科研产出
全株青贮玉米径向局部压缩特性试验
《吉林大学学报(工学版) 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为深入研究青贮收获机喂入装置对全株青贮玉米的压缩作用,以粮饲兼用品种郑单958为研究对象,利用 自制的施压装置模拟喂入辊辊齿,通过单因素试验,研究了加载方向和加载速率对秸秆节间、节部和带苞叶果穗径向局部压缩载荷、功耗的影响,并从复合材料接触力学角度对破坏特征进行了分析.结果表明:施压过程中,30°~90°方向,秸秆节间、节部两侧出现平行于轴线的裂纹,弹性、屈服和压实强化阶段,载荷以不同速率递增;带苞叶果穗在破坏阶段,出现断裂现象,受苞叶抑制载荷没有明显减小;0°方向时,秸秆节间、节部和带苞叶果穗均出现劈裂现象并伴随载荷骤减,各部位抵抗变形的能力弱于其他方向.加载速率影响各部位进入不同变形阶段的速率,但发生形变时的压下位移相近;弹性和屈服阶段,秸秆节部的载荷较节间平均高2.5倍,相同位移下,100 mm·min-1时,节间、节部的平均载荷最大,75 mm·min-1时,平均载荷最小;强化压实阶段,加载速率对秸秆节部的影响比节间更明显;加载速率对带苞叶果穗压缩载荷的影响区别从屈服阶段开始,50 mm·min-1加载时,带苞叶果穗抵抗变形的能力最弱.当压下率超过45%时,横向喂入可显著降低喂入功耗,而径向喂入时,秸秆节间、节部和带苞叶果穗局部压缩功耗最小时的加载速率分别为75、75、50 mm·min-1.本研究可为青贮收获喂入装备关键部件的设计与优化提供参考.
关键词： 农业工程 全株青贮玉米 压缩特性 喂入 功耗 应力-应变
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气吸滚筒式花生穴播器投种性能分析与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对气吸滚筒式花生穴播器投种过程中种子不能准确落入导种机构而造成漏播、重播的问题,该研究提出了一种通过调整穴播器盖边缘开口位置和导种机构安装角度的方法寻求最佳投种轨迹,对种子脱离穴播器盖进入导种机构阶段建立动力学模型,明确了投种轨迹变化机理,确定了穴播器盖和导种机构的安装参数.借助EDEM仿真软件研究了穴播器盖和导种机构在不同安装角度下的投种性能,得出种子在与分种盘挡片接触状态下脱离穴播器盖边缘的投种性能最佳.选取穴播器盖安装角度、导种机构安装角度和机具前进速度为试验因素,以排种粒距合格率、漏播率、重播率为试验指标,在排种试验台上进行三因素三水平组合试验.结果表明:在穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角为11.18°、机具前进速度为3.85 km/h的条件下投种性能最优,此时排种粒距合格率为95.37%.田间试验结果表明,调节穴播器盖安装角为17.10°、导种机构安装角11.18°,机具前进速度在3.05~4.65 km/h范围内,试验结果与台架试验结果基本相符,排种粒距合格率大于89%、漏播率小于7%,重播率小于5%,满足花生单粒精量播种要求.
关键词： 农业机械 试验 种子 花生 气吸式穴播器 投种性能
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基于介质湿度控制的苹果片红外漂烫传热模拟与试验
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了揭示空气介质对苹果片红外漂烫的传热作用机制以及对膨化干制的影响,该研究将介质湿度控制技术用于苹果片红外漂烫预处理中,利用数值模拟方法并结合苹果漂烫干燥试验,解析不同介质湿度下苹果片红外漂烫的传热传质规律,探究基于介质湿度控制的红外漂烫预处理对干燥效率和膨化干燥后产品色泽的影响.研究结果表明,基于红外辐射与对流传热原理的数学模型,并考虑物料水分蒸发与蒸汽冷凝能够较好描述红外漂烫的传热传质过程.物料含水率与温度模拟结果的相对误差为0.54%和0.39%.在恒定120℃红外加热温度下,介质相对湿度对苹果片红外漂烫的热质传递、漂烫后干燥效率与产品色泽均具有明显的影响.在低湿的状态下(1%相对湿度)进行红外漂烫,物料表面水分快速向空气介质中蒸发扩散,伴随的水分蒸发耗热量占物料吸热总量的40%,致使物料升温缓慢.将介质湿度提高至50%相对湿度能够抑制苹果片表面的水分蒸发,同时介质中水蒸气冷凝放热能够大幅提高漂烫初期的物料升温速度,漂烫120 s后物料中心温度迅速提高至86.8℃.因此,提高红外漂烫的介质湿度能显著提高漂烫后苹果片干燥速率与产品色泽.与1%相对湿度相比,在120℃、50%相对湿度下红外漂烫后苹果片的预干燥时间缩短了8.3%,苹果片干燥的色差值与褐变指数分别降低了55.6%和37.4%,护色效果优于热水漂烫.研究结果为苹果片等果蔬高质高效干燥的红外漂烫预处理工艺开发提供了新思路.
