农业装备试验装置精密位置测量系统开发

为了开发农业装备试验装置(简称:土槽)的坐标位置测量装置,设计了一种基于增量式光电编码器的高精度位置测量系统,完成了系统的机械机构设计和电路设计,并进行了系统仿真和标定实验。该位置测量系统具有测量范围大,精度高,可以满足农业装备试验装置在轨道上行驶的位置坐标测量的需求。

西北地区农业生物质秸秆热特性分析

【目的】分析西北地区农业生物质秸秆的热特性,为合理有效利用西北地区农业生物质能奠定基础。【方法】采集陕西、甘肃、宁夏、青海、西藏和新疆等6省(自治区)97个县(市)252个小麦、玉米、水稻、油菜、棉花等5种秸秆样品,采用瞬态热线法测定秸秆的热传导率、热扩散率和比热容,统计分析不同种类、不同地域秸秆热特性的差异性,采用GIS技术分析西北各省(区)秸秆热传导率的区域分布规律。【结果】西北6省(区)小麦秸秆热传导率、热扩散率和比热容的平均值分别为0.103~0.118 W/(m·K)、0.213~0.223mm2/s、0.473~0.526 MJ/(m3·K);6省区玉米秸秆的3个热特性平均值分别为0.105~0.116 W/(m·K)、0.203~0.232 mm2/s、0.479~0.553MJ/(m3·K);陕西、宁夏和新疆水稻秸秆的3个热特性平均值分别为0.103~0.117 W/(m·K)、0.206~0.214mm2/s、0.483~0.572 MJ/(m3·K);陕西、甘肃、青海和西藏油菜秸秆的3个热特性平均值分别为0.108~0.116W/(m·K)、0.202~0.219mm2/s、0.495~0.575 MJ/(m3·K);陕西、甘肃和新疆棉花秸秆的3个热特性平均值分别为0.129~0.132 W/(m·K)、0.182~0.190 mm2/s、0.677~0.710 MJ/(m3·K)。【结论】棉花秸秆热特性与小麦、玉米、水稻和油菜秸秆之间有显著差异;小麦、玉米、油菜秸秆热特性地域差异性显著;热传导率的地域分布表现为从新疆到陕西由西向东逐渐减小;农作物的种类、气候和环境条件对秸秆热特性有一定的影响。

一种新型速生材单板改性技术--密闭环境下的高温饱和蒸汽软化和横向压缩处理

介绍一种新型低密度速生材单板改性技术———密闭环境下的高温饱和蒸汽软化和横向压缩处理。它利用木材的黏弹性,生产出一种高机械性能、良好尺寸稳定性和良好胶合性能的压缩木产品。此工艺是为改性厚度小于10 mm的低密度薄板而开发,木材的软化、致密和定型都在一个可保持高温高压密闭环境的设备中完成。处理过程只需要20 min左右,所采用的温度在150～200℃之间,既缩短了生产周期,又避免了纤维素在高温下降解而削弱了压缩木的强度。单板压缩后可与其他单板进行胶合,形成一种新的高强度木基复合材料,用于室内装饰、家具制造、木建筑的构件等。本文介绍此新型压缩技术的工艺流程、生产设备和研究现状,分析其压缩产品的应用前景,并对其今后的研究给出一些建议。

咖啡豆的烘焙条件对其成分含量的影响研究

用凯氏定氮法、可见分光光度法、滴定管法、马弗炉法和索氏抽提法等分析检测手段及SPSS17.0数据统计分析软件,研究了烘焙条件对越南罗巴斯达咖啡生豆和烘焙豆的蛋白质、总糖、淀粉、脂肪和灰分等品质成分的影响。结果表明,越南罗巴斯达咖啡属于蛋白质含量较高、脂肪含量低的咖啡豆品种,随烘焙程度和烘焙温度的增加,其蛋白质和淀粉含量先升高后稍下降、总糖含量却显著降低、脂肪和灰分含量明显增高,各成分变化范围：蛋白质含量14.50%～17.20%、淀粉含量16.30%～25.30%、总糖含量0.687%～4.340%、脂肪含量7.64%～12.50%,灰分含量3.47%～5.23%。

