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农业机械学报 2017年第04期杂志 文档列表

农业机械学报杂志特约专稿

中美花生收获机械化技术现状与发展分析1-21

摘要：收获是花生生产关键环节,用工量占整个生产过程60%以上,机械化收获是一个国家花生生产水平的重要体现。中国和美国同是世界重要的花生生产与出口大国,但因花生生产水平特别是收获机械化水平差距悬殊,从而导致花生出口的国际竞争力不同。美国两段式机械化收获方式及其先进的花生收获机械化技术,使花生生产高产优质高效、国际市场竞争优势明显,而中国多种花生机械化收获方式并存,收获机械化水平相对较低,从而制约了花生生产效益和出口竞争力。基于大量文献的系统分析、中国花生生产实地调研以及美国花生生产和收获机械化的实地考察与综合分析,综述了中国和美国花生生产及其收获机械化发展现状,分别阐述了中国和美国最新花生起收机、捡拾收获机等机器的类型、总体结构型式和主要性能参数等;分析了花生收获机械关键装置的结构原理与特点;综合分析了美国花生收获机械化发展历程以及快速发展的主要动因,中国花生收获机械化发展的主要制约因素;提出了中国花生收获机械化发展动态。对深入了解中国和美国花生收获机械化技术现况及其发展历程,进行中国花生收获机械化发展总结,在借鉴美国成功经验基础上因地制宜地采取措施,加速发展我国花生收获机械化,具有一定的参考价值。

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

基于嵌入式机器视觉的水稻秧盘育秧图像无线传输系统22-28

摘要：杂交稻机械化秧盘精密播种育秧过程中需要人工实时监测,以保证秧盘播种性能,为解决传统人工长时间户外、低效的监测方式,设计了基于嵌入式机器视觉的水稻秧盘育秧图像无线传输系统。系统由嵌入式开发平台、无线Wi Fi网关、高清网络摄像头、红外传感模块、远程服务器等组成。嵌入式开发平台采用Tiny4412开发板,并在其上移植Linux系统、摄像头驱动、GPIO口驱动;采用Qt开发工具,完成图像采集、实时显示,并设计出友好的人机交互界面;利用Jpeglib静态库对图像进行数据压缩;利用无线Wi Fi局域网、嵌入式系统和远程服务器按照规定的协议通过Socket通信进行数据传输。远程服务器基于Netty框架对采集到的图像数据进行校验、实时显示和保存。试验结果表明,不同分辨率图像的无线传输速率均满足育秧流水线实时作业要求,JPEG格式的图像经过数据压缩,其传输速率大大提高;嵌入式采集终端能够稳定采集播种秧盘图像,并成功地上传到服务器,网络平均丢包率为0.23%,误码率为0.23%。

非结构环境中扰动葡萄采摘点的视觉定位技术29-33

摘要：非结构环境下采摘机器人对扰动葡萄采摘点的视觉识别定位有实际应用价值。首先基于＂挠性杆-铰链-刚性杆-质量球＂模型对葡萄串形态进行分析,将其扰动状态分解为XOY和YOZ 2个平面的类单摆运动,对扰动葡萄进行视频拍摄,通过对视频中多帧葡萄图像进行Otsu阈值分割得到果实和果梗,并计算出各帧图像中葡萄串的质心;对各帧图像的葡萄串质心进行曲线拟合,计算出葡萄类单摆运动的周期与摆角,从而确定当前扰动葡萄是否适合视觉定位;对可实现视觉定位的扰动葡萄,选取类单摆中间位置质心点对应的葡萄图像,对葡萄串上方矩形区域进行Canny边缘检测,再利用霍夫直线拟合结合角度约束法实现扰动葡萄采摘点的定位。视觉定位试验结果表明：自然环境中不同光照下扰动葡萄采摘点的视觉定位准确率达80%以上,为采摘机器人应用于实际生产提供了理论基础。

