摘要：[目的]在有机无机混合肥料仿真试验中,传统参数标定方法待标定参数多,标定过程复杂。本文根据有机肥对无机肥颗粒黏附特性,提出一种新的离散元仿真接触参数标定方法。[方法]利用自由落体碰撞试验、静摩擦试验、滚动摩擦试验对复合小球和钢的接触参数进行校准;设计Plackett-Burmen Design试验、爬坡试验和Box-Behnken响应面试验,得到混合肥料接触模型最优参数,通过堆积角对比试验、有机肥和无机肥混合比例预测试验、撒肥盘颗粒分布对比试验验证最优参数。[结果]复合小球与钢的最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.323、0.776、0.255;有机肥肥料之间最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.40、0.70、0.14;有机肥与钢板之间的最优碰撞恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数分别为0.44、0.70、0.15;Hertz-Mindlin with JKR模型参数为0.017。最优参数进行对比验证堆积角的相对误差为1.05%,最优参数能预测不同混合比例肥料的堆积角,撒肥盘抛撒试验列分布最大相对误差为35.95%,平均误差15.86%。[结论]试验结果验证了标定方法正确性,同时为后续有机肥-无机肥-机械互作系统研究提供依据。

摘要：【目的】设计一种基于相变储热材料的温室栽培架,为解决温室作物冬季面临的低温冷害等问题提供参考。【方法】利用相变蓄放热系统、辅助加热系统、热风循环系统等组成栽培架,通过试验测试了典型晴天和典型阴天条件下栽培架种植区和相变蓄放热系统内的温度,对种植区与温室内的温度进行比较,并用FLIR红外成像仪采集线椒、番茄叶片部分的热红外图像,验证栽培架的放热保温效果。【结果】在典型晴天且不开启辅助加热条件下,种植区夜间平均温度较温室内高1.2~2.5℃;在典型阴天条件下,夜间开启辅助加热系统时,种植区夜间平均温度较温室内高3.3~6.8℃。在典型晴天和阴天两种天气条件下,栽培架内种植作物的叶片温度均高于同时段温室内种植的作物。栽培架的平均能量利用率在典型晴天和典型阴天条件下分别为65.1%和56.6%,栽培架的平均性能系数(COP)在典型晴天条件和典型阴天条件下分别为9.3和2.2。【结论】所设计的基于相变储热材料的温室栽培架冬季种植区增温明显,可有效改善作物生长的热环境,且节能效果明显。

摘要：鱼菜共生系统实现了水产和蔬菜间的物质循环转化,是一种零排放可持续的先进农业生产模式,为探究鱼菜共生系统中不同种类蔬菜生长状况及其对养殖尾水氮素转化的影响,设计了5种不同种类蔬菜(圣女果、线椒、蕹菜、芹菜、紫背菜)基于耦合型鱼菜共生系统的栽植试验。结果表明:在26 d的栽植试验中,各试验组蔬菜鲜质量和株高均有正向增长,根质量占比与鲜质量增长量关系的拟合曲线为一元二次方程,当根质量占比在34%~42%间时,植株各器官发育较好,对营养物质转化效率高,圣女果有最大鲜质量增长量28.43 g、最大株高增长量31.84 cm和最大株高相对增长率241.32%;试验中换水周期为3 d,各试验组水体氮化物浓度指标均显著下降,圣女果42 h氨氮相对去除率达69.17%,6 h内亚硝酸盐氮相对去除率为41.09%;在循环周期末期,水培组圣女果有最小氨氮质量浓度0.152 mg/L,pH值稳定在6.98左右,水培紫背菜有最大亚硝酸盐氮相对去除率55.25%和硝酸盐氮相对去除率42.35%。综上,在耦合型鱼菜共生系统中圣女果对养殖尾水的水质和氮素有较好的净化作用和转化效果。

