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摇枝式加工型苹果采摘振动参数仿真优化与试验

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农业机械学报 2024年第5期55卷 28-39页

作者：杨欣姜尊豪李建平谢金燕顾浩源边永亮河北农业大学机电工程学院保定071001 河北省智慧农业装备技术创新中心保定071001 浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058

为探究不同振动参数组合对苹果采摘效果的影响,建立苹果树二级树枝振动力学模型,解析分析得到影响苹果脱落的主要因素为振动频率、振幅及夹持位置。测量苹果树形态特征并基于矮砧密植整形原理建立纺锤形苹果树三维模型,利用ANSYS软件对... 详细信息

为探究不同振动参数组合对苹果采摘效果的影响,建立苹果树二级树枝振动力学模型,解析分析得到影响苹果脱落的主要因素为振动频率、振幅及夹持位置。测量苹果树形态特征并基于矮砧密植整形原理建立纺锤形苹果树三维模型,利用ANSYS软件对苹果树模型进行有限元仿真分析,仿真结果表明,振动频率4~8 Hz、振幅20~30 mm、夹持位置0.35l~0.65l(l为二级树枝长度)时,对果树损伤较小且苹果易脱落。设计四因素三水平振动采摘试验,以确定苹果树不同位置树枝最佳的振动参数组合,利用Design-Expert软件对试验数据进行分析和响应面优化,参数优化结果为:采摘苹果树上层苹果时,振动频率为5 Hz,振幅为28 mm,夹持位置为0.40l;采摘苹果树中层苹果时,振动频率为4 Hz,振幅为30 mm,夹持位置为0.43l;采摘苹果树下层苹果时,振动频率为8 Hz,振幅为20 mm,夹持位置为0.65l;通过验证试验得到苹果树上层、中层、下层摘净率为96.4%、94.8%、93.2%,与优化值相近,表明优化模型可靠。

关键词：加工型苹果振动采摘参数优化有限元仿真

基于高光谱图像波段融合的猕猴桃软腐病早期分类检测

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 241-249页

作者：高宏盛郭志强曾云流丁港王逍遥李黎武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070 华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室国家柑橘保鲜技术研发专业中心湖北武汉430070 中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室中国科学院猕猴桃产业技术工程实验室中国科学院种子创新研究院中国科学院武汉植物园湖北武汉430074

软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软... 详细信息

软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软腐病的早期和晚期猕猴桃共295个高光谱图像,并采用Kennard-Stone算法将样本按照7∶3划分为训练集和测试集样本。首先对样本进行感兴趣区域的选择,然后取该区域的平均光谱作为样本的原始光谱曲线。对原始光谱曲线采用主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)进行光谱特征的提取。与此同时,对SPA求解过程中的8个特征波段使用非下采样轮廓波变换(NSCT)进行波段融合获得融合图像,然后使用灰度共生矩阵法(GLCM)提取融合图像的纹理特征。最后将光谱特征和纹理特征进行融合并分别建立最近邻算法(KNN)、随机森林(RF)以及支持向量机(SVM)分类模型进行猕猴桃软腐病的早期分类检测。此外,还与其他文献中使用主成分图像或特征波段提取的纹理特征进行了对比。该研究主要创新点为:使用NSCT对特征波段图像进行融合后再提取其纹理特征,既降低了特征维度,减少了特征冗余,又融合了不同波段图像的互补信息,提高了分类准确率。实验结果表明,SVM是最适合该研究的分类器,单独使用光谱特征或纹理特征进行分类的结果都不够理想,但两种特征融合后分类准确率最高可达到92.05%,多数猕猴桃软腐病早期样本得到了正确识别,这说明两种特征的融合获得了高光谱图像中光谱和图像的差异性信息,体现了高光谱图像的“空谱合一”。该研究对软腐病早期猕猴桃进行了快速、准确的无损检测,可为猕猴桃的采后品质分级提供一定的参考和指导意义。

关键词：猕猴桃软腐病高光谱图像波段融合空谱合一无损检测

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地塞米松诱发湖羊同期分娩的效果研究

中国畜牧杂志 2024年

作者：郑忠李兵马晓菲智云霞胡伯欣刘从田树军河北农业大学动物科技学院河北唯尊养殖有限公司

试验旨在研究地塞米松诱发经产湖羊同期分娩的效果并筛选适宜的注射剂量及注射天数，为生产实践提供诱发湖羊同期分娩理想的技术方案。将280只经产怀孕母羊随机分为10个组（9个试验组，1个对照组），试验组母羊分别在妊娠期第143天、第... 详细信息

