振动式枸杞采摘机理仿真分析与样机试验

为了实现枸杞机械化采摘,该文研究了枸杞振动采摘机理,并建立振动采摘力学模型,分析求解得到枸杞挂果枝条受迫振动时各节点处枸杞和花朵所受惯性力的通解。运用MATLAB对振动式枸杞采摘机工作参数进行优化和仿真试验,优化得到合理的迫振载荷和驱动轮转速组合,仿真试验得到受迫振动枸杞挂果枝条各节点处枸杞与花朵所受采摘惯性力随转速变化规律仿真曲线,对转速取值进行调整。最后进行了枸杞采摘试验,试验得到合理的驱动轮转速为2 870 r/min,该转速水平在仿真得到的合理的转速区间为2 868.84~2 871.21 r/min。试验转速为2870 r/min时,成熟枸杞采摘效率为815颗/min,成熟枸杞采净率为86.70%,未成熟枸杞采摘率为7.36%,花朵采摘率为7.43%,成熟枸杞损伤率为8.62%,机采人采效率比为5.43,试验结果与仿真结论一致。研究结果可为枸杞振动采摘机的研制提供参考。     

黑果枸杞及其绿色清洁栽培技术

从黑果枸杞苗木繁育、园地选择与规划、肥水科学管理、整形修剪、病虫草害防控、果实采摘收获等方面介绍了黑果枸杞及其清洁栽培技术。     

黑果枸杞改良塔里木河上游阿拉尔垦区盐碱地的效果分析

探讨极端干旱区黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)改良盐碱地的效果及盐分与土壤有机质之间作用规律。连续田间监测对比中度盐渍土(5～10 g/kg)、重度盐渍土(10～22 g/kg)和盐土(>22 g/kg)3种土壤条件黑果枸杞植株的成活率,以及栽培3年对0～20、20～40、40～60 cm土层Na+、Cl-、SO42-、有机质、碱解氮含量以及果实产量的影响。结果表明,土壤总盐含量与黑果枸杞存活率之间符合二次函数,总盐含量大于7.97%致死黑果枸杞植株。此外,栽培黑果枸杞后,3种盐渍土20～40 cm土层Na+、Cl-和SO42-含量显著减小,并以盐土最为显著,其他各土层盐离子含量未显著降低。盐土碱解氮含量显著增加,其他类型盐渍土各土层有机质和碱解氮显著降低。土壤总盐降低速率与土壤有机质增量呈负相关。经修复的盐渍土有利于黑果枸杞产量显著增加。综上所述,增产过程中黑果枸杞降低了中重度盐渍土中Na+、Cl-和SO42-含量,消耗了20～40 cm土层较多养分。     

齿梳式油茶果采摘机采摘执行机构的研制与试验

为了实现油茶果采摘的机械化,该文论述了齿梳式油茶果采摘机执行机构的研制和试验,重点论述了可避让式采摘头、多自由度采摘臂的设计.建立了空间坐标系,应用D-H矩阵变换,建立了采摘执行机构中采摘齿的空间运动方程.现场采摘试验表明,当齿梳式采摘头上升速度约为0.8 m/s左右,采摘头回转速度约为15 r/min时,既可以获得较高的采摘效率,又能使采摘范围内的漏摘率控制在3.2%以内,同时保证花蕾的掉落率控制在3%以内,从而验证了齿梳式油茶果采摘机的可行性.     

基于转录组信息的黑果枸杞WD40蛋白质家族分析

WD40蛋白质为真核生物中一种常见蛋白质,广泛参与植物生长发育的多种生物过程,在蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA的相互作用中发挥重要作用。为系统分析黑果枸杞WD40蛋白质家族成员,本研究以黑果枸杞青色期、转色期和成熟期3个发育时期的果实转录组测序数据为基础,结合Nr、Nt、Pfam、KOG/COG、Swiss-prot、KEGG及GO 7个数据库和NCBI网站,对黑果枸杞WD40蛋白质编码基因进行筛选注释。结果表明,共得到77个黑果枸杞WD40蛋白质家族成员,黑果枸杞WD40蛋白质结构域组成多样,且在不同物种间高度保守;亚细胞定位预测分析表明,黑果枸杞WD40蛋白质家族成员多位于细胞核及细胞质中;黑果枸杞和拟南芥WD40蛋白质共建的系统进化树可分为五个亚家族;WD40蛋白质家族成员编码基因随果实发育的表达模式表明,黑果枸杞WD40蛋白质家族成员可能参与了其果实花青素的变化调控。本研究结果为枸杞WD40蛋白质的分离及功能研究奠定了一定的理论基础。     

