农业机械学报杂志北大期刊CSCD期刊统计源期刊

摘要：水质的实时监测和调控是水产养殖过程中的关键环节,是保证水产品品质的重要措施。本文在总结和整理现有国内外研究成果的基础上,结合国内水产养殖多为池塘、网箱等封闭水质环境的特点,对水产养殖水质监测与控制系统的典型架构、水质重要参数的检测技术、水质监测与控制系统的通信技术和智能控制技术进行了分析和讨论。提出了未来技术发展方向:实时在线的水质监测和传感技术将成为研究的重点方向;水质参数的预测仍将是水质监测技术的重点研究方向,其中非线性预测模型是水质预测模型构建的主流方法;结合数据融合技术的多参数传感器正成为研究热点;低功耗广域网将成为水产养殖水质监控系统主流的远程通信技术。

摘要：针对自然条件下棉叶螨虫害等级识别难的问题,在自然条件下以普通手机采集棉叶图像作为实验对象,首先使用大津法和连通区域标记算法,将棉花叶片图像与背景分离,然后,提取不同棉叶螨危害等级棉叶图像的颜色、纹理和边缘特征数据,使用支持向量机(Support vector machine,SVM)单独进行分类实验,得到平均识别正确率为76.25%,最后,采用SVM和AdaBoost相结合的算法,生成最优判别模型,实现对棉叶螨危害等级的识别,平均识别正确率为88.75%。对比实验表明,提出的棉叶螨危害等级识别方法比BP神经网络的平均识别正确率高13.75个百分点,比单独采用SVM算法高12.5个百分点,比单独采用AdaBoost算法高8.75个百分点,SVM和AdaBoost相结合的算法可较好地对棉叶螨危害等级进行识别,为棉叶螨数字化防治和变量喷药提供了数据支持。

摘要：为实现高效低成本的油菜植株三维建模和表型参数在线测量,提出一种基于RGBD相机的油菜分枝三维重建和角果识别定位方法。使用Kinect传感器拍摄角果期油菜分枝在4个视角下的彩色图像和深度图像,进而获取油菜植株的三维点云并滤波。对配准的点云进行旋转变换,计算点云的曲面法矢量和曲率,并由曲率相近的点构成配对点对,再使用基于KD-tree搜索的最近点迭代(ICP)算法实现点云的初配准。将初配准误差作为参考值,调整ICP算法的对应点距离阈值,使用初配准的操作流程对初配准得到的新点云进行再次配准,完成精配准。结合该三维重建方法和针对性的彩色图像处理方法,得到去除主茎的单分枝油菜角果的完整点云,再进行欧氏聚类实现单个角果的空间定位。实验结果表明,提出的三维重建方法具有较强的实时性和鲁棒性,单个角果的三维形态清晰可见,点云平均距离误差小于0.48mm,角果总体识别正确率不小于96.76%。

摘要：针对辽宁省西部褐土区常年降水量低,蒸发量较大,土壤干旱严重,严重影响作物产量问题,设计了1MXQ4型灭茬旋耕起垄联合作业机,主要由深松装置、灭茬旋耕装置、起垄装置和镇压装置等组成。机具可一次完成深松、灭茬、旋耕、培垄和镇压等多项联合作业,实现垄沟垄台互换功能。通过对其关键部件灭茬旋耕装置的动力学分析确定了灭茬装置回转半径R为300mm,入土深度H为8cm,最小转速n为210r/min。按犁体曲面的几何元线法设计原理,元线角θ按抛物线规律变化,绘制起垄铲工作曲面,确定起垄装置结构参数。通过土槽模拟土粒运动轨迹的木块试验,得出曲面楔子型培土器工作性能优于平面楔子型培土器,实现了垄台垄沟互换功能。通过三因素五水平试验,得出各因素对试验指标起垄最大高度影响主次顺序为机具前进速度、工作深度、秸秆覆盖量;各因素对工作阻力影响的主次顺序为秸秆覆盖量、工作深度、机具前进速度。利用Design-Expert软件对机具工作参数求解和实际工作验证得到最佳作业参数:机具前进速度为6km/h,工作深度为22.2cm,起垄最大高度为24.05cm,工作阻力为12.08kN。满足了辽宁省西部褐土区所需的垄台垄沟互换耕作的土壤合理耕层构建技术指标要求。

