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基于DEM-MBD的油茶林分层切抛式开沟刀组研制

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农业工程学报 2024年第8期40卷 30-42页

作者：曾熠蒋啸虎吴明亮赵智豪唐乐为黎鹏程湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128 特色油料作物(油茶)全程机械化科研基地长沙410128

针对油茶种植林地土壤粘重板结环境下因刀片剧烈冲击导致开沟效果不理想、功率消耗较大和机具振动的问题,该研究设计了一种油茶林分层切抛式开沟刀组。根据油茶开沟施肥的农艺要求,分析土壤与切土刀片间的相互作用、建立土壤颗粒在抛土... 详细信息

针对油茶种植林地土壤粘重板结环境下因刀片剧烈冲击导致开沟效果不理想、功率消耗较大和机具振动的问题,该研究设计了一种油茶林分层切抛式开沟刀组。根据油茶开沟施肥的农艺要求,分析土壤与切土刀片间的相互作用、建立土壤颗粒在抛土刀面上的动力学微分方程,得到影响刀组切抛性能的关键因素为偏心系数、最大工作半径r1处滑切角、安装角和刀轴转速。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真,以作业功耗与沟深稳定性系数为评价指标进行单因素及二次正交旋转组合试验,基于NSGA-Ⅲ算法对构建的二阶多项式响应面模型进行循环逼近优化,确定最优参数组合为:偏心系数1.3、最大工作半径r1处滑切角64.7°、安装角55.1°、刀轴转速301 r/min,与对照组单一外层切土刀和正装抛土刀的组合方式相比,最优参数组合下分层切抛式开沟刀组的扭矩波动降低率为21.53%。田间试验结果表明,最优参数刀组下仿真与田间试验的作业功耗、沟深稳定性系数相对误差分别为10.25%和4.55%,验证了耦合仿真模型的准确性;田间试验的作业功耗与沟深稳定性系数分别为25.96 kW和88.31%,比功耗和现有的果园开沟刀组相比降低了8.31%,沟深稳定性系数满足国家相关标准的技术要求,研究结果可为油茶林开沟刀组的设计和优化提供理论支撑与参考。

关键词：农业机械仿真 DEM-MBD耦合油茶林开沟刀组分层切抛

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对辊拨刷式藠头收获机设计与试验

中国农业科技导报 2024年第6期26卷 72-81页

作者：柳亚峰方志超夏海峰曲永波吴明亮湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128

针对藠头机械收获时根土分离效果差、损伤率高等问题,设计了一种对辊拨刷式藠头收获机,主要由挖掘铲、摆动筛、拨送辊、碎土辊、缓冲低铺栅等组成。提出了“对辊差速碎土+拨刷式输送分离”的藠头收获技术方案,即碎土辊与拨送辊配合,以... 详细信息

针对藠头机械收获时根土分离效果差、损伤率高等问题,设计了一种对辊拨刷式藠头收获机,主要由挖掘铲、摆动筛、拨送辊、碎土辊、缓冲低铺栅等组成。提出了“对辊差速碎土+拨刷式输送分离”的藠头收获技术方案,即碎土辊与拨送辊配合,以较高的速度对土壤进行破碎,拨送辊不断向后拨送,完成对藠头根茎与土壤的分离;并对碎土辊旋转碎土与拨送辊低损拨送的作业机理进行分析,确定了影响藠头收获效果的主要因素及其取值范围。以机具前进速度、对辊转速差、碎土辊旋转半径为试验因素,以根土分离率、根茎损伤率为评价指标进行二次旋转正交组合试验,建立试验因素与评价指标的回归模型,分析试验因素对评价指标的影响。采用Design-Expert13.0软件进行优化分析,得出最佳的参数组合:在机具前进速度为0.38 m·s^(-1),转速差为46.02 r·min^(-1),碎土辊旋转半径为48.72 mm时,根土分离率为89.30%,根茎损伤率为1.73%,在相同条件下进行田间验证试验,根土分离率为88.5%,根茎损伤率为1.78%,机具满足藠头收获要求。该研究可为藠头机械化收获根土分离技术及装备研究提供参考。

