2014, 45(1):1-7. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.001
摘要:研究了磁流变减振器电磁-流和流-固耦合的建模方法及求解方法。基于电磁-流和流-固耦合有限元方法,利用Adina软件建立高精度的流-电磁有限元网格模型和固体有限元网格模型,并在Adina软件后处理中进行求解分析,分别得到了磁流变减振器非控状态和通电状态的阻尼力-速度特性、示功特性、磁场分布特性、核心区域流场压力场和速度场特性。仿真结果表明:在高速磁流变液的冲击下,核心区域流场压力场变化明显;根据磁场分布特性,说明设计的单筒磁流变减振器结构能增大阻尼力调节范围。在电磁-流和流-固耦合计算中考虑了流体湍流流动,尽量使仿真模型与物理模型保持一致,试验结果与仿真结果吻合较好。
2014, 45(1):8-13. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.002
摘要:提出一种基于转矩观测器的电动汽车内置式永磁同步电动机精确转矩闭环控制方法。通过内置式永磁同步电动机数学模型的建立,分析了基于Popov超稳定理论的模型参考自适应参数辨识方法,为了提高系统的响应速度,提出和采用了极点配置法。研究了自适应模型控制参数对MRAI系统响应时间的影响,并进行了验证和理论分析。仿真和实验结果表明辨识出的永磁体磁通和定子电阻较为准确,转矩观测器可以根据辨识出的永磁体磁通对实际的转矩进行估算,以此和转矩命令值构成转矩闭环控制,从而在永磁体磁通发生变化时提高驱动系统的转矩控制精度,改善电动汽车驱动系统的性能。
2014, 45(1):14-20. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.003
摘要:通过对并联式油液混合动力挖掘机的原理和结构分析,提出一种改进的油液混合动力结构方案。采用双向液压马达代替二次调节泵,通过不同开关阀组合控制辅助动力系统回路。利用Simulink对该系统建模后,获取相应元器件尺寸参数及控制参数。采用双转速工作点切换的控制策略,在改装后的油液型混合动力挖掘机上进行实验。实验中利用整合负载预测的发动机转速PID控制方法对发动机目标转速、辅助油液动力系统输出扭矩进行调节。仿真和实验分析表明,该发动机转速控制方法可以有效改善油液型混合动力系统中发动机转速波动,使之稳定在高效燃油区域内,综合节能效果提高14%。
2014, 45(1):21-26. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.004
摘要:为了提高混合动力/电动液压挖掘机驱动系统的效率,提出了一种基于闭式系统和能量回收的液压挖掘机节能驱动系统参数匹配方法。分析了节能驱动系统的结构、工作原理及负载特性。以减少蓄能器安装体积、保证动臂非对称油缸的流量匹配和延长蓄能器使用寿命为约束条件,对节能驱动系统中液压蓄能器、泵/马达、电动/发电机等主要元件进行了参数匹配。在所建立的模型上对匹配结果进行了分析,结果表明,进行参数匹配后蓄能器和补油泵组成的补油系统满足动臂非对称油缸两腔的流量差,且蓄能器压力波动满足工况的要求,同时新型闭式节能驱动系统的节能效果达到了55%,不仅实现了无阀控制,同时实现了负值负载的能量回收。
2014, 45(1):27-33. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.005
摘要:为了突破柴油机“NOx-Soot”折中曲线的束缚,提出基于O2/CO2环境的柴油机燃烧新模式,运用AVL-FIRE软件对发动机缸内压力、温度场分布及整机动力性能进行数值模拟,分析不同参数对柴油机燃烧特性的影响,从而获得最佳的O2/CO2摩尔百分比,最后在光学发动机上对典型曲轴转角时刻缸内燃烧过程进行了可视化研究。仿真结果表明,当供油提前角不变时,O2低于50%时,缸内柴油无法着火燃烧;O2为65%、CO2为35%是该方案中的最佳参数组合;当改变供油提前角时,O2为50%、CO2为50%是该方案中的最佳参数组合。光学可视化试验表明,O2/CO2环境的最大压力升高率时刻、最大放热率时刻缸内平均温度均低于正常空气时,而最大爆发压力时刻的缸内平均温度略高于正常空气时;和正常空气相比,O2/CO2环境的主燃烧期扩散燃烧速率提高约376%。
2014, 45(1):34-39. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.006