摘要：为提高筑埂作业效率与质量,减轻作业劳动强度,解决水田田埂拐角处无法机械筑埂的问题,设计了一种旋耕和镇压部件可180°水平回转的水田双向修筑埂机。阐述了关键部件横向偏移机构与180°水平回转调节机构的结构及工作原理。建立横向偏移机构和180°水平回转调节机构运动模型,通过运动学分析,获得了可满足不同作业条件下偏移要求的运动部件结构参数,得出旋耕和镇压部件回转过程趋于稳定的条件。对水田双向修筑埂机进行田间作业性能试验,试验结果表明:当作业速度分别为1.5、2.0、2.3km/h时,田埂坚实度平均值随筑埂后间隔时间的增大而增大,田埂坚实度变异系数随筑埂后间隔时间的增大而减小;间隔时间相同时,埂侧坚实度平均值高于埂顶,田埂各测量位置稳定值均不低于1332kPa。前行与倒行两种作业方式所筑田埂均满足水田筑埂农艺要求。

摘要：为进一步提升基于离散元法对全膜双垄沟机械化覆土作业过程研究的准确性,结合EDEM软件进行覆膜土壤摩擦角(土壤休止角及其与钢滑动摩擦角)离散元仿真试验。通过三因素三水平正交组合试验,得出各接触参数对土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的影响显著性顺序。分别建立了各关键接触参数与土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的二次多项式回归模型,以自制试验装置测定结果作为优化的目标值,获得全膜双垄沟覆膜土壤离散元最优接触参数组合为:土壤与土壤静摩擦因数0.68、土壤与土壤滚动摩擦因数0.27、土壤与土壤恢复系数0.21、土壤与钢静摩擦因数0.31、土壤与钢滚动摩擦因数0.13和土壤与钢恢复系数0.54。为验证所标定全膜双垄沟覆膜土壤接触参数的可靠性,对模拟仿真与实际试验的土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角进行了对比分析,两者相对误差分别为2.6%和3.1%;同时应用离散元法进行全膜双垄沟覆土装置在覆膜土壤颗粒最优标定参数组合设置下的种床覆土过程仿真模拟,通过与实际作业效果对比,仿真结果与田间试验工况基本一致,验证了仿真试验与建立回归模型的有效性。

摘要：车速对电动机驱动玉米气吸式排种器排种性能具有重要影响,为此设计了一种电动机驱动排种器CAN总线控制系统,采用CAN总线通讯的方法探究系统驱动排种器随车速的变化特性。该系统主要由人机交互设备、排种监测ECU、排种驱动ECU组成,参照ISO11783协议,对播种机具总线系统进行了设计。以4行气吸式玉米排种器为对象,搭建试验台,对总线控制排种盘转速精度进行了试验。通过总线提取的排种盘转速闭环调控结果得出,排种盘转速位置PID控制调整过程中存在低速调节时间长、超调量大的问题。采用分段PID参数控制的方法,由试验结果将排种盘转速设定值分为低速(15~20r/min)、中速(20~40r/min)、高速(40~55r/min)3个阶段,分阶段赋予对应闭环调节参数,得出排种盘目标转速在低速阶段时平均响应时间、平均超调量分别为1.84s、38.51%,与位置PID控制相比较,分别降低1.63s、34.41%;15~55r/min时平均稳态误差绝对值为0.97r/min,标准差为0.76r/min,平均稳态误差绝对值减小0.13r/min。进行了总线系统落种监测精度试验,设定粒距20cm,排种盘孔数为26个,车速4~12km/h时,系统排种监测平均准确率为97.53%,标准差为0.48%。采用排种总线系统对车速影响排种器性能进行了试验,风机驱动轴转速为540r/min,车速范围为4~8km/h,测得风压范围为-6.0~-5.9kPa,播种合格指数平均为95.68%,标准差为2.29%;车速达到9km/h时,合格指数降到90%以下,排种器漏播较严重。通过对播种总线系统车速和4行排种驱动电动机实时转速的监测,进行了车速阶跃变化播种系统响应试验,结果表明在车速4~12km/h、2km/h间隔递增过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为2.00s,标准差为0.34s;2km/h间隔递减过程中,系统对排种盘目标转速平均响应时间为1.83s,标准差为1.07s,表明按照车速阶跃变化,该总线控制系统具有较好的响应性能。

摘要：针对东北地区免耕播种机在玉米秸秆全量粉碎还田作业时,平面爪轮式清秸防堵装置清秸率低、作业性能不稳定,播种机作业质量和工作效率降低等问题,设计一种星齿凹面盘式清秸防堵装置。通过分析作业时秸秆颗粒在凹面清秸盘上的运动规律,确定了影响清秸率的主要结构参数和各参数的取值范围。结合旋转正交试验设计和EDEM离散元仿真技术确定了星齿凹面清秸盘的最优结构参数组合,通过田间对比试验验证了该装置的作业性能。研究结果表明:影响星齿凹面盘式清秸防堵装置作业性能的主要结构参数为清秸盘回转半径、圆盘曲面投影长度和曲率半径。当清秸盘回转半径为152.5mm、曲率半径为160mm和圆盘曲面投影长度为50.9mm时,该装置作业性能最佳,苗带清秸率和作业阻力分别为92.2%和142.6N。星齿凹面盘式清秸防堵装置的工作性能优于平面爪轮式防堵装置,作业质量稳定,满足免耕播种作业农艺和技术要求。

