科研产出
穴盘苗夹取力学试验台设计与测试分析
《农业工程学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对穴盘苗自动移栽苗钵夹取受力不清的问题，设计了一种由直线模组带动的多针钳夹式取苗力学试验台。采用气缸驱动方式构造出活动可调的多针夹钵取苗执行器，配置滚珠丝杠直线滑台模组驱动夹取执行器，组合位移传感器、拉压力传感器以及高精度控制与数据采集系统精准检测取苗瞬态过程的位移量和作用力值变化。开展夹钵取苗力学测试，研究发现取苗过程是滑针斜插、平行夹持、提升移位等多种夹取动作交织组合作用的过程，苗钵在滑针斜插与平行夹持作用下有集聚松动脱盘的趋势，夹钵取苗的作用力主要用来克服苗钵与穴孔之间建立的粘附力。进行取苗力学特性分析，结果显示粗细两种夹取针的斜插力有极显著性差异（P<0.01），取苗运行速度对脱盘力、提取力的影响极显著（P<0.01），两种夹取作用力有相关性。整体上弹性纤细夹取针的取苗作用对苗钵的扰动小，成功取苗需要夹取针深入夹持苗钵脱盘。采用插-夹-拔组合式取苗操作，苗钵的完整率在97%以上。研究结果可为穴盘苗夹取受力分析、高效低损取苗机构优化设计提供指导。
关键词： 穴盘苗 移栽机 取苗机构 力学测试 脱盘力 提取力
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新疆典型绿洲灌区土壤理化性状与盐分离子分布特征
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展，研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区（阿克苏-喀什噶尔河灌区）为研究对象，定量分析了土壤（0～500 cm）养分含量、含盐量及其离子组成分布特征。结果表明：玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮含量均呈现随土层深度增加而逐渐降低的趋势。玛纳斯河灌区表层土壤（0～30 cm）和0～100 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量和pH值平均值高于阿克苏-喀什噶尔河灌区，100～500 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量平均值低于阿克苏-喀什噶尔河灌区。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤（0～30 cm）全盐量和电导率平均值比玛纳斯河灌区分别高21.14%和8.53%,60～100 cm土层比玛纳斯河灌区分别低17.55%和16.50%。玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤阳离子均以Na+和Ca2+为主，阴离子均以SO42-、Cl-为主，Na+和SO42-分别为玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区含量最高的盐基离子。玛纳斯河灌区表层土壤（0～30 cm）53.85%属于盐渍土，30～60 cm土层50.00%属于中度和重度盐渍土，60～100 cm土层25.00%属于重度盐渍土，硫酸盐型盐渍土占主导地位，其次是氯化物-硫酸盐型盐渍土。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤（0～30 cm）78.26%属于盐渍土，其中重度盐渍土占比最高，30～60 cm土层60.86%属于轻度和重度盐渍土，60～100 cm土层39.13%属于非盐渍土，氯化物-硫酸盐型盐渍土占比最高，其次是硫酸盐型盐渍土。研究结果可为新疆绿洲灌区盐碱地综合利用和作物精准施肥提供科学依据。
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基于激光雷达的果树智能修剪系统设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对传统果树修剪存在人员劳动强度大、修剪效率低及修剪质量难以保证等问题，本文设计了果树智能修剪机械臂，并利用固态激光雷达与可编程逻辑控制器开发了基于激光雷达的果树智能修剪系统，实现果树自动修剪。为了验证修剪臂的控制精度，分别对修剪机的摆动机械臂、举升机械臂、修剪切割总成进行独立精度试验与修剪目标位置精度试验，独立精度试验结果表明摆动机械臂、举升机械臂、修剪切割总成控制精度平均误差分别为2.32%、3.75%、2.50%,修剪目标位置精度试验结果表明目标位置Xb、Zb平均误差分别为2.98%、1.85%,修剪总成作业倾角α平均误差为4.35%,满足果树修剪精度要求。在新疆阿克苏果树种植基地开展了果树修剪试验，结果表明，搭载固态激光雷达的果树修剪机能够实时获取果树的三维空间信息，修剪机可以根据激光雷达探测到的果树树冠信息制定修剪策略，香梨园与苹果园修剪优良率分别为93.3%与86.6%。该系统能有效提高果树修剪效率，降低修剪人员劳动强度。
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不同前处理联合压差闪蒸干燥对红枣脆片品质的影响
