T型开合槽型辅推机械式取苗末端执行器设计

设计了一种以夹紧取苗、张开推苗为工作模式的单驱动机械多针钳夹式取苗末端执行器,利用一个机械动力控制机械手指开合进行夹钵取苗,并驱动推苗环随动推钵放苗。应用解析法,确定了取苗末端执行器的夹持机构和推苗机构结构参数关系。试制末端执行器,将其安装在凸轮-连杆-滑槽组合式取苗机构上,以番茄穴盘苗为对象,进行对穴夹钵取苗性能测试。当取苗末端执行器对苗钵的夹取深度为30mm、夹取角度为12°、夹持力度为3N时,在40株/min取苗工作频率下,该取苗末端执行器自动取苗平均成功率为92.13%,取苗效果满意。     

稻谷腹部、背部微观结构差异性分析

【目的】从微观角度对糙米腹部、背部的结构差异性进行研究,从宏观角度对糙米的三点弯曲破碎力学性能进行研究,以建立微观结构与宏观力学性能之间的相关关系,为稻谷籽粒裂纹起始于腹部建立理论依据。【方法】对两个品种糙米横截面的腹部、背部在淀粉粒和细胞层次以及糊粉层进行扫描电镜观察,采用三点弯曲法测试糙米的破碎力学性能。【结果】糙米腹部、背部微观结构在淀粉粒、细胞层次以及糊粉层均存在差异,籽粒腹部、背部微观结构的差异对其腹部、背部的结构强度产生影响,使籽粒腹部的结构强度小于背部,与力学测试性能一致,并且腹部、背部微观断裂形式亦存在差异。【结论】稻谷籽粒在解吸和吸湿条件下裂纹起始于腹部与其腹部结构强度小于背部有关。     

高时空分辨率及高通量的稻茬麦苗期表型指标动态特征研究

稻麦轮作系统周年土壤干湿交替决定着稻茬麦种植特有的生态特征,需要专门的耕种技术设计。为了用更高的时空分辫率表型方法描述稻茬麦的生长动态,使用扫描仪与图像处理软件Im-age Pro-Plus对自然平展态的冬小麦苗期表型指标进行侧量,分析冬小麦苗期表型指标动态变化特征。结果发现,在更加精细的时空观测尺度上,基于单株及器官水平的表型指标定量有利于区分不同耕作处理引起的稻茬麦植株表型的细微变化及动态。免耕与旋耕2种耕作处理对部分茎叶指标在稻茬麦部分生理期内引起显著性差异,但这些差异在年度间的表现并不稳定。使用平均变化率指标描述>84d后的茎叶指标发现,总叶长与单株叶面积的数值最大,总根长次之,而耕作处理对总根长平均变化率的影响显著,两个年度的动态图都反映出免耕处理的小麦在播后60d左右平均叶倾角突然下降。因此,运用软硬件结合的精细时空尺度大田作物表型技术能够鉴别田间复杂环境因子对稻茬麦苗期茎叶指标动态的影响。     

基于虚拟植物技术的冬小麦根系3D构型测试与分析

【目的】构建一套由硬件和软件集成且完整而适用的虚拟植物根系技术,定量描述稻茬田冬小麦根系的三维几何构型特征。【方法】自主设计制作“根系构型数字化仪”,该数字化仪为纯机械结构,分别设有一个水平回转臂、一个横向滑动臂和一个竖向滑动臂,回转臂与滑动臂都配有标尺,且3者的组合运动能保证测头在3D范围测取任一点的空间坐标。测量时将置于工作台的根区土壤按3-5 mm厚度逐层清除并进行根系构型数字化,从而测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,实现小麦根系实体构型的数字化。将实测的小麦根系构型数据导入Pro-E软件平台,利用软件的3D造型技术完成小麦根系构型的虚拟重构,实现计算机虚拟根系与实体根系的一致性。利用软件的分析工具对虚拟重构的小麦根系构型进行计算分析,定量小麦不同时期根系的三维空间构型、根系的土体空间搜寻能力、根系总长以及根系平均增长率等指标的变化,通过不同的指标反映田间土壤环境下真实小麦根系构型的时空动态。【结果】植物根系构型数字化仪能够提供＜1 mm的测试分辨率,操作使用方便,耐污染、抗干扰能力强,对工作环境要求不高,可满足作物根系三维空间几何构型测试要求,而使用Pro-E的小麦根系三维空间几何构型重构技术也便于根系构型的深度计算与分析。冬小麦的根系构型分析结果表明,该虚拟根系技术能够直观展示小麦生长期不同时间节点的根系构型状态特征及土体空间搜寻动态,根系构型图可以反映各时期小麦根系在土体中的纵深拓展和周向扩展状态。同一时期植株个体的根系构型变异性较大,越冬期小麦根系很浅,在返青及分蘖旺期小麦的根系迅速向深层土层中伸展,拔节期根系爆发迅速。【结论】由软硬件单元组构的虚拟植物根系三维空间几何构型的测试与分析方法是准确定量根系动态、根-土关系、根系拓扑特征、根系动态空间行为指标等作物根际生理生态行为的技术保障,其不仅直观展示了水稻土条件下冬小麦根系空间几何构型在不同时期的空间拓展状况,也能够定量根系构型的动态,因此能够满足作物根系三维空间几何构型分析的实用要求。     

