鼢鼠挖掘活动及爪趾几何特征量化分析

[目的]量化分析东北鼢鼠的挖掘活动规律、爪趾几何结构特征以及爪趾内外轮廓线特征。[方法]以东北鼢鼠为研究对象,观察和分析了东北鼢鼠爪趾的几何结构特征;对东北鼢鼠的挖掘活动进行观察;利用MATLAB软件的数字图像处理功能提取前爪中间趾边缘特征图像,并对边缘轮廓进行了曲线拟合,得到了内外轮廓拟合曲线方程,并对曲线的曲率进行了计算。[结果]试验表明,东北鼢鼠前爪爪趾粗壮,尖而利,前端呈楔形,利于挖掘;东北鼢鼠的挖掘过程可以分为掘土、踢土、推土、食物或障碍处理、修补洞道等;前爪第三趾外轮廓曲率变化较小,表面光滑平顺,减少挖掘阻力,保证了挖掘的洞道表面平整;内轮廓曲线曲率变化较大,利于爪趾入土,在掘土过程中土壤易于沿爪趾表面翻转滑落。根据前爪中间趾内轮廓曲线设计了一种具有仿生结构的苗间除草铲,仿真结果显示仿生除草铲能在除草过程中承受更大的力。[结论]研究可为后续土壤挖掘和切削工具的仿生设计提供技术参考。     

凸轮滑道式油菜梳脱滚筒设计与试验

为改善油菜联合收获机梳脱滚筒的梳脱性能,提出并设计了一种凸轮滑道式油菜梳脱滚筒。从提高梳脱率和优化果荚抛送后割台收集率的角度出发,将梳脱拨指运动过程分为梳刷、抽离和缓冲摆动3个工作段,通过设定各工作段梳脱拨指的摆动规律,确定了凸轮滑道的曲线方程。以拨指没有摆动规律的圆滑道为对照,开展了梳脱滚筒梳脱性能试验,验证了凸轮滑道式梳脱滚筒的梳脱性能优于圆滑道梳脱滚筒,当喂料速度为0.6 m/s、滚筒转速为260 r/min时,凸轮滑道式梳脱滚筒的梳脱性能加权平均数达到峰值44.0%,比圆滑道最佳工况高10.7%。     

便携式鱼粉品质检测装置的设计与参数优化

为了快速检测鱼粉的品质,该文设计了一种便携式的鱼粉品质检测装置,该装置以微处理器树莓派为核心,主要由气路气体采集、电路数据获取和软件等部分组成,其中气路气体采集主要是采集零气和样品气体,电路数据获取主要是将传感器的电信号进行采集、放大和AD(analog-digital)转换,软件部分则设计了传感器数据采集和清洗等界面,并实时显示采集到的数据。为了研究该装置的检测性能,该文采用响应面法,选取了对检测结果影响较大的气体流量、采样时间、清洗时间作为试验因素,以离散比为试验指标,利用Design-Expert软件对该装置的参数进行优化,得到最优的参数组合,并在最优参数下,验证了检测装置对鱼粉品质检测的可行性和检测性能。试验结果表明:气体流量、采样时间、清洗时间均对离散比影响显著,且显著性影响程度为清洗时间采样时间气体流量,综合考虑各因素,得到最佳参数组合为气体流量2.2 L/min,采样时间39 s,清洗时间77 s,此时离散比实测值为0.579 9。在最优参数下,对不同储藏时间等级的鱼粉样品进行检测,得到不同储藏时间等级逐步判别的正确度为89.4%,可以实现对不同品质的鱼粉进行检测,可为鱼粉品质检测装置的研究提供相应参考和技术支撑。     

耕整机械土壤减粘脱附技术研究现状与展望

耕整机械土壤减粘脱附问题是许多国内外专家学者长期致力解决的技术难题,减少土壤粘附有利于提高耕整机械作业质量与工作效率、降低作业功耗与作业阻力。总结了耕整机械土壤粘附的产生原因与土壤粘附对耕整机械作业影响;重点介绍了国内外耕整机械有关减粘脱附研究中机械脱附、表面改形、表面工程、仿生等技术应用现状与典型机具;展望了耕整机械减粘脱附技术的发展方向,为耕整机械研究提供了参考。     

