面向林业病虫害防治的生物农药喷施系统

【目的】面向林业病虫害防治,设计开发针对生物农药的专用雾化喷头和喷施技术,为确定专门喷施生物农药的风送转盘式离心雾化机构提供理论支持,为预测不同测试范围、操作技术参数和转盘喷头结构下的雾滴粒径尺寸提供科学依据。【方法】设计制造风送转盘式生物农药喷头,构建雾滴粒径性能测试系统,雾滴在植物中的穿透性测试系统以及生物农药活性测试系统,通过改变离心雾化转盘喷头的结构参数(转盘外径、斜角、齿数)以及操作技术参数(流量、转速、风送机构风速)进行雾滴粒径、生物农药活性试验。【结果】1)转盘齿数和转盘斜角对雾滴粒径的影响不显著,而转盘外径、输药流量、转速和喷雾距离与雾滴粒径相关,雾滴粒径随着输药流量增大、转盘外径减小、转速降低和喷雾距离增加而变大。2)构建以输药流量、转盘外径、转速、喷雾距离等参数为自变量,以转盘喷头雾化后的雾滴体积中径为应变量的回归模型,经检验,回归模型调整R~2为0.917,具有显著统计意义。3)通过放置在目标树木不同冠层的水敏纸分析雾滴覆盖率,转盘喷头与风送机构结合,使雾化后的雾滴借助风力的吹送作用,能够更好地穿过树木冠层,迎着喷施方向前层植物上的雾滴覆盖率明显高于中层和后层,且随着风速升高,各层的雾滴覆盖率显著增大。4)以白僵菌作为喷雾介质,测试孢子萌发率来衡量生物农药喷施后的活性损伤情况。转盘喷头的雾滴粒径与转盘齿数和斜角的相关性极弱,而与转盘外径、输药流量、转速和喷雾距离密切相关,影响生物农药活性的转盘喷头结构参数和操作技术参数因素次序为:风速转盘外径转速输药流量转盘斜角转盘齿数。【结论】转盘喷头在风送机构的吹送作用下,可提高喷雾覆盖率,增强防治效果。综合雾化性能和防治性能数据,转盘外径0.1 m、输药流量20 L·h~(-1)、转速314 rad·s~(-1)、风送机构风速5 m·s~(-1)为面向林业病虫害防治生物农药喷施系统的最佳参数设置。     

车载式稳态燃烧烟雾机的燃烧室设计

针对适用于林业高大林木病虫害防治的高效车载式稳态燃烧烟雾机的关键部件———燃烧室进行设计,要求 烟雾机满足最大喷烟量(即施药量)400 L/ h,进行农药热力烟化时既要使油溶剂农药完全烟化,又不能产生燃烧使 农药分解失去药性。在分析了多种类型燃烧室的结构特点后,创新设计了一种新型燃烧室结构。该燃烧室采用侧 面前方进气,内壁分布着具有不同进气方向的多个进气口,这样有利于燃气充分燃烧及提高燃烧效率。通过对燃 烧室内燃气完全燃烧理论温度、不完全燃烧实际温度以及油溶剂农药汽化所需热量的计算,确定了对应最大喷烟 量所需的最低燃油量为10.1 kg/ h。再根据燃油量与燃烧火焰长度、直径之间的关系,经试验测定,最终确定了燃烧 室的外形尺寸,即长度为500 mm、直径为300 mm。      

脉冲烟雾机燃烧室—喷管工作频率的研究

用于林木病虫害防治的便携式脉冲烟雾机，其燃烧室-喷管为主要工作部件。笔者针对燃烧室-喷管工作频率的计算公式进行推导和分析，并通过试验进行验证，证实了本文所建立的燃烧室-喷管工作频率计算公式的可行性和精确性。     