基于动态反馈A^＊蚁群算法的平滑路径规划方法34-40

摘要：针对移动机器人提出了一种基于动态反馈A-＊蚁群算法的平滑路径规划方法。首先,为了克服蚁群算法收敛速度慢的缺点,提出了简化A-＊算法来优化初始信息素设置以解决初次搜索的盲目性,并借鉴多策略进化机制加强算法的全局搜索能力。其次,为了进一步提高算法在路径规划中的适应能力,解决陷入局部极小和停滞问题,引入闭环反馈思想来实现参数的动态自适应调节。最后,结合三次B样条曲线对所规划的路径进行平滑处理,以满足移动机器人实际运动路径的要求。通过仿真表明：与原蚁群算法相比,动态反馈A-＊蚁群算法平均可减少10.4%的路径成本和65.8%的计算时长。同时,该算法在动态和静态环境中,均能快速规划出一条光滑优质路径。

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验41-46

摘要：为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。

液位监测技术在植保无人机中的应用分析47-55

摘要：为了探究适合植保无人机药箱液位实时监测的可行方法,阐述了国内外常见的接触式和非接触式液位监测方法,包括差压式、浮体式、电极式、电容式、超声波式、激光式、光电式、流量计式、机器视觉式、雷达式等主要方法,指出了植保无人机作业过程中,其药箱存在的特点,包括液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等,并对上述常见液位测量方法用于植保无人机药箱液位测量时存在的局限进行了分析,在此基础上,探讨了适合植保无人机质量轻、功耗小、精度高、耐腐蚀药箱液位监测方法及装置,并针对植保无人机药箱液位监测中需克服的难题,提出了气压式液位无线监测的解决方案,为进一步开发适用于植保无人机的药箱液位监测装置提供参考。

滑动耕作部件作业阻力测试装置设计与试验56-64

摘要：针对农业机械滑动耕作部件（如深松铲、起垄铲等）田间作业时阻力采集困难和相关阻力测试装置结构复杂、维护使用成本高、缺乏过载保护等问题,设计了一种滑动式耕作部件作业阻力测试装置（TRTD）。TRTD包括部件安装库、扭转弹簧、旋转主轴、定位盘和编码器等,并以双翼型深松铲为例,建立了包含修正系数k与扭簧转角θ、耕深H、耕速v、土壤容积密度ρ、深松铲结构参数等换算关系的耕作阻力测试方法,与传统三点式作业阻力测试系统（TTD）在6组耕作条件下进行了土槽对比试验。试验通过F检验和T检验（α=0.05）得出2种测试装置测量值总体方差相同和均值一致。精度分析结果表明TRTD相比于TTD的最大相对误差为1.34%,波动性分析结果表明TRTD与TTD的波动幅值比较接近,两者最大相对偏差都不超过5%。TRTD满足阻力测试装置的精度和稳定性要求,能保证作业阻力采集的同时,具有过载保护功能。

弹射式耳勺型水稻精量穴直播排种器设计与试验65-72

摘要：为满足水稻种植精量穴直播要求,设计了一种弹射式耳勺型水稻精量穴直播排种器。阐述了排种器的工作原理,并应用Matlab软件对投种过程中水稻芽种的弹射轨迹进行了研究。为评价排种器性能,选取龙稻6号、龙庆稻2号、龙庆稻3号为试验品种,以旋转盘工作转速、种箱容种高度为影响因素,以排种合格率、重播率、漏播率为指标,采用二次正交旋转组合设计,利用JPS-12型排种器检测试验台进行台架试验,构建了排种性能数学模型。运用Design-Expert 6.0.10软件对试验数据分析并进行验证试验,结果表明：当旋转盘工作转速为29.34 r/min和种箱容种高度为60 mm时,龙稻6号排种合格率为87.23%,重播率为9.56%;龙庆稻2号排种合格率为90.86%,重播率为6.97%;龙庆稻3号排种合格率为89.12%,重播率为7.46%。此排种性能满足水稻精量穴直播要求。