番茄果实串采摘点位置信息获取与试验

针对番茄收获机器人在采摘过程中果实串采摘点位置难以确定的问题,提出了基于果梗骨架角点计算方法,并利用该算法对番茄果实串果梗采摘点进行位置信息获取:首先采用最大类间方差分割法进行目标果实串分割,通过形态学方法和阈值法去除干扰,提取出目标果实串分割图像;根据果实串的质心和果串的轮廓边界确定果梗的感兴趣区域,采用快速并行细化算法提取果梗的骨架,利用Harris算法检测得到果实串第一个果实分叉点与植株主干之间果梗骨架角点,通过计算获得采摘点位置信息。然后进行验证试验,利用双目视觉图像采集系统采集了60组果实串图像并获取果梗采摘点位置信息,结果表明,采摘点位置成功率为90%,为采摘机器人提供准确的采摘位置信息。     

黑果枸杞和宁夏枸杞中黄酮醇合酶基因的克隆及表达分析

黑果枸杞和宁夏枸杞为枸杞属中两种重要的药用植物,具有极大的药用价值。本研究利用转录组数据克隆了黑果枸杞和宁夏枸杞黄酮醇合酶基因（Flavonol synthase,FLS）,分别命名为LrFLS及LbFLS,并通过实时定量PCR（real-time quantitative PCR）分析其在两种枸杞果实四个发育时期中的表达模式。研究结果表明：LrFLS与LbFLS各编码一条由350个氨基酸残基组成的蛋白序列。蛋白序列分析表明：LrFLS、LbFLS相似度高达99%,各含有两个保守的功能域。进化分析表明,LrFLS和LbFLS同属茄科的烟草、马铃薯的FLS蛋白序列相似度最高。实时定量PCR结果表明,LrFLS在S2时期的表达量最高,在果实发育过程中呈现先升高后降低的趋势;而LbFLS在S2时期表达量最低,呈现先降低后升高的趋势。本研究为揭示黄酮醇在黑果枸杞和宁夏枸杞果实中的累积具有一定的启示作用。     

不同有机肥对宁夏枸杞生长、产量及品质的影响

探讨有机肥对宁夏红寺堡区枸杞生长发育、光合作用及枸杞果实品质的影响。以"宁杞7号"枸杞为试验材料,以不施肥为对照,研究牛粪、羊粪、猪粪、沼液4种有机肥和腐植酸、2种生物有机肥对宁夏红寺堡区枸杞生长发育、生长指标、果实品质、光合作用的影响。结果表明:施用猪粪有机肥有利于枸杞株高生长达到128.60 cm,牛粪有机肥对枸杞树冠幅的增长效果最明显,有机肥的施用显著增加了叶片的蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,能显著提高叶绿素含量,提高枸杞叶片的光合作用。增施有机肥可以促进果实发育,增产效果明显,各处理较不施肥处理高出72.36～4 352.75 kg/hm~2;而且可以有效改善枸杞果实的品质,羊粪对枸杞百粒重、可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量的增加效果最佳。在石灰性土壤上,有机肥和生物有机肥的施用能提升土壤地力,对枸杞的生长发育及产量有明显的促进作用。同时,有效提升枸杞叶片的光合作用的进行与产物的积累,并且能有效改善枸杞的品质。     

