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农业机械学报 2019年第06期杂志 文档列表

农业机械学报杂志特约专稿

豆乳粉加工关键技术研究进展1-11

摘要：近年来,我国豆乳粉市场前景广阔,行业发展较快,形成了干法、湿法、半湿法3种主流豆乳粉加工技术体系。本文介绍了豆乳粉加工各个环节的关键技术对豆乳粉产品速溶性、豆腥味、致敏性等的影响规律,阐述了针对目前豆乳粉的腥味残存、致敏性较高、速溶性较差、口感体验较差、品质稳定性偏低等技术瓶颈问题的工艺调控方案,并对我国豆乳粉行业的发展进行总结和展望,以期为我国豆乳粉的生产工艺、标准建立、产品研发等提供参考。

农业机械学报杂志农业装备与机械化工程

基于车载三维激光雷达的玉米叶面积指数测量12-21

摘要：为使用车载三维激光雷达快速获取作物的株高、叶面积指数(LAI)等作物形态参数,以玉米为研究对象,采用车载三维激光雷达点云数据,提出了一种基于玉米分层点云数量或分层点云数量与地面点云数量比值计算LAI的方法。使用车载平台获取京农科728和农大84玉米的三维点云数据;对点云数据进行预处理,获得已测量LAI真值区域的点云数据;进行玉米植株点云与地面点云分割,根据地面起伏程度,基于随机一致性平面分割算法,将距离阈值设置为0.06m;依据玉米垂直结构分布,将玉米植株划分为上、中、下3层,计算每层点云数量并分别标记为H、M和L,同时,将上、中、下每层的点云数量与地面点云数量的比值标记为Hr、Mr和Lr,分别建立H、M、L和Hr、Mr、Lr与LAI真值的线性回归模型。试验结果表明:采用Hr、Mr变量建立的LAI二元线性回归测量模型最优,京农科728玉米训练集R2为0.931,验证集R^2为0.949;农大84玉米训练集R^2为0.979,验证集R2为0.984,本文方法可为田间快速测量LAI提供解决方案。

水田田埂边界支持向量机检测方法22-27

摘要：提出了基于支持向量机的水田田埂边界线的检测算法。采用支持向量机分类算法代替传统的图像分割算法,分割水田图像,提高了在不同光照条件下田埂边界检测的鲁棒性。图像预处理阶段引入超像素分割算法,大大减少了后续图像处理的计算量,并为支持向量机的模型训练提供大量的样本。选取足够数量的超像素样本,提取其颜色特征和纹理特征,构成19维的特征向量,并作为训练支持向量机模型的输入。使用训练好的支持向量机模型识别新图像中的水田田埂区域,模型评价指标F1分数达到90.7%。采用霍夫变换提取田埂边界,在NVIDIA的Jetson TX2硬件平台上,算法总运行时间在0.8s以内,有效满足了水田直播机的实时性要求。

基于视觉标志检测的旋翼无人机姿态估计方法28-40

摘要：为了使旋翼无人机快速、精确、自主降落到地面着陆平台,提出一种基于视觉标志检测的无人机姿态估计方法。首先,利用标准直升机停机坪的几何特征,采用标志五步提取算法从机载摄像头采集的图像中获取视觉标志;为了满足无人机自主着陆过程的快速性和实时性,提出一种基于距离三点法的角点检测算法,得到H形标志的12个角点;然后,通过对角点分类、编号,并与参考图像中的对应角点进行匹配,解算出包含相对姿态信息的单应矩阵;最后,应用直接线性变换(Direct linear transformation, DLT)分解单应矩阵得到无人机的姿态角,并依据相机成像的相似三角形原理计算出无人机相对于视觉标志的位置,解决了单目相机尺度不确定性问题。通过实验平台模拟无人机不同飞行状态下的姿态并进行估计,对提出算法的实时性和准确性进行了实验验证。实验结果表明:本文算法的平均执行时间为307.2 ms,位置估计的最大均方根误差为0.006 2 m,姿态角估计的最大均方根误差为0.313°,满足无人机自主着陆的准确性和实时性要求。