介电型电活性聚合物能量收集方法研究

介电型电活性聚合物(DEAP)作为一种新型智能材料,与风力、水力相结合,可作为一种新的能量收集方法。研究DEAP能量收集的可行性,讨论了DEAP的发电机理和工作过程。根据换能器工作状态的形变过程,利用弹性大变形理论建立了DEAP换能器的数学模型,通过对模型的求解计算出换能器推程、回程的力-位移曲线。据此,得出DEAP换能单元工作过程输入的机械能、发电量和相应能量转换效率。提出了一种多换能器集成使用以提高系统发电效率的方法。理论分析和试验数据表明:初始电压和拉伸位移是影响发电量、能量转换效率的关键因素。随着多换能单元的应用,系统的总效率可提高到28%以上。同时,外界输入扭矩的数值波动越来越小。     

基于改进UNet模型的油茶果振动采摘点定位方法

针对非花果同期油茶果采收效率低这一问题,提出一种侧枝振动采摘点定位方法,通过振动侧枝降低树木损伤并实现高效采收。首先构建数据集,对侧枝分段标注,向UNet中添加CloFormer注意力机制并命名为Clo-UNet,实现侧枝的二维重构。其次,在Clo-UNet基础上进一步设计采摘点定位方法并命名为Clo-UNet-Point,该方法优先选择采收离果实最远且最粗的枝条。试验表明,Clo-UNet在验证集上表现优异,其中br_con（连果枝）、danger（危险区）和br_pro（优先采收区域）的平均交并比mIoU分别达到85.36%、86.37%和81.29%,平均像素精度mPA分别达到94.97%、96.17%和89.48%,Clo-UNet在整个数据集上的mIoU和mPA分别比UNet高5.14、6.85个百分点。通过观察验证集647幅图像,Clo-UNet-Point算法在不同光照条件下均能定位到采摘点,平均检测一张图像用时0.15 s。该研究可为未来非花果同期类油茶果的自动化振动采收奠定理论基础。     

稳态烟雾机烟化管结构参数对烟化效果的影响

以稳态燃烧器为热动力的车载式烟雾机针对农林业病虫害防治具有防治效率高、用药量少、防治成本低等突出优点,烟化管结构参数是影响油溶剂农药能否有效烟化的关键因素。该文设定3种药喷头类型、6个喷头放置位置、3种喷头结构参数以及3个不同直径的双层喷管,分别进行烟化效果试验及分析。结果表明环形喷头烟化效果最好,圆锥形喷头和圆柱形实心锥喷头则出现喷管出口滴液及烟雾中存在明火等烟化不良问题,圆锥形喷头烟化效果好于圆柱形喷头;热雾剂在Φ70 mm喷管内能完全烟化,烟雾雾滴均匀细小,而Φ90和Φ110 mm 2种喷管则会产生较小烟雾和较大雾滴2个分布区,烟化效果不良;环形喷头置于喷管内距喷管喷口250~350 mm的范围内,可获得较好的烟化效果;环形喷头的结构参数如药液出口方向、喷药孔径和孔数对热雾剂的烟化效果影响非常小,均能使热雾剂得到完全烟化。说明药喷头类型和喷管直径是影响稳态燃烧烟雾机烟化效果的关键因素,喷头放置位置是影响的主要因素,而环形喷头结构参数是影响的次要因素。     

土壤消毒机蒸汽输送装置的设计与数值模拟

土传病虫害严重制约了设施栽培的发展。蒸汽消毒相比于其他土壤消毒方法,具有诸多优点,其利用高温杀死土壤中的病虫草害,提高了土壤的通透性和排水性,且对环境无任何污染。为此,基于脉冲式土壤蒸汽消毒机的总体结构,重点对蒸汽输送装置的注射针头以及蒸汽罩盖、针头间距、针头数目等蒸汽盘关键结构参数进行了设计。利用Fluent软件对土壤传热模型进行了数值模拟,分析了注射针头周围土壤的温度分布云图。结果表明:持续施加蒸汽7min、停止通蒸汽35min后,在半径10cm内、深度21cm范围内,土壤的温度能保持在90℃以上,验证了蒸汽输送装置结构的合理性。     