咖啡中丙烯酰胺检测方法及含量研究进展

由于丙烯酰胺对人体有神经毒性和潜在的致癌性,在美国,咖啡烘焙、咖啡粉末和速溶咖啡中丙烯酰胺都有限量。目前测定咖啡中丙烯酰胺的方法较多,每种方法各有利弊。主要介绍测定咖啡中丙烯酰胺的4种方法:气相色谱法,高效液相色谱法,气相色谱串联质谱法和液相色谱串联质谱法。总结在各种类咖啡中丙烯酰胺含量检测方法的最新进展。

中压电场处理下苹果流变及质地特性的关联规律

为了明确中压电场处理对苹果流变及质地特性之间关联的影响,该研究检测了中压电场不同电场强度(15~90 V/cm)和温度(30~70℃)处理后苹果的蠕变特性、动态黏弹性及全质构TPA(texture profile analysis)质地特性。结果表明:与相同温度下的水浴处理相比,中压电场处理能使苹果实现快速软化,硬度、脆度和咀嚼性随着电场强度及温度的升高线性下降;随着电场处理温度及电场强度的增大,苹果黏弹性均下降,且弹性损失大于黏性损失,但其力学性质仍以弹性特征为主;初始弹性模量E_0、损耗模量G''、延迟时间T_1可以作为流变特性的指标来分析其与质地特性的关系;硬度、脆度及咀嚼性与黏弹性因子呈显著正相关(P<0.05),回复性、内聚性与黏弹性无显著相关关系。45 V/cm及以下场强处理条件下电场的影响随温度的变化不大;而大于45 V/cm场强时,即使作用时间较短,也能够在较低温度下对苹果质地及黏弹性造成较大影响,硬度降低,内聚性无显著性差异,表明短时间的较高场强处理适合罐头等深加工产品的预处理。研究结果可为中压电场预处理果蔬工艺条件改进提供理论支撑。

魔芋粉-壳聚糖-聚乙烯醇共混胶黏剂的性能及其胶合机理

为了提高魔芋粉的利用价值,开发环境友好型木材胶黏剂,以魔芋葡甘聚糖、壳聚糖为胶黏剂主料,添加聚乙烯醇制备三元共混胶黏剂。通过差示扫描量热法(DSC),分析共混胶的热特性,确定了热压温度参数;采用正交试验法,探讨热压工艺参数对胶合板强度的影响,并进一步对比了二元共混胶和三元共混胶的强度;通过红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)进行了微观结构分析。结果表明:在热压温度130℃,热压时间15min,压力4MPa,胶存放时间24h的条件下,用该胶黏剂压制的胶合板,干湿状胶合强度最大;FTIR分析发现3种高分子之间存在着氢键等强烈的相互作用;SEM分析表明三元共混胶黏剂中存在网状结构,使胶合强度得到提高。研究结果为加速环保木材胶黏剂研发进程和完善加工工艺条件提供了科学依据。

一种基于主动轮廓模型的连接米粒图像分割算法

针对图像中连接米粒分割困难的问题,提出了一种基于主动轮廓模型的分割算法。首先,对籽粒二值图像的欧氏距离变换进行局部极小值检测,并通过形态学膨胀算子合并局部极小值点,在每个籽粒内部只产生一个区域。其次,以这些区域的边界作为初始曲线,在主动轮廓模型的指导下,曲线向籽粒的边界演化,最终将图像中各个米粒分割。试验结果表明,对圆江米、粳米、长江米和黑米4个品种的米粒,基于主动轮廓模型的连接米粒图像分割算法的分割正确率分别达到93.4%、92.4%、88.0%和90.4%,综合准确率为91.05%,比基于分水岭的方法提高了26.7%。因此,基于主动轮廓模型的算法为分割连接米粒图像提供了一种有效途径。