机采棉加工过程智能控制与试验优化73-81

摘要：机采棉杂质含量高,多级籽棉清理和皮棉清理会造成纤维损伤,为综合提高皮棉产品的外观形态和纤维内在质量,提出了对机采棉加工工艺进行过程优化控制的研究方法和试验方案。在充分分析典型机采棉加工流程的基础上,根据最新的棉花质量检测标准,确定杂质面积、杂质颗粒数、反射率、黄度、上半部长度、长度整齐度、短纤维指数、马克隆值、断裂比强度9个参数作为优化目标,建立以加工皮棉产品成交价格最大化的总体优化控制目标。选取对棉花清理有显著影响效果的倾斜式籽清机I和II、提净式籽清机、回收式籽清机、轧花机上部、锯齿式皮清机I和II 7个关键设备的转速作为优化控制变量。采用监控层、控制层、设备层的构架模式,完成关键设备自动化升级改造。使用响应面分析法的中心组合设计试验方法建立控制变量与控制目标之间的数据模型。以建立的总体优化控制目标为适应度评价函数,利用遗传算法完成对多变量数据模型的求解,7个设备的转速分别为495、484、727、472、1 131、822、763 r/min。试验结果表明,加工后的皮棉产品杂质面积变化率降低约7个百分点,上半部长度变化率提高约2个百分点,质量较为稳定。本文方法在降低机采棉含杂率的同时,提高了棉花的综合质量水平。

丘陵地区双向仿形镇压装置设计与试验82-89

摘要：针对镇压装置在丘陵地区作业时镇压不均匀、镇压强度不足等问题,借鉴丘陵山地农业机械结构特点,设计了一种能实现双向仿形和镇压强度可调的镇压装置。该装置主要由仿形调节机构、镇压强度调节机构和镇压轮组成。建立了丘陵地形下镇压轮与土壤相互作用模型,对镇压轮进行受力分析,确定镇压轮工作过程,同时对镇压装置进行受力分析,确定弹簧变形量（镇压强度）的合理范围。进行对比试验和田间性能试验,采用L9（3^4）正交试验,考察镇压轮类型、镇压强度、作业速度对镇压装置作业性能的影响,得到了各因素的主次顺序：镇压轮类型、弹簧变形量（镇压强度）、作业速度,最优组合：橡胶镇压轮、弹簧变形量20 mm、作业速度1 m/s,此时牵引阻力为22.3 N,根冠比为0.271。通过对比试验,证明仿形镇压装置更能保证镇压均匀性。

变形椭圆齿轮式扎穴机构设计与工作参数试验优化90-96

摘要：针对深施型液态施肥机扎穴机构多参数下动力学性能差等问题,探索多工作参数下的变形椭圆齿轮式扎穴机构动力学变化规律,通过建立变形椭圆齿轮行星轮系的节曲线方程,采用Visual Basic 6.0语言,编写了变形椭圆齿轮式扎穴机构运动学仿真与优化软件,调节变形椭圆齿轮的长半轴长度、变形椭圆齿轮偏心率与变形椭圆齿轮变形系数等相关参数,优化并得到一组机构较优参数。搭建了扎穴机构动力学特性测试试验台,进行动力学特性试验。采用旋转中心复合试验设计方案,以行星架转速和土槽车前进速度为试验影响因素,以太阳轮轴所受扭矩和喷肥针入土时受到的拉压力为试验影响指标。在试验台上利用扭矩传感器、信号采集仪和DASP-10处理软件,测得太阳轮轴扭矩和喷肥针入土时受到的拉压力,建立试验影响因素和影响指标的关系模型及响应曲面图,并运用Design-Expert 8.0.10软件对试验数据进行分析。试验结果表明,当行星架转速64.4 r/min,前进速度0.61 m/s时,太阳轮轴扭矩为5.05 N·m,喷肥针受到的拉压力为20.03 N,此时机构动力学性能最优。应用此参数组合进行测试验证,验证了其合理性。该研究结果可保证扎穴机构在多工作参数下工作时,机具具有良好的扎穴性能。

