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。     

丘陵果园自然环境下柑橘采摘机器人设计与试验

智慧果园是未来果园行业发展的趋势,智能化果实采摘是发展智慧果园的关键问题。为实现智能化果实采摘,本文搭建了一种适用于丘陵果园矮化栽培模式下的柑橘采摘机器人系统。针对丘陵果园垄间地面凹凸不平,存在地形倾斜角0°~20°,设计了一种自适应调平平台保持机械臂基座水平;通过视觉系统获取多幅点云图像建立果树的三维点云模型,获取果实位置信息;为避免采摘时造成果实损伤,结合柑橘类水果的采摘特点,设计了一种剪切夹持一体化的末端执行器完成柑橘采摘。针对果园自然环境的主要扰动因素（风和光照）进行分级,设置10组对比试验,结果表明：在低光照或正常光照条件下,平均果实定位准确率为82.5%,末端执行器夹取成功率为87.5%,平均采摘时间最短为12.3s/个;高光照条件下平均果实定位准确率为72%,末端执行器夹取成功率为80%,平均采摘时间最短为12.5s/个。     

不同初始含水率对沼渣和秸秆混合堆肥过程的影响

为了实现沼渣的无害化处理和资源化利用,试验在沼渣污泥混合物中按一定比例加入切碎的稻草进行混合堆肥发酵,该混合物初始含水率分别设置为55%、60%、70%3个水平,对3堆堆肥在堆肥过程中进行温度、含水率、有机质等指标的测定和分析,以期找到适合高效处理堆肥过程的最佳控制因素及水平。对堆肥过程研究分析发现:3堆堆肥发酵到一定阶段时,将其含水率调节至70%后,相应指标参数发生了一系列明显变化,表明堆肥过程中适当补充水分能够加速堆肥的进程。     

鼹鼠趾仿生及表面热处理提高齿形开沟刀减阻耐磨性能

为提高农用开沟机械开沟刀的减阻耐磨性能,该文针对课题组前期研制的齿形开沟刀,利用仿生结构和不同表面热处理对原齿形开沟刀进行优化。以鼹鼠前爪第3趾为仿生对象,设计了仿生开沟刀。使用EDEM软件进行模拟仿真试验,通过分析齿形开沟刀和仿生开沟刀的开沟功耗,对比2种刀片的减阻性能;进行台架磨损试验,利用金相显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验机分析5种表面热处理仿生开沟刀的耐磨性能。单齿仿真试验发现,仿生开沟刀刀齿的整体三维表面结构特征有利于减阻。仿真试验结果表明沟深为150、200、250、300和350 mm时,仿生开沟刀比齿形开沟刀的开沟功耗分别降低9.68%、10.44%、10.22%、10.70%和10.95%,仿生开沟刀的减阻性能更优。台架磨损试验结果表明,渗铬淬火高温回火(Ⅱ型刀)、渗碳淬火低温回火(Ⅲ型刀)、激光熔覆WC/Ni60A粉末合金(Ⅳ型刀)和氧乙炔火焰堆焊铸造WC焊条(Ⅴ型刀)比淬火中温回火(Ⅰ型刀)处理的仿生开沟刀的磨损质量分别降低14.17%、42.05%、66.98%和75.96%,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的耐磨性能依次提高,Ⅴ型刀最优。5种刀片组织结构、显微硬度和摩擦系数的分析结果表明,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型刀的硬化层显微组织主要为淬火和回火马氏体,Ⅳ和Ⅴ型刀主要为WC硬质相,Ⅳ和Ⅴ型刀的组织结构更优;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型刀的平均显微硬度为558、700、888、1 195和1 441 HV0.1;平均摩擦系数为0.67、0.57、0.26、0.25和0.22,Ⅴ型刀的显微硬度和摩擦系数最优,与台架磨损试验结果相一致。田间试验结果表明,优化后的Ⅲ型和Ⅴ型刀比原来齿形开沟刀的开沟功耗分别降低11.45%和5.41%,磨损质量分别降低28.26%和82.63%,仿生结构优化与表面热处理能够提高齿形开沟刀的减阻耐磨性能。该研究可为提高开沟刀减阻耐磨性能提供参考。     

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。     

自走式山地单轨运输机遥控系统的设计

为降低劳动强度和保证安全作业,以7YGD-35型自走式单轨运输机为研究对象,设计了一套基于AT89S52单片机的遥控系统。该控制系统主要由遥控器、中央处理单元和电动推杆等组成,以电动推杆为核心设计了离合执行机构、换挡执行机构、油门执行机构和制动执行机构,实现对自走式单轨运输机的离合、换挡、油门、制动等准确控制。田间实地作业试验结果表明,该控制系统遥控距离可达300m,适合山地橘园运输作业,具有良好的应用前景。     