后熟过程中植物生长调节剂对猕猴桃电阻抗图谱特性的影响

为了探索植物生长调节剂对后熟过程中猕猴桃电阻抗图谱的影响,检测了膨大果和未处理的对照果的电阻抗图谱,观察了2类猕猴桃果肉组织细胞微观结构的变化,利用Hayden等效电路模型分析了后熟过程中猕猴桃果肉组织细胞外液电阻、细胞内液电阻和细胞膜阻抗的电学特性变化。后熟过程中,低频时膨大果阻值较大但变化较小,高频时2类猕猴桃阻值趋于一致;频率为12k Hz时相位角最大;2类果的Cole-cole图均为一段圆弧,对照果的圆弧半径变化较大;膨大果细胞膜阻抗差异不显著,对照果从第7天开始细胞膜阻抗急剧减小;对照果细胞外液电阻低于膨大果,从第7天开始2类果均呈现减小趋势。电阻抗图谱法揭示了后熟过程中对照果与膨大果的电阻抗特性变化规律,为猕猴桃膨大果的检测识别提供了研究基础。

基于电阻抗成像的植物单根断层图像重建

为了实现植物根系结构形态的原位检测,植物根系单根的断层图像重建研究非常必要。该文应用动态电阻抗成像技术对土壤-树根模拟系统进行了图像重建,对重建图像进行二值化处理并求出树根在该系统中的位置坐标、面积和形状,并以树根的位置坐标、面积及形状的相对偏差为指标,分析了图像重建算法、土壤含水率2个因素对成像质量的影响。结果表明:电阻抗成像技术能够实现树木单根断层图像重建;将重建图像进行二值化处理,所得图像更加直观,便于定量评价成像质量;基于Newton单步残差正则化的一步牛顿误差重构(Newton’s one-step error reconsruction,NOSER)算法,比基于全变差正则化的主双-内点模式(primal dual-interior point method,PD-IPM)算法的成像质量好;土壤含水率越高成像质量越好。该研究为基于电阻抗成像技术的植物根系结构形态的图像重建提供参考。

疏解棉秆的微波干燥动力学及能耗分析

为了研究疏解棉秆微波干燥过程中装载量对干燥时间、干燥速率、干燥效率以及单位能耗的影响,该试验采用微波频率为2 450 MHz,输出功率为1 k W的微波干燥设备,装载量范围在34~200 g的疏解棉秆进行干燥。结果显示：干燥过程经过一个短暂的升速后较长时间处于降速阶段;采用7种常见薄层干燥模型对干燥数据进行非线性拟合,通过比较决定系数、均方根误差、离差平方和,发现Midilli模型是表述疏解棉秆微波干燥的最优模型,干燥系数随着装载量的增加而减小;装载量从34 g增加到200 g时,干燥时间也随之从10 min增加到20 min;疏解棉秆的水分有效扩散系数随着装载量的增加而减小,其平均值介于1.8078×10-8~4.1997×10-8 m2/s,同时基于Arrhenius方程,求得平均活化能为4.82 W/g;装载量在34~200 g时,通过提高装载量能够提高微波干燥效率（7.52%~19.78%）,同时降低微波干燥的单位能耗（12.49~35.90 MJ/kg）。研究结果为棉秆的干燥和工业化生产提供参考。

加热温度对苹果组织中细胞阻抗特性及水分分布的影响

为了探索温度对苹果组织细胞及其中水分分布的影响,检测了加热过程中苹果组织的电阻抗图谱,根据Hayden等效电路模型计算分析了苹果组织细胞内、外液电阻和细胞膜阻抗随温度的变化及细胞内外水分分布的变化,并对不同温度下的苹果组织细胞结构进行了电镜扫描.结果表明,加热过程中苹果组织的阻抗随频率的增加而减小;低于65℃时频率为12kHz的相位角达到最大值;苹果组织的Cole-Cole图圆弧半径在65℃时明显减小.温度是破坏细胞结构的主要因素,其对苹果组织细胞结构的影响可分为3个阶段：小于60℃、60~70℃、大于70℃;65℃是细胞结构热破坏温度.加热至65℃时,细胞膜阻抗、细胞内、外液电阻均出现突变,细胞内、外液中水分的90%运移至细胞间.电阻抗图谱法从细胞层面上检测得到苹果组织细胞微观结构热破坏温度及水分分布情况,为改进果蔬加工加热预处理工艺提供了理论依据.

