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农业机械学报 2018年第08期杂志 文档列表

农业机械学报杂志特约专稿

线聚焦型太阳能二氧化碳发生器性能研究1-17

摘要：研究了一种线聚焦型太阳能二氧化碳发生器。分别在跟踪及非跟踪工况下,在呼和浩特地区测试并分析了系统的集热与产气性能。确定了系统的最佳运行方式,提出了气损率和产气能力2个系统性能评价指标。测试结果表明,跟踪较非跟踪工况,反应器内腔空晒最高温度、闷晒最高水温、最高集热效率分别提升16.30%、12.44%、94.50%;系统最佳运行工况确定为跟踪式。在产气原料分解温度范围内,系统集热效率为31.80%;测试阶段系统气损率为4.50%;当太阳直接辐照度在650～850W/m~2范围内变化时,系统产气能力随太阳直接辐照度呈正相关变化。基于系统产气能力的变化规律,可计算不同规模线聚焦型太阳能二氧化碳发生器的具体结构参数。

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

基于高光谱图像的龙眼叶片叶绿素含量分布模型18-25

摘要：针对传统高光谱单点法检测叶绿素含量效率低、精度不足等问题,提出一种基于高光谱图像和卷积神经网络（CNN）多特征融合的深度学习龙眼叶片叶绿素含量分布预测模型。首先进行Savitzky-Golay光谱去噪,然后通过奇异值分解（SVD）和独立成分分析（ICA）提取特征光谱,再对特征光谱图像提取灰度共生矩阵（GLCM）和CNN纹理特征,最后建立粒子群优化（PSO）支持向量回归（SVR）、深度神经网络（DNNs）分布模型。结果表明,基于特征光谱建模的PSO-SVR预测效果最佳,全期的校正集和验证集模型决定系数R2为0.822 0和0.815 2。对比多种主流模型,基于特征光谱、GLCM纹理、CNN纹理特征的ICA-DNNs模型预测精度最高,校正集和验证集R2分别为0.835 8和0.821 0。试验结果表明,高光谱图像可快速无损地对龙眼叶片叶绿素含量分布进行检测,可为龙眼树实时营养监测和病害早期防治提供理论依据。

荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化26-32

摘要：为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。

基于Android系统的蔬菜智能耕作装置设计与试验33-41

摘要：为了提高蔬菜生产智能化水平,针对蔬菜生产集约化程度不高、自动化水平低及耕作耗时耗力等问题,集机械设计、压力传感、无线传输、互联网通信及Android手机终端控制等技术,设计了蔬菜智能耕作装置。该装置包括耕作机械部件与以STM32单片机为核心的控制系统,并基于Android系统开发了移动客户端软件,可实现耕作信息远程查看及操控功能。根据Android客户端的耕作指令,选择不同功能的末端执行器以完成相应的动作：通过电容式土壤水分检测功能,实现土壤水分信息监测;通过播种部件以及龙门架定位,完成定位定量播种;通过液态物料投放部件以及设置在液路管道接口处的PVDF压力传感器,实现液态物料投放堵塞及流量监测,完成液态物料精量投放;通过CCD摄像头获取作物图像信息,并基于BP神经网络开发了杂草识别算法,实现杂草识别。试验结果表明：该智能耕作装置可实现定位定量播种功能,株距平均合格率可达95.13%,平均误播率为4.86%;液态物料投放功能较为稳定,且均匀性较好,最大投放误差不超过5.4 g。

基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统42-49

摘要：传统玉米精量播种机多采用地轮、链条驱动排种器,高速作业时因地轮打滑、链条跳动易造成播种粒距增大、粒距均匀性下降等问题,难以保证播种质量。针对这一问题,设计了基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统,该系统以STM32为主控制器,采用Android手机终端设置播种株距、排种盘型孔数等作业参数,采用GPS接收器采集拖拉机的前进速度,根据GPS提供的速度信息实时调节排种器转速,从而实现排种器转速与拖拉机前进速度的实时匹配。为了检测该系统的性能,以编码器测速方式为对照,进行了3种株距（18、22、25 cm）、5种作业速度（4、6、8、10、12 km/h）下的对比试验。试验结果表明,在相同株距、相同作业速度下,GPS测速方式的变异系数小于编码器测速方式,且GPS测速方式的播种粒距合格指数和变异系数受作业速度的影响更小。在低速4 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式低5.39个百分点;作业速度6~10 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高7.96个百分点;在高速12 km/h时,GPS测速方式的平均合格指数比编码器测速方式高14.32个百分点;表明GPS测速方式更适宜于高速作业工况。