采摘机械手对扰动荔枝的视觉定位

为了解决采摘机器人在自然环境中对扰动状态荔枝的视觉精确定位问题,该文分析机械手采摘过程中荔枝产生扰动的因素,设计制造了模拟荔枝振动的试验平台,该试验平台通过改变方向、振频、振幅等振动条件来模拟采摘过程中的扰动环境;结合振动平台运动参数,提出了双目立体视觉系统采集扰动状态的荔枝图像方法,在HSI颜色空间中对预处理后荔枝图像利用模糊C均值聚类法(FCM,fuzzyC-means)分割荔枝果实和果梗,然后利用Hough变换算法进行直线拟合确定有效的果梗采摘区域和采摘点,对多帧图像中采摘点坐标取平均值,然后进行三维重建确定空间采摘点坐标。荔枝扰动状态的视觉定位试验结果表明,空间定位深度值误差小于6cm,荔枝采摘机械手能实现有效采摘,该研究为机械手实际作业提供指导。     

梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化

针对目前中国枸杞人工采收效率低、成本高的问题,该文采用梳刷振动相结合的采收方式,设计了梳刷振动式枸杞收获装置,并进行了试验。首先基于ADAMS软件建立了枸杞果实、枝条模型与梳刷振动机构模型。枸杞果实、果柄间连接力采用广义力连接,通过设置传感器来监测果柄断裂条件,实现了枸杞果实、果柄在外力作用下的分离过程控制。通过仿真分析,确定了收获装置的梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度3个因素为影响采收效果的主要因素。然后以梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度为因素,以采收效率、成熟枸杞采收率、青果脱落率以及成熟枸杞破损率为评价指标,进行了田间试验,试验结果表明:在梳刷转速80 r/min、圆盘转速100 r/min、振动幅度80 mm的因素水平组合下采收效率为13.12 kg/h,成熟枸杞采收率为87.46%,青果脱落率为13.81%,成熟枸杞破损率为2.82%,采收效果最佳,相比于其他单一原理的采收机构,本装置既达到了较高采收效率与成熟枸杞采收率,也保证了相对较低的青果脱落率与成熟枸杞破损率。该文可为枸杞机械化采收机械的设计提供理论依据与数据支撑。     

4HJL-2型花生联合收获机摘果机构的设计与试验

为适应4HJL-2型花生联合收获机摘果作业的要求,该文设计了一种螺旋圆弧面板式摘果机构,并对该4HJL-2型花生联合收获机中螺旋圆弧面板式摘果机构进行研究,通过试验建立了摘果机构参数与各试验指标之间的数学模型,并进行了动平衡和田间试验。结果表明,该螺旋圆弧面板式摘果机构可以对花生进行有效摘果,在最优工作参数：摘果搅龙长度168 cm、转速595 r/min、面板宽度47 cm时摘果率99.25%,破碎率0.234%,生产效率1 098.21 kg/h,均符合花生摘果机行业标准（NY/T 993-2006）,满足实际生产要求。研究结果可为花生联合收获机的开发研究提供参考。     

苹果采摘机器人关键技术研究现状与发展趋势

目前国内苹果基本采用人工采摘方式,随着劳动力资源短缺以及机械自动化技术的迅速发展,利用机器人采摘替代人工作业成为必然趋势,开发苹果采摘机器人用于果园收获作业具有重要意义。由于苹果采摘作业环境复杂,严重制约了采摘自动化的发展。目标识别、定位与果实分离是苹果采摘机器人的关键技术,其性能决定了苹果采摘的效率及质量。该文概述了具有市场化前景的苹果采摘机器人发展和应用现状,综述了在复杂自然环境光照变化、枝叶遮挡、果实重叠、夜间环境下以及同色系苹果的识别方法,介绍了多种场景并存的复杂环境下基于深度学习的苹果识别算法,遮挡、重叠及振荡果实的定位方法,并对采用末端执行器实现果实与果树的分离方法进行了分析。针对现阶段苹果采摘机器人采摘速度低、成功率低、果实损伤、成本高等问题,指出今后苹果采摘机器人商业化发展亟需在农机农艺结合、优化识别算法、多传感器融合、多臂合作、人机协作、扩展设备通用性、融合5G与物联网技术等方面开拓创新。     