农业废弃物处理技术的分析

农业废弃物的资源化利用是节能减排和实现可持续发展的重要途径。本文首先分析了农业废弃物处理现状与存在问题,介绍了目前的能源化、肥料化、饲料化、材料化、基质化和生态化等利用方式;其次,分别介绍了秸秆、畜禽粪便、农村垃圾、农村污水4种主要农业废弃物的常用处理技术,同时对各项技术的应用特点、发展难点和发展前景进行了分析;最后,提出了农业废弃物处理的分类利用模式,提出了加快发展农业废弃物处理的政策建议。     

山地果园运输机液压驱动系统设计

针对传统果园运输机传动系统需电网覆盖和实现无级变速结构复杂等问题,设计可快速换向,无级调速,瞬间制动,更大动力的果园运输机液压驱动系统.采用流体传动法在分析果园运输机传动系统工作原理的基础上,建立了由变量泵供油,三位四通换向阀控制运输车换向、电液比例调速阀调节运输车运行速度和蜗轮蜗杆反向自锁与溢流桥配合实现马达制动的果园运输机液压系统.通过工况分析和理论计算,对果园运输机液压系统主要元件进行选型,确定液压马达排量为42mL·r-1,液压泵流量为44L·min-1.通过对液压系统的性能验算,可知液压系统的压力损失为0.41 MPa,满足设计要求.并利用AMESim仿真软件,搭建运输车液压系统仿真模型,合理设置主要元件参数,并对系统性能进行仿真分析,仿真结果表明:该液压系统能够模拟果园运输车不同负载状态时上行、停止和下行的实际运行过程,验证了液压系统的可行性,得出运输车速度受负载影响较小,液压马达输出扭矩为66 N·m与理论计算值63N·m大小基本相符,拖车以0.71 m·s-1速度匀速运动,达到预期以0.7m·s-1设计要求,满足运输机对动力和运输速度要求.为山地果园液压驱动轨道运输机的研制提供理参考,有助于果园运输机的可靠性测试.     

不同类型灌水器滴头对沼液抗堵塞性能的影响

为了研究不同类型灌水器滴头对不同水肥配比沼液的抗堵塞性能,获得适用于沼液滴灌施肥的滴头,选取2种片式滴头、2种圆柱滴头和1种片式补偿滴头共5种滴头,设计了2种沼液配比进行周期性间歇灌水试验,比较了不同滴头的抗堵塞能力。结果表明,沼液水肥配比越大,滴头越容易发生堵塞;滴头流量相同时,片式滴头抗堵塞性优于圆柱滴头和片式补偿滴头;滴头类型相同时,额定流量越大,抗堵塞性越好;堵塞进程较为均匀,堵塞发生从毛管尾端开始;堵塞类型以物理和生物结合的复合性堵塞为主。根据试验结果,建议沼液施肥时,最优灌溉模式为：水肥配比选择1∶3,灌水压力选择80 kPa,滴头选择3 L·h^-1的片式滴头;单级120目过滤器过滤效果有限,可以考虑增加多级过滤。     

蒸烫处理对宽皮柑橘去皮的影响及作用机制

宽皮柑橘去皮前常采用蒸烫处理以降低去皮难度,在实际加工中由于缺少相关理论支撑,关于柑橘蒸烫去皮的作用机制尚不明了,常存在因蒸烫不当而导致去皮效果差的问题。为了探究蒸烫处理对宽皮柑橘果皮力学特性、组织结构、去皮性能的影响从而明确有效的蒸烫去皮工艺,该研究利用柑橘果皮分离性能测试平台研究了不同蒸烫时间下柑橘的去皮性能,利用果皮拉伸力学特性测试平台分析了蒸烫柑橘果皮的力学特性,基于Ray-CT断层扫描技术研究了蒸烫处理对柑橘外果皮、白皮层、果肉结构尺寸的影响规律,利用超景深显微镜和电子显微镜观察了果皮显微结构的变化。在此基础上,探讨了蒸烫处理对柑橘去皮性能的影响机理。结果表明：蒸烫时间对柑橘果皮分离时的最大拉力、分离位移、果皮的断裂强度、果皮与果肉间孔隙率影响极显著（P<0.01）,分离位移和断裂强度呈正相关,最大拉力和果皮与果肉间孔隙率呈负相关。随着蒸烫时间增加,果皮表面会起皱粗糙,果皮截面果胶化合物发生溶解,薄壁组织细胞和维管束组织坍塌消失,进而果皮与果肉间孔隙率逐渐增大、果皮断裂强度先增大后减小,导致去皮过程中最小拉力减小,分离位移先增大后减小。在蒸烫时间3 min时,最大拉力达到较小值1.59 N,相对于对照组减少了42.8%,果皮不易被拉断,分离位移达到最大值41.81 mm,相对于对照组增加了19.6%,整体去皮效果最好;蒸烫时间超过3 min后,果皮变得绵软易拉断,不利于果皮剥离。该研究为改善宽皮柑橘去皮困难和丰富蒸烫去皮机理提供了理论参考。