原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验41-51

摘要：为探索原茬地播种机种床整备侧向滑切清秸刀齿对机具作业过程中秸秆缠绕度、振动强度、功率消耗和覆秸均匀度的影响,在阐述侧向清秸装置结构和工作原理基础上,对侧向滑切清秸刀齿结构及滑切面工作曲线进行了设计,确定了影响刀齿工作性能的关键结构与工作参数。应用四因素三水平正交试验方法,选取初始半径、起始滑切角、刀轴角速度和机具作业速度为影响因素,以秸秆缠绕度、振动强度、当量功耗和覆秸均匀度为评价指标,对影响机具作业性能的刀齿结构和工作参数组合进行优化分析。结果表明:在初始半径200mm、起始滑切角30°、刀轴角速度42rad/s、机具作业速度7.2km/h条件下,无秸秆缠绕,振动强度为159m/s^2,当量功耗为4.9kW,覆秸均匀度为0.075。对比试验表明,优化后刀齿组合振动强度降低了46.5%,当量功耗降低了29.7%,工作过程中未出现机具堵塞现象。

变粒径双圆盘气吸式精量排种器优化设计与试验52-63

摘要：针对现有气吸式圆盘型精量播种机播种不同尺寸种子需要更换排种圆盘的缺陷,为节约成本、提高排种器通用性,基于现有圆盘型排种器,设计了一种变粒径双圆盘气吸式精量排种器,无需更换圆盘便可实现不同粒径种子的精量播种。阐述了排种器基本结构与工作原理,并对其工作过程及关键部件进行了理论分析,确定了型孔排布、型孔形状、型孔锥角等关键结构参数,运用Fluent仿真分析了5种组合型孔对气室流场的影响,通过仿真分析获得了最佳组合型孔参数,并在JSP12排种试验台上进行了排种均匀性试验及正交试验,得到排种性能较好时的负压、排种盘转速等参数的合理范围。结果表明:当排种器圆盘型孔为60°锥角的倒角型型孔,转速为34.5r/min、负压为4.1kPa时,其合格率为90.46%、漏播率为2.59%、重播率为6.94%,排种性能较优,满足播种要求。通过田间试验跟踪观察种子后续生长情况,试验得出排种器的平均合格率90.16%、漏播率2.77%、播种各行排量一致性变异系数5.34%、总排量稳定性变异系数4.86%,与传统排种器相比作业质量显著提升。

种腔自净型气吸式玉米小区精量排种器设计与试验64-73

摘要：为满足玉米育种试验的播种需要,设计了一种种腔自净型气吸式精量排种器,该排种器的充种腔与清种腔相互独立,排种与清种过程互不干扰,自净率达100%。通过考察育种试验用种子的形状,并结合育种试验的特点,确定了排种器关键结构参数。对种子吸附的过程进行动力学分析,并利用EDEM软件仿真验证了种量较少时搅种盘的种群扰动作用。利用Fluent软件模拟验证了当剩余种子不超过10粒、清种时间不超过1s的情况下,清种真空度大于3kPa时,可保证剩余种子全部清出。对育种试验用种子进行分级处理,在真空度3~4kPa范围内进行单因素试验,结果表明,清种阶段已吸附在吸孔上的任一规格种子均能正常播种。排种器台架试验结果显示,播种机作业速度小于3.6km/h,真空度6~8kPa,刮种板工作面距离吸孔中心2~4mm范围内时,排种器的漏播率小于1%,重播率小于4%,合格指数大于95%,各项指标符合国家标准要求,能实现有效排种,同时保证清种率达到100%。排种器田间试验证明,出苗效果符合育种试验的播种要求。

