基于改进YOLO v4模型的马铃薯中土块石块检测方法

为实现收获后含杂马铃薯中土块石块的快速检测和剔除,提出了一种基于改进YOLO v4模型的马铃薯中土块石块检测方法。YOLO v4模型以CSPDarknet53为主干特征提取网络,在保证检测准确率的前提下,利用通道剪枝算法对模型进行剪枝处理,以简化模型结构、降低运算量。采用Mosaic数据增强方法扩充图像数据集(8621幅图像),对模型进行微调,实现了马铃薯中土块石块的检测。测试表明,剪枝后模型总参数量减少了94.37%,模型存储空间下降了187.35 MB,前向运算时间缩短了0.02 s,平均精度均值(Mean average precision, mAP)下降了2.1个百分点,说明剪枝处理可提升模型性能。为验证模型的有效性,将本文模型与5种深度学习算法进行比较,结果表明,本文算法mAP为96.42%,比Faster R-CNN、Tiny-YOLO v2、YOLO v3、SSD分别提高了11.2、11.5、5.65、10.78个百分点,比YOLO v4算法降低了0.04个百分点,模型存储空间为20.75 MB,检测速度为78.49 f/s,满足实际生产需要。     

马铃薯收获机扰动分离装置设计与试验

针对现有的小型马铃薯收获机筛面土块破碎效果不佳而影响分离效率和收获品质等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式和常用杆条式分离装置,设计了一款马铃薯收获机扰动分离装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯的碰撞特性和土块的破碎过程分析,得到影响薯块损伤和土块破碎的主要因素为扰动深度、偏心轮转速和偏心距;通过EDEM-RecurDyn耦合构建仿真模型,单因素试验得到扰动杆数量最优为4,以扰动深度、偏心轮转速和偏心距为试验因素,以马铃薯碰撞力和土块破碎率为评价指标,运用Box-Behnken中心组合设计方法进行仿真试验,对试验结果进行方差分析,利用响应面分析了各交互因素对试验指标的影响规律,结合实际工况确定影响因素最佳取值。验证试验表明：当收获机分离筛运行速度为0.7m/s、扰动深度为51.5mm、偏心轮转速通过调速器设为2.3r/s、偏心距为31mm时,土块破碎率为60.7%,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为790.66m/s2,小于马铃薯临界损伤阈值。     

板栗气体射流冲击干燥特性和工艺优化

为了解决板栗深加工中的干燥问题,将气体射流冲击干燥技术应用于板栗干燥,研究了板栗仁在不同风温（70、75、80和85℃）和风速（10、12、14和16 m/s）下的干燥特性;根据单因素试验结果进行了风温、风速和预处理（不烫漂、100℃热水烫漂和100℃蒸汽烫漂）的正交试验。试验结果表明：板栗的整个干燥过程属于降速干燥,风温和风速对板栗的干燥速率均有显著影响,但风温对其的影响比风速更为突出;正交试验各因素对明亮度、蓝黄值和感官评分的影响顺序为：预处理＞风温＞风速,对缩短板栗干燥时间的影响顺序为：风温＞风速＞     

谷子收获机风筛式清选装置试验分析

为了减少谷子联合收获的清选损失,对谷子收获机风筛式清选装置进行了试验分析。运用参数可调的风筛式谷子清选装置,以清选风速、风向、筛分振幅和曲柄转速为试验因素,以籽粒损失率和含杂率为试验指标,对谷子联合收获机脱出物进行了清选试验。试验结果表明:籽粒损失率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而增大,随清选风向角度的增大呈先增大后减小再增大趋势;含杂率随清选风速、筛分振幅、曲柄转速的增大而减小,随清选风向角度的增大呈先减小后增大再减小趋势;最优清选工作参数为清选风速4.19 m/s、清选风向30.3°、筛分振幅22 mm和曲柄转速218 r/min,籽粒损失率为2.02 %,含杂率为8.01 %。该研究为谷子联合收获机清选装置结构与工作参数设计提供参考。      

