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基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

农业工程学报 2024年第2期40卷 41-51页

作者：杨仕陈维汉杨明金张原李守太蒲应俊杨玲宋卫东西南大学工程技术学院重庆400715 丘陵山区农业装备重庆市重点实验室重庆400715 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影... 详细信息

为了降低空气源热泵干燥过程能耗,研究了空气源热泵干燥能耗特性,采用多元线性回归模型(multivariate linear regression model, MLRM)和BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上,提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入,能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测,MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739,对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931;BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高,为0.828,使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高,为0.942,拟合效果优于其他机器学习模型,能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验,结果表明:试验总能耗为15.066 kW·h,MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h,预测精度分别为96.08%、99.23%;试验结束含水率为8.541%,MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%,预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段,对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。

关键词：热泵干燥能耗模型回归预测机器学习工艺切分

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基于离散元法的耕层残膜拉伸性能研究

农业机械学报 2024年第7期55卷 132-141页

作者：申世龙张佳喜蒋永新王毅超刘旋峰李金明董文浩新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆智能农业装备重点实验室乌鲁木齐830052 新疆农业科学院农业机械化研究所乌鲁木齐830091

由于耕层残膜回收机关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的残膜离散元模型参数,在一定程度上制约了耕层残膜回收机残膜受力机理分析与机构优化改进。本文以棉田耕层残膜为研究对象,对耕层残膜含量和极限拉伸力进行测定,得到不同耕层深... 详细信息

由于耕层残膜回收机关键农机部件设计优化过程中缺乏准确的残膜离散元模型参数,在一定程度上制约了耕层残膜回收机残膜受力机理分析与机构优化改进。本文以棉田耕层残膜为研究对象,对耕层残膜含量和极限拉伸力进行测定,得到不同耕层深度、不同厚度的残膜含量和极限拉伸力。根据测定结果,利用EDEM软件选用Hertz-Mindlin with Bonding接触模型对耕层残膜进行离散元模型参数标定,选用单位面积法向刚度、单位面积切向刚度、临界法向应力、临界切向应力、粘结半径、接触半径为试验因素。通过Plackett-Burman试验,确定影响Bond键的主要参数有单位面积法向刚度、临界法向应力和粘结半径。通过最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,最终确定最优的Bonding模型显著参数单位面积法向刚度、临界法向应力、粘结半径分别为2.36×10^(5) N/m^(3)、6.47×10^(4) Pa、0.004 mm,对参数进行了仿真试验验证,误差为5.88%,满足要求。通过对比物理试验与仿真试验的拉伸过程耕层残膜状态与拉伸曲线,表明了耕层残膜模型合理性,为后期耕层残膜回收机仿真与膜土分离机理研究提供了理论支撑。

关键词：棉田耕层残膜极限拉伸力离散元模型 Bonding模型拉伸仿真试验

秸秆还田方式对土壤理化性质和玉米产量的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第4期32卷 663-674页

作者：王治统凌俊刘子熙赵德强李泽学周顺利袁兴茂李霄鹤温媛中国农业大学农学院北京100193 河北省农业机械化研究所有限公司石家庄050051

高强度集约化农业生产导致耕地质量下降、农田土壤退化,而秸秆还田是改善土壤环境、提高土壤有机质的重要途径。目前的秸秆还田方式主要针对表层土壤,忽略了对底土质量的改善效果。本研究设置了秸秆富集深层还田、秸秆覆盖还田、秸秆浅... 详细信息

高强度集约化农业生产导致耕地质量下降、农田土壤退化,而秸秆还田是改善土壤环境、提高土壤有机质的重要途径。目前的秸秆还田方式主要针对表层土壤,忽略了对底土质量的改善效果。本研究设置了秸秆富集深层还田、秸秆覆盖还田、秸秆浅旋还田、秸秆深翻还田、秸秆不还田5种秸秆还田方式,以探究不同秸秆还田方式对不同土层土壤理化性质和玉米产量的影响,为高效利用秸秆资源、提高土壤质量和作物产量提供科学依据。本研究结果表明:秸秆覆盖还田提高了0~20 cm土层土壤含水量、有机碳含量、氮循环酶活性;深翻还田提高了表层土壤水分含量与磷循环酶活性;秸秆富集深层还田显著降低了20~40 cm土层土壤容重、增加了土壤含水量、有机碳含量、全氮含量、矿质氮含量以及胞外酶活性。与不还田相比,秸秆还田处理下玉米产量显著提高13.4%~21.0%。因此,秸秆还田是秸秆资源有效利用的重要方式,有利于改善农田土壤环境,提高土壤养分含量,减少化肥使用,促进作物增产,对农业可持续发展具有重要意义。秸秆富集深层还田对于改善底土质量,扩大土壤碳库,提高耕地质量和土地生产力具有重要作用,可以作为构建深厚肥沃耕层的有效措施。

