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农业机械学报 2017年第03期杂志 文档列表

农业机械学报杂志特约专稿

蔬菜自动嫁接技术研究现状与发展分析1-13

摘要：嫁接在提高作物抗病能力、生长速度、单位产量，减少施肥、施药等方面具有积极作用，是多类蔬菜大规模生产的重要环节，而自动化嫁接能够有效提高嫁接效率和嫁接苗成活率，正在成为蔬菜商业化生产的刚性需求。本文对中国、日本、荷兰、西班牙、意大利等国蔬菜自动嫁接技术的研究现状和发展动态进行了分析；归纳出5项蔬菜自动化嫁接关键技术：幼苗机械化抓取技术，幼苗自动输送技术，砧、穗木切削技术，砧、穗木接合固定技术，自动嫁接系统控制技术，并逐一进行了阐述；最后对目前本领域的研究特点和发展趋势进行了总结和展望，认为蔬菜嫁接自动化程度将进一步提高，单机嫁接规模将进一步扩大，农艺、人工智能、人因工程等间接因素将为自动嫁接机未来的性能提升带来助力。

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

体感操控多臂棚室机器人作业决策规划算法研究14-23

摘要：针对目前棚室内机器人作业分析算法智能性不足、准确作业率较低，且一次巡航过程只能进行单一作业，存在使用效率不高的问题，提出了一种搭载在三臂棚室机器人上，基于体感操控作业的决策规划算法，用Kinect采集含操作人员位姿信息的深度图像，结合随机森林统计学习理论和基于高斯核函数的Meanshift算法，确定了代表人体位姿的20个关键骨骼点坐标，在此基础上提出了一种基于模式切换的三臂映射关系，将骨骼点信息映射到机器人工作空间，使人的两只手臂能自如的控制三臂机器人，在一次巡航中完成多种棚室作业；此外，还提出了一种结合骨骼追踪技术和YCbCr颜色空间的手势特征分割方法，实现了用手势控制机器人末端执行器作业。最后，搭建了用于测试体感决策算法的三臂机器人样机，进行了针对该决策算法的精确性试验，根据试验误差数据对肩部关节夹角采用离散化取值识别，解决了肩部关节识别误差，结果表明：测试者被捕捉到的关节处夹角和机器人对应关节夹角的最大映射误差为1．90°，上位机发送夹角值与机器人实际转动的夹角值最大误差为0．80°，在误差允许范围内，同时在该精度下完成一套采摘加喷施作业指令，平均耗时13．34S，且操作者还可通过体感操控训练进一步提高机器人作业性能，表明该算法具有准确性和实用性。

基于Android的自然背景下黄瓜霜霉病定量诊断系统24-29

摘要：为准确快速定量诊断黄瓜的病害，科学选择病害管控措施，基于Android技术和图像处理方法设计了可用于自然背景的黄瓜叶部病害定量诊断系统，并进行了试验。对黄瓜叶部彩色图像，首先进行图像预处理和背景剪除，再识别病斑区域，最终计算病斑区域占其所在叶片区域的百分比及根据国家相关标准与其对应的病害等级，计算结果以数值形式显示在诊断结果界面，同时用红色标识出病害区域。系统既适用于白色打印纸等简单背景，也适用于较为复杂的自然背景；所识别的病害叶片图像既可以从摄像头实时获取，也可以从手机存储载入。以50幅黄瓜霜霉病病害叶片为对象对系统进行测试，试验结果表明，系统可以较准确地对黄瓜霜霉病病斑区域进行识别（病斑区域识别综合误分率为6．56％），并按照国家标准给出病害等级（综合错误分级率为3％）；简单人工背景下系统识别时间为1s，自然背景下系统识别时间约为11s。