棉瓣热风干燥单因素影响特性的试验研究

针对霜后棉桃、僵瓣棉的回收利用现状,采用立式物料循环热风干燥机设备,对筛选的棉瓣样品进行了9组不同风速、风温下的单因素干燥试验,对棉瓣的热风干燥特性进行了分析。结果表明:风温、风速均对干燥时间有显著的影响,合理地控制风温、风速参数能得到最优的干燥效果;在实验条件下,风速5.0m/s、风温100℃时出现最优的干燥效果。     

热风干燥对魔芋甘露聚糖含量的影响

应用二次正交旋转组合试验设计，研究了风温，风速，切片厚度３因素对魔芋甘露聚糖含量的影响，结果表明：（１）由试验研究所得到的数学模型可用于定量描述魔芋甘露聚糖在干制中的变化规律；（２）影响魔芋甘露聚糖变化的主因素效应为：风温〉片厚〉〉风速；（３）风温与片厚和风速与片厚的交互作用对魔芋甘露聚糖具有极其显著的影响；（４）魔芋甘露糖损失率最小的最佳干燥工艺参数为，风温７０℃，风速１．２ｍ／ｓ，切片厚度７ｍ     

马铃薯通风储藏库加湿系统设计与试验

为解决现有马铃薯通风储藏库加湿系统选型参数标准模糊和加湿方式无法随库内环境参数变化进行自动调节等问题,设计了一套马铃薯通风储藏库自动加湿系统。在现有马铃薯储藏库基础上,考虑马铃薯生理特性,该加湿系统选择PLC S7-200为主控制器,并运用控制变量法进行试验设计,采用Origin数据分析软件对各影响因素与入口风速和相对湿度之间的关系进行单因素试验分析,研究加湿帘厚度、加湿泵功率和风机风速对储藏库加湿效果的影响。硬件选型试验表明,该储藏库的最佳参数组合为湿帘厚度45cm、加湿泵功率70W、风机风速16m/s,当风速达到16m/s时能够达到完全穿透效果。加湿系统应用试验证明,系统能够正常工作,并且将库内相对湿度维持在95%左右,储藏后马铃薯平均失重率为3.70%,满足马铃薯储藏的加湿需求,且系统可根据库内环境参数的变化进行相应调整,使马铃薯保持较充足的水分和较低的失重率,从而保证储藏库内环境适合马铃薯储藏。     

红枣热风干燥特性的单因素试验研究

应用穿流式干燥试验台对红枣进行热风干燥单因素试验,分析了在不同风温(45,55,65℃)、不同风速(0.5,1.0,2.0m/s)、不同比表面积(2.1,2.3,2.5cm3/cm)及不同排布密度(12,14,16 kg/m2)条件下红枣的干燥特性和干燥速率。试验表明:红枣在整个干燥过程中降速干燥表现最为明显,风温对干燥速率及品质的影响最大。该研究结果为红枣制干生产、工艺优化和示范提供了理论与技术依据。     

茄子热风干燥试验研究

通过对茄子漂烫渗透研究了渗透失水率和固形物增加率。用单因素试验研究茄子在不同风温、切片厚度、风速、渗温和预处理下的热风干燥特性并绘制干燥速率和湿基含水率曲线。结果表明:茄片越厚,渗透失水率越低;渗温越高,固形物增加率越低,失水率越高;风温及渗透温度越高、风速越大、茄片越薄,干燥速率越快;影响干燥速率主次因素是风温、切片厚度、渗透温度、风速;漂烫渗透比漂烫和未处理干燥速率更高。     

气力式圆筒筛膜杂分离机改进设计与试验

针对气力式圆筒筛膜杂分离机筛分性能波动大的问题,增设运移装置、重置圆筒筛筛孔排布与大小,以保持气流分布均匀性、改善杂质通过性,提高了气力式圆筒筛膜杂分离机筛分性能的稳定性。对圆筒筛内膜杂混合物进行运动分析,选取圆筒筛转速、进风管风速、气流角度为试验因素,以膜中含杂率和杂中含膜率作为评价指标,运用Box-Benhnken试验设计原理设计三因素三水平试验,分析各因素对膜杂分离作业性能的影响。结果表明,各因素对膜中含杂率影响主次顺序依次为:进风管风速、圆筒筛转速、气流角度;各因素对杂中含膜率影响主次顺序依次为:圆筒筛转速、进风管风速、气流角度。利用Design-Expert软件响应曲面图,进行了综合影响效应分析,得出当圆筒筛转速为23.8 r/min、进风管风速为5.9 m/s、气流角度为2.7°时,膜中含杂率为10.60%,杂中含膜率为0.133%。对上述优化结果进行试验验证,得出在该参数组合下的膜中含杂率平均值为10.54%,杂中含膜率平均值为0.132%,表明该整机优化方案可行。     