脉冲式烟雾水雾机热力雾化水剂农药效果分析

针对脉冲式烟雾水雾机在喷施水雾剂农药时常出现滴液、流液或较大雾滴群等雾化不良现象,通过改装6HYW-60S型脉冲式烟雾水雾机,将药液流量设置成可调的测试装置,设定5个油门开度及4个药液流量,测试了脉冲发动机喷药前后的气流速度、温度及各喷药工况下的雾滴粒径分布。结果表明,在最小的油门启动开度到最大的油门工作开度可调范围内,对应的脉冲发动机燃油消耗率变化范围较小（相对变化13.0%）,喷管内对应的气流温度与速度也发生同等程度的变化。喷药时,喷管口处的气流温度与速度发生明显变化,由不喷药时约700℃的高温气流下降为75℃左右的雾滴流,相应的气流速度下降了16%左右;油门开度及药液流量对雾滴流温度的影响非常小,但对雾滴流速度的影响非常明显,油门开度增大,雾滴流速度明显增加,药液流量增大,雾滴流速度明显下降。在各油门开度下,对最小药液流量20L/h的雾化效果均不佳,尤其距喷雾出口较近处存在大量的300μm以上的较大雾滴,这些大雾滴极易跌落至地面,无法有效喷施到目标物上;药液流量增大至40L/h及以上时,各油门开度下的雾滴体积中径均较小,同一工况下各位置点的平均值不超过60μm。热力雾化的雾滴粒径分布曲线不是单一峰值的正态分布形态,常会出现不同中心雾滴粒径的雾滴群,且这些雾滴群的中心雾滴粒径基本保持一致。从喷雾出口喷出的雾滴流中,喷管中心轴线上的雾滴细小均匀、雾化充分,中心轴线上方的雾滴一般比中心点处稍大,中心轴线下方雾滴明显增大,且距中心轴线越远的下方,雾滴增大越明显,即雾滴流中较大雾滴群的量逐渐增加。以药液流量60L/h及油门开度90°为最佳雾化工况,在整个喷施区域内均形成了良好的雾化效果。     

基于改进YOLOv7的苹果生长状态及姿态识别

针对目前苹果在复杂环境下难以进行生长状态分类识别、姿态信息同步获取等问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv7的苹果生长状态分类和果实姿态融合识别方法。首先改进多尺度特征融合网络,在骨干网络中增加160×160的特征尺度层,用于增强模型对微小局部特征的识别敏感度;其次引入注意力机制CBAM(convolutional block attention module),改善网络对输入图片的感兴趣目标区域的关注度;最后采用Soft-NMS算法,能够有效避免高密度重叠目标被一次抑制从而发生漏检现象。此外,结合UNet分割网络和最小外接圆及矩形特征获取未遮挡苹果姿态。试验结果表明,改进YOLOv7的识别精确率、召回率和平均识别精度分别为86.9%、80.5%和87.1%,相比原始YOLOv7模型分别提高了4.2、2.2和3.7个百分点,另外苹果姿态检测方法的准确率为94%。该文模型能够实现苹果生长状态分类及果实姿态识别,可为末端执行器提供了抓取方向,以期为苹果无损高效的采摘奠定基础。     

灌木锯切实验台的设计及试验研究

针对现有灌木平茬机收获时存在的生产效率低、磨损大、功率大的问题,设计了灌木根茎锯切试验台,该装置采用横向锯切方式;设计基于虚拟仪器技术,可实现对锯切速度,功率消耗,灌木进给速度的实时测量;论文最后进行了含水率、直径影响试验及几种不同锯片在不同线速度、不同进给速度下的台架试验.研究表明:灌木含水率在20%,直径在15mm,选用的锯片齿距在9.81mm,厚度为2mm,刀盘线速度在40～60m/s时具有较小的锯切力及功率消耗,为灌木切割装置的设计提了供理论支持.