基于压电效应的果实采收超声切割机理分析

主流果蔬采收末端执行器根据采收的果蔬品种和果梗木制纤维材质的不同,结构差异较大,均存在占据空间大、结构笨重、易碰撞果实和易造成损伤等问题,不利于果梗切割,因此研究一种结构灵活、占据空间小、切割省力的适用于不同果梗木制纤维的超声切割刀应用于果蔬采收末端执行器非常重要。本研究采用理论-有限元-试验相结合的方式对超声切割刀切割果梗的机理进行分析。首先建立了超声刀具切割果梗的物理场模型,通过对切割过程进行时空分析,建立了其位移、速度、加速度等数学模型,分析了切割过程的时空不连续性,基于断裂力学对果梗切割机理进行研究并绘制Matlab响应面图,可以发现超声切割所需要的力小于常规切割。利用有限元分析软件,对超声刀具进行了模态分析和谐响应分析,得到了刀具在不同频率下的振动模态和利于切割的最佳频率。最后,利用自制试验台采用不同切割速度分别对不同直径的橘子和橙子果梗进行了超声切割试验。试验结果表明：切割速度和激振频率与采收切断力有关,在高频和低频振动下,随着果梗直径增加,切割时间变化在0.4s内,切割效率稳定;试验中超声切割的最大切断力远小于常规切割,且小于1N,超声切割可以很有效地降低切断力,减小切割时的冲击作用,相对于常规切割切断能力更强,适合将其应用到采收末端执行器,从而获得更高的采收效率。     

簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明：在自制超声刀工作频率(35～37 kHz)和电压(340～380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以...     

基于切割的便携式苹果采摘装置的设计与试验

针对甘肃省苹果园种植方式及劳动力资源短缺现状,设计一套基于切割的便携式苹果采摘装置。该装置通过对果梗感应触发电机而实现切割运动,且可以对不同高度果实进行采摘作业,操作简单、接果准确、效率高及损伤小。试验表明:用该装置进行采摘作业时,单果平均采摘时间为3.12s,而且在规定时间内每分钟的摘果数目也多于传统手工采摘;收获的苹果损伤率低,Ⅰ级特等品占88%,具有较好应用前景。     

番茄果实串采摘末端执行器设计与运动仿真

为解决单果采摘效率低、果实易损伤等问题,设计了用于番茄果实串采摘的具有夹持与切割功能的末端执行器系统。夹持系统采用平行夹爪气缸结构,切割机构采用钢丝软轴带动圆形锯片的切割方式,并对末端执行器进行了静力学和运动学的分析与仿真。试验结果表明:末端执行器采摘时,夹持果梗动作需要0.5s,切割果梗动作约需7s,切割机构回到初始位置需5.5s,完成番茄果实串采摘动作共需13s,夹持机构行程12mm,切割机构行程40mm,末端执行器能够符合番茄果实串采摘要求。     

水果表面二维码标刻激光系统研究

基于激光标刻编码技术和工艺,利用半导体泵浦激光器在水果表面标刻二维码,以椰子为试验对象进行标刻工艺参数优化。试验结果表明:在功率3.8 W、标刻速度500 mm/s时,标刻二维码的清晰度最高;在冷藏储存状态下,椰子表面的二维码具有较好的耐久性。     

激光焊接技术原理及工艺分析

介绍激光焊接的原理以及主要特点;激光焊接的主要工艺参数包括焊接速度、离焦量和激光功率。     

牛肉激光动态散斑活性影响因素研究

以时间序列散斑图的惯性力矩作为散斑活性,研究新鲜牛肉图像散斑活性的相关影响因素,以优化激光散斑的测定效果。采用He-Ne激光器照射牛肉表面,通过工业相机获取图像,测得时间序列散斑图的散斑活性值,检测成像时图像的精度差异,研究不同条件下牛肉散斑活性的变化趋势。应用Box-Behnken试验设计,建立光照强度、激光波长和入射角度3个因素的二次多项式回归模型并进行分析。结果表明光照强度、激光波长和入射角度对牛肉散斑活性影响显著,得到牛肉图像散斑活性值最大时的优化测定条件为激光波长635 nm、光照强度30 m W、入射角度15°,在此条件下,散斑图像的散斑活性达到476.04,散斑活性预测模型的决定系数R2为0.992,均方根误差RMSE为8.14,偏差因子(Bf)和准确因子(Af)均在可接受范围内。明确不同因素对新鲜牛肉激光动态散斑图像的影响,可提高激光动态散斑活性的识别精度,为改进牛肉品质的测定方法提供了理论依据。     

荔枝采摘机械手视觉定位系统设计

建立了基于双目立体视觉的荔枝采摘机械手视觉定位系统.通过对成熟荔枝颜色特征的分析,选取YCbCr颜色模型进行处理,利用Otsu算法结合模糊C均值聚类法(FCM)对荔枝果实和果梗进行了分割,实验结果表明:有效识别果实和果梗的正确率为94.2％.通过计算果实质心与果梗的距离最大值确定荔枝采摘点,利用基于色调空间的彩色图像匹配法和极限约束法进行果梗采摘点的立体匹配,实现了采摘点的空间定位.通过定位误差分析,采用直线插值法进行定位误差补偿,定位实验结果表明:定位的深度误差小于10 mm,能满足荔枝机械手视觉精确定位的要求.     