植保无人机喷洒作业雾滴飘移的质点运动学分析

为了研究雾滴飘移对植保无人机喷洒作业质量的影响,基于多相流理论和质点运动学方法,对植保无人机喷洒的雾滴其受力和运动轨迹进行了理论分析与数学建模.在对近地面层和层流副层风速进行假设的基础上,即假设风速测量高度范围内的风速近似为线性函数分布,进行方程耦合迭代求解,分析了雾滴直径、飞行高度、飞行速度大小和航向、风速大小和风向、雾滴初始速度大小和方向对雾滴飘移的影响.进一步讨论了各因素之间耦合作用对雾滴飘移的影响,得到雾滴飘移浓度分布情况.结果表明:风速和风向对雾滴飘移距离影响较大;雾滴飘移距离和初始速度角度呈二次函数分布,在所给条件下经计算得出初始速度角在20°左右飘移距离最近;雾滴飘移主要集中分布在喷嘴周围,并且呈散射状分布.     

自动清选马铃薯机械的技术探讨

本文提出了用"自装车式马铃薯收获机"配合"针选式自动清选马铃薯机"收获清选马铃薯的设计构想。先用刮磨挤压方法清除软土块,再将没被清掉的石头和土块用专用机械进行清除,能够使石头、硬土块自动与马铃薯分离,可以极大地节省人工,制造成本不高,解决了由人工在耕地里拣拾马铃薯的问题。     

马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置设计与试验

针对以联合收获为主的北方马铃薯主产区,马铃薯收获后薯石分离人工捡拾工作量大、清选效率低,且清选洁净率较低等问题,利用薯块和石块密度不同的特点,采用气力悬浮输送技术设计了马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置,并基于该装置研究了不同参数调整条件下的清选特性。利用高速气流悬浮与振动筛的摆动作用,发挥气力悬浮和振动筛分离的双重优势,使薯块与石块在运动过程中实现自动分离。试验表明：当气流速度为35m/s、筛面倾角为18°和曲柄角速度为30rad/s时,马铃薯选出率均值为96.71%,清选洁净率均值为98.34%,各项性能指标均满足马铃薯清选作业要求。     

带风速风向补偿的车辆道路滑行阻力虚拟测试系统

设计了能够实现风速风向和道路坡度补偿的车辆道路滑行阻力虚拟测试系统,以满足减少环境因素影响并提高滑行测试精度和效率的测试要求。首先,以美国SAE J-2263法规和我国六阶段油耗测试标准为基础,设计了以美国NI嵌入式控制器cRIO为核心的测试系统,对风向风速、道路坡度、轮胎压力温度等测试方法和传感器布置等进行了系统阐述。其次,从分段滑行数据拼接、风速校正、异常数据剔除,以及基于本测试系统的滑行模型构建等方面给出了系统的数据处理方法。最后,将设计的测试系统应用于某乘用车上并进行了系统的滑行试验,试验验证了测试系统工作可靠,测试精度达到设计要求。试验数据处理结果表明风速风向和道路补偿后的试验车空载滑行阻力重复性为2.2%,与不进行补偿的滑行阻力的系统偏差为3.7%。滑行阻力测试系统有效提高了滑行测试精度,为转毂台架上进行整车性能试验补偿整车阻力提供了有效手段。     

热风干燥丸粒化玉米种子的试验研究

采用二次回归旋转设计方法,对丸粒化玉米种子进行了2指标3因素的热风干燥试验。通过对试验结果的分析,分别建立了在整个干燥过程中总耗能和干燥所需时间这2个试验指标与风温、风速、介质加热时间这3个试验因素之间的数学关系。通过对单因子效应的分析,确定了影响干燥过程总耗能和干燥所需时间的因素主次顺序和显著水平。应用模型优化和非线性规划法,得到了各因素的最佳参数组合。     