基于Cortex-M3的免耕播种机监控系统设计与试验50-58

摘要：针对目前国内免耕播种机的监测传感器抗尘效果差、监测精度低,且施口肥量不能变量调节,施用不当易引起烧种、烂种的问题,设计了一种基于Cortex-M3处理器的免耕播种机监控系统。该系统采用面源无盲区抗尘监测技术设计种子传感器,消除了监测盲区,提高了系统对多尘环境的适应性和监测准确性;采用离散增量式PID控制算法,根据预设施肥量和采集作业速度,实时调节口肥量与作业速度相匹配,实现了播种、施肥状况的监测和作业面积的统计,进一步实现了作业过程中缺种、堵种、缺肥、堵肥等故障报警,并可显示故障类型和故障行号。室内和田间试验验证结果表明：该监控系统工作稳定可靠,播种量计数和施肥量变量调节准确率较高,播种量计数偏差在4%以内,当施口肥量设定为75 kg/hm2时,不同作业速度下,实际施肥量与理论施肥量的偏差在5%以内,满足了实际生产需求,提高了播种机的工作效率和施肥精度。

大垄玉米原茬地免耕播种机防堵装置设计与优化试验59-67

摘要：为解决北方寒区玉米机收秸秆粉碎覆盖大垄原茬地免耕播种时易发生堵塞及地温回升较慢的问题,设计了一种大垄玉米原茬地免耕播种机的防堵装置。通过理论分析,设计了防堵装置关键部件,初步得到了该装置的结构和作业参数。应用三因素三水平正交试验方法和模糊综合评价分析法,以机组作业速度、清秸刀齿总成转速、清秸刀齿总成回转轴垂直面与机具前进方向的夹角为试验因素,以根茬清除率、秸秆清除率、防堵装置当量功耗为评价指标,对影响防堵装置性能的结构与作业参数进行了试验与优化研究。结果表明：在试验条件和试验因素水平范围内,影响多目标函数的参数优化组合为机组作业速度5.4 km/h、清秸刀齿总成转速440 r/min、清秸刀齿总成回转轴垂直面与机具前进方向的夹角20°,此时,根茬清除率为93.94%,秸秆清除率为95.39%,防堵装置当量功耗为4.36 k W,土壤扰动量为31.9%。

联合收获机脱粒滚筒凹板间隙调节装置设计与试验68-75

摘要：为解决联合收获机在田间作业时因喂入量波动而导致作业性能下降及脱粒滚筒堵塞等问题,用凹板筛后侧油缸油压力表征脱粒滚筒负荷,设计了由凹板间隙调节系统和凹板筛后侧油压力采集系统组成的脱粒滚筒负荷监测和凹板间隙调节装置。田间试验中,采用油压传感器测量凹板筛后侧油压力,并通过STM32单片机对测得的油压信号进行采集并保存,分别分析了喂入量和凹板间隙对油压力以及脱粒分离性能的影响。结果表明,凹板筛后侧油缸油压力和脱粒分离损失率随喂入量增大而增大,喂入量从3.4 kg/s增大到6.0 kg/s时,凹板筛后侧油缸油压力从732 N增加到1 114 N,脱粒分离总损失率由0.54%增加到1.08%。在额定喂入量为6.0 kg/s条件下,凹板筛后侧左右两个油缸的油压波动范围为450~660 N,且两侧油缸压力一致。另外,凹板筛后侧油缸油压力随凹板间隙增大而减小,脱粒分离总损失率随着凹板间隙的增大而增大,凹板间隙从35 mm增大到45 mm时,凹板筛后侧油缸油压力从1 114 N降到758 N,脱粒分离总损失率由1.08%增加到1.31%。在喂入量为6.0 kg/s、凹板间隙为35 mm时,脱粒分离总损失率仅为1.08%,整机性能最佳,此时凹板筛后侧油缸油压力的变化范围为900~1 320 N。

基于TRIZ理论的红花丝盲采装置设计与试验76-82

摘要：针对红花花球分布层次不齐造成机械采收效率低等问题,设计一种红花丝盲采装置。通过分析人工手采摘红花丝的过程,利用TRIZ理论,建立红花丝采摘的物质-场模型,得出红花丝最佳采摘方案为利用采摘齿与红花丝碰撞的盲采。采用凸轮机构作为红花丝采摘的驱动机构,利用TRIZ理论的冲突矩阵对应的发明原理,对凸轮机构的结构进行改进,使凸轮机构完成红花丝的夹紧与拉拔两个驱动。设计了一种新的弧形采摘齿,解决了红花丝漏采难题。利用Creo软件建立红花丝盲采装置的三维模型,并研制样机进行试验,试验结果表明,当该装置前进速度为0.5 m/s,采摘齿转速大于6 r/s时,红花丝的采摘效果最佳,采净率约为90%。

