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自适应振动式稻田株间柔性机械除草性能试验

吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 375-384页

作者：陈学深熊悦淞程楠马旭齐龙华南农业大学工程学院广州510642

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振... 详细信息

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振动拨耙杂草,同时根据前排识别结果实时控制振动作业的启停,用以兼顾除草率与伤苗率。基于触觉感知方法建立了稻株倒伏识别系统,通过气压传感器的电位变化获取稻株根系与前排刷指相互作用的力学反馈数据,以电位峰度及均值为辨识特征,基于支持向量机构建稻株倒伏与未倒伏辨识模型,实现稻株倒伏自动识别。应用液压马达构建了后排除草部件的横向振动系统,对前排除草部件作用下已倒伏稻株停止振动作业,实现振动作业的自适应控制。稻株倒伏识别田间试验表明:稻株倒伏识别精度为83.11%。除草模式对比试验结果表明:无感知振动模式的除草率为58.11%,伤苗率为21.39%;无感知无振动模式的除草率为27.89%,伤苗率为4%;有感知振动模式的除草率为56.17%,伤苗率为5.83%。综合试验结果可知,有感知振动除草模式更适宜稻田株间杂草机械防控的生产要求。

关键词：农业工程与信息技术水稻机械除草株间辨识

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番茄钵苗移栽探出式取钵机构设计与试验

农业机械学报 2024年第3期55卷 96-105页

作者：辛亮王明成孙国玉张浩孙铭翼王航东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出... 详细信息

为了降低番茄钵苗移栽过程取钵机构对秧苗钵土根系的损伤,同时避免机械式钵苗移栽机构设计特殊取苗轨迹与姿态的优化难题,提出了一种可与系列移栽机构配合使用的番茄钵苗探出式取钵机构,实现取苗各关键位置机构秧针以固定角度完成探出入钵、移动送苗及收回推秧工序。根据钵苗移栽取钵过程分析与设计要求,建立了探出式取钵机构力学分析模型,并获得影响秧针扎入钵土时驱动杆受最小驱动力的因素。基于Matlab App Designer平台开发了取钵机构计算机辅助分析设计软件,获得满足番茄钵苗移栽要求的取钵机构设计参数集。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以驱动杆斜杆夹角、钵体含水率、入钵深度为试验因素,以钵体完整率和取苗成功率为评价指标,试制样机并搭建台架实施参数组合优化及验证试验,结果表明:探出式取钵机构可有效地配合取苗机构完成各项性能工作要求,在参数组合为驱动斜杆间夹角112°、钵体含水率57.5%、入钵深度28.4 mm时作业效果最佳,钵体完整率为96.44%,取苗成功率为97.06%,满足钵苗移栽作业性能。

关键词：番茄钵苗移栽探出式取钵机构力学分析

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

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农业工程学报 2024年第11期40卷 26-37页

作者：赵淑红刘佳明赵国鹏田哲名杨悦乾东北农业大学工程学院哈尔滨150030

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置... 详细信息

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。

关键词：农业机械优化离散元免耕播种开沟器直斜偏置

基于LBM-DEM细观数值模拟的水力诱导覆盖型岩溶地面塌陷发育过程分析

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中国地质灾害与防治学报 2024年第1期35卷 124-131页

作者：陶小虎叶明龚建师王赫生胡晓雨中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016 自然资源部流域生态地质过程重点实验室江苏南京210016 佛罗里达州立大学地球、海洋与大气科学学院佛罗里达州塔拉哈西32306 江苏省水资源服务中心江苏南京210029

文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对... 详细信息

文章以水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷为背景,基于离散元方法和格子Boltzmann方法,采用Bouzidi插值反弹边界格式和动量交换法,建立一种可以从细观角度模拟覆盖型岩溶塌陷的二维格子Boltzmann方法—离散元方法流固耦合模型。在此基础上对承压水下降引起的覆盖型岩溶塌陷数值模拟开展了探索性研究。模拟结果表明:承压水位下降工况中地下水主要对隔水层岩溶开口处的颗粒产生影响,对土洞周围土体产生向下的作用力;土体颗粒的剥落容易造成土颗粒原位置和上方位置处水压的陡降,从而造成较强的水力坡降,使得地下水对内部颗粒作用力陡增,容易引起上方颗粒在地下水作用力和重力作用下失稳,导致从土体颗粒失稳至土层塌陷逐渐加速。研究成果对进一步从细观尺度进行水力驱动的覆盖型岩溶地面塌陷的发育过程与特征研究具有理论及实际意义。

关键词：覆盖型岩溶地面塌陷地下水数值模拟 LBM-DEM方法细观尺度

环氧树脂基近红外吸收涂层的近红外光谱、力学及耐盐水性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 439-445页