摘要：为解决芦笋采收机器人选择性采收过程中成熟芦笋的判别和采摘手准确定位难题,提出了一种改进YOLACT++(You only look at coefficients)算法,利用该方法对成熟芦笋进行检测判别并定位采收切割。通过引入CBAM(Convolutional block attention module)注意力机制以及SPP(Spatial pyramid pooling)结构改进传统的YOLACT++主干网络,提高了特征提取的有效性;设计了适用于芦笋目标检测的锚框长宽比以保证覆盖到不同姿态的芦笋,以提高网络检测速度和准确率。利用生成的芦笋掩膜分段计算芦笋长度和基部直径,来判定成熟芦笋,并通过空间位姿向量计算成熟芦笋基部区域切割点位置。采收机器人田间试验结果表明,经过训练的改进YOLACT++模型的检测准确率为95.22%,掩膜平均准确率为95.60%,640像素×480像素图像检测耗时53.65 ms,成熟芦笋判别准确率为95.24%,在X、Y、Z方向的切割点定位误差小于2.89 mm,滚转角和俯仰角误差最大为7.17°;与Mask R-CNN、SOLO和YOLACT++模型相比,掩膜平均准确率分别提高2.28、9.33、21.41个百分点,最大定位误差分别降低1.07、1.41、1.92 mm,最大角度误差分别降低1.81°、2.46°和3.81°。使用该方法试制的芦笋采收机器人,采收成功率为96.15%,单根芦笋采收总耗时仅为12.15 s。本研究提出的检测-判别-定位方法在保证响应速度的前提下具有较高的检测精度和定位精度,为优化改进基于机器视觉的芦笋采收机器人提供了技术支持。

摘要：为解决离心式变量撒肥机肥料抛撒过程中撒肥不均匀、颗粒分布效果差等实际问题,对现有离心式双圆盘变量撒肥机的关键结构进行优化改进。基于对撒肥机关键结构的理论分析,运用离散元法建立离心式变量撒肥机仿真模型,设计三因素三水平旋转正交试验,对撒肥机圆盘的最速曲线比例、撒肥拨片数量和螺旋落料装置升角进行参数模拟与结构优化。结果表明,各因素对肥料颗粒横向分布变异系数(C v)的影响从大到小依次为最速曲线比例>撒肥拨片数量>螺旋落料装置升角。经回归分析和优化可知,当撒肥机圆盘的最速曲线比例为0.276,撒肥拨片数量为4,螺旋下料装置升角为47.02°时,C v最小,为13.29%。试验验证的实测值与数值模拟预测值的平均相对误差为8.99%。上述结果表明,基于离散单元法的撒肥过程仿真分析可以用于离心式撒肥装置工作参数优化设计,模型可靠性高,可为改善变量撒肥机的实际田间作业性能提供理论参考。

摘要：切割器作为芦蒿收获机的重要工作部件,其切割性能直接影响作物的收获质量和后续输送效果。采用虚拟样机设计方法,对自走式芦蒿有序收获机中往复式切割器的结构参数和芦蒿茎秆的物理参数进行研究,建立了切割部件的三维实体模型和茎秆的柔性简化模型,并进行刚柔耦合动力学仿真分析。以切割系统的切割速度vg、切割角度α和前进速度vm为影响因素,选取切割器对茎秆切割力F和重割率γ为评价指标,设计了三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析,并进行田间试验验证。结果表明,响应面模型(RSM)优化组合vg=1.6 m/s,α=15°,vm=1.0 m/s时,F、γ明显降低,割茬质量最好,与试验结果相比,切割力误差小于10.9%、重割率误差小于11.3%。分析结果验证了预测模型的有效性和准确性,表明所设计的往复式切割器满足对芦蒿的有序收获要求。

摘要：为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,使用近地光谱探测技术,设计了大田实时变量追肥机。追肥光谱监测系统实时获取作物冠层归一化植被指数,结合追肥策略计算出当前的目标施肥量,采用测速和测距法反馈肥料流量信息,并根据追肥机实际行进速度,实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,田间小麦长势存在空间差异性,冠层的归一化植被指数可以解析此差异性;追肥机追肥控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;变量追肥比定量均匀追肥增施氮肥28 kg/hm2左右。

