸盘、推杆、安全杆等附加机构的功能与配置方式进行了归纳,并介绍了末端执行器中视觉、距离、接近等传感器的集成应用情况,进而指出了末端执行器研究中仍存在的问题。同时,对采摘机器人末端执行器的发展进行了展望。

基于自适应MPC的拖拉机路径跟踪控制方法

针对传统模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)无法适应拖拉机田间作业工况复杂性的问题,提出了一种基于自适应时域MPC的路径跟踪控制算法。首先,基于拖拉机运动学建立线性时变车辆误差模型;然后,根据拖拉机实时速度和参考路径曲率,利用模糊控制算法确定当前最优预测时域和控制时域;最后,结合MPC算法控制拖拉机跟踪预先设置好的参考路径。实车试验表明:拖拉机路径跟踪横向误差绝对值均值<0.03 m,直线段横向误差绝对值<0.07m,曲线段横向误差绝对值<0.15m,且路径跟踪控制器能够保证拖拉机在5s以内准确、快速地跟踪预先设置的参考路径。

分段式大蒜收获机械研究进展

大蒜收获具有时效性强、用工量大等农艺特点,缺乏收获机械来解放劳力。分段式大蒜收获机械结构简单、成本低廉、操作简便,虽然国内外研究不多,生产也不成熟,但这是目前最有可能解决大蒜收获问题的较好方案之一。将大蒜机械收获方式定义为分段收获和联合收获;对现有的大蒜收获机械从原理上进行分类、典型结构进行描述、关键部件进行提炼,大致可为振动式、链轮式和抛掷式,为大蒜收获机械的研究和生产提供参考。

联合收割机行走变速箱故障特征提取方法研究

针对联合收割机行走齿轮箱故障诊断率低的问题,提出了基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)及样本熵优化VMD参数的故障特征提取方法,研究了不同分解算法对故障诊断率的影响,并在试验台上采集行走变速箱不同故障状态下的振动信号开展试验研究和验证。试验结果表明:与EMD样本熵和无样本熵情况相比,VMD样本熵具有维度低、识别精度高的优点,同WOA-KELM模型组合在故障诊断中有良好的识别分类性,可以用于联合收割机行走变速箱的故障诊断。

食用菌菇房环境CFD模拟及送风管布置方案研究

食用菌栽培菇房生产规模化和大型化的发展,对通风部件和控制系统提出更高的要求。为此,以草菇栽培菇房为研究对象,进行环境测量试验,建立菇房CFD模型,进行CFD非稳态模拟,分析其内部环境分布情况,并讨论了通风部件参数对菇房内流场分布的影响。结果显示:模拟值与试验数据的最大绝对误差为0.3℃,吻合性较好;菇房的通风方式为紊流射流,气流存在射流贴壁附流现象,内部温度存在上下分层现象;送风管位置对菇房内气流和温度分布情况影响较大,屋顶结构对温度分布的影响较小。

模糊K-Harmonic-Kohonen网络的FTIR光谱数据聚类分析

食品的品种不同则其含有营养成分和功效存在差异,得到的傅里叶变换红外光谱也存在差异。为了准确的实现品种分类,设计了一种将傅里叶变换红外光谱与模糊聚类分析方法相结合的品种鉴别方法。在模糊Kohonen聚类网络(FKCN)基础上将模糊K调和聚类(FKHM)引入到Kohonen聚类网络的学习速率和更新策略中,提出了模糊K-Harmonic-Kohonen网络(FKHKCN)算法。FKHKCN利用模糊C均值(FCM)聚类的模糊隶属度计算其学习速率,以FKHM的聚类中心为基础通过推导计算得到FKHKCN的聚类中心,可以解决模糊Kohonen聚类网络方法对于初始类中心敏感而导致聚类结果不稳定的问题。FKHKCN作为一种模糊聚类算法,可实现傅里叶变换红外光谱数据的聚类分析。采用三种数据集:(1)采集产自四川的三种茶叶(优质和劣质的乐山竹叶青以及峨眉山毛峰)作为实验样本,样本总数为96。(2)两个品种(robusta和arabica)的咖啡样本。(3)三个品种(鸡肉、猪肉和火鸡)的肉类样本。首先对三个光谱数据集进行预处理,利用多元散射校正降低茶叶样本原始光谱数据集的散射影响,使用Savitzky-Golay减少噪声对肉类和咖啡这两个光谱数据集的影响。再利用主成分分析将高维的三种光谱数据集压缩至低维。然后采用线性判别分析进行特征提取,将光谱数据投影到求得的鉴别向量上。最后分别采用FCM,FKCN和FKHKCN对茶叶、肉类和咖啡进行判别。最终结果如下:FCM,FKCN和FKHKCN对茶叶品种的聚类准确率分别为90.91%,90.91%和93.94%;对肉类品种的聚类准确率分别为90.83%,0.00%和92.50%;对咖啡品种的聚类准确率分别为89.17%,89.17%和90.83%。以上实验结果表明:采用傅里叶红外光谱技术结合主成分分析、线性判别分析和FKHKCN的方法能够较有效地对食品的品种进行鉴别,且鉴别准确率比FCM和FKCN更高,聚类结果更稳定。

