科研产出
电驱式青贮饲料打捆裹膜机设计与试验
《吉林大学学报(工学版) 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对青贮饲料打捆、裹膜作业环节分离和配套动力大等问题，设计了一款电驱式青贮饲料打捆裹膜机。通过分析整机工作原理和核心部件作业过程，确定了上料与打捆装置动力、输送带线速度、打捆腔室撑开角、裹膜2～3层所需时间等主要参数，并进行了机架满载可靠性模拟和整机打捆裹膜性能试验。结果表明：机架在满载工况下最大应力为116.4 MPa，最大变形量为0.71 mm，满足材料力学性能；样机成捆率为97.8%，规则捆率高达100%，草捆密度为148.2～162.5 kg/m~3，草捆抗摔率为84.0%。整机运行平稳可靠、振动小，草捆抗摔率较低的原因为秸秆过于均匀且短小，以及缠线不完全，后期可在粉碎处理和缠线机构进行优化。
关键词： 农业机械 青贮饲料 缠线机构 打捆裹膜 有限元 试验
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不同改良剂对酸性紫色土团聚体和有机碳的影响
《环境科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：研究不同改良剂对酸性紫色土团聚体和有机碳变化特征的影响，为酸性紫色土修复提供科学依据.以紫色土为研究对象，设置不施肥（CK）、单施化肥（F）、化肥配施石灰（SF）、化肥配施有机肥（OM）、化肥配施生物炭（BF）和化肥配施酒糟灰渣（JZ）共6个处理.比较不同改良剂施用下酸性紫色土的团聚体组成情况，以及各粒级团聚体有机碳分布规律，结合团聚体稳定性指标，明确不同改良剂对酸化紫色土团聚体结构的影响.结果表明，施肥处理均显著提高土壤pH，以JZ处理效果最显著，施肥均显著提高土壤有机质含量，以OM处理效果最好，BF和OM处理显著降低土壤容重，同时SF和BF处理显著提高土壤含水率（P＜0.05）；各处理均以＜0.25 mm粒级团聚体为优势粒级，施肥能显著提高大团聚体（直径＞0.25 mm的团聚状结构单位）的含量，同时施肥处理均显著提高了土壤几何平均直径（GMD）、平均重量直径（MWD）和R0.25值（＞0.25 mm团聚体含量），降低分形维数（D）和团聚体破坏率（PAD）值（P＜0.05），促进了土壤团聚体的团聚化和稳定性，以OM处理效果最好；与CK处理相比，施肥能显著提高土壤有机碳含量31.71%～209.67%，其中以OM处理最显著；不同处理土壤有机碳主要分布在大团聚体中，与CK处理相比，各处理显著提高大团聚体中有机碳贡献率为19.34%～47.76%，其中OM处理效果最为显著（P＜0.05）.综合来看，化肥配施有机肥能促进酸性紫色土大团聚体的形成，提高土壤团聚体稳定性，增加土壤有机碳含量，是改善酸性紫色土土壤结构和提升土壤质量的有效措施.
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鲜湿甘薯渣水分相态分布测定及其束水机制分析
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究鲜湿甘薯渣的束水机理,以10种不同品种鲜湿甘薯渣为研究对象,采用低场核磁共振仪测定鲜湿甘薯渣中水分的相态分布,分析甘薯渣各相态水分与主要有机非水组分之间的相关性,再结合酶解实验进行因果关系验证.结果表明:10种鲜湿甘薯渣中存在3~4种相态的水分,分别命名为组成水(T21,0.658~2.310 ms)、固定化水(T22,7.055~21.550 ms)、滞化水(T23,377.410~705.480 ms)和自由流动水(T24,705.480~3 764.936 ms);鲜湿甘薯渣中滞化水含量最高,平均占比93.59%,固定化水含量次之,平均占比5.15%,组成水和自由流动水含量较少,分别占比0.85%、0.41%;鲜湿甘薯渣中主要相态水分滞化水与果胶、膳食纤维和不溶性膳食纤维含量呈显著正相关;鲜湿薯渣经果胶酶水解后可排出水量显著增加,而经纤维素酶、半纤维素酶和木质素过氧化物酶酶解后的薯渣可排出水量无明显变化;扫描电子显微镜观察到大部分淀粉颗粒被包裹或束缚于细胞壁碎片中.此研究可为甘薯渣高效脱水技术的开发提供理论依据.