关键词： 干燥 数值模拟 相对湿度 红外漂烫 苹果脆片 膨化干燥
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滚筒筛式膜杂风选机筛孔清堵装置设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决滚筒筛式膜杂风选机运行过程中易发生筛孔堵塞,导致筛分性能差、膜中含杂率高等问题,设计了一种通过喷头喷射气流扰动筛孔处流场、破坏堵塞物在筛孔处受力平衡的筛孔清堵装置.该装置包含对角安装在滚筒筛式膜杂风选机两侧的离心式鼓风机、稳压管、滚筒外缘的气流管道等.通过理论分析确定了筛孔清堵的临界气流速度为1.151 m/s,采用计算流体力学仿真与曲线拟合的方法探明了风机风速与喷头喷射气流速度呈正相关关系,最终确定风机风速为9.2 m/s.设计并搭建样机进行试验,结果表明:当风机风速为9.2 m/s时,筛孔堵塞率为8.28%,膜中含杂率为7.33%,较安装筛孔清堵装置前筛孔堵塞率、膜中含杂率分别降低16.27、4.64个百分点,其中各喷头喷射气流速度平均值为3.81 m/s,最小值为1.22 m/s,满足清堵要求,清堵装置持续工作过程中,筛孔堵塞率和膜中含杂率基本保持不变.
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基于表面增强拉曼光谱标记技术的生物传感器用于农药残留检测的研究进展
《食品科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：近年来,表面增强拉曼光谱(surface enhancement Raman spectroscopy,SERS)标记技术因具有高灵敏度、可多路复用、强抗光漂白性和较好的分子指纹保真度等特性而备受瞩目,并已成功应用于传感分析及生物成像领域.本综述主要总结了基于SERS标记技术的生物传感器的原理及其在农药残留快速检测领域中的最新研究进展,重点介绍了SERS标签的设计与制备及基于不同识别元件传感系统的研究现状.同时,对其面临的挑战和解决方案进行了探讨,以期促进SERS标记技术在农药残留检测及食品安全检测方面的应用.
关键词： 表面增强拉曼光谱标签 标记技术 农药残留检测 新型拉曼报告分子 多残留检测
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纽扣式压力补偿灌水器结构优化与性能分析
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对传统压力补偿灌水器生产工艺复杂、补偿效果不佳的问题,该研究以纽扣式压力补偿灌水器结构为基础进行压力补偿元件的优化与性能分析.基于COMSOL双向流固耦合数值模拟平台,对灌水器多物理场耦合的瞬态过程进行力学建模与数值模拟,确定了球型限位曲面与空间螺旋副流道配合的最佳构型.以流态指数为目标,针对副流道深度、宽度、副流道螺旋角度、压力补偿元件硬度等关键因素开展了单因素水力性能试验与正交试验,得出流态指数影响因素由大到小的次序为副流道宽度、压力补偿元件硬度、副流道深度;经响应面分析获得最优参数为:副流道宽度0.65 mm、副流道深度0.14 mm、压力补偿元件硬度53 HA.验证试验结果表明,所设计的灌水器流态指数为0.067,压力补偿区间为0.075~0.30 MPa,满足流态指数不超过0.1、起调压力不超过0.10 MPa、压力补偿区间大小不小于0.15 MPa的设计要求,压力补偿区间内平均流量为2.32 L/h.研究结果可为灌水器产品的研发提供参考.
关键词： 灌水器 优化 压力补偿 水力性能 瞬态数值模拟 双向流固耦合 正交试验 流态指数
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基于EDEM-ADAMS仿真的稻茬地双轴破茬免耕装置研制
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对长江中下游稻麦轮作区的稻茬地根茬量大韧性强、土壤黏度高不宜粉碎等问题，该研究基于仿真试验研制双轴破茬免耕装置。通过EDEM软件建立破茬开沟装置-秸秆-土壤离散元模型，采用正交试验得到破茬开沟装置的刀型、排列方式以及刀具数量，基于EDEM-ADAMS联合仿真，采用单因素试验、正交试验、二次回归正交旋转试验和响应曲面法对甩刀、粉碎装置以及双轴破茬免耕装置进行动力学分析，得到甩刀具参数、旋耕刀轴和粉碎刀轴转速以及双轴轴心水平与垂直高度，得到机具最佳参数：破茬装置选用30把旋耕刀采用双螺旋排列，刀轴转速为286r/min；粉碎装置选用L型（32把）和直刀（8把）采用双螺旋排列，刀轴转速为605r/min；双轴水平距离548 mm、垂直高度168mm。根据优化参数试制样机并进行田间性能测试。田间试验结果表明，秸秆和稻茬以0.93 kg/m~2全量覆盖时，双轴破茬免耕装置对水稻秸秆、根茬的平均切断率以及切茬率分别为95.09%和95.16%，机具通过性良好，田间平均出苗率为95.29%，符合当地农艺要求，适用于秸秆覆盖量大的作业情况。所设计的双轴破茬免耕装置满足长江中下游稻麦轮作区小麦免耕播种作业要求，可为双轴旋转型耕作装置以及根茬不易粉碎、土壤黏度高条件下的免耕播种提供参考。
关键词： 农业机械 仿真 破茬粉碎 少免耕 防堵 EDEM-ADAMS