蔬菜穴盘育苗底部气吹式钵体松脱装置设计

针对蔬菜穴盘苗直接拔苗费力又损伤大的问题,设计了一种有助于穴盘苗移栽的气吹式钵体松脱装置。利用直线模组移位单元和双联气缸升降单元组合成输送系统,驱动气嘴排从穴盘底部的穴孔排水口逐排顶吹穴盘苗钵体,实现穴盘苗钵体与穴孔壁之间非机械接触式放松,利于移栽时人工轻松拔苗或机械快速夹取。对关键部件进行设计,使用排气孔直径为5mm的气嘴,能确保气体射流从128穴孔排水口有效顶吹穴盘苗钵体而不顶盘,根据亚声速自由气体射流动力学原理计算表明:当气嘴口空气射流压力大于0.098 MPa,不超过0.235 MPa时,所设计的气嘴能将穴盘苗吹松而不破坏苗钵根土结构。开展气力顶钵松脱多因素试验研究,结果表明气流喷射压力高度显著影响苗钵完整率,钵体含水率对完整率影响显著,其他苗龄、气流回路流量、气嘴头有无海绵密封等试验因素没有统计学显著性影响。当气嘴回路中气流喷射压力控制为0.2 MPa,钵体含水率为55%～60%,黄瓜苗龄为25 d,气流回路全开,气嘴没有海绵头铺垫时,对穴盘苗顶吹作用达到既能将穴盘苗钵体顶松脱离穴孔壁粘附,又最大程度保证钵体完整度的效果。开展验证性试验,苗钵气力松脱完整率达到96%以上,完成整盘苗放松约48s,满足实际需要。该研究可为开发省力的穴盘苗钵放松装置和边松脱边取苗的高效无损自动取苗机构提供参考。

自动移栽机整排取苗间隔投苗控制系统设计与试验

针对自动移栽机取苗控制精度、协调配合等问题,结合自主设计的自动移栽机取苗、投苗及分苗系统结构及其工作原理,基于可编程控制器PLC设计了一种整排取苗间隔投苗控制系统。该控制系统采用3个行程开关I1、I2、I3检测翻转取苗状态,实现取苗爪针在插入苗钵过程中逐渐收缩的过程,减少了对钵体内部的损伤;运用光电传感器感应分苗杯位置和数量,以增量式编码器获取分苗杯运动位移,通过两者配合完成苗钵在最佳投苗点投苗;选用72孔和128孔穴盘、20 d苗龄的黄瓜苗进行取苗、投苗栽植试验,检测控制系统性能。试验结果表明:在栽植频率40~70株/min范围内,两种穴盘苗的取苗投苗综合成功率均高于95%,平均值为97.98%,随着栽植频率的增加,取苗投苗综合成功率有所下降,但变化不大,证明设计的控制系统能适用不同规格苗盘、不同栽植频率下的自动移栽,达到高效自动移栽目的。

温室穴盘苗自动移栽机设计与试验

针对种苗从高密度穴盘移植到低密度穴盘,或者从穴盘直接移植到花盆的温室穴盘苗移栽生产需要,设计了一种轻简型自动移栽机。利用成熟的直线模组和无杆气缸组合设计出自动移栽机械臂,驱动取苗末端执行器往复于来源盘和目标盘进行取苗、移苗、栽苗操作,采用双排链传动实现穴盘和花盆输送,对穴盘苗的夹取操作采用气动两指四针钳夹式夹钵取苗方法。根据所设计的移栽机工作要求,构建电气控制系统。试制样机,开展试验研究。采用直线位移传感器系统检测分析机器取苗移栽移位性能,结果显示对于128/72孔穴盘苗,移栽效率分别达到1 221株/h和1 025株/h,运用单样本t检验法分析得到实测取苗移位间隔与理论设定穴孔间隔无显著差别,标准差低于0.5,整机工作精度准确。以当地自行培育的种苗为移栽对象,进行温室穴盘苗移栽生产试验,对比分析自动取苗移栽效能,结果显示多种穴盘苗移栽成功率平均达到90.70%,苗钵夹取破碎率低于5%,自动取苗移栽效果较好。