摘要:针对我国农业机械分布范围广、作业环境恶劣且数量繁多,采用人工监测机具运行状态将造成大量人力物力的消耗,自动化水平低;而传统的在线监测方式对于大范围测量存在费用高、采集精度差及能耗大等问题,建立了农业机械机群远程监测系统。其硬件设备由集成GSM和GPS技术的远程数据采集器及工程信号接收器组成,实现了农业机械作业状态、收获面积及地理信息等的自动监测及数据的主动上传;基于LabWindows/CVI的柔性化远程数据监测中心,采用面向对象的软件复用方法,可针对机群中不同类型农业机械、不同测控任务高效地开发专用测控软件,实现监测数据的实时显示、保存、地理信息的准确定位及行驶轨迹的动态跟随;通过调用Microsoft Access数据库,监测中心将单机使用状况及时汇报给系统管理员,为农业机械机群的分配、组合和集中管理提供可靠依据。通过田间试验表明,该系统现场数据传输的实时性、采集数据的准确性都达到了联合收获机机群远程监测的要求;采用软件复用的设计思想,大大提高了面向对象的专用测控软件的开发效率。
2014, 45(1):40-45. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.007
摘要:研究了棉花铺膜播种机田间作业时导航路线和田端的图像检测算法。针对自然环境下的棉花播种作业图像,采用Daubechies小波变换对处理区域进行平滑滤波;针对第1帧图像,寻找图像处理区域的垂直累计直方图的波谷,以此为基础,通过寻找局部窗口累计直方图波谷的方法,从图像底端逐行向上寻找各行候补点;对于非第1帧图像,采用当前帧与前帧导航路线相关联的方法分段寻找候补点群;最后基于过已知点Hough 变换拟合出导航路线。实验证明,采用的算法可以快速、准确地检测出棉花铺膜播种作业时的导航路线及棉田田端,平均每帧图像处理时间为7202ms,满足铺膜播种机实际播种作业的需求。
2014, 45(1):46-52. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.008
摘要:长江流域油菜与小麦播种期相邻,为提高播种机具的利用率,设计了一种油菜小麦兼用型气力式精量排种器,提出了一种小麦排种盘内表面嵌入导种条以提高充种率的新型结构。确定了该排种器的工作原理及其主要结构与性能参数,试验研究了排种性能指标与排种盘转速、吸种区负压、投种区正压的关系。试验结果表明:该排种器能满足油菜和小麦兼用排种的功能;在小麦排种盘内表面嵌入导种条可使平均合格指数相对提高27.31%,平均漏播指数相对降低25.86%;当排种器转速、吸种区负压、投种区正压分别为18r/min、-2200Pa、400Pa时,油菜精量播种合格指数为90.02%,漏播指数为2.59%;当排种器转速、吸种区负压分别为15r/min、-2300Pa时,小麦精量播种合格指数为90.62%,漏播指数为2.96%。田间试验表明:该排种器播种精度高,可满足油菜和小麦种植农艺要求。
李平 , 廖庆喜 , 李磊 , 韩彩锐 , 黄鹏 , 李海同
2014, 45(1):53-58. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.009
摘要:针对油菜成熟度不一致而导致联合收获损失率大、收获期短的问题,对适合油菜分段收获的4SY-1.8型油菜割晒机进行了改进,提出了一种集成横向和纵向输送的组合式茎秆输送装置,分析确定了拨禾轮、切割装置、组合输送装置等关键部件的结构参数及运行参数。田间试验表明:油菜割晒机能实现有序中间条铺,收割机械直播油菜时,茎秆上层铺放角23.6°,下层铺放角17.1°,铺放角度差小于10°,根差小于0.12m;收割人工直播油菜时,茎秆上层铺放角小于5°,下层铺放角小于2°,角度差小于5°,根差小于0.1m。作业质量满足行业标准要求。
2014, 45(1):59-64. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.010
摘要:为探讨机器人果实采摘中应用激光进行果梗切断的可行性,以黄瓜果梗为对象,利用基于30W光纤耦合半导体激光器构建的果梗切割实验平台,分别进行了激光穿透时间与果梗直径、激光束功率、离焦量、入射角的关系实验和果梗激光切割速度实验。实验发现,激光焦斑热功率密度0.75W/mm2即可实现果梗的穿透和切割,且对果梗直径变化、焦斑定位与入射角度误差具有良好的适应性。但半导体激光器在垂直照射、零离焦量、光输出功率14.94W条件下的最短切割时间达到23.73~28.13s,应通过选择更高光束质量的光纤激光器等实现快速气化切割以满足实际作业的需要。