关键词：秸秆还田土壤理化性质玉米产量土壤酶秸秆富集深层还田

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棉花秸秆无筛粉碎机的设计与试验

干旱地区农业研究 2024年第2期42卷 272-283页

作者：曹玮钊沈卫强郭兆峰马艳智恒班婷新疆农业大学机电工程学院新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院农业机械化研究所新疆乌鲁木齐830091

针对棉花秸秆因木质化程度较高、韧性强,还掺有棉絮,在有筛粉碎机粉碎过程中排料困难、筛片易堵塞等问题,设计了一种棉花秸秆无筛粉碎机,通过调整出料口面积来实现粉碎室内气体流量的改变,获得不同粉碎粒度的棉花秸秆成品;对粒度分级装... 详细信息

针对棉花秸秆因木质化程度较高、韧性强,还掺有棉絮,在有筛粉碎机粉碎过程中排料困难、筛片易堵塞等问题,设计了一种棉花秸秆无筛粉碎机,通过调整出料口面积来实现粉碎室内气体流量的改变,获得不同粉碎粒度的棉花秸秆成品;对粒度分级装置、粉碎刀辊等主要部件的结构进行了确定;阐述了粉碎过程中棉花秸秆的受力过程,确定了L改进型锤片的关键参数,对机具的L改进型锤片和抛送叶片进行了结构和排列设计。Fluent仿真分析结果表明:L改进型锤片相比直刀型锤片更有利于提高棉花秸秆在粉碎室内的流动性并在粉碎室内部形成更大的负压。以L改进型锤片数量、粉碎刀辊转速、出料口面积为试验因素,以棉花秸秆粉碎粒径合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,确定影响棉花秸秆粉碎粒径合格率显著性的因素由大到小分别为:粉碎刀辊转速、出料口面积和L改进型锤片数量。确定较优参数组合为L改进型锤片数量140把,粉碎刀辊转速2660 r·min^(-1),出料口面积136500 mm^(2)。采用较优参数组合进行样机田间试验,测得棉花秸秆粉碎粒径合格率为93.7%,能够满足棉花秸秆粉碎机实际生产需要。

关键词：棉花秸秆无筛粉碎机 L改进型锤片设计试验

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东北稻区秸秆直接还田技术与机具研究进展

中国稻米 2024年第4期30卷 37-42页

作者：王将丁友强岳博文淄博职业学院山东淄博255314 农业农村部南京农业机械化研究所南京210000

秸秆直接还田作为保护性耕作的主要内容在我国东北稻区已广泛应用。在综述东北稻区目前主要的秸秆直接还田技术模式与配套机具基础上,重点分析了各环节不同种类机具工作原理及其技术特点。在阐述现有秸秆直接还田技术及配套装备存在问... 详细信息

秸秆直接还田作为保护性耕作的主要内容在我国东北稻区已广泛应用。在综述东北稻区目前主要的秸秆直接还田技术模式与配套机具基础上,重点分析了各环节不同种类机具工作原理及其技术特点。在阐述现有秸秆直接还田技术及配套装备存在问题和短板的基础上,建议重点对水稻秸秆切割技术、抛撒扩抛技术、耕作部件材料和加工工艺、耕作部件防堵技术、秸秆离田成本控制、秸秆压茬和全区域调平技术、农机农艺融合等方面展开深入研究,以期为东北稻区秸秆直接还田技术与机具研究提供装备技术支持。

关键词：水稻东北稻区中国保护性耕作秸秆直接还田机具

2BFGK-12型稻茬麦集秸旋耕施肥播种机设计与试验

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中国农机化学报 2024年第3期45卷 14-23页

作者：张晋薛亚光刘旭杰单海勇吴崇友刘建江苏沿江地区农业科学研究所/南通市循环农业重点实验室江苏南通226012 农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