基于压电冲击法的水稻穴直播监测系统设计与试验74-84

摘要：为精准实时监测水稻穴直播机播种状态,提高监测稳定性,以弹射式耳勺型水稻穴直播排种器为研究载体,采用PVDF压电薄膜为传感元件,以ATmega328PMCU控制器为核心,基于压电冲击法设计了水稻穴直播监测系统。通过分析种群投种轨迹,设计了可辅助监测且导种成穴的导种管,确定了PVDF压电薄膜传感器的安装部位。结合排种器多粒穴播作业特点,确定了4种作业故障监测算法。设计了系统硬件电路,开发了蓝牙无线串口传输APP,实现了上、下位机无线通信。台架测试表明:在不同工况下系统灵敏度均在90.83%及以上,可实现对信号的有效采集。由田间试验得到系统的重播监测精度、漏播监测精度及有效监测精度的平均值的最小值分别为81.79%、80.42%和97.67%,且系统在机具发生重播或漏播时可进行声光报警。该监测系统满足水稻穴直播监测要求,有助于提高水稻穴直播作业质量。

联合收获机喂入量监测系统设计与试验85-92

摘要：为了能够实时、准确地获取联合收获机作业过程中的喂入量信息,设计了基于割台传动轴扭矩的喂入量监测系统,并建立了喂入量预测模型。该监测系统主要由信息感知模块、车载终端和移动终端构成。信息感知模块包括扭矩传感器、霍尔传感器和GPS模块等;车载终端将采集信息本地显示并打包上传;移动终端实现了对联合收获机作业参数的远程监测。在建立喂入量预测一元线性回归模型基础上,对扭矩信号进行了双阈值滤波和低通滤波。田间试验结果表明,该系统运行稳定,通信良好,一元线性回归模型预测决定系数为0.755。滤波方法能够有效地滤除噪声,滤波后预测决定系数提高至0.852,能够在一定程度上满足联合收获机喂入量监测的实际需要。

联合收获机CAN总线架构设计与试验93-99

摘要：针对国内外农机装备智能化发展及设备物联远程网控需求,基于ISO11783系列标准,提出并设计了联合收获机智能CAN总线方案及其应用系统。根据联合收获机的作业特点和智能控制需求,建立了由动力CAN总线、设备管理CAN总线、专用设备CAN总线1和专用设备CAN总线2组成的模块化、可扩展的智能农机CAN总线网络结构。基于ISO11783CAN总线应用层协议标准,制定了智能化联合收获机远程网控通信协议。最后,进行了联合收获机CAN总线应用系统网络负载和实时性的通信试验及工程应用试验验证。试验结果表明,在500kb/s波特率下,所有总线的负载率均小于30%,数据在3层CAN总线之间传输总延时小于1ms,满足联合收获机智能远程网控CAN总线系统的设计要求。

马铃薯收获机薯秧分离装置设计与试验100-109

摘要：针对北方粘重土壤条件下马铃薯收获过程中薯秧分离效果不佳的问题,设计了一种在不杀秧情况下既适用于大型联合收获机也适用于分段式马铃薯收获机的薯秧分离装置。通过对该装置升运过程中薯秧的运动学分析和分离过程中的力学分析,建立了一种弹性力学模型,确定了影响薯秧分离效果的主要因素,得到影响薯秧分离性能的摘秧辊转速范围和摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离范围等工作参数。以摘秧辊转速、一级升运分离筛主驱动辊线速度、摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离为试验因素,以含杂率为试验指标,在未进行杀秧作业的条件下进行田间试验,试验结果表明:当摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离为2.5mm、摘秧辊转速为9.0r/s、一级升运分离筛主驱动辊线速度为1.6m/s时,含杂率为2.4%,优于国家行业标准。