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除草机器人自适应快速积分终端滑模跟踪控制技术
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：智能除草机器人在草坪作业时，易受到外界扰动以及系统不确定性的影响，从而导致轨迹跟踪收敛时间长以及跟踪效果差等问题。因此，设计一种面向轨迹跟踪的自适应快速积分终端滑模控制算法。首先，考虑驱动轮动力学特性以及未建模误差、外界干扰、动静摩擦等不确定性因素，建立除草机器人的动力学模型。然后基于所建立的动力学模型，设计自适应快速积分终端滑模控制器。所提出的控制器结合了快速终端滑模、积分滑模和自适应估计技术的优点，能够实现期望的跟踪性能并抑制控制信号抖动。同时，在不需要明确系统不确定性和外界干扰上界的情况下，可以通过所设计自适应估计项进行实时补偿，提高系统的鲁棒性。最后，通过仿真和试验验证了该方法的有效性。试验结果表明，所设计的控制器能够使跟踪误差在有限时间内快速收敛，并且横向误差绝对值不超过0.097 9 m,纵向误差绝对值不超过0.102 6 m,航向角误差绝对值不超过0.057 8 rad,保证除草机器人准确跟踪作业路径，同时具有较强的鲁棒性。
关键词： 除草机器人 轨迹跟踪 动力学模型 自适应估计 快速积分终端滑模
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丘陵山区自走式马铃薯联合收获机设计与通过性试验
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对丘陵山区马铃薯联合收获机短缺、履带底盘通过性较差等问题,设计了一款包括底盘行走装置、多级输送分离装置的自走式马铃薯收获机,开展了底盘通过性和机器收获性能理论分析.首先,对收获机底盘坡地行驶、越障性能进行理论分析,获得底盘通过性的临界参数;其次,对收获过程中马铃薯运动学进行分析,得到关键工作部件的相关参数.与此同时,运用RecurDyn仿真软件对整机进行多体动力学仿真分析,获得自走式马铃薯联合收获机适用于丘陵山区横向与纵向坡地及跨越壕沟与直壁的相关运动参数.仿真结果表明:纵向坡地行驶的最大爬坡角度为28°、横向坡地行驶的最大坡度角为20°、整机跨越垂直障碍的最大高度为150 mm、最大跨越壕沟宽度为300 mm.田间试验结果表明:收获作业时伤薯率为1.92%、破皮率为2.86%.收获机满足纵向坡度25°稳定行驶要求,跨越300 mm壕沟,翻越150 mm直壁,与仿真结果保持一致,验证了仿真的准确性,满足履带马铃薯收获机行驶通过性的设计要求.该研究可为丘陵山区根茎类履带式收获机的设计提供理论基础与参考.