关键词：收获机藠头根茎类作物对辊拨刷根土分离

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异温轧制钛/铝复合板温度控制及性能研究

稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1693-1700页

作者：余超郭允畅肖子涵姜润五和志斌肖宏燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,... 详细信息

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀,设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热,使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响,通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内,形成较均匀的钛板温度。对钛板进行感应加热和测温试验,在较短时间的加热下形成了平均温度635℃,温差45℃以内的钛板温度,验证了仿真结果的正确性。对均匀性较好的高温钛板与室温铝合金板进行异温轧制,制备出界面剪切强度为63.3MPa的钛/铝复合板,并对制备出的钛/铝复合板结合性能的分布受温度均匀性的影响做了分析。

关键词：钛/铝复合板异温轧制感应加热温度控制线圈设计

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基于响应面法的气浮旋流分离条件优化

化工学报 2024年第5期75卷 1929-1938页

作者：汪威白旭赵翔马学良林纬喻九阳武汉工程大学机电工程学院湖北武汉430010 湖北省绿色化工装备工程技术研究中心湖北武汉430010

随着油气工业的大规模发展,含油污水引发的环境问题日益严重,气浮旋流技术作为一种高效的分离方法得到广泛应用。为了进一步提高该技术的分离效果,利用实验方法对微气泡密度、旋转角速度、絮凝剂种类与浓度进行了单因素实验,利用响应面... 详细信息

随着油气工业的大规模发展,含油污水引发的环境问题日益严重,气浮旋流技术作为一种高效的分离方法得到广泛应用。为了进一步提高该技术的分离效果,利用实验方法对微气泡密度、旋转角速度、絮凝剂种类与浓度进行了单因素实验,利用响应面法对几种因素的组合进行了优化。单因素研究发现最优条件为:微气泡密度2.88×10^(4)个/ml、旋转角速度460 r/min,絮凝剂PAFC的分离效果较好。响应面法分析结论是X1、X3与3个变量的交互作用影响显著,最优组合:微气泡密度为2.47×10^(4)个/ml,旋转角速度为440 r/min,絮凝剂PAFC浓度为40 mg/L。

关键词：微气泡浮选 PIV 响应面分离废水

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侧置可折叠式油菜薹采收机设计与试验

江西农业大学学报 2024年

作者：李园罗海峰李自皓盛拓张晟童学权金裕国湖南农业大学机电工程学院湖南省现代农业装备工程技术研究中心智能农机装备湖南省重点实验室

【目的】油菜薹可作为茎叶类蔬菜食用，其口味鲜嫩爽口，富含维生素C及其他微量元素，是目前油菜产业化利用的重要板块；针对油菜薹人工采摘劳动强度大、作业效率低等问题，根据油菜薹的种植方式、生长特性以及采收要求，设计了一种侧... 详细信息