基于Micro-CT的黄瓜苗坨夹取破损检测及取苗参数优化

为了减小自动移栽时取苗爪夹取苗坨的破损,利用X射线Micro-CT对处于夹取状态的黄瓜苗坨进行检测,用阈值分割方法将根系和孔隙从断层图片中分割提取并三维重构。在垂直和水平方向将苗坨划分成6等份,对根系和孔隙的体积和分布密度进行统计,得出夹取过程中根系未发生显著位移,根系的作用是将基质缠绕包裹住,防止苗坨散坨;孔隙的体积和分布密度变化非常显著,新生孔隙的聚集和裂缝的形成是导致苗坨破损的主要原因。苗坨中夹针收缩移动的区域、夹针的顶端部位和苗坨的顶部是破损的主要部位,用这3个区域孔隙体积的增加量作为评价苗坨破损量的指标,对圆形和扁形2种夹针,在夹针直径为2、2.5和3 mm,夹取初始角为7°、9°和11°时进行扫描试验,得出在夹针收缩量为5 mm时,减小夹针直径和增大夹持初始角可以减小苗坨破损量,相同夹取条件下圆针夹取苗坨的破损量小于扁针;在夹取力等于苗坨屈服点的抗压力7.31 N时,圆针和扁针的收缩量分别为4.75和4.26 mm,此时孔隙体积的增加量分别为843.7和786.1 mm^3,扁针夹取苗坨的破损量小于圆针。以苗坨质量损失25%作为考核指标,在自动取苗机构上进行试验,结果表明,在夹针直径为2 mm,夹取力和夹取初始角分别为7.31 N和11°时,苗坨的破损率为6.3%,小于其他参数的试验结果,与Micro-CT扫描分析的结论一致。

油菜脱出物漂浮速度及摩擦与浸润特性的测定与分析

为了研究油菜脱出物的漂浮、摩擦、浸润特性及其对油菜清选性能的影响,采用DFPF-25型漂浮速度试验装置、UMT-2型微观摩擦磨损试验机和CAM101型接触角测量仪对油菜脱出物主要成分的漂浮速度、多频往复摩擦特性和浸润性进行了测定和分析。试验结果表明:油菜脱出物中的角果皮、短茎秆和油菜籽的漂浮速度差异较小,导致油菜风选作用不明显;多频往复条件下的油菜茎秆、角果与筛面的摩擦因数呈周期性变化,茎秆与筛面基体间的瞬时摩擦因数大于1.0,角果皮的最大摩擦因数为0.2,导致茎秆比角果皮更容易与筛面粘连;茎秆外表面亲油疏水,角果皮外表面亲油亲水,表明油菜脱出物中的油性成分对混合物中的细小成分更具有粘合作用。因此研发具有低摩擦、疏水疏油特性的新型筛面是解决油菜清选粘筛堵孔难题的关键。

联合收割机行走底盘变速箱齿轮的疲劳分析

为预测联合收割机行走底盘变速箱齿轮的失效部位及使用寿命,采用SolidWorks软件建立了联合收割机行走底盘变速箱输入齿轮副的三维有限元模型,并模拟实际工作情况进行齿轮传动加载。根据齿轮面-面接触力学模型,分析了齿轮副在载荷作用下的力学特性,计算得到齿轮的齿面范·米塞斯(VonM ises)应力、位移及应变分布状况,其最大范·米塞斯应力约为394.16MPa,小于材料的屈服极限,轮齿根部不会发生齿根断裂。基于Simulation模块中定义的S-N曲线对齿轮进行了疲劳分析,运用威尔布分布描述疲劳失效的概率,预测了当齿轮的工作寿命为500h时齿轮的失效概率为93.96%。在自制的变速箱疲劳试验台上进行了疲劳性能试验,结果表明输入主动齿轮在工作500h后齿面磨损非常严重。齿面点蚀主要集中在齿面的中部区域,齿轮完全失效,与理论分析基本吻合。