一种并联缆绳牵引式山地果园运输机的建模与分析

为进一步提高山地果园运输机的灵活性与可重构性，设计一种缆绳牵引式无轨果园运输机，通过在果山上设立桩点，控制并联钢丝缆绳的运动来实现果园低空运输。在建立并联机构的三维空间路线模型基础上，分析运输机工作过程中缆绳的运动与受力，阐明运输过程中缆绳速度与牵引力的变化规律。仿真结果表明：基于并联结构的缆绳牵引式果园运输机在不同的运输路径偏角下，运输过程中的缆绳速度与牵引力的变化缓慢且均匀。并联机构保证了系统工作时的稳定性，其可重构的特点进一步扩大了运输机的适用范围。     

果园割草机器人甩刀设计与分析

果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关，结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性，基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型，模型分析表明，在不出现缠草的条件下，甩刀轴转速1 500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明，设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时，割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明，刀片座间距43 mm、刀轴转速1 500 r/min、前进速度1.0 m/s时，重割率最小。     

基于虚拟样机运动学仿真的割草机喂草导向装置参数优化

针对果园常见的单株生长的较粗难切割的杂草,设计割草机的专用喂草导向装置。联合CREO和ADAMS建立喂草导向装置与杂草的刚柔耦合模型,并对杂草在喂草导向装置喂草口角度和前进速度不同的情况下的运动规律进行分析。根据杂草顶端点在空间坐标系中X、Y、Z轴方向上的位移变化相关关系获得杂草的偏移夹角、割草机的理论最大割幅和割茬偏移等3个重要指标,来表征喂草导向装置的工作效果。使用Design-Expert 10.0进行试验设计,试验结果表明,最优的方案为:喂草口角度为80°、机器前进速度为1 330 mm/s,此条件下喂草导向装置的工作效果良好,割茬平整,最大偏移量为27.02 mm。     

基于CFD果园风送式喷雾机雾滴沉积特性研究

自制应用于柑橘园施药的风送式喷雾机,并基于CFD建立喷雾机雾滴运动轨迹及沉积模型,考察该喷雾机雾滴沉积特性及送风方向对雾滴沉积的影响。根据喷雾机尺寸参数,建立喷雾流场二维模型,并确定DPM模型参数,模拟获得距喷头不同距离的垂直截面上雾滴沉积量。试验结果显示:在距喷头1.0 m的范围内,雾滴沉积特性与试验结果相符,且在1.0 m范围内,送风角度的增加对雾滴飘移影响较小,随着与喷头距离的增大,送风角度对底部雾滴飘移损失的影响逐渐加剧;在距喷头1.0 m范围以外,雾滴沉积特性与实际试验结果偏差较大,但雾滴沉积量随与喷头距离的增大而逐渐减少的规律是一致的。     

双电机履带式水稻收获机底盘自动导航系统设计与试验

针对人工操作履带式收获机进行再生稻头季收获碾压率高、对行稳定性差,以及现有电动履带式机械大田作业精度低等问题,设计一套双电机履带式底盘自动导航系统并进行了试验验证.以自主设计的用于水稻收获的双电机履带式底盘为基础,基于田间滑移模型推导了底盘转向半径与两侧驱动电机转速关系,并设计了自动导航模糊控制器.采用双天线RTK-G...     

手扶水力冲刷式挖藕机设计与试验

针对目前莲藕（Nelumbo nucifera Gaertn）机械化收获程度低、作业劳动强度大、莲藕采收效率低的问题,设计了一种手扶水力冲刷式挖藕机。该挖藕机采用液压系统控制污水潜水泵和喷头的往复运动,并利用2个污水潜水泵分别配置1个喷头的方式工作,保障水流有足够的流量与压力;应用AMESim软件对液压控制系统进行仿真,仿真结果显示,〖JP+1〗液压系统运行良好。以设计的手扶水力冲刷式挖藕机喷头的喷射角度、喷头的入泥深度、推移液压缸的移动速度为试验因素,以冲刷深度、浮出率为试验指标,开展三因素三水平的Box Behnken试验,并进行响应面分析及参数优化分析。试验结果表明,当喷射角度为30°、入泥深度为-24 mm、移动速度为10 cm/s时,设计的挖藕机冲刷性能达到最优状态,此时挖藕机冲刷深度为302 mm,莲藕浮出率为90%。     