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玉米果穗深床层热风干燥特性试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高玉米果穗干燥均匀性和干燥效率，降低干燥品质损失，通过研制玉米果穗深床层干燥试验台，并进行不同风速(0.5、1 m/s)、热风温度(常温(即室温),50、60、70℃)以及料层厚度(180、360、540、720 mm)下玉米果穗干燥特性以及品质试验研究，确定最佳的玉米果穗深床层干燥工艺与参数。试验结果表明，提高热风温度和风速均会提高干燥速率，风速0.5 m/s时，热风温度50、60、70℃条件下第1层的干燥时间分别为28、20、14 h,而常温通风干燥下192 h后含水率仅下降到20%,随着热风温度的降低，干燥时间显著延长；提高热风风速有利于提高干燥速率，第3、4层玉米果穗干燥速率受风速的影响大于第1、2层；随着料层的增加，各干燥条件下干燥速率显著降低，干燥时间延长；常温条件下果穗各料层长时间处于高湿环境，从而在玉米果穗高含水率阶段采用常温通风干燥方式容易造成内部高湿和发热现象；干燥过程中玉米籽粒含水率先下降，果穗芯轴的含水率高于籽粒。与对照组相比，各组干燥物料的亮度均下降，提高热风风速和温度会降低亮度；常温通风干燥玉米籽粒电导率最低，随着温度和风速的提高，电导率升高，表明籽粒内部结构破坏较大；干燥后玉米籽粒淀粉含量和可溶性糖含量均有所减小，其中70℃、0.5 m/s条件下玉米淀粉含量最低，60℃和70℃、0.5 m/s条件下玉米可溶性糖含量较低。根据研究结果，确定玉米果穗深床层干燥工艺为先热风干燥后常温通风干燥的方式，热风温度50℃或60℃、风速0.5 m/s、通风管路单侧料层厚度为360 mm为较优的果穗热风干燥工艺参数。
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长期秸秆还田对潮土真菌群落、酶活性和小麦产量的影响
《环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了研究秸秆还田对黄淮海平原潮土真菌群落的影响,开展连续10 a田间定位试验,设置不施肥(NF)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS)这3个处理,通过网络分析和结构方程模型,揭示真菌群落对土壤肥力、酶活性和小麦产量的影响机制.结果发现,NPKS处理土壤有机质(SOM)较NPK处理和NF处理分别升高9.20%和34.75%,碱解氮(AN)升高12.03%和39.17%,脱氢酶(DHA)升高37.21%和50.91%,β-葡糖苷酶(β-GC)升高17.29%和73.48%,小麦增产16.22%和125.53%.不同施肥处理真菌α-多样性并未发生显著变化,却导致β-多样性出现明显分异.冗余分析表明,速效磷(AP)、SOM和AN是潮土真菌群落组成变化的主要调控因素.差异物种分析表明,NF处理富集了 Mortierella、Aspergillus、Ceriporia和Acremonium等具有溶磷/解钾功能的物种,以及Leohumicola和Hyalodendriella等植物共生菌;NPK处理中Sarocladium、Fusarium和Fusicolla等植物病原菌丰度显著升高;NPKS处理则激发了 Pseudogymnoascus和Schizothecium等抑病菌生长,并提高Trichocladium和Lobulomyces等秸秆降解物种丰度.网络分析发现整个网络由4个主要模块组成,其中模块2物种累积丰度在NPKS处理显著升高,且与DHA和β-GC呈线性正相关关系.结构方程模型结果进一步表明小麦产量主要受SOM直接正向调控,而模块2物种可通过正向调节DHA和β-GC,间接影响SOM和小麦产量.综上所述,黄淮海平原潮土区秸秆还田可通过调节真菌种间互作关系,刺激特定物种集群生长,抑制病原菌活性,提高土壤酶活性,促进SOM累积,最终获得作物高产.
关键词： 长期定位试验 秸秆还田 土壤酶活性 真菌群落 网络分析
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红花采收机双动对切式末端执行器设计与试验
《农业机械学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对红花采收机械存在的花丝破碎率高，采收效果差的问题，基于低速对切与分段切割的设计思想，研究设计了一种红花采收机双动对切式末端执行器，利用双动刀和多工作段凸轮实现低速夹持切割与分段作业。构建刀具-花丝切割力学模型，对切割过程进行理论分析，确定影响末端执行器性能的关键因素为：切刀进给速度、刃口倾斜角和切刀刃面倾角；并以凸轮转速（切刀进给速度）、刃口倾斜角和切刀刃面倾角为试验因素，以花丝采净率与花丝破碎率为评价指标，进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验，得到试验因素与评价指标间的数学模型，对回归模型进行多目标优化，确定最佳参数组合为：凸轮转速27.9 r/min、刃口倾斜角16.1°、切刀刃面倾角19.7°,对应花丝采净率为91.78%,花丝破碎率为5.32%。在最佳参数组合下进行田间验证试验，结果表明，花丝采净率为91.25%,破碎率为5.57%,与优化结果误差不超过5%,表明所设计末端执行器能实现花丝的低破碎率采收。
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