农用车底盘偏置转向轴驱动轮运动与动力特性试验

为研究农用柔性底盘偏置转向轴驱动轮的运动与动力特性,设计了基于偏置转向结构的实验台。该实验台是一种水平转盘式的电动驱动轮性能测试试验台,且转盘的回转轴与偏置转向轴同轴,通过对电动轮及其车叉的试验分析来获取驱动轮的动力与运动参数。利用MATLAB/SIMULINK建立试验台模型并模拟了试验过程;试制了试验台并应用Visual Basic开发了试验台记录软件。在额定转速下进行了不同加载量的性能试验并与模拟结果进行了比较。试验结果表明:加载不同载荷时,电动轮达到稳定转速平均时间稳定为0.667 s;承载载荷500 N时的转向力为77.24 N,且偏置轴转向力与载荷呈线性关系,验证了实验台的可行性及模型的有效性。该研究可为偏置转向轴驱动轮的转向及参数优化提供参考。

棉秆束/高密度聚乙烯定向复合板制备

为了有效利用废弃棉秆资源,该文采用热塑性高密度聚乙烯塑料作为填充料,将疏解的棉秆束定向铺装热压制成复合板。利用热重分析仪分析了棉秆的热解特性,采用正交试验的方法分析了复合板密度、塑料质量分数、热压温度、热压时间对复合板力学性能的影响;用扫描电镜观察到棉秆纤维与高密度聚乙烯复合界面存在机械啮合结构。通过试验得到制备定向复合板的较优热压工艺参数为:复合板密度0.8g/cm3,塑料质量分数50%,热压温度168℃,热压时间17min。在此工艺条件下,复合板的静曲强度、弯曲弹性模量和内结合强度分别达到31.51、4561.25和0.52MPa,超过定向刨花板OSB/1的标准值。

基于电阻抗的苹果干燥过程含水率实时检测及动力学分析

为了找到一种经济便捷的苹果片干燥过程含水率实时检测方法,分析热风温度和风速对干燥过程的影响,该研究实时检测了不同风速和热风温度下苹果片的电阻抗和含水率并分析了其随时间变化的规律。结果表明,干燥过程中苹果片电阻抗随干燥时间的增加而增大,含水率随干燥时间而减小,两者线性负相关(R2≥9.3),因此可以通过电阻抗的变化实时检测苹果干燥过程。苹果片电阻抗和含水率随干燥时间的变化均符合薄层干燥Logarithmic模型;基于电阻抗和含水率分别拟合得出不同条件下的干燥速率,并利用阿伦尼乌斯公式求出苹果试样干燥过程活化能,当风速为0.5和1.0 m/s时,依据电阻抗计算所得活化能分别为32.447和23.212 k J/mol,含水率计算所得活化能为27.320和22.947 k J/mol,依据电阻抗计算所得活化能与前人研究活化能值更一致。研究结果可为苹果片干燥过程在线检测和分析提供参考。

棉秆挤压剥皮剪切力学特性试验

针对棉秆重组材原料疏解剥皮的需要,该文利用自制的棉秆剥皮试验台,以测试剥皮剪切强度为目标,对含水率、取样部位、加载强度3个影响因素进行了中心组合试验,对皮附着长度进行了单因素试验,并将泡水软化棉秆和新鲜棉秆进行了比较。结果表明:取样部位、加载强度对轴向与切向剥皮剪切强度影响显著(P<0.01);含水率对轴向和切向剥皮剪切强度的影响不显著(P>0.05),三因素间的交互作用均不显著(P>0.05);加载强度、取样部位、含水率对棉秆剥皮剪切强度的影响依次由强到弱;切向剥皮方式优于轴向剥皮方式;新鲜棉秆的剥皮剪切强度较小,收获后及时剥皮效果好。该研究可为棉秆疏解剥皮装备的设计提供参考。