基于多特征降维的植物叶片识别方法30-37

摘要：植物种类识别方法主要是根据叶片低维特征进行自动化鉴定。针对低维特征不能全面描述叶片信息，识别准确率低的问题，提出一种基于多特征降维的植物叶片识别方法。首先通过数字图像处理技术对植物叶片彩色样本图像进行预处理，获得去除颜色、虫洞、叶柄和背景的叶片二值图像、灰度图像和纹理图像。然后对二值图像提取几何特征和结构特征，对灰度图像提取Hu不变矩特征、灰度共生矩阵特征、局部二值模式特征和Gabor特征，对纹理图像提取分形维数，共得到2183维特征参数。再采用主成分分析与线性评判分析相结合的方法对叶片多特征进行特征降维，将叶片高维特征数据降到低维空间。降维后的训练样本特征数据使用支持向量机分类器进行训练。试验结果表明：使用训练后的支持向量机分类器对Flavia数据库和ICL数据库的测试叶片样本进行分类识别，平均正确识别率分别为92．52％、89．97％，有效提高了植物叶片识别的正确率。

湿粘水稻土深松过程离散元分析38-48

摘要：湿粘水稻土的深耕松对作业机具设计与作业参数的要求不同于旱作制，为探究水稻土条件下土壤深松扰动过程及其内在相互作用机理，本文结合田间实测土壤物理参数，借助离散元EDEM软件，建立适用于粘性水稻士的深松耕作离散元模型。利用粘性水稻土模型对水稻土的机械深松耕作过程进行离散元模拟仿真，并结合田闸试验结果对机具耕作阻力、土壤宏观扰动进行对比验证，进一步从仿真的角度揭示深松土壤扰动的微观过程、土壤失效破碎的微观机理。结果表明，该模型下深松耕作阻力平均误差为6．63％，土壤扰动的起垄宽度平均误差为4．39％，起垄高度平均误差为19．22％；DEM仿真对土壤的微观扰动过程分析进一步论证了宏观试验测试结果及假说的正确，并且能够从土颗粒接触力学层面表达土壤扰动的边界生成、土体内部破碎等过程；结合DEM仿真角度提出的反映土体破碎程度指标——断裂系数，与传统试验的指标参数碎土系数对比两者误差为3．46％，该指标更有利十对土壤破碎过程微观机理的表达。

离散元模拟中沙土参数标定方法研究49-56

摘要：农业机械与土壤相互作用仿真时，选用颗粒相互作用参数的准确度将直接影响仿真结果。本文提出一种通过试验与模拟相结合系统地标定沙土颗粒相互作用参数的方法。通过堆积角测试装置、三轴剪切试验仪、图像颗粒分析系统等设备测量计算沙土的堆积角、剪切模量、粒径分布和外观形貌等参数，为颗粒或工厂建模提供参考。使用标准球和非标准球对沙土颗粒的碰撞恢复因数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定。研究不同质量和不同标定方法（抽板法和漏斗法）是否对堆积角产生影响。模拟结果表明，选用标准球标定时，碰撞恢复因数是0．15，静摩擦因数是0．8，滚动摩擦因数是0．2，抽板法得到的堆积角是33．99°，相对误差是4．74％；漏斗法得到的堆积角是33．59°，相对误差是3．5l％。同时，选用非标准球进行标定时，碰撞恢复因数是0．15，静摩擦因数是0．2，滚动摩擦因数是0．3，抽板法得到的堆积角是32．06°，相对误差是1．20％。由此看出，颗粒外观形貌对颗粒间静摩擦因数影响相对较大。

油麦兼用气送式集排器输种管道气固两相流仿真与试验57-68

摘要：为研究种子在油麦兼用气送式集排器输种管道中的迁移规律，运用EDEM-CFD耦合仿真方法分析了输种管道直径、长度、横纵管道长度比（k）和接头形式对种子运动特性和气流场的影响；台架试验研究了输种管道结构对排种性能的影响。结果表明：种子在输种管道中受力与速度主要沿管道轴线方向，与气流速度相同，种子迁移的动力主要源自流体阻力。管道出口处种子速度随k增加呈先降后升的趋势，输种管道结构显著影响各行平均排种量和各行排量一致性变异系数。当输种管道直径、长度和^分别为42mm、1．0m和2／3时，管道出口处种子速度、两相流相对速度和压强损失较小，排种性能较优。接头为弯管的输种管道出口处种子速度明显高于接头为折线形管道，两相流相对速度表现为弯管低于折线形接头；弯管半径100mm的输种管道气流场和种子分布均匀，压强损失较小。供种装置转速为10-40r／min时，排种油菜、小麦时各行排量一致性变异系数分别低于4．0％和5．0％，总排量稳定性变异系数和种子破损率分别低于1．0％和0．1％。