摘要：针对丹参膜上倾斜移栽人工作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有移栽机不适合丹参膜上倾斜移栽等问题,结合丹参大垄双行覆膜高效生产技术提出的膜上倾斜移栽农艺要求,设计一种基于变形椭圆齿轮双变速曲柄五杆机构的鸭嘴式丹参膜上倾斜移栽机构。在移栽机构所要求的运动轨迹、栽植器倾斜姿态和设计要求的基础上,分析机构的工作原理并建立机构理论模型。依据数学模型运用Matlab开发出移栽机构人机交互可视化辅助程序,应用该辅助程序研究机构参数对栽植器倾斜角和栽植器端点轨迹的影响规律,通过人机交互的方式得到符合丹参膜上倾斜移栽机构农艺要求的参数组合。根据优化后的参数组合设计样机并进行虚拟仿真和样机田间试验,试验结果表明:变形椭圆齿轮双变速曲柄五杆式丹参膜上倾斜移栽机构在满足丹参膜上倾斜移栽要求的同时能保证作业质量,移栽机构的立苗角度合格率为90.7%、漏栽率为2.7%、株距变异系数为5.6%、栽植深度合格率为93.7%。

摘要：为提高玉米收获机风筛式清选装置的清选效果,通过筛上颗粒受力分析,确定筛上颗粒运动状态与筛面方程f(x)存在函数关系。以编织筛为研究对象,利用CFDDEM耦合技术,通过对比清选装置内平面、凸面、凹面3种编织筛的气流场及不同区域筛分特点,提出一种正弦曲线编织筛,并与去除尾筛的正弦曲线筛进行性能对比,确定保留尾筛筛分性能更好。以正弦曲线筛筛形系数、入口气流速度、气流方向角为试验因素,以籽粒清洁率和籽粒损失率为评价指标,设计二次正交旋转组合试验,建立了各因素与指标间回归数学模型,运用Design-Expert软件的多目标优化算法进行参数优化。获得参数最优组合为:筛形系数32.35mm,入口气流速度13.73m/s,气流方向角23.86°。当玉米脱出物喂入量为5kg/s,筛面振动频率为5.15Hz时,利用高速摄像及室内台架进行了正弦曲线筛工作机理试验和性能对比试验。试验结果表明,正弦曲线筛可实现对杂余的快速推移,并提高籽粒透筛概率。正弦曲线筛清选装置的籽粒清洁率为98.07%,籽粒损失率为1.16%,相较平面编织筛清洁率提高2.45个百分点、损失率降低0.79个百分点,满足国家筛分质量评价技术规范要求。

摘要：针对长江中下游地区饲用油菜生物量大、含水率高,缺乏适用收获机械的问题,开展了冬春鲜喂饲用油菜机械化收获切碎装置设计与试验。根据物料特性、切碎及抛送等作业要求,确定了平板型滚刀式切碎装置主要结构参数和作业参数;采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了喂入压辊转速与切碎器主轴转速对茎秆切碎长度合格率和功耗的影响,构建了长度合格率和功耗与喂入压辊转速和切碎器主轴转速的回归方程,优化得出了最佳作业参数。试验结果表明:喂入压辊转速为400~550r/min,切碎器主轴转速为600~800r/min,茎秆切碎长度合格率较优。优化得出喂入压辊转速496.17r/min、切碎器主轴转速为709.14r/min时,茎秆切碎长度合格率为91.16%。采用平板型滚刀式切碎装置开展鲜喂饲用油菜收获田间试验和饲喂试验表明:收获饲用油菜切碎茎秆长度满足饲用油菜冬春鲜喂要求。