针对长江中下游稻麦轮作区小麦播种作业时,存在抢季节耕种农机配套性差、土壤黏重以及秸秆还田难等问题,创制“稻茬麦秸秆行间集覆还田宽窄行种植”技术模式,此模式具有行间集秸、条带旋耕、集中施肥、洁区播种以及对行镇压等技术特征,... 详细信息

针对长江中下游稻麦轮作区小麦播种作业时,存在抢季节耕种农机配套性差、土壤黏重以及秸秆还田难等问题,创制“稻茬麦秸秆行间集覆还田宽窄行种植”技术模式,此模式具有行间集秸、条带旋耕、集中施肥、洁区播种以及对行镇压等技术特征,通过建立秸秆行间集覆运动的力学模型,设计绞龙式秸秆行间集秸装置、开沟旋耕一体式装置、集中施肥装置、浮动覆土板以及对行镇压器等关键部件,研制一种稻茬麦洁区旋耕施肥播种机。田间试验结果表明,秸秆行间集覆还田与宽窄行种植结合有效提高稻茬麦种床整地质量,洁区洁净度87.69%,小麦窄行平均行距为148 mm,宽行行距平均为304 mm,行距变异系数为5.36%,平均播深为33 mm,播深合格率为95.76%,晾籽率为0.98%,碎土率为86.01%。施肥方式为耕前集中施肥,平均施肥深度为65 mm,施肥深度合格率为94.63%,均满足国家标准。厢沟平均深度为175 mm,沟面宽度为198 mm,满足排水要求。试验田实际产量为8 059.2 kg/hm^(2),高出平均产量20%以上,油耗较对比机型降低31.24%。为稻茬麦绿色低碳保护性耕作技术模式提供农机支撑,促进农机农艺高效快速融合。

关键词：稻茬麦洁区播种机稻秸还田机艺融合

党参露头栽培覆膜覆土联合作业机设计与田间试验

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农机化研究 2024年第7期46卷 82-88页

作者：马小龙张陆海刘鹏霞李淑玲甘肃省农业机械化技术推广总站兰州730046

为解决中药材党参平作移栽深度苗头发芽技术难题,采用理论分析和试验验证的方法,从改进根茎类中药材移栽方式入手,对党参机械化露头栽培进行了重点探析,同时开展机具的关键部件设计和田间试验。试验结果表明:所设计的党参铺膜覆土露头... 详细信息

为解决中药材党参平作移栽深度苗头发芽技术难题,采用理论分析和试验验证的方法,从改进根茎类中药材移栽方式入手,对党参机械化露头栽培进行了重点探析,同时开展机具的关键部件设计和田间试验。试验结果表明:所设计的党参铺膜覆土露头栽培联合作业机,可一次完成开沟、放苗、铺膜、覆土及镇压等多道工序,能有效地降低劳动强度,节本达到3007.5元/hm2以上,具有显著的经济效益和社会效益。研发的党参露头栽培覆膜覆土联合作业机机械化移栽作业可减轻农民劳动强度,提高药材品质,对扩大党参机械化种植面积,发展壮大甘肃省中药材产业更好更快发展及农民增收、农村发展和农业经济的支撑力不断增强,推动新时期甘肃省乡村振兴战略和全面实现小康社会具有重要的现实意义。

关键词：党参露头栽培作业机

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水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

农业工程学报 2024年第13期40卷 1-14页

作者：刘赛赛马旭王宇唯王曦成齐龙秦亦娟陈嘉盈华南农业大学工程学院广州510642 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014 新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验... 详细信息

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为:干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率(electrical conductance,EC)值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1 092.04和1 263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。

关键词：水稻灌溉田间育秧变量喷灌水肥药管理大型喷灌机秧苗质量

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不均匀种植模式对辽宁省玉米产量的影响

农业科技与装备 2024年第4期 1-2页

作者：安鹤峰辽宁省农业机械化研究所

为提升辽宁省玉米产量，从优化玉米群体结构和改善群体通风透光条件入手，针对玉米田间种植方式开展研究试验。示范宽窄行栽培、大垄双行栽培、比空栽培等不均匀种植模式，为构建密植高产玉米群体和挖掘玉米增产潜力提供依据。

关键词：不均匀种植宽窄行栽培大垄双行栽培比空栽培