钉齿滚筒式播前残膜回收装置设计与试验

针对播前土壤中残膜破坏土壤结构、严重影响作物发芽率及成活率、降低作物产量等问题,该文设计了一种与联合整地机配套使用的钉齿式播前残膜回收装置,可一次性完成捡膜、脱膜、集膜和卸膜作业。重点设计了装置的捡膜机构、脱膜机构,并对钉齿运动轨迹,脱膜条件进行理论分析与计算。为寻求装置结构与工作参数的最优组合,运用二次回归正交旋转组合试验,以机具前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速为影响因素,以捡膜率、脱膜率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和捡膜率、脱膜率之间的回归模型,分析各因素对捡膜率、脱膜率影响的显著性。结果表明:各因素对捡拾率的影响由大到小依次为:前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速;对脱膜率的影响由大到小依次为:脱膜轴转速、捡膜滚筒转速、前进速度。运用MATLAB软件对试验参数进行优化,确定了装置最优工作参数组合为:机具前进速度1.62 m/s,捡膜滚筒转速90 r/min,脱膜轴转速1055 r/min。对优化结果进行试验验证,结果显示捡膜率为70.56%,脱膜率为82.96%,试验结果和预测值相差较小,优化工作参数较可靠。     

蜂王浆三针夹取式拣虫机的设计与试验

蜂王浆拣虫是挖浆前必须完成的工序。由于蜜蜂幼虫个体较小、数目庞大,因此人工拣虫过程劳动强度非常大;然而中国养蜂人员老龄化日益严重,且目前蜂王浆拣虫机械化尚未成熟。该文针对中国养蜂现状提出一种以三针夹取的方式将王台中蜜蜂幼虫夹出的方法。以三针夹取的拣虫方式构建蜂王浆拣虫机整机方案。三根针在王台孔内壁同时做向心运动或分离运动,将蜜蜂幼虫夹住或松开。对传动机构中球面槽轮和凸轮的参数进行计算。通过有限元分析得出动力输入端脚踏板受力情况。计算得出球面槽轮圆柱销弧长7.5π,槽深20.68 mm;得出凸轮的理论廓线;有限元分析结果得出动力输入方式可靠。该机器在保留蜂王浆幼虫完整的前提下,一次性将整条王台(64孔)中蜜蜂幼虫全部拣出,可实现连续作业,拣虫效率为10条/min时为人工的10倍,克服了蜂场手工作业时间长和劳动强度大问题。对扩大中国蜂业养蜂规模有着极大的促进作用。     

芦苇笋采收机研制

针对芦苇笋采摘无机械化采摘设备,人工采摘劳动强度大,作业环境泥泞,湿地行驶通过性和稳定性要求高等问题,该研究设计了一种自走式芦苇笋采收机。该机包括采摘装置、升举机构、收集装置、履带自行走底盘等部分,可实现满足农艺要求的芦苇笋自动化采摘和收集作业。整机由柴油机驱动,传动系统分为机械传动部分和液压传动部分,机械传动部分提供整机行走和收集纵向输送动力,液压传动部分提供采摘装置动力调整、横向收集调速和升举机构升降。首先,根据芦苇笋采摘掰扯受力特点设计了同步带牵引拖曳采摘装置,其俯仰角度0°～60°可调,前端最大离地高度600 mm,采收宽度876 mm;同时,根据通过性能和作业要求,采摘装置加装变幅升举机构,离地最大升举高度200 mm;之后,根据芦苇笋的生物特性设计了芦苇笋输送收集装置,纵向输送装置皮带速度为0.5 m/s,横向收集装置皮带速度为1m/s;最后,基于各个模块分布和传动关系,设计了履带自行走底盘,配套动力13.3kW。通过对整机动力和行驶性能进行分析计算,确定满负载动力需求,获得整机横、纵向极限倾角及横向滑移角。采摘试验表明,采摘机作业效果良好,采摘效率为71kg/h,损伤率为8%,漏采率7.6%;整机行驶性能稳定,行驶速度范围为0～9 km/h,采摘装置前端离地高度调节范围为0～638mm,可适应地势采摘芦苇笋;整机极限纵向俯角、仰角和横向倾翻角分别为50°、63°和45°,纵向极限滑移角和横向极限滑移角分别为42°和38°,湖区作业通过性和稳定性强。试验结果对自走式芦苇笋采收机的结构优化和智能化升级提供了可靠的技术支撑。     