试验旨在研究地塞米松诱发经产湖羊同期分娩的效果并筛选适宜的注射剂量及注射天数，为生产实践提供诱发湖羊同期分娩理想的技术方案。将280只经产怀孕母羊随机分为10个组（9个试验组，1个对照组），试验组母羊分别在妊娠期第143天、第144天、第145天的18:00注射地塞米松16、20、24 mg（记录为143-16、143-20、143-24、144-16、144-20、144-24、145-16、145-20、145-24组），对照组母羊不进行地塞米松注射处理。记录个体母羊的产程、羔羊娩出、胎衣排出的时间以及母羊是否发生难产，观察分娩羔羊的站立、吃初乳的时间并记录羔羊出生重、产活羔数，且进一步追踪羔羊出生后2周龄重、断奶重以及母羊下次参与配种的受胎率。结果表明：对照组平均妊娠期为148.96 d，各试验组平均妊娠期分布在146.18～147.21 d；对照组中50%母羊完成分娩需65.63 h，而各试验组50%母羊完成分娩需8.85～28.01 h，较对照组发生分娩更为集中。对照组产羔持续时长为122.77 h，各试验组的产羔时长均小于对照组；在各试验组中，产羔持续时长以145-24组为最短（32.54 h），144-24组为次最短（39.68 h），仅为对照组产羔时长的26.50%和32.32%；36 h分娩率在145-24组高达100%，144-24组为96.30%，而对照组仅为25%。所有试验组母羊的难产率、产活羔率、胎衣排出时间、产程、下一情期受胎率及总受胎率与对照组相比均无显著差异。所有试验组羔羊的站立时间、吃初乳时间、羔羊出生重、2周龄重、断奶重、断奶日增重与对照组均没有显著差异。本试验条件下，9种地塞米松方案均可诱发湖羊同期分娩且对母羊和羔羊均无不良影响，生产实践中推荐使用分娩集中度高的145-24或144-24方案。

关键词：湖羊地塞米松同期分娩

耕整播农机装备触土部件表面耐磨强化研究进展

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农业工程学报 2024年第11期40卷 14-25页

作者：郝建军刘天龙赵建国王新芳吴运涛白占欣马海龙河北农业大学机电工程学院保定071001 河北省耕作机械技术创新中心宁晋055551 河北省农业机械作业刀具重点实验室定州073000 河北圣和农业机械有限公司宁晋055551 河北农哈哈机械集团有限公司深泽052560 河北双天机械制造有限公司定州073000 郑州市龙丰农业机械装备制造有限公司郑州450041

耕整播农机装备是影响中国耕地耕种作业质量与效益的关键农机装备,随着农业机械化的快速发展,耕整播农机装备对其配套的旋耕刀、犁铧、深松铲、耙片、开沟器等触土部件耐磨性和使用寿命提出了更高的要求。该研究系统分析了触土部件主要... 详细信息

耕整播农机装备是影响中国耕地耕种作业质量与效益的关键农机装备,随着农业机械化的快速发展,耕整播农机装备对其配套的旋耕刀、犁铧、深松铲、耙片、开沟器等触土部件耐磨性和使用寿命提出了更高的要求。该研究系统分析了触土部件主要的磨损失效形式及磨损机理,综述了提高触土部件耐磨性常用的表面熔覆、表面堆焊处理、表面热喷涂、激光表面强化处理、化学热处理、钎涂等表面处理工艺,从磨损机理、材料研发、结构设计和制造工艺4个方面对比分析了国内外技术差距,针对现阶段耕整播触土部件失效机理、材料、结构、工艺等短板环节的难点问题,从触土部件耐磨性、基体及涂层材料、结构设计、工艺体系研究方面展望农机触土部件未来研发方向,拟为表面耐磨强化的相关研究和工程应用提供理论依据与技术支撑。