不完全非圆齿轮传动钵苗移栽机构缓冲装置研究69-75

摘要：针对旱地和水稻钵苗旋转式移栽机构中的不完全非圆齿轮传动机构存在较大冲击和振动、动力学性能较差问题，采用解析法对不完全非圆齿轮机构的缓冲装置进行改进设计。开展缓冲装置运动学和受力分析，开发基于VB平台的缓冲装置设计与分析软件，设计出缓冲装置结构；通过理论分析研究缓冲装置改进设计后移栽机构的动力学性能，搭建移栽机构动力学试验台，对安装了改进前、后缓冲装置的移栽机构分别进行动力学试验。动力学试验结果表明：移栽机构X、Y方向支座反力的最大幅值分别由改进前的365．5N和48．4N减小为345．2N和42．2N，降低了5．55％和12．8l％；同时其方差分别由改进前的4880．3和148．7减小为4516．1和126．1，降低了7．46％和15．20％，且与理论分析结果基本吻合，缓冲装置的改进设计是正确和有效的，移栽机构的动力学性能得到了改善。

全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机设计与试验76-83

摘要：为实现马铃薯大垄双行膜上覆土自然破膜出苗机械化栽培，设计了一种可实现施肥、播种、起垄、覆膜和全膜面覆土一体化作业的全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机。对样机关键部件进行了设计，确定其排肥系统、链勺式排种系统工作参数，同时分析了提土一膜面覆土装置作业过程，得到满足膜顶覆土厚度的必要作业条件。田间试验结果表明，当作业速度为1．8～2．0km／h时，重种指数为4．9％，漏种指数为6．6％，种植深度合格率为95．2％，种薯间距合格指数为90．1％，膜顶覆土厚度合格率为98．8％，各行排肥量一致性变异系数为6．5％，总排肥量稳定性变异系数为5．1％，试验指标均符合国家和行业标准要求，试验结果满足设计和实际作业要求。

玉米收获机多棱立辊式摘穗装置设计与试验84-91

摘要：针对现有玉米收获机摘穗装置存在籽粒啃伤、啃落导致损失严重等问题，设计了一种结构简单、摘穗效果好、可靠性高的多棱立辊式摘穗装置。研究了立式激振折断的摘穗机理，分析了多棱立辊式摘穗装置主要结构参数的设计方法；通过正交试验确定了影响摘穗质量的主次因素为棱边数、摘穗辊转速和摘穗辊直径；较优组合为：摘穗辊直径为7cm、棱边数为8、摘穗辊转速为950r／min，在该条件下本摘穗辊的籽粒破损率为0．13％、落地籽粒损失率为0．28％、茎秆折断率为0．53％，满足国家标准要求。在较优组合条件下进行了调整内角△大小的验证试验，通过试验可知调整内角△为16°时，即最大调整范围的一半时摘穗质量最好。