基于圆形模型的骏枣果梗检测方法

果梗有无的判别是骏枣分级系统中的一项重要指标,针对传统的膨胀与腐蚀操作不能达到果梗识别的要求,为此提出了基于圆形模型的骏枣果梗检测方法。通过图像预处理获取二值图像;构建一圆形模型,以目标图像的形心为圆心,以等效椭圆长半轴乘1个调整系数为半径,该圆形模型可以覆盖骏枣果肉部分图像,剩下图像部分主要为果梗;由于图像可能还含有噪声,为此进行中值滤波处理,最后即可提取果梗图像部分。对120帧图像进行检测试验,结果表明:每个图像的平均处理时间小于500ms,本次试验果梗识别准确率93%,基本满足红枣分级系统精度的要求。     

基于实例分割的番茄串视觉定位与采摘姿态估算方法

准确识别定位采摘点，根据果梗方向，确定合适的采摘姿态，是机器人实现高效、无损采摘的关键。由于番茄串的采摘背景复杂，果实颜色、形状各异，果梗姿态多样，叶子藤枝干扰等因素，降低了采摘点识别准确率和采摘成功率。针对这个问题，考虑番茄串生长特性，提出基于实例分割的番茄串视觉定位与采摘姿态估算方法。首先基于YOLACT实例分割算法的实例特征标准化和掩膜评分机制，保证番茄串和果梗感兴趣区域(Region of interest, ROI)、掩膜质量和可靠性，实现果梗粗分割；通过果梗掩膜信息和ROI位置关系匹配可采摘果梗，基于细化算法、膨胀操作和果梗形态特征实现果梗精细分割；再通过果梗深度信息填补法与深度信息融合，精确定位采摘点坐标。然后利用果梗几何特征、八邻域端点检测算法识别果梗关键点预测果梗姿态，并根据果梗姿态确定适合采摘的末端执行器姿态，引导机械臂完成采摘。研究和大量现场试验结果表明，提出的方法在复杂采摘环境中具有较高的定位精度和稳定性，对4个品种的番茄串采摘点平均识别成功率为98.07%,图像分辨率为1 280像素×720像素时算法处理速率达到21 f/s,采摘点图像坐标最大定位误差为3像素...     

气力驱动的黄瓜梗剪切装置设计与试验

目前温室黄瓜的采摘方式主要为人工采摘,存在工作环境差,机械化程度低等问题,为面向机械化采摘,结合平面连杆与铰链弹簧联动结构,设计一种气力驱动的黄瓜梗剪切装置,并且对该装置进行动力学仿真分析.针对黄瓜梗剪切装置参数变化对剪切效果的影响,对不同成熟度的黄瓜进行实际数据测量与分析,且进行剪切试验,对成熟度、刃口倾角、削切角、...     

盐渍半干刺参微波真空干燥工艺

采用微波真空的方式干燥盐渍半干海参,研究了不同干燥方式和不同微波功率密度对盐渍半干海参的干燥速度、收缩率和感官品质的影响。试验结果证明,连续微波真空干燥速度快,但存在因干燥速度过快而导致物料感官品质变劣的问题;间歇微波真空干燥速度和缓,可以促进海参体表水分蒸发速度与物料体内水分迁移速度达到动态平衡,明显改善海参感官品质。在保持真空度为90 kPa、间歇比为10 s-on20 s-off、微波功率密度为0.65 Wg时,可取得良好的干燥效果。      

CX4Q-1A型青贮机的设计及试验研究

青贮饲料收获机可完成对青贮作物的切割、切碎,抛送至饲料挂车中。为此,主要介绍了CX4Q-1A型青贮机的结构、工作原理,并对切割器、喂入辊、切碎抛送装置、切碎刀盘等关键部件的结构及性能参数进行了设计。本机具设计的配套动力为36.75kW以上的拖拉机,切碎长度为5～30mm。通过田间性能测试,整机的性能参数满足了设计标准,符合青贮机的国家标准。同时,针对不同地区种植农艺的差异性,对其结构工艺的改进提出了建设性意见。     