关键词： 马铃薯 自走式联合收获机 丘陵山区 RecurDyn仿真 通过性
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基于虚拟探照灯的离合制动履带底盘寻径跟踪
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：油动履带底盘由于具有成本低、技术成熟、动力充足、续航能力强、维修便捷等特点而被广泛应用于农业生产，但其操控精度低、振动严重等问题对其应用造成挑战。该研究以农用油动履带底盘为对象，根据共性传动结构提出离合制动式履带底盘，并以STM32F303作为主控器搭建基于实时动态差分全球导航卫星系统（real-time kinematic global navigation satellite system,RTK-GNSS）的自动导航系统，建立其运动学模型，提出一种改进模糊式预瞄控制算法—虚拟探照灯寻径跟踪（virtual searchlight pathfinding tracking,VSPT）算法。针对横向偏差和速度变化引起的跟踪振荡问题，提出基于横向偏差指数的视域角动态调整方法和基于行驶速度的虚拟目标点判断方法，并通过仿真和试验验证算法的有效性。仿真结果表明，在底盘前进速度0.4 m/s时，横向偏差指数λ、视域增益k_1和目标增益k_2取值分别为1/4,0.005 rad·m和6 s~(-1)时可获得较好的导航效果。现场试验结果表明，在水泥路面，不同初始位姿下，直线导航平均上线距离为1.64 m，平均横向偏差和航向偏差为0.44 cm和1.57°；行驶速度提高会导致导航精度降低，适当修正k_1、k_2可维持较好的导航效果，3种行驶速度下获得的平均横向和航向偏差分别为0.75 cm和1.05°，平均纠偏次数为4.7次；田间路况下，由于土路附着系数增加，转向相对平稳，纠偏次数降低至2.7次，相同参数时2种路况下的导航效果接近。研究表明，VSPT算法针对离合制动式履带底盘具有良好的跟踪效果和路况适应性，该研究可为离合制动履带平台提供一种高效、稳定的导航控制方案。
关键词： 精准农业 车辆 导航 RTK-GNSS 履带底盘 控制算法
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小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为系统研究小麦秸秆覆盖量对坡面流水动力学特性的影响，采用室内定床模拟试验，探究在不同流量（3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 L/min）和坡度（3°、5°、10°、15°）下，坡面流水动力参数随秸秆覆盖量（0、1.5、2.5、3.5、4.5 t/hm~2）的变化特征。结果表明：1)秸秆覆盖显著影响坡面流流型，在不同流量和坡度下，无秸秆覆盖时坡面流型均为急流，而在秸秆覆盖条件下，坡面流型均变为缓流。当流量≤7.5 L/min时，流态均为层流，当流量＞7.5 L/min时，流态均为过渡流。2)随着秸秆覆盖量的增加，坡面流流速分别较裸坡降低了47.85%、53.86%、57.69%、60.11%。3)不同覆盖量下，坡面流流态指数随坡度的变化规律不一致。覆盖量≤2.5t/hm~2时，随坡度的增加，流态指数呈先增后减的变化趋势，覆盖量＞2.5 t/hm~2时，流态指数随坡度的增加而逐渐减小。4)不同覆盖量下，坡面流阻力系数随坡度的变化规律不一致。秸秆覆盖坡面阻力系数是裸坡的9.36～19.68倍。低覆盖量下（≤2.5t/hm~2）阻力系数在10°坡度达最大值，高覆盖量下（≥3.5 t/hm~2），阻力系数整体上随坡度的增加而增加。该研究可为不同秸秆覆盖量下坡面水蚀过程的动力学机制提供科学依据。
关键词： 土壤 侵蚀 水动力参数 坡面流 秸秆覆盖量 定床试验 黄土高原坡耕地
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基于LC-MS/MS分析‘塔罗科’血橙优系果实花青素组分特征