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究不同前处理方式联合压差闪蒸干燥对红枣脆片产品品质的影响，该研究以新疆地区灰枣为原料，利用热烫、超声波、高密度二氧化碳（dense phase carbon dioxide, DPCD）3种前处理方式联合压差闪蒸干燥技术对红枣脆片进行加工，对比了3种前处理方式对红枣脆片色泽、硬度、脆度、膨化度、可溶性固形物含量、总糖含量、总酚含量、总黄酮含量、维生素C含量、感官及微观结构的影响。结果表明：1)前处理方式对产品色泽具有显著性影响（P＜0.05）,DPCD前处理所得枣片与新鲜枣片色泽最为接近（ΔE=3.73）;2)DPCD前处理后红枣脆片的维生素C含量明显高于其他两种前处理方式（P＜0.05）;3)热烫、超声波前处理的红枣脆片硬度分别为4.59、3.50 N/cm2，而DPCD前处理的红枣脆片硬度仅为2.74 N/cm2，枣片最为酥脆；4)扫描电镜图表明3种前处理方式均能得到疏松多孔的组织结构，DPCD前处理所得枣片比热烫和超声波前处理所得枣片组织结构更为疏松，这可能是因为在二氧化碳的作用下，红枣细胞结构发生了改变，有些空隙间发生了断裂。综合比较，DPCD前处理能够提高产品的色泽、脆度及膨化度，并且能够较好的保留产品的营养成分，是红枣压差闪蒸干燥较适宜的前处理方式。该研究为高品质压差闪蒸红枣脆片的加工工艺选择提供一定的理论依据。
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干旱地区砂质土壤棉花苗床土层构建装置的研制
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对新疆南部砂质土壤“干播湿出”棉花种植模式下，春季耕整地连续作业存在作业阻力大、苗床整不平、压不实，严重影响棉花出苗率的问题，该研究设计了一种适合砂质土壤的苗床整备装置，可一次完成碎土、平土、灭茬、镇压、耱地等作业。采用分段平土装置代替耙组进行联合整备作业，分段平土装置为两段式，首段刮土板呈“W”型对称分布，通过刮土板角度对土壤流动性、平整度和作业阻力的运动分析，确定当刮土板倾斜角为45°时碎土和平土效果最好；台架试验结果表明，镇压辊直径400 mm、碎土辊直径400 mm时综合评分最高。样机性能对比试验结果表明：较耙片式联合整地机综合工作阻力降低8.67%，作业效率提升6.6%；地表平整度标准差为11 mm；耕深稳定性变异系数为9.2%，碎土率为92.3%，表面未见秸秆残膜，分段平土装置能有效碎土、平土、灭茬；二次整备后浮动式土层构建装置能有效压实土壤构建出“上虚下实”土层结构，0～5cm播种土层平均土壤紧实度为169 kPa，适合砂质土壤精量铺膜播种作业和棉花生长，较对比机型种膜错位率下降62.5%，出苗率高于对比机型4.8%。研究结果可为砂质土壤苗床整地机研发与改进提供参考。
关键词： 农业机械 优化 试验 棉花 播前苗床整备 砂质土壤
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膜杂捆料多级破碎机设计与试验
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对棉田机收膜杂捆料中膜-土-秆分布不均、相互裹绕且体积过大，无法直接进行有效破碎的问题，通过分析膜杂捆料的破碎过程，确定了一种先破捆、再破碎的破碎方案，并设计了一种包含均匀喂料装置、直刀破捆装置、Y型甩刀破碎装置的膜杂捆料多级破碎机。以破碎刀辊转速、喂入速度、定刀数量作为主要影响因素，以残膜破碎合格率作为评价指标，进行三因素三水平试验，确定优化参数指标为试验在破碎刀辊转速1 125 r/min；喂入速度为0.012 m/s；定刀数量1个的因素水平下，此时膜杂捆料破碎合格率达到75.15%，满足后续加工工艺要求。该装置的研究对残膜资源化利用关键技术问题具有重要意义和应用价值。
关键词： 农业机械 试验 残膜资源化利用 膜杂捆料 破碎机器
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基于数值模拟的红枣片不同干燥方式热质传递仿真与试验
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为揭示并对比红枣片热风干燥、红外热风干燥及红外真空脉动干燥中的传热传质及干燥动力学特性，并填补关于果蔬红外真空脉动干燥数值模型的研究空白。该研究使用菲克扩散定律、安托因方程及比尔朗伯定律等控制方程分别建立了针对3种干燥方式的红枣片三维热质传递耦合数值模型，并利用试验数据对模型的可靠性进行验证。该研究基于枣片的实际几何尺寸进行建模并利用COMSOL求解。结果表明：1)与热风干燥相比，红外热风与红外真空脉动干燥分别缩短了46.43%和41.07%的干燥时间，且仿真结果与实测值吻合较好；2)温度场模拟图显示红外辐射可有效对红枣片内部进行加热，干燥20 min时红外热风和红外真空干燥的物料中心温度较热风干燥分别提高了11.33%和5.59%;3)模拟数据显示红外真空脉动干燥中的压力变化对干燥动力学产生了明显影响，其中含水率和干燥速率随压力脉动分别呈现阶梯状和峰状分布，并且干燥速率对压力变化的敏感性随着物料含水率的下降而下降；4)将测得的红枣片品质及质构特性与仿真数据进行综合对比，给出了关于分段组合干燥研究方向的见解，并对果蔬干燥数值模型的发展方向进行展望。该研究建立并验证了红枣片3种干燥方式下的数值模型，并结合模拟结果对各干燥过程的特点进行分析，对未来不同果蔬数值模型的建立及干燥机理的研究具有重要意义。
关键词： 干燥动力学 热质传递 数值模型 红外辐射 压力脉动