关键词：农业机械触土部件耐磨性能表面处理

开沟器铲尖表面等离子熔覆Mo_(2)FeB_(2)涂层制备及其磨损性能

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农业工程学报 2024年第9期40卷 39-48页

作者：刘敬春田铁柱赵建国王会强郝建军河北农业大学机电工程学院保定071001

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数... 详细信息

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数组合为:熔覆电流80 A,熔覆距离10 mm,熔覆速度20 cm/min,并以此来制备耐磨熔覆层。结果表明,熔覆层与基体呈现良好冶金结合,其组织主要由方形、蝶状、十字镖形、树形以及不规则长条状的硬质相、网状共晶组织和铁基粘结相组成,其主要物相组成为Mo_(2)FeB_(2)、M_(3)B_(2)(M:Mo,Fe,Cr)、(Cr,Fe)7C3、MoB、CrB、Fe2B以及Fe-Cr固溶体。熔覆层的平均显微硬度为9618 MPa,为开沟器铲尖基体的2.79倍。相同工况下的磨损试验表明熔覆层的平均磨损量(19.20 mg)和平均摩擦系数(0.294)与基体相比分别降低了52.9%和42.4%;不同载荷下的磨损试验表明,随着载荷的增加,熔覆层与基体的摩擦系数呈现逐渐减小的趋势,但熔覆层的整体摩擦系数均低于基体,且其磨损形貌较基体轻微。土槽试验结果表明,熔覆层开沟器铲尖的平均磨损量(4.60 g)比常规开沟器铲尖(15.54 g)降低了70.4%;田间试验结果表明,在实际土壤环境中,开沟器铲尖熔覆层的平均磨损量(34.34 g)仅为常规开沟器铲尖(79.06 g)的43.4%,通过对比磨损形貌发现,熔覆层的存在可以有效抵御土壤磨损,使开沟器铲尖在经过长时间的磨损后能最大程度的保持原貌,从而使其表现出优异的耐磨性能。该研究结果可为提高农机触土部件的耐磨性提供理论参考和可行技术方案。

关键词：农业机械显微结构硬度开沟器铲尖等离子熔覆 Mo2FeB2 磨损

采用X射线三维重构技术检测厚皮柑橘的体积可食率

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农业工程学报 2024年第1期40卷 293-300页

作者：蔡健荣梁小祥许骞夏中岩孙力马立鑫江苏大学食品与生物工程学院镇江212013

针对传统无损检测技术无法定量分析厚皮柑橘体积可食率的问题,该研究开发了一套线阵X射线图像采集和三维重构装置,包括果实旋转升降、数据采集、辐射防护及运动控制,实现厚皮柑橘果实的体积可食率检测。以“不知火”柑橘为检测对象,利用... 详细信息

针对传统无损检测技术无法定量分析厚皮柑橘体积可食率的问题,该研究开发了一套线阵X射线图像采集和三维重构装置,包括果实旋转升降、数据采集、辐射防护及运动控制,实现厚皮柑橘果实的体积可食率检测。以“不知火”柑橘为检测对象,利用X射线投影图的信息熵为评价依据,根据果实大小对检测参数进行优化,得到X射线源的管电压为67 kV,管电流为0.92 mA,线阵探测器的积分时间为1 ms。以旋转角度2.0°为间隔,在圆周方向采集180幅X射线投影图并生成正弦图,通过滤波反向投影算法将正弦图重构为切面图,再利用图像滤波、图像增强、阈值分割对切面图进行图像分割处理,分割出背景区域、果皮区域、果肉区域和空腔区域,然后基于区域面积比定义切面图像可食率。同时,测量了柑橘基本物理参数,计算了切面图像可食率,并建立了与柑橘体积可食率之间的相关关系。结果表明,切面图像可食率与体积可食率相关性最高,相关系数为0.93。最后,选择切面图像可食率作为数学模型的输入特征,利用线性回归模型对厚皮柑橘体积可食率进行定量分析,其预测集决定系数、预测集均方根误差、相对分析误差分别为0.86、4.81%和2.71。综上,利用X射线三维重构技术对厚皮柑橘体积可食率进行无损检测可行,可为其他农产品内部品质无损检测提供参考。

关键词：无损检测 X射线成像三维重构切面图像柑橘体积可食率

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化纤织物疏水疏油功能整理的发展概况

材料导报 2024年第4期38卷 244-257页

作者：黄勇李俊越张栋葛韩津春郁崇文俞建勇丁彬李召岭东华大学纺织学院无锡小天鹅电器有限公司东华大学纺织科技创新中心

早期荷叶表面的拒水现象引起了人们极大的兴趣，研究人员基于荷叶效应不断模仿荷叶表面的微纳结构，以获得可以比拟荷叶的超疏水表面。将超疏水表面应用于化纤织物有着巨大的应用前景，基于荷叶效应，可以通过构筑粗糙纹理表面的方法制... 详细信息