基于随机蛙跳和支持向量机的牛乳收购分级模型构建

蛋白质、脂肪含量和体细胞数量作为牛乳收购中的重要参考指标，决定了牛乳的品质和价格。为批量准确地对牛乳品质进行分级，提高乳企的生产效率，本研究以3216份荷斯坦牛牛乳样本为研究对象，应用中红外光谱技术实现对收购过程中4种不同品质牛乳的检测分级。利用一阶导数和一阶差分对光谱进行预处理，并结合竞争性自适应重加权算法（Competitive Adaptive Reweighted Sampling，CARS）和随机蛙跳算法（Shuffled Frog Leaping Algorithm，SFLA）筛选出能代表不同牛乳的有效特征变量，建立支持向量机（Support Vector Machine，SVM）模型。其中，利用网格搜索法（Grid Search，GS）、遗传算法（Genetic Algorithm，GA）和粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）对SVM模型的关键参数——惩罚参数c和核函数参数g进行优化。结果表明，SFLA算法总体上优于CARS算法，PSO优化SVM模型的效果最佳。一阶差分预处理后，利用SFLA算法筛选特征变量建立的PSO-SVM模型，训练集准确率、测试集准确率和曲线下面积（Area Under Curve，AUC）分别为97.8%、95.6%和0.96489。该模型具有较高的准确率，在牛乳产业中具有实际应用价值。     

稻麦兼用型气力滚筒式精量排种器设计与试验

针对长江中下游稻麦轮作区设计了一种稻麦通用型气力滚筒式精量排种器,滚筒采用对剖式结构,可从径向拆装,简化拆装过程、减少对密封件的影响。以黄华占和郑麦9023为播种对象,以空穴率、合格率和重播率为排种性能评价指标,对窝眼形状、滚筒转速、吸种负压和充种区种层高度对排种性能的影响进行了单因素试验;并通过二次正交旋转中心组合试验对工作参数进行了优化和验证。结果显示:圆锥形窝眼更适合水稻种子,类椭球形窝眼更适合小麦种子;充种区种层高度对排种性能影响不显著,滚筒转速和吸种负压对排种性能有明显影响;分析得到的水稻最优工作参数组合为滚筒转速17r/min、吸种负压4.6kPa、种层高度40mm;小麦最优工作参数组合为滚筒转速21r/min、吸种负压4.2kPa、种层高度40mm。对该参数组合下的排种性能进行验证试验,结果表明:水稻的排种合格率和空穴率分别为86.81%和4.61%,小麦的排种合格率和空穴率分别为81.84%和7.83%,与优化预测结果相吻合,且各项指标满足播种基本要求。     

基于差分量子退火算法的农用无人机路径规划方法

为解决不规则区域内农用无人机植保作业问题,以农用无人机的总飞行距离和多余覆盖率为指标建立模型,将无人机的植保作业航向角作为优化目标,并考虑有障碍物下的情形,采用差分进化算法(different evolution algorithm,DE)与量子退火算法(quantum annealing algorithm,QA)融合的方法对应用模型进行求解,分析算法的执行过程并进行MATLAB仿真试验。结果显示:在设定的不含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法(differential evolution algorithm-quantum annealing,DEQA)时无人机总的飞行距离分别减少101.52、73.00 m,转弯路径分别减少43.02、43.10 m,多余覆盖率分别减少22.25%和12.79%;在设定的含障碍物农田区域环境下,相较于未规划与差分进化算法规划情况,采用差分量子退火算法时无人机总的飞行距离分别减少73.24、24.54 m,转弯路径分别减少52.50、12.72 m,多余覆盖率分别减少72.34%、23.52%,其余指标均有所下降。仿真结果表明,采用差分量子退火算法能够完成农田区域路径规划问题,可为农用无人机路径规划提供技术支持。     

基于水分子结构变化的不同温度下细菌浓度的检测

为探究样本温度、细菌浓度对水分子结构的改变从而明确细菌浓度检测的机理,以金黄色葡萄球菌悬浊液样本为例在水的特征吸收波段(1 334～1 539nm)对不同温度下不同浓度细菌进行表征和检测。首先,通过对比不同预处理方法,得到最佳预处理方法,然后利用多级成分分析分别建立一级模型(温度与光谱的关系模型)和二级模型(细菌浓度与光谱的关系模型)。结果表明,Savitzky-Golay卷积平滑结合连续小波变换的预处理方法最优。一级模型可以精确表征样本温度,其校正相关系数(correlation coefficient,RC)和校正均方根误差(root mean square error,RMSEC)分别为0.997和0.37℃。对温度贡献较大的波长对应水溶剂化层OH-(H_2O)_(1,4)和超氧化物O_2-(H_2O)_4、游离水和游离OH-(S0)及具有1个氢键的水分子(S1),该模型预测相关系数R_P和预测均方根误差RMSEP分别为0.997和0.37℃。二级模型可以较好表征样本浓度,其校正相关系数R_C和校正均方根误差RMSEC分别为0.887和0.891log CFU/mL。对细菌浓度贡献最大的波长对应H_2O非对称伸缩振动V_3,具有1个氢键的水分子(S1)、具有3个氢键的水分子(S3)及具有4个氢键的水分子(S4),预测相关系数RP和预测均方根误差RMSEP分别为0.869和0.858log CFU/mL。本研究所建模型均具有较好的检测精度和适应性,表明水的结构特性对细菌悬浊液温度、细菌浓度检测起重要作用。