2014, 45(1):65-72. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.011
摘要:为了减少苹果采摘机器人采摘过程处理时间,对苹果采摘机器人目标果实的快速跟踪识别方法进行了研究。对基于R-G颜色特征的OTSU动态阈值分割方法进行首帧采集图像分割,采用图像中心原则确定要采摘的目标果实;利用所采集图像之间的信息关联性,在不断缩小图像处理区域的同时,采用经过加速优化改进的去均值归一化积相关模板匹配算法来跟踪识别后帧图像的目标果实,并进行不同阈值分割方法实现效果,不同灰度、亮度和对比度的匹配识别以及新旧方法识别时间对比试验,从而验证了所采用和设计方法的有效性;其中所设计跟踪识别方法的识别时间相比于原方法,减少36%。
2014, 45(1):73-78. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.012
摘要:为了找出适用于双流道泵叶轮的切割定律,选用比转数为77和122的两种双流道泵,分别对其叶轮进行了5次切割,并进行了泵外特性试验。通过分析双流道泵在最优工况及关死点工况下性能参数与叶轮直径的变化规律,确定了相应的切割指数取值范围,最终建立了双流道泵叶轮的切割定律指数方程。研究结果表明,双流道泵的流量、扬程、轴功率和效率随叶轮直径的减小而降低,但随叶轮切割百分比的增加,最优工况性能参数的变化规律及下降幅度并不相同,关死点扬程和轴功率随叶轮直径的减小下降明显;双流道泵关死工况点的切割指数可以近似认为与比转数的变化无关;最优工况和一般工况点的流量切割指数随比转数的变化较明显。建立的双流道泵叶轮切割定律预测值与试验值吻合性好。
2014, 45(1):79-83,88. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.013
摘要:为了深入研究低比转数离心泵在运行过程中内部的非定常不稳定流动现象的内在机理,采用CFD数值模拟的方法对模型泵内部三维湍流流场进行数值计算,并根据离心泵速度三角形推导了用来直观定量衡量流动非定常强度的时均非定常强度系数。通过分析该时均非定常强度系数在低比转数模型泵中的分布可知,叶轮叶片背面附近流场非定常性较强,且流体流经叶片后缘产生的尾迹现象同样随时间波动明显。蜗壳流道出口管及靠近叶轮出口处流动非定常性较强。
2014, 45(1):84-88. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.014
摘要:提出了一种基于自由曲面变形(FFD)方法的离心泵叶片反问题新方法。采用自由曲面变形方法对叶轮叶片形状进行控制,将叶片空间曲面嵌入到一个均匀剖分的三参数张量积控制体内,移动控制晶格点位置使控制体发生变形,控制体内的叶片曲面形状随之改变。根据给定的叶片目标载荷分布进行叶片形状的控制,构建控制晶格点的变形函数,根据叶轮内三维湍流数值模拟结果与期望的叶片载荷分布规律控制晶格点的变形,实现了由物理参数对叶片形状的直接控制。算例计算结果表明,所提出的基于FFD方法的离心泵叶片反问题方法是可行的。
2014, 45(1):89-93. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.015
摘要:为了提高设计过程中对混流泵性能的可控制程度,开展了出口环量分布规律对混流泵性能的影响研究。基于三元反设计理论,将环量Vur在轴面流线方向上的偏导数作为载荷分布的控制参数,根据出口环量分布规律的不同设计了平均型、递增型和递减型3个混流泵叶轮。基于雷诺时均Navier-Stokes方程、SST湍流模型和多重参考坐标系模型对泵内流场进行数值模拟,对泵的效率、空化、叶轮出口的总压及轴面速度沿叶高的分布规律进行比较与分析。结果表明:递增型泵效率最高但空化最差,递减型泵性能正好相反;基于变出口环量分布的三元反设计方法能有效控制叶片不同叶高处的做功能力,递增型叶轮出口的总压和轴面速度随半径增加而增加的速度最快。
2014, 45(1):94-101,107. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.016