【目的】油菜薹可作为茎叶类蔬菜食用，其口味鲜嫩爽口，富含维生素C及其他微量元素，是目前油菜产业化利用的重要板块；针对油菜薹人工采摘劳动强度大、作业效率低等问题，根据油菜薹的种植方式、生长特性以及采收要求，设计了一种侧置可折叠式油菜薹采收机。【方法】该机选用高地隙的行走底盘提供动力，采收装置侧置于行走底盘的左侧组成油菜薹采收机的整体结构；该机采用对垄作业，采收割台可实现侧向伸展、竖直折叠、自动滑移及倾角调节功能，能一次完成油菜薹切割、输送、收集等作业，达到采收油菜薹的要求；本文对切割装置、输送装置、割台双调节装置、可折叠装置等关键部件进行设计与理论分析，同时以整机前进速度、往复式切割器倾角、输送皮带倾角为试验因素，以茎秆切断比、输送成功率及输送后茎叶完整度为评价指标开展室内台架试验；通过室内台架试验确定采收机的最优的工作参数，并通过田间试验进行验证。【结果】运用Design-Expert12求解得到最优参数组合为：整机前进速度0.57m/s、往复式切割器倾角21°、输送皮带倾角26.3°时，机收油菜薹采收综合评分为95.4%，采收效果较好。【结论】田间收获试验表明，在最优参数组合下，设计的油菜薹采收机的油菜薹的茎秆切断比为93.54%、输送成功率为90.85%、输送后茎叶完整度为92.15%，该油菜薹采收机可采收机播后密度较大的成熟期油菜薹，采收效率最高可达0.34hm2/h，满足油菜薹采收要求。该研究可为油菜薹机械化采收结构设计和优化提供参考。

关键词：油菜油菜薹采收机割台双调节装置可折叠装置试验设计

高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 301-309页

作者：李杨李翠玲王秀范鹏飞李余康翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成... 详细信息

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像,在病斑区域选择若干个感兴趣区域(ROI),计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正(DOSC)、多元散射校正(MSC)、移动窗口平均平滑(MA)3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法(VISSA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、迭代保留信息变量法(IRIV)、随机蛙跳算法(SFLA)对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别提取出53、20、26、10个特征波长。然后使用连续投影算法(SPA)分别对特征波长光谱数据进行二次降维,最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、536、615和726 nm;CARS-SPA提取的特征波长为452、501、548和578 nm;IRIV-SPA提取的特征波长为452、513、543和553 nm;SFLA-SPA提取的特征波长为462、484、500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机(SVM)、Elman神经网络、随机森林(RF)建模,结果表明,MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好,其中MA-RF模型测试集总分类精度(OA)达到97.89%,Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中,MA-VISSA-RF模型效果最好,测试集OA为98.19%,Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中,MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好,测试集OA为96.23%,Kappa系数为0.95。研究结果表明,使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果,452、513、543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长,为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。

关键词：高光谱成像机器学习特征波长霜霉病斑潜蝇虫害

等离子喷涂Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层微观组织及抗热冲击性能研究

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西北工业大学学报 2024年第4期42卷 625-633页

作者：袁湖川孙登月孟庆栋田招刚孙振宇燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

为了探究Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层高温性能,利用等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了4种不同混合比例的Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层(8YSZ含量分别为50%,30%,20%,0%)。通过热场发射扫描电镜对涂层的形貌进行SEM表征并对涂层的截面元素分布进... 详细信息

为了探究Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层高温性能,利用等离子喷涂技术在Q235钢表面制备了4种不同混合比例的Cr_(2)O_(3)/8YSZ复合涂层(8YSZ含量分别为50%,30%,20%,0%)。通过热场发射扫描电镜对涂层的形貌进行SEM表征并对涂层的截面元素分布进行EDS线扫,采用X射线衍射仪分析复合涂层的物相组成,利用表面轮廓仪测量了复合涂层的表面粗糙度,使用全自动显微维氏硬度计对涂层的显微硬度进行测量,采用划痕仪对涂层的抗划伤性能进行对比,利用Gleeble-3800热物理实验模拟机对涂层的抗热冲击性能进行测试,并对热冲击之后的截面形貌进行观察分析。结果表明,当Cr_(2)O_(3)与8YSZ比例为7∶3时,由于8YSZ对垂直裂纹的偏转作用以及涂层内部存在的孔隙和裂纹对热应力的释放作用,该样本涂层具有较好的抗热冲击性能。