基于骨蛋白拉曼光谱特异性的肉骨粉种属鉴别方法

为了快速检测肉骨粉的种属来源,该研究开发了一种简便、可靠、科学、高效的肉骨粉种属鉴别方法。以87个肉骨粉(猪,鸡,牛和羊肉骨粉)为研究对象,利用拉曼光谱技术,结合化学计量学方法,建立了基于骨蛋白拉曼光谱特性的肉骨粉种属鉴别分析方法与模型。研究结果表明:根据偏最小二乘判别分析(PartialLeastSquaresDiscriminant Analysis,PLS-DA)模型,发现鸡和哺乳动物(猪,牛和羊)肉骨粉主要在1 659、2 930、2 852、1 246和1 455 cm-1附近的特征谱带具有差异性;猪和反刍动物(牛和羊)肉骨粉主要是在2 852、1 659和1 246 cm-1附近的特征谱带具有差异性;牛和羊肉骨粉主要是在878、853、2 930、2 852、1 246、1 455和1 659 cm-1附近的特征谱带具有差异性,并且PLS-DA模型鉴别肉骨粉的灵敏度和特异度均大于93.8%。研究结果可以丰富肉骨粉种属鉴别方法体系以及为开发便携式拉曼光谱仪提供参考。     

基于无人机采集的视觉与光谱图像预测棉花产量

为了高效管理农田,该文提出了一种应用低空遥感视觉与光谱图像预测棉花产量的方法。盛花期前的棉花图像由无人机遥感平台在距地面50m的飞行高度下采集,采集的局部图像通过拼接处理得到棉花地的全景RGB图像与CIR(color-infrared,彩色红外)图像。基于全景图像提取并计算了色度、植株覆盖率与归一化植被指数(normalized difference vegetationindex,NDVI)3个特征参数,用于构建棉花产量的预测模型。包括产量与特征参数的原始数据集随机分为训练集(90%)与测试集(10%)。训练集数据首先基于产量概率分布特征去除了10%的离群值,然后通过均值滤波器滤波,处理后的数据用于构建预测模型。通过SAS软件对比分析了单变量、双变量以及三变量构建的线性回归模型,预测模型由P值、决定系数R2、每0.4 hm2面积下估计值与真实值之间的平均绝对误差百分比(mean absolute percentage error,MAPE)这3个参数进行评估。试验结果表明,单变量、双变量以及三变量构建的共7个线性回归模型,其P值均小于0.05,则7个线性回归模型均具有统计学意义(5%显著性水平)。其中,由三变量构建的多元线性回归模型具有最大的决定系数R2=0.9 773,因此适应性最优。基于测试集验证模型精度,试验结果表明,采用多元线性回归模型进行产量估计,估计值与实际值之间的平均绝对误差百分比为4.0%。因此,无人机搭载图像传感器采集提取视觉与光谱特征能够有效用于作物产量的预测。     

油菜精量直播机气力式排种系统稳压控制方法与试验

针对气力式油菜精量联合直播机因拖拉机后输出轴转速变化影响气力系统中风机工作转速,导致排种器工作气压波动,进而降低排种性能的问题,提出一种基于溢流释压的气力系统稳压控制方法,即通过测试风机实际转速变化情况、风机转速与气力系统气压关系,确定溢流阀预设气压值,根据该预设值计算溢流阀的释压弹簧结构参数和工作参数,并通过流量-压力理论分析和稳压控制性能试验验证参数有效性。以2BFQ-6型油菜精量联合直播机气力系统为对象,利用该方法开展稳压控制试验:通过田间测试确定播种机组在田间稳定作业时风机工作转速变异系数达8.15%,结合测定的气力系统风机转速与气压关系,确定风机实际工作转速应在2 020~2 620 r/min范围内,正负气压阀溢流稳压控制预设值分别为1 000和-5 500 Pa;通过溢流释压阀结构及释压特性分析,确定采用中径30 mm、节距10 mm、有效圈数8圈、线径为1.0、1.5 mm的碳素钢丝圆柱螺旋弹簧作为正、负压释压阀的释压弹簧,其弹簧调节螺栓预压缩量分别为6.7和7.8 mm;稳压控制验证试验表明设计的稳压控制系统将排种器气室正压、负压偏差率分别降低45%和110%,使气室气压保持在适宜范围内,气压控制响应灵敏性及稳定性均满足要求;当风机工作转速在2 000~2 700 r/min范围内变化时,排种器的排种量变异系数减小2.68%,提高了排种稳定性。研究表明提出的溢流释压稳压控制方法可有效解决油菜直播机田间作业时排种器工作气压波动大、排种量稳定性差的现实问题,可为播种机设计、气力式排种系统性能优化提供参考。     