变间距梳刷式枸杞采收装置优化设计与试验83-90

摘要：为实现枸杞机械化采收,提高枸杞采摘的采净率、降低损伤率,提出一种在沟槽凸轮的引导下,压板迫使骨架侧向张开,进而调节梳刷指间距的设计方案。通过对枸杞自然特征和物理参数测量分析,建立了梳刷指变间距控制部件的数学模型,并利用Matlab对其关键零件进行结构设计优化。以宁杞1号为研究对象,设计多参数变量的正交试验,以采净率和损伤率作为评价指标,得到对采摘效果影响程度由大到小的梳刷指参数依次为弹簧钢长度、指间距、弹簧钢直径;最佳的梳刷指参数组合为：指间距为8 mm、弹簧钢长度为45 mm、弹簧钢直径为1.1 mm。在宁夏农科院枸杞研究所进行实地采收试验,结果表明：采净率为90%,损伤率为8.41%,满足枸杞采收的工作要求。

基于码值矩阵的移栽用周转轮系功能图自动生成91-99

摘要：针对利用图论进行移栽用周转轮系综合过程中,依靠经验实现轮系的双色拓扑图到功能图的转换,容易出现可行轮系结构遗漏的问题,提出一种基于码值矩阵（CVM）的周转轮系功能图（FSE）的自动生成方法,实现轮系拓扑图到功能图的系统化转换。根据轮系功能图的结构特征,制定轮系的基本图形符号,并完成编码（码值图）;在用邻接矩阵描述构件间的运动约束关系的基础上,提取轮系基本环,完成码值矩阵描述,并获取3类基本环功能图（FSF）;在各基本环功能图随机组合的基础上,利用基本环连接与简化原则实现各个基本环功能图的自动匹配,建立系统化的周转轮系的功能图谱。最后,以轮系式玉米钵苗移栽机构为例,研究传动轮系功能图的自动生成,完成移栽机构构型综合、结构设计与轨迹测试,将优化软件输出的仿真轨迹与通过高速摄影描绘的轨迹进行对比,两者基本一致,验证了从拓扑图到功能图生成方法的可行性。

D型打结器夹绳盘-打结嘴空间角度参数分析100-109

摘要：D型打结器夹绳盘回转轴孔中心线与打结嘴回转轴孔中心线的空间角度参数是机架结构设计的基本设计参数,本文通过建立空间坐标系,对夹绳盘与打结嘴回转轴孔中心线之间的空间角度关系进行了表达。借助微分几何理论,建立了夹绳盘与打结嘴运动关系的数值解析条件,分析了k0轴与k1轴在i1o1k1平面的夹角α2、圆心o1与圆心o2在i1轴方向距离d5对送绳-搭绳动作的影响,得出当α2=8°、d5=54 mm时可实现可靠的送绳-搭绳动作;分析了j2轴与j1轴在j1o1k1平面的夹角α1、k0轴与k1轴在j1o1k1平面的夹角α3对绕扣-钳咬动作的影响,通过代入不同的α1、α3参数组合进行解析,得出当α1=10°、α3=25°时打结器可以实现可靠的绕扣-钳咬动作。基于解析的角度参数对打结器机架进行了试制,对装有试制机架的打结器与德国进口打结器（RS3770）同时开展空载打结试验,试验次数200次,试验结果显示捆绳在两个打结器上成结动作基本一致,两种打结器的成结率均为100%。可知本文解析的D型打结器夹绳盘和打结嘴的空间角度参数匹配合理。

太阳能牧草干燥成套设备干燥工艺参数优化110-118

摘要：太阳能光热技术在苜蓿草干燥领域的应用前景广阔,太阳能低温干燥技术能够最大限度地减少苜蓿草营养成分的损失。为了提高苜蓿草太阳能低温干燥的效率,优化9TGK-1.5型太阳能牧草干燥成套设备干燥工艺参数,通过苜蓿草干燥试验台对苜蓿草低温干燥过程进行试验研究,得出苜蓿草干燥过程中进口温度、进口风速对干燥时间的影响,并对苜蓿草干燥模型进行拟合。利用苜蓿草干燥试验数据和干燥模型方程确定苜蓿草太阳能分段式干燥工艺及参数,相比目前干燥设备常用的进口温度45℃和进口风速1.5 m/s的工艺参数,采用优化后的干燥工艺及工艺参数,苜蓿草干燥效率提高了34.4%,提高了苜蓿干草粗蛋白和胡萝卜素等营养成分保有量。