摘要：为实现水稻生长周期内区域性实时变量施肥,提高机械化施肥作业效率和肥料利用率,结合水稻施肥农艺特点和近地光谱技术,设计了一种基于传感器的双圆盘离心匀肥罩式水稻地表变量施肥机。对光谱检测装置、决策控制系统、变量执行机构等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103核心控制器的反馈系统,结合专家施肥策略响应目标施肥量。以闸口排肥流量A、撒肥圆盘转速B、整机行进速度C为影响因素,颗粒分布变异系数Cv和施肥量相对误差γ为评价指标,设计三因素三水平撒肥性能正交试验。性能试验结果表明:在目标作业幅宽内(24 m),影响Cv主次因素为A、B、C,影响γ主次因素为B、A、C,综合选择较优的工作参数因素水平组合为:A2B2C2,即排肥流量300 g/s,圆盘转速600 r/min,整机行进速度1.2 m/s时,Cv=13.82%,γ=9.54%,整机撒肥性能最优。田间试验结果表明:与性能试验相比,Cv误差均值为9.19%,γ误差均值为9.25%。研究结果表明离心式变量施肥机满足撒肥均匀性和施肥量准确性要求,提高了离心式变量施肥机撒肥性能,为圆盘式撒肥机传统的经验式施肥提供了理论基础。

摘要：【目的】设计一款基于比例施肥泵和嵌入式控制器的轻简式灌溉施肥机,为实现温室大棚无土栽培的肥水一体化灌溉与施肥提供支持。【方法】灌溉施肥机的结构采用轻型的铝型材配以万向轮进行设计,硬件主要包括比例施肥泵、嵌入式STM32控制器、HMI触控屏、多路传感器、电磁阀及营养液混合泵等,实现6种肥水信息的在线监测、多路执行设备的实时控制与人机交互;同时为实现肥水精准混合建立营养液稀释模型。【结果】成功设计了温室轻简式灌溉施肥机,在温室进行的肥水混合灌溉试验表明,灌溉施肥机作业前营养液母液自混合3min以上,能够消除营养液母液沉淀产生的肥水不均匀问题,灌溉施肥机电导率（Ec）控制精度误差≤0.02 mS/cm,标准偏差为0~2.83%,能够满足温室无土栽培作物的灌溉施肥要求。【结论】所设计的灌溉施肥机具有较高的肥水混合精度,能有效提高肥水利用率,建立的营养液稀释模型为确定作物不同生长期适宜的肥水混合比例提供了一种快速、简便的方法。

摘要：为全面实现秸秆禁烧还田资源化利用,针对长江中下游稻麦轮作区秸秆量大、传统秸秆粉碎还田机后茬作物播种难、缠秸增阻、功耗高等问题,结合江苏地区稻茬地小麦播种农艺要求,利用动刀高速反转捡拾粉碎功能形成秸秆流充斥型腔,设计了一种全量秸秆粉碎条铺与种带分型清秸装置,可一次完成秸秆粉碎、行间覆秸、种带清秸以及配套后续种床整理、施肥播种、覆土镇压等复式作业工序。对秸秆捡拾粉碎装置、分流调控装置、传动系统等关键部件进行理论分析,确定相关结构和位置参数,以旋转刀轴转速n、导流板径向距离τ、整机行走速度v为性能试验影响因素,选取碎秸合格率ε_1和种带清秸率ε_2为评价指标,设计三因素三水平正交试验。结果表明:影响评价指标ε_1、ε_2显著性的主次因素分别为n、v、τ和τ、v、n,综合分析选择较优的因素水平组合为n=2 000 r/min、τ=20 mm、v=1. 0 m/s,此时ε_1=93. 42%、ε_2=92. 71%,能够发挥整机最佳工作性能;田间验证试验结果表明:较优的因素水平组合下ε_1均值为91. 25%、ε_2均值为90. 54%,符合相关行业技术标准和农艺要求。