柔性底盘性能检测试验台设计与应用

为了检测基于偏置转向轴结构的四轮独立驱动、独立转向柔性底盘的性能和运动控制参数,试制了一种由4个水平转盘构成的柔性底盘性能检测试验台,设计了试验台检测控制电路和系统软件。通过柔性底盘在试验台上的运行,模拟直行和90°横行运动,进行柔性底盘运动性能及控制参数的测试。试验结果表明：在不同运动状态下柔性底盘轮毂电机的转速从0增加到匀速状态所需的时间为2~3 s,柔性底盘直行和90°横行的牵引力分别可以达到1 132 N和1 165 N;定速行驶时,柔性底盘各轮毂电机的驱动力不同,需要实时自动调节各轮毂电机的驱动电流,保证各独立驱动的轮毂电机协调运动。测试结果可为四轮独立驱动独立转向柔性底盘控制策略的制定和参数优化提供依据。

基于流变和电特性的豆浆凝固过程动力学解析

凝固工序是豆腐生产的关键工序,直接影响豆腐的品质和得率。凝固温度和凝固时间是影响凝固工序的2个关键因素。为了分析凝固温度和时间对豆浆凝固过程的影响,研究了豆浆在凝固过程中流变特性的在线检测方法,采用电阻抗图谱法和动态流变法检测豆浆在凝固过程中电特性和流变特性的变化,建立了不同凝固温度下电特性和流变特性的关系模型。结果表明,电阻抗图谱法和动态流变法均能分析豆浆的凝固过程,其过程由两段一级反应组成且符合连续一级反应模型;第1段反应速率随着温度的增加而增大,是第2段反应速率的10多倍;根据电阻率、弹性模量和黏性模量计算得到活化能分别为17.82、112.90、53.72 k J/mol,表明豆浆在凝固过程中流变特性的变化受温度的影响更大。电特性测量提供了豆浆在凝固过程中流变特性的在线检测方法。

棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板的制备工艺优化

为了有效利用棉秆资源,该文以长棉秆束为基体,以等规聚丙烯薄膜为填充材料,热压制备了棉秆/聚丙烯薄膜定向复合板。采用单因素和正交试验分析了薄膜质量分数、热压温度、热压时间和密度对复合板力学和吸水性能的影响,得到较优热压工艺参数为:薄膜质量分数15%,热压温度185℃,热压时间15 min,密度0.7 g/cm3。在此条件下,复合板的静曲强度为60.60 MPa,弹性模量为5074.4 MPa,内结合强度为1.48 MPa,吸水厚度膨胀率为2.53%。用扫描电子显微镜观察到复合板中棉秆纤维和塑料薄膜接合界面存在机械互锁结构。该研究可为有效利用农作物秸秆制备定向复合板提供参考。

适宜薄膜含量提高棉秆/塑料定向复合板力学和吸水性能

为了有效利用棉秆资源,制备高性能的生物质秸秆人造板,该文以等规聚丙烯和高密度聚乙烯薄膜为填充材料,以长棉秆束为基体材料,采用定向分层铺装方法,热压制备了不同薄膜含量的棉秆/塑料定向复合板,测试了复合板的物理力学性能,用扫描电子显微镜观察了复合板的微观结构。结果表明,等规聚丙烯基复合板物理力学性能优于高密度聚乙烯基复合板,且当等规聚丙烯薄膜质量分数为15%时,复合板性能较佳,在此条件下,复合板的静曲强度、弹性模量、内结合强度、吸水厚度膨胀率和吸水率分别为60.60 MPa、5074.4 MPa、1.48 MPa、2.53%和18.60%。复合板中棉秆纤维和塑料薄膜接合界面存在机械啮合结构。该研究可为利用农业生物质秸秆和塑料薄膜制备木塑复合材料提供参考。