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：以‘塔罗科’血橙优系为研究对象，运用液相色谱-串联质谱技术检测其与对照品种‘塔罗科’血橙果实花青素的组分及相对含量，筛选优系差异花青素代谢物。结果表明，‘塔罗科’血橙优系果实中共鉴定出矢车菊素、飞燕草素、芍药花素、天竺葵素、矮牵牛素、锦葵素以及花青素合成前体物质黄酮7类33种花青素相关代谢物，其内膛和外围果实花青素代谢物数量和种类一致，无差异代谢物；而对照品种内膛和外围果实分别检测出27种和30种花青素代谢物，其中内外差异代谢物达9种，分属矢车菊素、飞燕草素、芍药花色素和黄酮4类物质。‘塔罗科’血橙优系和对照品种花青素主要成分均为矢车菊素-3-O-丙二酰葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，两者在优系内膛和外围果实中分别约占总花青素含量的42.3%、41.0%和40.6%、41.4%，在对照品种内膛和外围果实中分别约占39.5%、41.0%和36.8%、40.6%。相比对照，‘塔罗科’血橙优系果实中矢车菊素类物质绝对含量和总花青素占比均显著提高，其内膛和外围果实矢车菊素类花青素总量分别为48.68μg/g(91.90%)和62.16μg/g(92.28%)，此外，飞燕草素、芍药花素以及黄酮3类代谢物占各自花青素总量的百分比也相近，推测‘塔罗科’血橙优系果实花青素合成可能受温度的影响较小。研究发现‘塔罗科’血橙优系较对照品种花青素含量高且代谢物种类多，综合品质优良，可为血橙品种遗传改良及利用提供一定的理论依据。
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不同成熟阶段柠檬果皮挥发物和酚类成分分析
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究柠檬果皮香气和酚类成分在不同成熟阶段的变化特点,以抗病品种香水柠檬和泰吹柠檬不同成熟阶段果皮为材料,采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱法分析其挥发物成分,高效液相色谱法测定其酚类成分.结果表明:2个品种柠檬果皮中共检测到86种挥发性成分,以萜烯类、醛类和醇类为主,香水柠檬果皮中倍半萜和醛类含量较高,泰吹柠檬果皮中单萜和醇类含量较高.香水柠檬果皮中单萜、倍半萜、醛类的含量在成熟期间发生显著变化,其中单萜、倍半萜含量均呈先下降后上升再下降的趋势,醛类含量呈上升趋势;泰吹柠檬果皮中单萜、醇类和醛类的含量在成熟期间发生显著变化,3类香气物质的含量均呈先下降后上升的趋势.根据香气成分的香气值,香水柠檬和泰吹柠檬果皮中分别鉴定出26种和22种特征香气成分.在整个发育期中,对香水柠檬香气贡献最大的特征香气成分为癸醛、十二醛、香叶醛、芳樟醇和橙花醛,对泰吹柠檬香气贡献最大的特征香气成分为癸醛、芳樟醇、香茅醛、β-月桂烯和乙酸香茅酯.香水柠檬和泰吹柠檬果皮中分别检出12种和15种酚类物质,2个品种柠檬果皮中酚酸总量无显著差异,泰吹柠檬果皮中类黄酮总量显著高于香水柠檬,其中泰吹柠檬果皮中多甲氧基黄酮总量为香水柠檬的20.94~118.75倍.果实成熟对香水柠檬和泰吹柠檬果皮中酚酸总量和类黄酮总量有显著影响,随成熟度提高,2个品种酚酸总量和类黄酮总量均呈下降趋势.研究结果为柠檬果实资源的利用和抗病种质创新提供支撑.
关键词： 柠檬;成熟阶段;挥发物;酚类成分
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基于Faster R-CNN网络的茶叶嫩芽检测
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为有效识别茶叶嫩芽提高机械采摘精度、规划采摘路线以避免伤害茶树,针对传统目标检测算法在复杂背景下检测精度低、鲁棒性差、速度慢等问题,探索了基于Faster R-CNN目标检测算法在复杂背景下茶叶嫩芽检测方面的应用.首先对采集图像分别进行等分裁切、标签制作、数据增强等处理,制作VOC2007数据集;其次在计算机上搭建深度学习环境,调整参数进行网络模型训练;最后对已训练模型进行测试,评价已训练模型的性能,并同时考虑了 FasterR-CNN模型对于嫩芽类型(单芽和一芽一叶/二叶)的检测精度.结果表明,当不区分茶叶嫩芽类型时,平均准确度(AP)为54%,均方根误差(RMSE)为3.32;当区分茶叶嫩芽类型时,单芽和一芽一叶/二叶的AP为22%和75%,RMSE为2.84;另外剔除单芽后,一芽一叶/二叶的AP为76%,RMSE为2.19.通过对比基于颜色特征和阈值分割的茶叶嫩芽识别算法(传统目标检测算法),表明深度学习目标检测算法在检测精度和速度上明显优于传统目标检测算法(RMSE为5.47).可以较好地识别复杂背景下的茶叶嫩芽.
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