作者：张伟钢潘露露吕丹丹滁州学院材料与化学工程学院安徽滁州239000

以环氧树脂为粘合剂,Sm2O3为功能颜料,硅烷偶联剂和石墨烯为改性剂,制备得到了一种同时具有突出力学性能和耐盐水性能的近红外低反射率涂层。系统研究了Sm2O3添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量和石墨烯添加量对涂层性能的影响... 详细信息

以环氧树脂为粘合剂,Sm2O3为功能颜料,硅烷偶联剂和石墨烯为改性剂,制备得到了一种同时具有突出力学性能和耐盐水性能的近红外低反射率涂层。系统研究了Sm2O3添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量和石墨烯添加量对涂层性能的影响。结果表明:Sm2O3添加量的增加可明显降低涂层对1.06μm近红外光的反射率,当Sm2O3添加量为50%,涂层对1.06μm近红外光的反射率可低至31.2%。此时,涂层的附着力和耐冲击强度分别可达到1级和50 kg·cm。用硅烷偶联剂改性涂层,偶联剂上的强极性基团分别可与涂层中的树脂基体和颜料形成共价键结合,从而可发挥桥连作用,进而可明显改善涂层的柔韧性,其中KH560的改性效果最佳。当KH560添加量为5%,涂层的柔韧性可从改性前的9 mm显著改善为改性后的4 mm。石墨烯具有特殊的共平面结构和超长共轭结构特征,使其对入射光的吸收可延伸到近红外区域。石墨烯特殊的片层结构使其具有很高的耐冲击强度和柔韧性,在涂层中添加石墨烯可明显改善涂层的力学性能。研究发现石墨烯的添加可在进一步改善涂层力学性能的前提下显著降低涂层对1.06μm近红外光的反射率。当石墨烯添加量为8%,涂层对1.06μm近红外光的反射率可低至12.6%,此时涂层可具备突出的激光隐身效能。同时,涂层的附着力、柔韧性和耐冲击强度分别可达到1级、2 mm和50 kg·cm,可很好地满足实际工程应用要求。在环氧树脂、硅烷偶联剂和石墨烯的协同界面优化作用下,最佳配方(Sm2O3添加量为50%、KH560添加量为5%、石墨烯添加量为8%)的涂层经盐水腐蚀21 d后,涂层的微结构、近红外低反射率性能和力学性能可保持稳定。此时,涂层对1.06μm近红外光的反射率为12.47%,涂层的附着力、柔韧性和耐冲击强度分别可保持在1级、2 mm和45 kg·cm,表明制备的涂层具有良好的耐盐水性能。

关键词：复合涂层近红外光谱力学性能耐盐水性能

一维光学位置传感器融合的非接触多自由度位姿测量系统

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光学精密工程 2024年第3期32卷 344-356页

作者：莫嘉嗣陈健欢温远航梁杰俊陈秋烁闫国琦华南农业大学工程学院广东广州510642

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特... 详细信息

为实现机器人末端位姿多自由度实时测量反馈,融合一维光学位置传感器(Position Sensitive Detector,PSD)建立了平面3自由度非接触测量系统,对其测量原理,信号处理电路,环境光干扰去除和非线性标定算法等进行研究。根据PSD传感器测量特性和平面3自由度测量要求设计了4-PSD测量系统,并建立测量系统数学模型。研究了PSD传感器的信号处理电路,通过运放和除法器实现了单个PSD的信号处理,结合单片机与A/DC采样电路,实现了上位机的高频率信号采集。对4-PSD测量系统进行预实验,为消除环境光干扰,通过激光调制和数字滤波等方法进行验证。最后,通过激光位移传感器标定4-PSD测量系统,介绍了4-PSD的标定步骤(原点、转角、长度和二阶非线性标定),测定了系统标定后的误差分布。该测量系统具有较高的测量频率(50 Hz)。标定实验结果表明:标定后的4-PSD测量系统在70 mm×70 mm内,测量精度平均为0.49 mm,比标定前降低了90%的误差,能满足大部分高速、高精度机器人末端的非接触式实时测量反馈需求。

关键词：光学位置传感器位姿测量实时反馈测量标定

基于机器学习和未来气候变化模式的埃塞俄比亚粮食产量预测

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第3期32卷 490-504,I0001,I0002页

作者：徐宁李发东张秋英艾治频冷佩芳舒旺田超李兆陈刚乔云峰中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学中丹学院北京100049 中国环境科学研究院北京100012 美国佛罗里达州立大学塔拉哈西32306