D200型秸秆纤维制取机原料供给系统优化设计与试验92-98

摘要：为提商D200型秸杆纤维制取机工作效率，实现刘农作物秸秆物料的浸泡、清洗及连续稳定的输送，解决人工喂料时劳动强度大、喂料不均匀等问题，设计了与D200型秸秆纤维制取机相配套的原料供给试验装置。在对浸泡装置、搅拌装置和捞取装置间配合关系及工作原婵分析的基础上，以单个耙齿为研究对象，分析了耙街与秸秆的作业过程，建市了捞取节的数学模型，找出了影响捞取量的主要因素。应用L16（4^5）正交试验方法，以输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速为试验因素，以捞取效率及其变异系数为评价指标实施试验。试验结果表明：输送带线速度、耙齿齿数、搅拌桨转速对捞取效率影响极显著（P〈0．01）；输送带线速度对捞取效率变异系数影响极黟著（P〈0．01）。同时利用模糊综合评价方法对试验指标进行综合评价，确定影响综合评价的主次顺序为：输送带线速度、搅拌桨转速、耙斯齿数；最优参数组合为：输送带线速度0．6m／s、搅拌桨转速40r／min、耙齿齿数8根，此时，单何时间内捞取效率为1111．2kg／h，变异系数为0．124，满足生产要求。

苜蓿同向异形制备与堆存试验99-105

摘要：为分析牧草同向异形堆存方式的优势与合理性，进行了苜蓿同向异形制备与堆存理论分析及试验。通过苜蓿同向异形制备试验，分析了抄板高度、抄板数量以及旋转筒转速3个因素对苜蓿同向异形单元单位长度质量和产量的影响。通过分析牧草同向异性堆存的传热传质过程，建立了牧草同向异形堆存的传热传质模型；通过与散草堆存热质传递模型的对比，证明了同向异形堆存的热质传递较快，牧草的同向异形堆存有着能够改善牧草自然通风干燥品质的实际意义。通过苜蓿同向异形堆存试验，测定了堆存过程的温度变化以及腐败变质比例。结果显示：经过同向异形调制整理后的苜蓿，在堆存过程中，牧草的植物活性提高，短期内部的发热较为严重，在经过一段时间之后，苜蓿同向异形堆存的温度下降；苜蓿同向异形堆存比散草堆存的腐败变质减少23．7％～76％。

弹齿滚筒式捡拾器捡拾性能试验106-112

摘要：在弹齿滚筒式捡拾器试验台上，以紫花苜蓿为捡拾对象，滚筒转速、机器前进速度和牧草含水率为试验因素，功率消耗与捡拾损失率作为性能检测指标，进行了正交试验和弹齿端部加速度试验，旨在探索弹齿滚筒式捡拾器的工作参数、结构参数与牧草收获条件对捡拾性能的影响。试验结果表明：凸轮廓线对捡拾器工作性能有较大影响；滚筒转速和牧草含水率均对捡抬器工作性能影响极显著，机器前进速度对工作性能影响显著；捡拾器工作性能的影响因素主次顺序为滚筒转速、牧草含水率、机器前进速度，最佳性能参数组合为滚筒转速42r／min、机器前进速度4．0km／h、牧草含水率15．1％。弹齿端部加速度频谱分析表明：在滚筒转速、机器前进速度保持一定的情况下，随着牧草含水率的增加，弹齿端部加速度呈一L升趋势，捡拾器功率消耗增加，捡拾效率下降。

分流对冲与多级扩容组合式集沙仪内风沙分离规律研究113-118

摘要：为揭示风沙在集沙仪内部的分离规律，以分流对冲与多级扩容组合式集沙仪风沙分离器为研究模型，通过Fluent数值模拟和微型风洞试验，对风沙分离器内单相流场和气固两相流场进行了分析。在阐释气流降速机理的基础上，进一步分析了气流降速和入口气流中沙尘所占体积分数对风沙分离的影响，并通过分析沙尘的运动规律，阐述了不同粒径沙尘受流场影响的情况。结果表明，气流大幅降速是实现风沙分离的最有效方法，而引起气流速度大幅降低的主要原因是较大值的湍动能场的大范围形成；对于风沙流，当沙尘含量增高时，降速效果变好，风沙分离效果也变好；当沙尘含量进一步增高时，降速及风沙分离效果则变化不大；对于分流对冲与多级扩容组合式集沙仪，当沙尘受强风以下风力影响时，粒径小于0．03241inm的沙尘较易受到流场的诱导，受惯性运动的影响较小，从排气口排出的可能性较大，是影响风沙分离效率和集沙效率的主要粒子。