水稻收获机械抖动板加热脱附试验研究110-118

摘要：为解决水稻收获机械物料抖动板表面极细小湿黏物料粘附的问题,提出了利用界面加热实现金属抖动板减粘脱附的方法。以镀锌板和不锈钢板两种基材为试验部件,以极细小湿黏水稻物料为试验对象,构建了湿黏水稻物料与金属抖动板表面的粘附界面模型,分析得出水膜的毛细作用是形成粘附界面的重要原因,揭示了金属抖动板表面加热对粘附界面的脱附作用机理。通过加载加热脱附试验,得到两种金属抖动板脱附率曲线模型,分析表明,粘附界面加热可以有效抑制湿黏水稻物料粘附在金属抖动板表面,当温度为50℃时,镀锌板和不锈钢板的脱附率分别达到61.81%和61.33%。振动加热脱附试验表明,金属抖动板的振动强度影响加热脱附效果,采用较低温加热、较高强度振动的方案,脱附效果更好,抖动板采用40℃加热,设定振频6Hz、振幅40mm的作业参数,脱附率超过65%,满足实际作业要求。验证试验表明,热气流加热是实现水稻收获机械抖动板与湿黏物料减粘脱附的有效方式。

振动筛不同运动形式对颗粒群筛分的影响119-129

摘要：为研究不同运动形式振动筛的筛分性能,对平面往复、三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上颗粒的分散程度进行分析和试验。基于颗粒非线性跳动理论,利用Matlab软件模拟得出颗粒在不同运动形式筛面上的运动状态;以分散度为试验指标,利用高速摄像机对玉米颗粒在3种振动平板上的运动进行跟踪。颗粒在振动平板上的运动规律证明了颗粒非线性跳动理论分析结果的正确性,随着振动筛主轴转速逐渐增大,颗粒群在3种振动平板上的分散度均呈现先增大、后减小的变化规律。在振动筛主轴最优转速下,玉米颗粒群在三移动一摆动、三移动两转动振动筛筛面上的综合分散度分别为38.96mm和40.73mm,较平面往复振动筛分别提高了14.39%和19.58%。以筛分效率为试验指标,利用3种振动筛筛面进行物料筛分试验,物料筛分试验结果表明,颗粒群在3种振动筛上的筛分效率由高到低依次为:三移动两转动振动筛、三移动一摆动振动筛、平面往复振动筛。物料筛分试验结果证明了用振动平板对颗粒群分散度进行研究的可行性,同时验证了平板试验结果的正确性。

横腰带覆土式全膜双垄沟覆膜联合作业机设计与试验130-139

摘要：为实现全膜双垄沟覆膜种床机械化构建,针对地膜全域覆盖膜上横腰带式覆土等要求,设计了横腰带覆土式全膜双垄沟覆膜联合作业机,可实现起垄、施肥、覆膜、覆土及横腰带铺设与渗水孔打孔的一体化作业。对样机关键部件进行设计,确定其旋耕刀组功耗和提土装置、镇压打孔装置的工作参数,同时解析了输土种床覆土装置、横腰带覆土系统的作业过程,得到满足覆膜种床各部位覆土的必要条件。田间试验表明,当作业速度为0.50m/s时,采光面地膜机械破损程度为38.6mm/m^2、种床起垄高度合格率为89.8%、种床垄沟中心距合格率为90.7%、种床膜边覆土宽度合格率为95.8%、横腰带覆土宽度合格率为95.6%、种床覆土厚度合格率为95.2%、横腰带覆土间距合格率为93.5%、渗水孔间距合格率为97.1%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。

机采棉中残地膜静电吸附法分级去除140-147

摘要：提出一种基于静电吸附方法分级去除机采棉中残地膜的方法,以新疆阿拉尔地区种植的新陆早26号机采棉为研究对象,根据机采棉中残地膜曲直形态与荷电极化程度存在一定的相关性,利用图像处理提取机采棉中各种残地膜杂质特征并进行聚类算法分级,将残地膜分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级。搭建静电吸附分离平台,对掺有不同等级残地膜的机采棉进行不同荷电时间、飞入速度、极板电压下的试验,以除杂率为测定指标,找出对应级别残地膜的最佳参数组合,以期达到残地膜杂质与机采棉的分离最大化。试验表明,对除杂率影响显著的因素由大到小为:飞入速度、荷电时间、极板电压。掺有Ⅰ级残地膜的机采棉除杂最佳荷电时间为24s,飞入速度为4.7m/s,极板电压为39kV,分离率为96.2%;Ⅱ级最佳荷电时间为29.8s,飞入速度为5.8m/s,极板电压为37.6kV,分离率为98.1%;Ⅲ级最佳荷电时间为30.1s,飞入速度为3.5m/s,极板电压为46.2kV,分离率为97.2%。研究结果表明:基于静电吸附分级去除残地膜的方法可行,能够满足实际生产需要。