冬小麦蒸散源区代表性分析

【目的】利用涡度相关技术观测冬小麦生育期内湍流通量,结合通量模型分析试验区农田生态系统通量贡献区的时空分布。【方法】使用闭路涡度系统对2019年10月—2020年6月新乡综合试验基地冬小麦进行通量观测,采用足迹解析模型中的FFP模型和基于土地利用信息的KM模型对通量源区分布和规律进行了分析。【结果】(1)整个生育期主风向为西南风,次风向为东北风,白天(大气非稳定状态)的主风向为西南风,夜间(大气稳定状态)的主风向为西南风。(2)不同生育期、不同大气状态下的源区面积存在一定的差异,大气稳定状态下源区面积均大于非稳定状态,源区方向与长度受风向风速的影响。(3)FFP模型和KM模型计算的源区面积间存在线性关系(SKM=0.93SFFP-1 962.5,R~2=0.96),其中KM模型计算通量足迹值整体大于FFP模型。【结论】不同模型得到的源区不同,风向和风速是源区分布的主要影响因素,田块是试验区内湍流通量重要贡献的主要来源。     

基于可见光与热红外技术的苹果树测产方法

为了实现苹果园的快速精确测产,结合可见光与热红外图像,提出了一种基于机器学习和Hough变换的苹果树测产新方法。以成熟期苹果树为研究对象,利用热成像相机同步采集可见光与热红外图像数据,通过仿射变换模型实现了可见光与热红外温度图像的配准;利用温度信息与RGB颜色波段作为4个分类特征,采用支持向量机,完成分类与后验概率的计算;采用Hough变换实现了图像中苹果的识别标注和计数;通过线性回归模型进行了苹果测产估计,并进行了交叉验证。在光照条件非均一而使苹果颜色存在差异的情况下,经过试验验证,与人工记录的测产数据相比,该文提出的新方法苹果测产的准确率达到80%以上,为果园的科学管理提供了有力的技术支持。      

杆条式压力碎土马铃薯挖掘机的研制

为了解决黑龙江省地区粘重土壤及机械喷灌方式种植的马铃薯收获时存在的薯、土分离困难、含土率高;薯块和土块混杂、明薯率降低、不方便检拾等问题,在薯、土分离过程中,创新研发设计杆条式饶性压力强制碎土机构,使饶性压力强制碎土机构与杆条式震动筛产生相对运动,对粘附在马铃薯上的粘重土壤进行碾压、揉搓,从而解决薯、土沾黏分离不彻底,薯块和土块混杂的问题。主要介绍了该机具的结构特点、主要部件的设计、工作原理及试验情况,为研制适于粘重土壤及机械喷灌方式种植的马铃薯收获机提供参考。     

丸粒化玉米种子的干燥试验

采用二次正交旋转组合设计法,对丸粒化玉米种子进行了3因素5水平的干燥试验.通过对试验结果的分析,分别建立了在干燥过程中总能耗和干燥所需时间与风温、风速、介质加热时间之间的回归方程.通过对2个指标回归系数的检验,确定了影响干燥过程总耗能和干燥所需时间的因素主次顺序.通过优化计算,得到单指标和综合指标的最佳参数组合.运用评价函数法得到的最佳参数组合是热风风温38℃,风速5.4 m/s及介质加热时间40 min.     

青稞作物脱粒物料清选试验

青稞作物机械收获存在清选损失率和含杂率高等问题。为提高青稞作物机械收获的清选质量,测试分析了青稞作物脱粒物料各组分的相关物性和悬浮特性。采用气吹式农业物料悬浮速度测量装置,测得青稞作物脱粒物料中籽粒、麦芒和颖壳、断穗、短茎秆及碎叶的悬浮速度分别为7.07～12.51、1.29～4.08、2.23～6.32、1.82～8.16和1.18～3.65 m/s。采用风筛式清选试验装置,以离心风机风速和风向、振动筛振动频率和振幅为试验因素进行单因素和正交试验,以籽粒清洁率和清选损失率为试验指标,运用极差分析法得出试验因素最佳组合为风机风速8.5 m/s、风向35°、振动筛振幅30 mm和频率190 r/min,其试验结果为清洁率97.32%、损失率3.73%。该试验可为青稞联合收割机清选装置结构参数和工作参数设计提供参考。