摘要:概述了近十年来,国内外压力补偿灌水器的应用情况及研究进展,在综合数值模拟、快速成型技术、可视化试验平台等多种先进技术手段的基础上提出了压力补偿灌水器比较完善的开发路线,并对该路线中涉及的关键问题进行了讨论。补偿机理的研究是压力补偿灌水器设计研发的核心,本文通过课题组已完成的部分工作,指出采用流固耦合方法进行数值模拟,获得灌水器内部压力速度分布及膜片变形情况,结合可视化试验是阐明压力补偿灌水器补偿原理、加快压力补偿灌水器研究的有效途径。
许景辉 , 马孝义 , Sally D Logsdon , Robert Horton
2014, 45(1):102-107. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.017
摘要:为了研究FDR探头结构中探针间距和探针长度对土壤介电谱测量的影响,通过矢量网络分析仪分别对2种土壤的4个不同体积含水率进行了介电谱测量,通过28mm长度下10mm、14mm探针间距探头和10mm间距下28mm、45mm长度探头所测介电谱对比发现,在31.2MHz以上频段探针间距对土壤介电谱测量影响很小,而探针长度在不同频段对土壤介电实部或虚部均有不同影响。研究表明,探针间距不是土壤介电谱测量的影响因素,根据测量需要可对其进行一定范围的调整;探针长度影响土壤介电谱弛豫频率值,探针越短其弛豫频率越大,探针长度是影响土壤介电谱测量的关键因素之一。FDR探头的探针应适当缩短以拓展介电谱平滑段的频率范围,这有利于FDR传感器测量精度和环境适应性的提高。
2014, 45(1):108-114. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.018
摘要:以杨凌区粘壤土和砂壤土区域进行的大田沟灌试验为基础,在假定各灌水沟内部土壤入渗特性和糙率均一的条件下,重点分析各灌水沟之间土壤入渗参数和田面糙率的不同组合对沟灌水流运动过程和灌水质量的影响,结果表明土壤入渗特性的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较大,在模拟时必须充分考虑;而田面糙率的变异性对沟灌水流推进过程和灌水质量指标影响较小,可采用田块糙率均值代替各灌水沟的糙率。经实例验证,水流推进过程相对误差为7.28%,灌水效率、灌水均匀度和储水效率模拟值与实测值误差分别为5.74%、6.18%和4.07%,结果表明其模拟效果较好。
高广磊 , 丁国栋 , 赵媛媛 , 冯薇 , 包岩峰 , 刘紫葳
2014, 45(1):115-120. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.019
摘要:以宁夏盐池荒漠生态系统定位研究站域内藻、地衣、苔藓3种不同发育阶段生物结皮及裸沙地为研究对象,应用激光衍射粒度分析技术测定土壤粒度组成,计算分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态值和分形维数等土壤粒度特征参数,研究结果显示:研究区土壤粒度组成以砂粒为主,约占土壤颗粒体积分数的80%~95%,而粘粒、粉粒含量较少;土壤粒度分布较为集中,分选状况较差,偏度状况为极正偏度,峰态值为很尖窄、尖窄;土壤分形维数分布于2.15~2.30之间,且从大到小依次为苔藓结皮、地衣结皮、藻结皮、裸沙地。在生物结皮发育过程中,土壤粘粒、粉粒等细粒物质不断增加;粒度组成不断优化,整体呈现向均匀和对称分布演化趋势。生物结皮能够有效改良土壤结构,促进土壤发育,但速度十分缓慢。
2014, 45(1):121-128. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.020
摘要:通过回归分析等方法研究了石羊河流域气候变化和农业生产发展对地下水水位的影响。研究结果认为从长期看流域内降水量、蒸发量对地下水的影响不大,武威地区降水量和蒸发量对地下水位的影响系数在0.004以内,民勤地区降水量和蒸发量的影响系数在0.001以内,影响较小;而径流量与粮食产量的变化是地下水水位下降的主要原因,武威和民勤地区径流量对地下水位的影响系数分别为1.381和6.008;并使用最小二乘回归模型确定了地下水水位用径流量和总产量表达的关系式,经验证,模型有较高的模拟精度,预测将来武威地下水水位平均每年将下降0.945m,民勤地下水水位将下降0.919m。
2014, 45(1):129-136,142. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.021