光束阻断式小粒蔬菜种子漏充与堵孔同步检测系统研究119-126

摘要：针对气力式排种器直播小粒蔬菜种子时易产生漏充与堵孔的问题,设计了一种光束阻断式小粒蔬菜种子漏充与堵孔同步检测系统。该检测系统调用ARM嵌入式系统的中断资源,采用旋转编码器实时测定排种盘转速,实时调整时间窗口与理论脉冲频率;在时间窗口内采集对射型激光传感器的输出脉冲,计算实际脉冲频率;通过对理论脉冲频率和实际脉冲频率实施运算,同步测定漏充率与吸孔堵塞率,并在触摸屏上显示。选用雪白玉萝卜、中双11号油菜和上海青3种蔬菜种子为研究对象,以排种盘转速和吸室真空度为试验因素,以漏充率和吸孔堵塞率为试验指标,在气力式精量排种器上进行该系统与高速摄像同步检测试验验证。试验结果表明,该系统可根据排种盘转速变化自行调整时间窗口,对漏充判断相对偏差不大于1.67%,对吸孔堵塞判断相对偏差不大于0.95%。该方法能够有效实现小粒蔬菜种子漏充与堵孔的实时同步检测,为解析排种器漏播成因与排种器改进设计提供依据。

单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响127-137

摘要：为研究单旋翼植保无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响特性,基于格子玻尔兹曼（Lattice-Boltzman,LBM）方法的自适应细化物理模型,对单旋翼无人机的旋翼流场进行了数值模拟。通过改变无人机喷杆的垂直距离和喷头在旋翼下方的位置,研究了不同飞行速度下,无人机翼尖涡流对雾滴飘移的影响规律。为捕获到不同粒径的雾滴在无人机下洗流场中的运动轨迹,采用基于拉格朗日离散相粒子跟踪法模拟了雾滴的运动轨迹。为验证数值模拟的准确性,进行了试验验证,研究结果表明：当无人机飞行速度大于3 m/s时,机身后方开始出现螺旋型尾涡,且飞行速度越大、飞行高度越高,尾涡向机身后方的扩散距离越远;当飞行速度为5 m/s、飞行高度为3 m时,38%的雾滴因螺旋尾涡而造成空中飘移,其中粒径小于100μm的雾滴约占总飘移雾滴数的80%;喷杆距离主旋翼的高度对雾滴因翼尖涡流造成的飘移影响不明显,但喷头的位置越靠近主旋翼的边缘,雾滴越容易被翼尖涡流卷吸。

卷盘式喷灌机冲击式水涡轮结构参数优化138-144

摘要：针对JP75卷盘式喷灌机冲击式水涡轮驱动力矩小、水力效率低、压力损失高等问题,以提升水涡轮水力性能为目标,在单因素分析的基础上,基于响应曲面模型和CFD数值模拟,选取叶轮侧端间隙宽度（侧端间隙）、出水管入口倒圆半径（倒圆半径）和喷嘴中心与叶轮轴的间距（中心间距）为设计变量,以水涡轮效率最高、驱动力矩最大和压力损失最小为目标函数,运用Box-Benhnken中心组合试验设计方法,开展三因素三水平优化设计分析。结果表明：所建立的二次多项式响应面模型可以准确表征响应指标与设计变量之间的关系,中心间距是影响水涡轮水力性能的最主要因素;水涡轮结构参数最优组合为：中心间距73 mm、侧端间隙2 mm、倒圆半径20 mm;设计工况下的试验结果表明,与原型水涡轮相比,优化的水涡轮效率提高17.6个百分点,驱动力矩提高13.2%,进出口压降降低29.3%。

旋转折射式喷头水量分布与喷灌均匀性试验145-152

摘要：为了研究喷头工作压力、喷嘴直径和安装间距对喷灌喷洒水深和喷灌均匀度的影响规律,选用喷嘴直径为2.98、3.37、3.77 mm的R3000型旋转式喷盘的折射式喷头进行了研究。测量了3种喷头在0.1、0.2、0.3 MPa工作压力下的径向水量分布,喷灌强度随着喷头工作压力或喷嘴直径的增加而增大。叠加计算了安装间距为2、3、4、5、6 m几种情况下的组合均匀性系数,并通过组合试验与计算结果进行对比,得出组合均匀性系数试验值与模拟计算值的误差在0.5%~11.0%之间,影响因素的主次顺序为喷头安装间距、工作压力、喷嘴直径。结果表明：喷嘴流量系数平均值在0.9以上,说明喷头的性能良好。3种喷嘴的最佳喷灌均匀性系数分别为75.9%、78.2%和85.1%。提出了自制R3000型旋转折射式喷头最佳组合间距为4 m的计算均匀性系数经验公式,为其在工程中的应用提供了理论数据。

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响153-160

摘要：鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。