摘要：植保无人机进行果树施药时,果树冠层周围及内部的下洗气流时空分布对雾滴的附着和分布有重大影响,为明确无人机下洗气流时空分布规律,针对六旋翼植保无人机,结合RANS方程、RNGkε湍流模型、Porous模型、滑移网格技术及SIMPLE算法,建立了六旋翼植保无人机悬停施药下洗气流时空分布的三维CFD模型。数值模拟结果表明:无果树时,旋翼下洗气流近似呈“圆柱形”向下发展,到达地面后形成地面铺展,在旋翼正下方0.6~1.7m区域内出现速度范围为3.0~4.0m/s的“Z方向(竖直向下)速度稳定区”;有果树时,冠层对旋翼下洗气流有明显的阻挡作用,不再出现“Z方向速度稳定区”。以本文模拟的3棵果树为例,Ⅰ号果树冠层周围气流从冠层上半部区域开始呈“圆锥形”向下发展,以一倾斜角发展到地面形成小范围地面铺展,地面铺展末端出现近地面卷扬,Ⅱ、Ⅲ号果树冠层周围气流卷扬严重,在计算区域内无明显地面铺展;旋翼中心正下方Z方向速度最大接近8m/s,随着冠层压力损失系数的增大,旋翼中心正下方Z方向速度衰减加快,同时旋翼气流向四周产生扩散;计算冠层内部Z方向最大速度衰减比发现,除Ⅲ号果树冠层下半部,无果树和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号果树冠层内部Z方向最大速度衰减比依次增大。试验表明,无果树时旋翼正下方0.3、0.8、1.3、1.8m处和近地面2.3m处试验值与模拟值的相对误差分别在10%以内和不大于25%,总体拟合优度0.9846,数值模拟准确;试验果树与模拟果树冠层内部的气流速度分布规律具有很好的一致性。

摘要：针对目前大型宽幅喷药机在喷药过程中施药方式不合理、控制方式单一等问题,在3WP1200型喷杆式宽幅(22m)喷药机基础上,设计了一种多回流式变量喷药控制系统。该控制系统可根据喷药机行驶速度来调节比例控制阀,通过改变回流口的开口度来改变喷药流量,实现变量喷药。该控制系统分5路控制所有喷头,每一路可单独控制开断,一路或几路断开的同时可打开相对应的回流口,使系统在不改变流量的情况下,其余喷头喷药量不变;多回流式的控制方法使系统压力更稳定,控制精度更高。同时设计了该系统的硬件和软件,并对该控制系统进行了液位标定与喷药精度试验。液位标定试验中,对不同液位对应的药液容积进行了标定,其标定模型决定系数R2为0.994;流量控制精度试验中,单个喷头的目标流量与实际流量相差不大,其相对误差不大于4.1%;喷药量控制试验中,喷药流量可随速度变化而变化,但其设定喷药量与实际喷药量相差不大,相对误差在6%以内,实现了变量喷药,且控制精度较高。

摘要：为了提高农业节水灌溉效率,提出了一种全圆旋转射流喷头。确定了喷头的CFD数值模拟方法,选取深宽比、位差比、劈距比、侧壁倾角作为试验因素,以射流附壁切换频率和流量振幅为指标,通过正交试验得到了喷头内流道的优化结构。通过高速摄影技术对喷头的射流附壁切换频率进行测定,同时监测喷头的进口流量,结果表明,模拟所得的流量压力关系与试验结果基本一致,相对误差范围为2.1%~4.0%,射流附壁切换频率随进口压力的变化趋势基本相同,相对误差范围为7.7%~22.2%。当进口压力为0.15、0.20、0.25MPa时,分别研究了PY210A型摇臂式喷头和射流喷头的水力性能,其中射流喷头的流量较小(1.19~1.53m3/h)、射程较远(13.0~15.7m)、平均喷灌强度较小(2.85~3.63mm/h),转动周期较短(81~105s),摇臂式喷头的喷洒水量呈“马鞍形”分布,射程近处和远处的喷洒水量相对较大,射流喷头的喷洒水量呈“三角形”分布,喷洒水量随射程增加而减小。

摘要：为了研究热力学效应对不同温度水和低温流体空化影响,针对Zwart、Merkle和Singhal3种典型空化模型,基于Antoine方程,考虑汽化潜热引起的饱和蒸汽压变化以及湍动能对当地汽化压强的影响,通过CFX前处理编辑分别对3种空化模型进行了修正,提出了全新的考虑热力学效应的空化模型。针对不同温度水为介质的NACA0015翼型,分别采用3种不同空化模型及修正后的空化模型进行了数值模拟。结果表明,修正后的Merkle模型更加接近实验值。基于修正后的Merkle模型,模拟了不同温度液氮为介质的HORD翼型,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑热力学效应时,空化区域产生温度下降、对应饱和压力下降,致使空化强度减弱,空穴长度缩短,当地空化数均大于远场空化数。相比温度为77.64K的工况,83.06K工况下的热力学敏感性更高,压降更多,空化受抑制更加明显。