自然场景下苹果图像FSLIC超像素分割方法

应用Cauchy-Schwarz不等式,推导出一个聚类搜索过程中剥离不必要计算的条件,早期预估后舍掉符合预设条件的候选聚类,提出了基于自然场景的快速简单线性迭代聚类算法(FSLIC算法)。对包含极端恶劣条件下的500幅苹果图像进行了边界召回率检验和运行速度测试;统计了极端恶劣条件下的30幅苹果图像的全局错误率GCE、假阳性率FPR和假阴性率FNR。试验表明,提出的FSLIC算法减小了后续迭代过程中的冗余误差,边界召回率较GB超像素分割算法平均提高了21.7%,速度是GB超像素分割算法的1.83倍;整个图像分割过程中基于超像素的分割算法(GB、FSLIC)的GCE值较常规分割算法(BP、WT、SVM)平均减小了13%,较常规算法的GCE值减小了19%。     

理化预处理麦秸改善其聚丙烯复合材料抗霉菌腐蚀力学性能

为探讨麦秸秆不同处理方法对其制备的聚丙烯（polypropylene,PP）复合材料耐霉菌腐蚀性能影响,采用NaOH、HAc、水热、微波4种方法对麦秸秆纤维进行表面预处理,并对未处理和4种处理麦秸秆制备的复合材料进行霉菌加速腐蚀试验,测试了5种复合材料腐蚀前后的力学性能、颜色变化和吸水性,用傅立叶红外光谱分析其官能团的变化,观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明：霉菌能腐蚀麦秸秆纤维中的纤维素、半纤维素和木质素,使复合材料表面产生裂纹和孔洞,预处理可改善麦秸秆纤维和PP基体间的界面结合,有效地阻止霉菌腐蚀复合材料中麦秸秆的纤维素、半纤维素和木质素,其中5%NaOH预处理效果最佳,其弯曲强度、拉伸和冲击强度分别比未处理的提高了1.68%、3.67%和75.28%,吸水率和色差值降低12.99%和55.25%,经预处理麦秸秆制备复合材料腐蚀后表面裂纹和较大孔洞减少。该研究结果可为提高木塑复合材料防霉效力提供试验数据和理论参考,有利于延长木塑复合材料使用寿命。     

分段式大蒜收获机械研究进展

大蒜收获具有时效性强、用工量大等农艺特点,缺乏收获机械来解放劳力。分段式大蒜收获机械结构简单、成本低廉、操作简便,虽然国内外研究不多,生产也不成熟,但这是目前最有可能解决大蒜收获问题的较好方案之一。将大蒜机械收获方式定义为分段收获和联合收获;对现有的大蒜收获机械从原理上进行分类、典型结构进行描述、关键部件进行提炼,大致可为振动式、链轮式和抛掷式,为大蒜收获机械的研究和生产提供参考。     

设施栽培中母液加入量与营养液EC/pH值的回归模型

为了实现设施栽培中营养液浓度的动态精确调配,对多路母液(酸液)加入量与营养液EC/pH值的关系进行了研究。采用园试通用配方作为母液,对作物生长影响最大的4种母液和酸液设计了五因素三水平的正交试验,并对试验结果进行了多元线性回归,建立了多路母液加入量与营养液EC/pH值的关系模型。试验结果表明:与实测值相比,关系模型预测得到EC值的平均与最大相对误差分别为0.78%和1.15%,pH值的平均与最大相对误差分别为0.76%和0.97%。     

基于CFD模拟模型的温室温度场均匀性控制

为达到精确控制温室环境因子的目的,提出一种基于计算流体力学(CFD)模拟模型的试验设计(DOE)优化控制系统,通过正交试验设计,在尽可能少的CFD求解次数下,获得环境因子控制的最优组合;以温度场控制为例,通过引入均匀性评价指标,以CFD为计算工具不断改变控制输入的组合,使该指标达到极小,从而在原有温度定值控制基础上,使温室作物温度生长的局部差异减小,提高温室综合生产效率;最后以试验实例给出了这种方法求解的基本过程,结果表明优化后的效果明显,控制组合方式易于获得。     

3WZ-700型果园喷雾机通过性能分析

针对现代果园低矮密植的园艺特征和果园喷雾机重心动态变化特点,通过试验和建立数学模型对大容量药箱的果园喷雾机的通过性能进行分析,得出药量与越障高度的关系曲线。在0～200 L药量区间内前轮越障由200 mm下降到84 mm;在200～400 L药量区间内前轮越障高度随药量变化缓慢,由84 mm下降到53 mm;后轮越障高度与喷雾机参数无关。实地测试表明,试验均值与理论值基本一致,喷雾机通过性能较好。