关键词：等离子喷涂 Cr_(2)O_(3) 8YSZ 复合涂层抗热冲击性能

应急供水多级泵意外停机水力过渡过程瞬态特性

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农业工程学报 2024年第4期40卷 72-81页

作者：司乔瑞夏欣武凯鹏邓凡杰袁寿其江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部... 详细信息

应急供水多级泵的意外停机会引起系统性能参数的剧烈变化,严重威胁供水安全。为了探究多级泵停机水力过渡过程内部流场的瞬态效应,该研究建立了基于叶轮转动平衡方程的泵停机过程转速预测方法,数值模拟分析了意外停机过程中多级泵内部流动特性。研究结果表明:在意外停机过程中,多级泵分别经历水泵工况、制动工况、反转工况以及飞逸工况4个阶段,转速呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,最后稳定在飞逸转速-4210 r/min附近;流量呈现先减小至0后沿负方向增大的趋势,然后再沿正方向增大,最终稳定在飞逸流量-14.32 kg/s附近;扭矩呈现先减小再增加,最后减小并稳定在零点附近。泵内流量和转速的大小、方向不断变化引起叶轮流道内流体的流动分离和回流,伴随着涡的形成、发展和破碎等时空演变;熵产值的变化与多级泵内不稳定流动密切相关,由湍流耗散所带来的损失起主导作用,在达到飞逸工况后湍流耗散熵产占比约65.2%,能量损失主要发生在叶轮流道内,且制动工况中内流场的损失较大;多级泵首级流道内监测点压力变化最为剧烈,各级监测点的压力脉动系数波动幅值随着级数的增加呈减小趋势;压力脉动振幅主导频率与多级泵转速呈现正相关关系,主导分量对应于叶轮流道的叶片通过频率,且沿着流体流动方向压力脉动频率振幅逐渐增大,压力脉动的频率特性可以反应出意外停机过程中流量的不稳定变化。研究成果可为应急供水系统安全稳定运行提供理论指导。

关键词：离心泵瞬态效应内部流动意外停机熵产分析

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射流撞击式低压喷头设计与水力性能试验

农业工程学报 2024年第6期40卷 220-227页

作者：王子鑫蒋跃潘绪伟王莉莎江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为分散喷头主射流,提高喷头的喷洒均匀度,使喷头适用于农业低压喷灌,该研究结合射流与撞击流提出了一种射流撞击式旋转喷头。首先对比了射流撞击喷头与射流不撞击喷头的水力性能,通过正交试验分析了各结构参数值对射程和组合均匀系数的... 详细信息

为分散喷头主射流,提高喷头的喷洒均匀度,使喷头适用于农业低压喷灌,该研究结合射流与撞击流提出了一种射流撞击式旋转喷头。首先对比了射流撞击喷头与射流不撞击喷头的水力性能,通过正交试验分析了各结构参数值对射程和组合均匀系数的影响,得到副喷嘴结构优化参数,最后将优化后的射流撞击喷头与改进前的传统15PY2喷头进行水力性能及水滴粒径分布对比。研究结果表明,射流撞击使射程末端水量高点降低,同时射程得到提升,射程平均提升4.39%,在相同压力及组合间距下覆盖范围更大。影响喷头工作性能的结构参数依次为副喷管长度、副喷嘴进口锥角、副喷管内径、副喷嘴仰角,而副喷嘴仰角对射程与组合均匀系数影响最大,15型射流撞击喷头最佳结构参数组合为:副喷管长度20 mm、副喷嘴进口锥角55°、副喷管内径6 mm、副喷嘴仰角33°。射流撞击喷头在压力150~300 kPa下组合均匀系数和综合评分均高过传统15PY2喷头,组合均匀系数平均提升4.84%,综合性能平均提升4%,证明了射流撞击应用于旋转式喷头具有优势。在射程前中段,150和250 kPa下射流撞击喷头水滴直径更大;在射程后段,150 kPa下射流撞击喷头水滴直径更大,但在250 kPa下水滴直径更小。研究所得到的喷头结构及结论可为后续研究射流撞击对水力性能的影响提供参考。

关键词：灌溉喷嘴水力性能射流撞击正交试验