基于模态的联合收获机车身框架振动特性分析与结构优化

以某联合收获机主机车身框架为研究对象,采用有限元柔性体技术创建车身框架的有限元柔性体模型,并在其基础上进行模态分析与计算。结果表明,车身框架的第一阶模态频率为7.29 Hz,与收获机正常工作时割刀的激励频率(7Hz)接近,易发生共振,且对人体舒适性影响最大。为了调整收获机车身框架的固有频率,以避开外部激振频率范围,采用HyperMesh软件对收获机车身框架柔性体模型进行尺寸优化和拓扑优化,结果表明,尺寸优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29 Hz提升至8.63 Hz,车身框架质量下降了0.006t;拓扑优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29Hz提升至8.49Hz,车身框架质量下降了0.107t。拓扑优化与尺寸优化均可使收获机车身框架固有频率避开外部激振频率范围,但综合考虑优化设计的目标与生产制造成本,采用尺寸优化技术对收获机车身框架进行结构优化更为适合。     

不同光照条件下蚯蚓避光性运动与蚓粪机械化分离参数量化

蚯蚓和蚯蚓粪的机械化分离是目前蚯蚓规模化养殖业亟需解决的瓶颈问题之一,针对目前最常用的蚯蚓光分离工艺方法在实际养殖分离中全凭人为经验、效率低、无机械化参数等问题,探究了不同光质条件:白光、黄光、绿光、蓝光、红光、白炽灯光在10~270 lx不同光照强度下,对照实际自然环境场景:室内光照、室外阴处光照和太阳光直射光照条件下的蚯蚓避光应激行为,并结合光线辐射在蚯蚓粪多孔介质内的衰减规律分析了蚯蚓堆肥物料表层一定之内厚度无蚯蚓的原因。结果表明:光照强度10 lx时,蚯蚓不受光照影响;光照强度10~30 lx时,蚯蚓的避光反应显现;光照强度30~210 lx时,蚯蚓的避光应激程度随着光照强度增加缓慢加强,消失时间不断缩短;光照强度210 lx时,光照引起的蚯蚓的避光反应程度趋于最大。白光和太阳光引起蚯蚓避光反应最显著,蚯蚓蠕动消失时间分别为6.5和5 min,蚯蚓消失5 min后堆料表层无蚯蚓层厚度在10~15 mm之间。蚯蚓对红色光应激程度极低,平均消失时间20 min;除了红光,随着光照强度增加,蚯蚓在堆料表面的消失时间呈现对数曲线趋势下降。该研究量化分析了蚯蚓对光质、光照强度的应激响应时间,以期为蚯蚓养殖分离,机械自动化逐层、定时、定量、定光强分离表层蚯蚓粪提供工艺参数。     

基于生物散斑图像和惯性矩谱分析的牛肉掺腐检测

牛肉掺假严重危害消费者的健康与经济利益,因此对牛肉掺假进行无损检测具有重要意义。该文基于生物散斑技术对牛肉掺假进行定量检测。试验将新鲜牛肉和非新鲜牛肉按不同比例(0、1%、3%、5%~60%(5%梯度)和100%)混合制备掺假样本,并采集样本的生物散斑图像。针对单列惯性矩(inertia moment,IM)表征样本生物活性存在稳定性差的问题,首次提出惯性矩谱(IM谱)分析的方法并用于建立基于支持向量回归机(support vector regression machine,SVR)的牛肉掺假检测模型。结果表明基于IM谱建立的SVR模型能较为准确预测牛肉中掺假物含量,校正集和测试集的决定系数分别为0.85和0.81,均方根误差分别为0.12和0.11。该研究证明了利用生物散斑技术和惯性矩谱分析方法对新鲜牛肉中掺杂腐败牛肉进行定量检测是可行的。