拖拉机电性能虚拟综合测试系统设计与试验97-102

摘要：基于虚拟仪器构建了拖拉机电性能综合测试系统,以满足整车条件下拖拉机电器功耗、电器部件匹配选型等研究测试需要。首先在分析拖拉机电性能测试要求的基础上,对硬件进行选型。然后设计了以美国NI cRIO控制器为核心的测试系统,实现对蓄电池和发电机端电压和电流、发动机转速、车速、温度等信号同步采集。给出了测试系统的虚拟软件设计方案,包括在数据采集器中运行的FPGA软件和实时软件,以及在上位机中的数据采集与分析软件等。最后进行了电流精度对比试验和拖拉机电性能场地实车试验,试验验证了本系统电流采样精度和工作可靠性。

小型可调间隙饲料制粒机设计与试验103-110

摘要：为实现小批量颗粒饲料生产,设计一种小型可调间隙饲料制粒机,包括环模及配套部件、压辊及配套部件、传动机构等。该制粒机特征为：压辊调节部件位于制粒机外部,能够在不停机的状态下实时调节模辊间隙,保证颗粒饲料的连续生产。同时设计了与该制粒机配套的控制系统。基于弹塑性理论,采用有限元分析软件Abaqus内置的Drucker-Prager Cap本构模型对制粒机模辊挤压过程进行了数值模拟,模拟结果表明,模辊间隙的设置应与物料的摩擦因数相匹配,适当提高物料的摩擦因数能够避免物料内部滑移耗能,有利于提高颗粒饲料的产量和质量。制造样机并进行了生产试验,以某配方乳猪料为原料,进行制粒机作业性能指标的测定,结果表明：该制粒机生产的颗粒饲料成品含水率为13.53%,直径为3 mm,颗粒含粉率为3.27%,颗粒耐久度（PDI）为94.34%,颗粒硬度为176.03 N,生产率约为42 kg/h,各项指标均达到设计要求,满足小批量颗粒生产的要求。

方草捆集捆机设计与试验111-117

摘要：为解决方草捆捡拾效率低、费用高,长途运输难等问题,设计了方草捆集捆机。该机由底盘、捡拾器、推草机构、举草机构、压绳器和卸草机构等部件组成,基于EPEC2024搭建了控制系统,只需单人驾驶和操作,通过变量泵、马达和油缸驱动各部件快速实现对方草捆的捡拾、挤压和捆扎。按照作业功能对各结构部件采用分模块设计,通过计算各液压回路的流量保证作业速度和作业效率,匹配硬件电路并使用Codesys编写程序控制作业流程。分别在内蒙古自治区赤峰市和辽宁省黑山县对方草捆和秸秆方捆进行了捡拾及捆扎的场地试验,结果表明：整机最大牵引车速达到20.5 km/h,作业时系统最大流量为101.6 L/min,一次能实现12个方草捆的捆扎。方草捆的集捆成捆率达到89.5%,纯工作小时内集捆生产率为12大捆/h,同等条件下与人工捡拾方式相比,捡拾效率提高了34.5%,人工费用降低了62.5%,综合费用降低了18.2%,而且增强了对自然环境的适应性,缩短了长途运输的准备周期,满足实际生产的使用要求。