水平摘锭式采棉机采摘头传动系统优化与试验

为了提高水平摘锭式采棉机的作业效率,针对国产采棉机在高速作业过程中存在采摘速比系数匹配不当、采摘头传动系统不合理的问题,该研究根据水平摘锭式采棉机采摘头结构与工作原理,对采摘头传动系统、采棉机采摘机理进行分析,根据传动系统传动要求和采棉机采摘条件,建立目标函数与约束条件,运用遗传算法和1stOpt软件对采摘头传动系统进行优化分析。优化结果为:滚筒动力齿轮齿数为72,离合器上齿轮变位系数为-0.14,滚筒动力齿轮变位系数为1.208,齿轮顶隙系数为1.25。结合采棉机作业要求搭建棉花采摘性能试验台,选取采摘滚筒转速113～143 r/min、作业速度5.93～7.20km/h,对优化前后采摘头的作业性能进行验证试验。结果表明:优化后的采摘头作业速度由6.4km/h提升至7.2 km/h,工作效率由4.86 hm~2/h提升至5.47 hm~2/h,提高了12.5%;优化后的采摘头在7.2 km/h的作业速度下,采净率由90.4%提升至93.7%,采净率提高了3.6%,含杂率由10.28%降至9.72%,含杂率降低了5.4%,验证了传动系统优化结果的合理性。该研究可为国产采棉机采摘头的研发提供参考。     

滚筒式残膜回收机的性能试验研究

针对“11SM-1.5型滚筒式残膜回收机”核心工作参数匹配不合理,机具在作业时,常常由于使用者操作方式与水平存在差异,影响残膜回收的总体拾膜性能,进而降低残膜拾净率.滚筒式残膜回收机是一种以弧线往复式挑膜装置为核心部件的典型残膜回收机具,该研究根据滚筒式残膜回收机的结构和工作原理,分析弧线往复式挑膜装置的挑膜齿尖运动轨迹特点,确定影响机具性能的主要因子为挑膜装置转速、机具前进速度和挑膜齿入土深度,采用正交试验分析法进行田间试验,分析不同参数配比对残膜拾净率的影响,得出各因素的影响显著性及主次顺序.综合考虑挑膜装置各项指标,选择最优的水平组合,获取机具的最佳工作参数匹配,即:挑膜装置转速45 r/min、机具工作速度4km/h和挑膜齿入土深度35 mm时,残膜拾净率为88.2％,达到残膜回收机设计标准,比目前成熟的秸秆还田联合式残膜回收机的官方测定捡拾率高6.2个百分点,为机具优化设计提供数据参考,进而指导实际生产.     

枸杞振动采收机理分析与试验

为深入研究枸杞振动采收机理,该文基于果-蒂分离条件及枸杞枝条间的动态传递特性进行试验研究分析,获得枸杞振动采收条件。利用振动分离试验台进行结果枝果-蒂振动分离试验,探寻最优采摘效果的振动参数组合,即激振频率18.22 Hz、激振振幅7.87 mm和枝条通过装置的行进速度20.93 mm/s,分析该组合参数下结果枝的加速度响应,获得枸杞果-蒂分离条件。在田间采用高速摄像系统对枸杞枝条间的振动传递情况进行跟踪拍摄,并用高速运动分析软件Pro Analyst对枸杞枝条的动态响应进行分析,获得枸杞三级枝和结果枝(四级枝)的加速度响应关系。对试验结果进行分析,获得了不同激振情况下枸杞振动采收所需加速度,即当所有结果枝被直接激振时,被激振处的加速度需要达到518.38~551.06 m/s~2,结果枝末端加速度需要达到347.64~390.56 m/s~2;当存在结果枝未被直接激振,而三级枝全部被直接激振时,三级枝被激振处加速度需要达到1 738.20~1 952.80 m/s~2。该文研究结果可为枸杞机械化采收提供参考。