基于恒力机构的香蕉落梳装置设计与自适应性分析148-155

摘要：针对香蕉机械化落梳过程中出现的自适应性差的问题,设计了基于恒力机构的可自适应环抱蕉茎插切式香蕉落梳装置,并对落梳装置的径向自适应性和转动自适应性进行了分析。采用两斜置压缩弹簧的结构,引入负刚度,再与正刚度的水平压缩弹簧并联组成恒力机构,提高了落梳刀具组对果轴粗细的径向自适应性,对恒力机构的力位移特性曲线和刚度位移特性曲线进行分析,并优选关键参数,得出斜置压缩弹簧的刚度系数k1=12N/mm,水平压缩弹簧的刚度系数k2=3N/mm,初始状态斜置压簧的倾斜角θ0=36.87°,恒力行程对应的落梳刀组包络圆直径范围为80~100mm,对应的恒力f=180N。在加载有扭簧的虎克铰链基础上设计了可释放两个转动自由度的落梳刀盘,根据测定的香蕉果轴弯曲度设置刀盘旋转角范围为±10°,根据建立的三维模型中的几何参数得出,落梳刀具末端的工作空间是一个半径为300mm的球面。对落梳刀具末端的柔度矩阵进行分析,结果显示,落梳刀盘旋转角为0°,即刀盘与机架上底面平行时线柔度最大,最大值为0.8182mm/N,落梳刀盘旋转角为10°时线柔度最小,最小值为0.77mm/N,说明落梳刀具末端的线柔度随刀盘旋转角的增大而减小。试验结果表明,梳柄切口符合试验指标的蕉梳占所有样本的81.25%,切口质量良好,该装置设计合理,且满足实际落梳作业的要求。

苏叶在线分选系统设计与试验156-162

摘要：针对我国苏叶人工分选劳动强度大、效率低、缺乏自动分选系统的问题,设计了苏叶在线分选系统,该系统由上料单元、检测单元、传输单元、分选单元、下料单元、供气系统以及控制系统组成。首先对苏叶图像进行预处理,进而获取叶片最小外接圆及其直径信息,最后根据确定的转换系数得到苏叶尺寸。为便于苏叶分选控制,设计了苏叶尺寸输出排序策略。试验结果表明,利用该系统能够实现苏叶的快速测量与分选,单幅图像处理时间约为0.18s,分选速度约为4片/s,系统测量总体平均绝对误差为0.157cm,总体分选准确率为90.09%。

半开叶轮离心泵叶顶间隙非定常流动特性研究163-172

摘要：为研究半开式离心泵叶顶间隙区域的非定常流动特性,应用SST k-ω两方程模型,对半开式离心泵进行了全流道数值模拟,利用快速傅里叶变换(FFT)将各监测点的时域值转换为频域值,并分析了泄漏涡轨迹与叶片载荷的相关机理以及泄漏涡的频谱特性。结果表明:泄漏涡涡核与叶片骨线的夹角θ随着叶尖载荷的变化发生了周期性脉动;泄漏涡加剧了叶尖处的流动分离,在叶片前缘形成了连接叶片表面与泵壳的涡管;在流量为0.75 Q d 时,叶顶前缘间隙处扰动主信号为0.51 f B ,该频率与二次泄漏以及叶尖处涡管的非定常脉动特性相关;随着流量减小,扰动信号频率有所波动,叶尖泄漏涡破碎位置向叶片前缘移动。