可调导叶式轴流泵压力脉动数值分析119-123

摘要：轴流泵叶轮内部的压力脉动是影响其运行稳定性和叶片疲劳破坏的重要因素之一，为了研究压力脉动的特征和根源，探索压力脉动的水力优化方法，应用CFD方法模拟轴流泵内部非定常流动，在模型试验结果验证的基础上，计算了叶轮叶片和导叶表面的压力脉动，采用快速傅里叶变换进行信号处理和分析比较。研究结果表明：叶轮叶片表面压力脉动的主频是导叶通过频率，导叶表面压力脉动的主频是叶片通过频率；在小流量工况下，通过调节导叶角度可以显著降低叶轮叶片和导叶表面因动静干涉引起的压力脉动，从而降低疲劳破坏的风险。

基于改进欧拉算法的双吸离心泵泥沙磨损特性研究124-133

摘要：固液两相流算法对双吸离心泵泥沙磨损模拟精度有直接影响。采用改进的固液两相流欧拉算法，考虑了相间阻力和泥沙扩散系数两方面因素，对典型悬移质泥沙粒径条件下的双吸离心泵流场进行了数值计算。研究发现，叶片表面湍流强度在头部和尾部较大，可达6％一10％；叶片头部和尾部的颗粒动态尺度大于中部。由湍流强度和颗粒动态尺度组成的湍动尺度效应，在叶片头部和尾部表现强烈，湍动尺度效应使固液相间阻力增大，更有利于颗粒的扩散，避免了颗粒聚集，对大颗粒的作用强于小颗粒。湍动尺度效应导致叶片表面固相体积分数分布范围减小，大颗粒的变化值大于小颗粒，叶片头部和尾部的改变值大于中部，叶片表面的严重磨损部位为叶片工作面尾部的块状磨损区，这比采用传统算法得到的带状磨损区和偏磨区计算结果，更符合离心泵实际磨损情况，考虑湍动尺度效应后得到的磨损率也有所增大。在此基础上，提出了双吸离心泵叶片水力设计和表面喷涂防护原则，为提高双吸离心泵抵抗泥沙磨损能力奠定了基础。

基于流固耦合效应的梯级泵站输水管道振动特性分析134-140

摘要：为解决管道结构固有振动特性分析中选取高精度流固耦合模型的方法问题，以景电工程中梯级泵站输水管道为研究对象，运用附加质量法和直接耦合法原理，建立不同的流固耦合模型，对其进行固有模态特征提取，并将求解结果与SSI法模态辨识结果对比。结果表明：直接耦合法模型的结果与SSI法辨识结果吻合得较好，最大误差为3．62％，同阶次的计算精度均优于附加质量模型，频率间隔小，弥补了附加质量模型出现的模态缺失现象；直接耦合模型的计算结果在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型，能较好地反映管道结构的固有振动特性，可在复杂管系结构的动力特性分析中应用。

隔舌间隙对自吸离心泵自吸性能的影响141-147

摘要：为分析隔舌间隙对泵自吸性能的影响及其原因，进一步掌握泵的自吸机理，对外混式自吸离心泵在不同隔舌间隙时的自吸过程进行了高速摄影试验，通过图像处理技术研究蜗壳扩散段内气泡的数量、大小及运动轨迹，同时测量自吸完成时间。研究结果表明，自吸过程中扩散段靠近气液分离室左侧区域的气泡呈现小而密的特点，右侧区域的气泡呈现大而疏的特点。直径较小的气泡在蜗壳扩散段出口更容易被排出，较大的气泡在扩散段内振荡、回旋，不利于自吸的完成。当隔舌间隙从1．0mm增加到2．5mm时，经过隔舌进入扩散段的气泡平均直径从1．2mm增加到1．9mm，自吸完成时间从28s上升到113s，即隔舌间隙越小，进入蜗壳扩散段的气泡直径越小，这是减小隔舌间隙自吸时间缩短的微观机理。