基于PSO-SVR的植物纤维地膜抗张强度预测研究118-124

摘要：为快速、准确地对生产过程中植物纤维地膜抗张强度进行预测,降低生产成本,提高原料利用率,以植物纤维地膜中试平台为依托,基于粒子群算法（PSO）优化支持向量机回归（SVR）模型,结合正交试验设计L25（56）方法,以纤维打浆度、施胶剂添加量、湿强剂添加量、地膜定量、混合比作为模型输入参数,以植物纤维地膜抗张强度为输出进行模拟预测,并将模拟结果与SVR、BP、RBF智能算法模型进行对比分析。结果表明：PSO-SVR模型能够较好地表达植物纤维地膜抗张强度与模型参数间的非线性关系,并能根据输入参数快速准确地对植物纤维地膜抗张强度进行预测,测试集样本中预测值与实际值间均方误差、决定系数和均方根误差为0.117 N^2、0.915、0.342 N;与其他智能算法（SVR、BP、RBF）相比,PSO-SVR算法模型具有更高的适用性与稳定性。研究结果可为生产过程中不同抄造工艺参数下植物纤维地膜抗张强度的在线监控提供参考依据。

农业机械学报杂志农业信息化工程

结合影像纹理、光谱与地形特征的森林结构参数反演125-134

摘要：以黑龙江省SPOT5遥感影像和森林资源清查数据为数据源,获得对应样地的影像纹理特征、光谱波段值、光谱组合值以及地形信息,提取样地调查数据的林分信息,采用多元逐步回归分析,建立以SPOT5遥感影像纹理、光谱和地形特征为自变量,多个森林结构参数（林分平均直径、断面积、蓄积量和树种多样性指数）为因变量的估测模型,筛选最优纹理特征生成窗口及最优森林结构参数反演模型。结果表明,SPOT5影像的纹理光谱特征与森林结构参数具有较强的相关性,9×9窗口为最优纹理特征生成窗口;在引入地形因子后模型精度有了较大提高,树种多样性指数估测模型R^2adj都在0.72以上,蓄积量模型估测精度最优（R^2adj为0.864、RMSE为21.260 m^3/hm^2）。研究表明利用高分辨率遥感影像纹理、光谱和地形特征进行多个森林结构参数估测具有很好的应用效果。

县域永久基本农田划定方法研究135-141

摘要：基于永久基本农田概念、内涵和划定要求,提出了县域永久基本农田的定量评价模型与划定方法,并以河北省定州市为例进行示范验证。定量评价模型包括自然禀赋条件、基础设施条件、社会经济条件和区位条件4方面12个指标,并在改进连片度和田间道路密度计算方法的基础上进行综合评价。根据综合评价结果,将定州市耕地划分为优先保护型（≥76.00）、重点保护型（68.91-76.00）、适宜调控型（60.00-68.91）和后备整治型（0-60.00）4种类型,其中：优先保护型（28 389.22 hm^2）集中分布在城区及镇政府周边,是定州市重要的粮食生产基地;重点保护型（39 084.13 hm^2）主要分布在庞村镇、大鹿庄乡、杨家庄乡等,是永久基本农田的重点建设区域;适宜调控型（16 831.95 hm^2）分布较为分散,主要分布在砖路镇、赵村镇、西城区等,未来通过差别化土地整治再适当调为永久基本农田;后备整治型（5 126.82 hm^2）零散分布在西城区、北城区、息冢镇等,目前不适宜划作永久基本农田。研究结果可为定州市永久基本农田划定与相关规划提供依据。

基于耕地连片度的高标准基本农田建设划区142-148

摘要：为提高高标准基本农田划定区域的耕地连片性,在耕地综合质量评价和耕地连片网络基础上,提出了局部耕地连片度计算公式来评价耕地的连片性,并采用四象限法空间耦合耕地质量和连片度2个时空属性。结果表明：献县高标准基本农田优先建设区域面积为24 803.45 hm^2,重点建设区域面积为19 688.77 hm^2,有条件建设区域面积为19 538.64 hm^2,与面积累加方法相比,优先建设区域连片度提高了15.55%,而有条件建设区域连片度减小了37.82%,表明该方法明显提高了高标准基本农田建设划区的耕地连片度。