早期荷叶表面的拒水现象引起了人们极大的兴趣，研究人员基于荷叶效应不断模仿荷叶表面的微纳结构，以获得可以比拟荷叶的超疏水表面。将超疏水表面应用于化纤织物有着巨大的应用前景，基于荷叶效应，可以通过构筑粗糙纹理表面的方法制备超疏水表面，但有些液体悬浮在纹理表面的稳定性较差，因此适用性有限。通过化学方法合成的含氟整理剂能够降低材料的表面能，使材料对大部分表面能较高的液体具有抵抗作用，使用含氟整理剂整理是目前制备超疏水表面的主流方法。但不论是构筑粗糙表面还是使用含氟整理剂整理，都无法使超疏水表面在极端环境下保持较好的拒液效果。通过在材料表面构建自愈合体系可以获得具有长久拒液效果的自愈合材料，这种超疏水材料的表面在受到机械磨损或化学腐蚀时，受损部位会自愈，从而达到持续的拒液效果。本文主要以化纤织物为例综述了疏水疏油功能整理的方法，阐释了化纤织物的疏水疏油机理，探讨了化纤织物受到化学腐蚀、机械磨损时应如何保持拒液稳定性的问题，并对未来化纤织物疏水疏油功能整理的发展方向进行了展望。

关键词：化纤织物超疏水表面疏水疏油功能整理含氟整理剂自愈合材料

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氮掺杂碳量子点荧光法检测猪肉中的四环素

中国食品学报 2024年第2期24卷 303-314页

作者：周彤毋晨赵文李明彭汝艳周茜河北农业大学食品科技学院河北保定071001 河北农业大学理学院河北保定071001

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧... 详细信息

四环素(TC)作为一种广谱抗生素,用于预防和治疗细菌性疾病,以及作为饲料添加剂促进动物生长。本文旨在建立一种菠萝皮来源的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)荧光猝灭法快速检测TC。以菠萝皮和二乙烯三胺为原料,通过水热法制备高量子产率的蓝色荧光N-CQDs。通过透射电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱对N-CQDs进行结构表征。结果表明,N-CQDs的平均粒径为3.53 nm,主要由C、N、O 3种元素组成,表面具有含氧和含氮基团。主要猝灭机理为静态猝灭和内滤效应。在最优试验条件下,该方法在0.3~40μg/mL范围线性良好,检出限为89.26μg/L。该检测方法被用于猪肉中四环素的检测,回收率在98.40%~106.02%之间,相对标准偏差1.29%~3.88%。

关键词：菠萝皮氮掺杂碳量子点荧光检测四环素

苹果园内无人割草机多机协同作业路径优化算法

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华南农业大学学报 2024年第4期45卷 578-587页

作者：谢金燕刘丽星杨欣王潇洒王旭刘树腾河北农业大学机电工程学院河北保定071000 河北省智慧农业装备技术创新中心河北保定071000

[目的]提高新型苹果园内多台无人割草机协同作业时的工作效率。[方法]提出一种改进的遗传算法(Improved genetic algorithm, IGA),为每台割草机分配并优化作业路径。根据实际无人割草机作业情况,以总转弯时间和作业时长为综合优化目标,... 详细信息

[目的]提高新型苹果园内多台无人割草机协同作业时的工作效率。[方法]提出一种改进的遗传算法(Improved genetic algorithm, IGA),为每台割草机分配并优化作业路径。根据实际无人割草机作业情况,以总转弯时间和作业时长为综合优化目标,构建无人割草机多机作业路径优化模型。通过设定任务阈值,引入改良圈策略和Metropolis准则改进遗传算法(Genetic algorithm, GA)以求解模型。[结果]仿真试验结果表明,IGA为每台割草机分配的任务量均衡,与GA相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少22.89%和19.36%;与分区作业相比,IGA优化后的矩形果园路径平均总转弯时间和作业时长分别减少45.53%和10.68%。在梯形果园中,IGA不受果树分布影响,与GA和分区作业相比,平均总转弯时间分别减少14.38%和34.08%,平均作业时长分别减少23.71%和10.07%。[结论]所提出的IGA性能更好,能有效优化机群的作业路径,缩短作业时长,提高作业能力。

关键词：路径优化无人割草机协同作业遗传算法苹果园