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孜然脱粒机风筛式清选装置的设计与试验
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：由于孜然籽粒粒径小、脱出物外形尺寸相似，且缺少专用的清选装置，导致孜然籽粒的清选含杂率高、清选效率低。该研究在孜然籽粒特有物理特征分析的基础上，结合现有各类清选装置的工作原理，设计了一种风筛式孜然清选装置，开展了具有针对性的清选装置关键部件的设计，包括复合式双层筛、贯流式风机、风挡拦截装置等。通过气固耦合仿真技术对清选流场压力分布、气流速度及清选物料固相运动规律进行分析，验证装置结构设计合理性，确定影响清选效果的主要因素为风速、振动频率、入风角度；将风速、振动频率、入风角度作为试验因素，以损失率及含杂率为评价指标，通过三因素三水平正交试验，得到自变量与清选效果的二次多项式响应面回归模型，并通过多元回归拟合分析得到清选装置最优工作参数为：风速10.27 m/s，振动频率4.07 Hz，入风角度20.26°。根据最优参数自制试验台架进行验证试验，得到孜然籽粒清选后的平均损失率、含杂率分别为3.40%和5.28%，损失率、含杂率的理论预测值与台架试验结果的相对误差分别为0.94%、1.73%，证明回归模型具有较高的准确性，孜然脱粒机清选装置的设计满足孜然籽粒清选作业标准。
关键词： 孜然 清选装置 脱出物 振动风筛式 Fluent-EDEM耦合
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基于红光波段日光诱导叶绿素荧光逃逸率的小麦条锈病遥感监测
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：小麦条锈病是影响小麦产量的主要病害之一，及时探测到病害信息对小麦条锈病的防控具有重要意义。红光波段日光诱导叶绿素荧光（red solar-induced chlorophyll fluorescence,RSIF）能够敏感反映植物光合生理状态，SIF逃逸率与冠层几何结构、叶片光学特性和植被光能利用率密切相关。为实现小麦条锈病及时准确的探测，该研究基于SIF逃逸率函数计算方式，利用野外实测数据计算不同尺度SIF(冠层尺度SIFCanopy、光系统尺度SIFPS)及其逃逸率(εCP)，分析了RSIF逃逸率(RεCP)监测小麦条锈病的生理基础，探讨了条锈病胁迫下RεCP的响应特性，并将其与SIF及其衍生参数（荧光产率ФF、表观SIF产量SIFy）、归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、MERIS陆地叶绿素指数（MERIS terrestrial chlorophyll index,MTCI）、简单比值植被指数（simple ratio vegetation index,SR）进行比较。结果表明：RεCP与氮平衡指数（nitrogen balance index,NBI）、叶绿素（chlorophyll,Chl）、类黄酮（flavonoid,Flav）和花青素（anthocyanin,Anth）4个生理参数的相关性均达到了极显著性水平，且优于光系统尺度RSIF和远红光波段SIF（far-red solar-induced chlorophyll fluorescence,FRSIF），与叶面积指数（leaf area index,LAI）的相关性则优于冠层尺度FRSIF,RεCP能够更好地反映病害胁迫引起的作物生理和冠层结构的变化。在冠层尺度FRSIF(FRSIFCanopy)、光系统尺度FRSIF（FRSIFPS）和RSIF（RSIFPS）、红光波段表观SIF产量（RSIFy）及其荧光产率（RФF）、NDVI、MTCI、SR等特征变量中，RεCP与病情严重度(severity level,DSL )的相关性最高。低叶绿素含量（Chl≤30）和中高叶绿素含量（Chl>30）下，RεCP对小麦条锈病胁迫的响应均最为敏感，其与DSL的相关性均优于达到极显著性水平的SIF及其衍生参数和植被指数。RεCP是小麦条锈病遥感监测的适宜因子，研究结果对提高小麦条锈病的遥感监测精度具有重要意义，同时亦对其他作物胁迫的遥感监测具有一定的参考价值。
关键词： 植被 指数 日光诱导叶绿素荧光 红光波段 逃逸率 光合生理 小麦条锈病
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基于SBM模型的额敏灌区农业用水效率时空特征分析
《排灌机械工程学报 》 2024 EI 北大核心
摘要：基于新疆额敏灌区2009—2021年各项数据指标，利用SBM模型、Malmquist指数、多元线性回归分析等方法，综合分析全要素生产率、农业用水效率及其影响因素.研究发现：2009—2021年农业用水效率均值为0.938,处于较高利用状态；灌区全要素生产率年均值均大于1,农业用水效率总体呈现较好的发展趋势，技术进步起重要作用；空间上，农业用水效率按地区排序由大到小表现为东北部、西部、中部，具体为东北部农业用水效率均值为1.499,中部与西部农业用水效率均值分别为0.495和0.540;种植构成、产值构成与年平均气温是影响额敏灌区农业用水效率的主要因素.
关键词： 额敏灌区 农业用水效率 超效率SBM模型 Malmquist指数
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