激光熔覆Ni基WC复合材料制备自磨刃割刀

为提高农用割刀耐磨性并使割刀形成自磨刃,利用半导体激光器,采用同轴送粉方式在65Mn刀具刃口一侧表面制备Ni基WC复合材料。使用SEM、EDS及XRD分析激光功率对熔覆层材料的微观组织、化学成分和物相组成的影响;采用显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层材料的硬度和耐磨性能进行检测。结果表明:激光熔覆形成的复合材料层与基体之间形成冶金结合,组织均匀致密;熔覆过程中部分WC颗粒熔解并与Ni基合金粉作用,形成了大量WC、W2C、Ni31Si12、Fe3Ni3B、Cr7C3、Cr23C6及CrB等硬质相,使得熔覆层硬度提高。随着激光功率的提高,熔覆层与基体之间元素扩散增加,但是熔覆层硬度有所降低。熔覆层平均硬度在1000（HV 0.2）左右,耐磨性能提高,满足农用割刀形成自磨刃的性能要求。      

基于CH376S的激光切割机床加工程序传输模块设计

针对目前激光切割机床的加工程序的传输方式的缺点,设计了一种新型的激光切割机加工程序传输模块。它能够实现激光切割机床控制器C805117020单片机通过CH376S芯片读取U盘中加工程序信息．根据读取的加工参数自动执行数控指令,实现板材切割。系统以CH376S为数据传输芯片。搭建了C8051F020单片机读写U盘中加工程序信息的硬件平台,并完成程序设计,经过调试运行,实现加工程序数据高效快速传输。     

一年两熟地区玉米秸秆根茬处理和小麦免耕作业方式的分析

为了在一年两熟地区大面积推广实施全程保护性耕作小麦免耕播种作业技术,分析了国内外玉米秸秆根茬处理技术和我国一年两熟地区玉米收获后小麦免耕播种的作业方式,指出现有小麦免耕作业方式存在小麦免耕播种机易堵塞、动土量大、刀轴转速高、安全性差的问题;秸秆被重复切断,秸秆覆盖播种带,影响小麦出苗和幼苗的生长;拖拉机进地次数多,压实土壤。提出了利用斜置驱动圆盘刀和驱动双向螺旋刀装置实现粗粉碎秸秆、低速驱动刀推开播种带秸秆和切断根茬的作业方式。     

玉米秸秆切断速度和切断功耗的试验研究

在秸秆切碎试验台上对两端自由支撑条件下玉米秸秆切断速度和切断功耗进行了正交试验,结果表明：切割方式对切断速度的影响最大,受切的根数影响切断功耗最显著。针对秸秆、根茬切碎机的设计要求和实际切割条件,对受切根数进行了单因素试验,分析切断速度和切断功耗的变化趋势,认为在两端自由支撑条件下保持13．6m/s的切削速度,完全能切断双根玉米秸秆。     

柴油机缸套双向旋转浅表层激光强化技术的试验研究

针对当前柴油机缸套使用寿命短的问题 ,剖析了高频淬火工艺和早期的激光处理工艺存在的问题 ,并应用新的激光处理方法对缸套进行表面强化 ,使激光的扫描硬化轨迹在缸套内表面形成了网状的硬化带。利用输入功率为 12 0 0 W、光斑直径 3 mm、螺距 3 mm的规范对缸套进行加工 ,形成宽小于 2 .5 mm、深小于 0 .2 5 m m的网状硬化带 ,能使缸套的使用寿命提高 7倍 ,并有利于下一次的修理     

臭氧对设施蔬菜病虫害的应用效果

为明确臭氧水及气体在设施蔬菜病虫害防治中的应用效果,在设施条件下研究了臭氧水处理不同作物种子、臭氧水浇灌防治土传病害、臭氧气体对设施蔬菜主要病虫害的防治以及对蔬菜作物的伤害试验。结果表明,用臭氧功能水处理种子,在适宜浓度下能够促进作物种子的代谢和萌发;对发病初期的黄瓜根腐病、番茄青枯病、辣椒疫病等土传病害有一定的抑制作用。使用臭氧发生设备在温室内释放臭氧气体,对黄瓜霜霉病、白粉病、角斑病及灰霉病等气传病害有一定的防治效果;在室内可控条件下,释放臭氧30s,连续释放10次,每次间隔时间10min时,对烟粉虱、南美斑潜蝇的杀灭效果可达100%。总结出温室内臭氧释放的最佳浓度为0.8～1.0mg/m3,既能有效防治温室蔬菜病虫害,又不会对蔬菜作物生长发育产生伤害。     

曲柄连杆式棉秆切割试验台设计与试验

为研究棉花秸秆切割性能,为棉秆切割收获装备的开发提供技术支持和理论依据,设计了可模拟棉秆不对行切割收获过程的曲柄连杆式棉秆切割试验台。试验台的棉秆喂入输送速度与切割速度为0~2m/s、切割倾角为0°~15°,并对样机的工作性能和棉秆切割性能进行了试验研究。试验结果表明,空载时切割器阻力的峰值随着割刀平均切割速度的增加而增大,单个工作周期内的切割器阻力功耗基本不受平均切割速度变化的影响;棉秆峰值切割力随割刀平均切割速度的增加而降低,切割棉秆单位消耗功随割刀平均切割速度的增加而减小。