对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径... 详细信息

对于以农业产业为支柱的埃塞俄比亚,粮食供应和安全对国家安全和人民的生计尤为重要。由于作物生长和气候因素之间的复杂耦合关系,预测气候变化对农作物产量影响具有较大难度,机器学习技术为这种复杂系统变化的预测提供了一种有效途径。本研究利用37个全球气候模式(GCM)的数据以及土壤数据,基于机器学习模型,预测了埃塞俄比亚2021年至2050年5种主要粮食作物在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的产量变化。经GCM和变量的筛选后,利用梅赫季和贝尔格季中5种主要粮食作物的10个产量数据对直方图梯度提升决策树、极端梯度提升随机森林、轻梯度提升决策树、随机森林、极限树以及K近邻6种机器学习模型进行训练。经过模型评估,选择表现良好的3个模型,采用线性回归算法进行堆叠,然后使用堆叠模型进行预测。研究结果表明,未来30年埃塞俄比亚梅赫季5种主要粮食作物产量变化以增产<2 t·hm^(-2)为主;SSP126情景下的贝尔格季将出现更明显的减产现象,这可能是由于温室效应的减缓降低了CO_(2)的施肥效应。随着人类活动造成的生态环境恶化,研究区农业生产对粮食结构改变和重新分配生产力的需求不断增长,导致农作物生产力向新的适宜地区转移。研究区在SSP126和SSP585情景下将分别因为干旱缓解和温室效应加剧而获得更高的粮食作物生产力。

关键词：粮食产量机器学习气候变化全球气候模式埃塞俄比亚

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶的瞬态吸收与温度依赖光致发光

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发光学报 2024年第10期45卷 1587-1597页

作者：王亚娟赵军伟季丰民王芳刘威宁波工程学院材料与化学工程学院浙江宁波315211 浙江农林大学光机电工程学院浙江杭州311300

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶(FAPbBr_(3) NCs)因其在光电应用中的卓越性能而受到广泛关注。使用铵作为配体对钙钛矿纳米晶进行有效表面钝化被证明是提高器件性能的有效方法。本文使用配体辅助再沉淀技术制备了两种不同胺配体(长链油胺和短链己... 详细信息

甲脒铅溴钙钛矿纳米晶(FAPbBr_(3) NCs)因其在光电应用中的卓越性能而受到广泛关注。使用铵作为配体对钙钛矿纳米晶进行有效表面钝化被证明是提高器件性能的有效方法。本文使用配体辅助再沉淀技术制备了两种不同胺配体(长链油胺和短链己胺)的FAPbBr_(3) NCs,通过瞬态吸收光谱和时间分辨光致发光研究它们的激发态载流子动力学。结果显示,油胺配体的NCs具有更长的载流子寿命与较慢的载流子弛豫动力学,表明长链油胺能有效钝化表面缺陷,促进辐射复合。通过稳态光致发光光谱实验研究了FAPbBr_(3) NCs的温度依赖性,结果表明随着温度升高,激子-声子耦合增强,线宽和发射峰的光子能量增加,确定了长链油胺配体FAPbBr_(3) NCs中的激子结合能约为62.9 meV及纵向光学声子能量约为30.5 meV。研究结果证实了胺配体在调控FAPbBr_(3) NCs光学性能方面的作用,为高性能光电器件的设计提供了重要的指导意义。

关键词：钙钛矿纳米晶瞬态吸收飞秒激光激发载流子动力学

二维BeB_(2)作为镁离子电池阳极材料的理论研究

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物理学报 2024年第11期73卷 336-345页

作者：李欣悦高国翔高强刘春生叶小娟南京邮电大学集成电路科学与工程学院南京210023 南京邮电大学电子与光学工程学院南京210023

为了加快镁离子电池的开发与应用,寻找合适的镁离子电池阳极材料势在必行.此外,具有较低摩尔质量的阳极材料有利于获得较高的理论存储容量.因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算系统地研究了BeB_(2)单层材料作为镁离子电池阳... 详细信息

为了加快镁离子电池的开发与应用,寻找合适的镁离子电池阳极材料势在必行.此外,具有较低摩尔质量的阳极材料有利于获得较高的理论存储容量.因此,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算系统地研究了BeB_(2)单层材料作为镁离子电池阳极的潜力.计算结果表明,基于声子谱检测,BeB_(2)结构展现了优异的动力学稳定性.此外,从BeB_(2)的能带结构可以看到清晰的狄拉克锥,表明其具有良好的导电性能.BeB_(2)可以稳定吸附镁离子,并且镁离子在该材料上表现了较低的扩散势垒(0.04 eV),这意味着更快的充放电速率.重要的是,BeB_(2)展现了超高的理论容量(5250 mA·h·g^(–1))、较低平均开路电压(0.33 V)以及较小的体积膨胀(2%).此外,Mg离子在双层BeB_(2)结构中的吸附能为–1.38—–2.24 eV,扩散势垒为0.134—0.84 eV.综合以上性能,我们相信BeB_(2)可以作为一种优秀的镁离子电池阳极材料.

关键词：镁离子电池二维材料第一性原理计算