摘要:通过对不同分隔方式下玉米/大豆间作的养分吸收量、光合参数与产量等的测定,分析地上部和地下部的资源竞争作用。试验设置4种间作分隔方式和2种单作处理:地上地下均不分隔(T1),地上地下均分隔(T2),仅地下分隔(T3),仅地上分隔(T4),单作玉米(T5)与单作大豆(T6)。结果表明,对于籽粒产量和生物学产量的土地当量比,T1为1.23和1.20,T2为0.97和0.91,T3为1.01和1.02 ,T4为1.10和1.08。玉米相对大豆的资源竞争能力,T1为0.79,T2为-0.08,T3为0.14,T4为0.39。玉米相对大豆的氮、磷、钾营养竞争比率,T1为1.63、1.92和1.50,T2为1.05、1.03和1.06,T3为1.28、1.32和1.27,T4为1.47、1.43和1.36。除拔节期外,T1玉米的净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs与细胞间隙CO2浓度Ci最高;T4略低于T1,但差异不显著;T2和T3均显著低于T1;除分枝期外,T1大豆的Pn、Tr、Gs与Ci最低;T4略高于T1;T2和T3均显著高于T1。综上所述,对于玉米/大豆的间作优势而言,地上部与地下部的相互作用大于单一因素的作用,其次,地下部作用大于地上部作用。
2014, 45(1):137-142. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.022
摘要:采用室内盆栽试验定量分析方法,研究了砂壤土中施加不同含量生物炭对土壤节水保肥及提高番茄产量的影响。试验共设5个处理:不添加生物炭(CK),每1kg干土加生物炭10g(C10)、20g(C20)、40g(C40)和60g(C60)。结果表明:施加生物炭处理有利于提高土壤肥力,其中较高施用量的处理增幅明显。与CK相比,C60处理的有机质含量增加560%;C60和C40的碱解氮含量分别增加110%和130%,速效磷含量增加410%和290%,速效钾含量增加290%和150%。随着生物炭施用量的增大土壤含水率呈现递增趋势,其中C60较CK提高170%。较高生物炭施用量可以有效增加番茄产量,C60和C40处理分别比CK提高98%和170%,其中C40处理的产量增幅最大。相关分析可知,水、肥因素对番茄产量影响显著,相关性超过80%,通过在砂壤土中施加生物炭可有效提高肥水利用效率,提高番茄产量。
石惠娴 , 吕涛 , 朱洪光 , 范旻 , 徐凯 , 马洁琼
2014, 45(1):143-149,167. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.023
摘要:通过对太阳能热泵沼气工程供能系统进行?分析,找到能量利用薄弱环节;利用Matlab软件对系统状态参数进行变量非线性最优化问题求解,得出提升系统?效率的具体措施与方法,并进行了验证性实验,同时研究了个别状态参数和设备性能参数对系统?效率的影响。结果表明:优化后可将系统?效率从18.44%提升至28.99%。状态参数(蓄热水箱温度tv)以及性能参数(热泵系统CCOP(year)和集热器效率ηcol)对系统的?效率影响很大,其中蓄热水箱水温提高1℃,系统?效率将提高0.58%;CCOP(year)值每提高一个单位值,系统?效率将提高5.94%;集热器效率ηcol值提高一个百分点,?效率将提高0.045%。
王贵金 , 袁洪友 , 郭大亮 , 周肇秋 , 阴秀丽 , 吴创之
2014, 45(1):150-154. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.024
摘要:采用管式炉在750~900℃内进行了草浆黑液半焦水蒸气气化实验,考察了温度、苛化剂TiO2对气体产物及固体产物的影响;采用热重分析仪在850℃下进行了半焦的水蒸气气化实验,探究了TiO2对半焦热失重特性的影响。结果表明:在750~900℃内,TiO2的添加使得气体产物中CO2增加约5%、H2减少约5%,碳转化率上升约10%,产气热值下降约7%;TiO2可避免气化过程中熔融物的生成;随着温度的升高,固体产物中无机盐的种类未发生变化;TiO2与半焦中的Na2CO3反应生成Na2O·nTiO2,与Na2SiO3结合生成Na2TiSiO5,改变了元素Na与Si的存在形态。
李连华 , 孙永明 , 孔晓英 , 袁振宏 , 甄峰 , 李东
2014, 45(1):155-161. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.025
摘要:以杂交狼尾草为原料,采用批式中温厌氧发酵工艺,研究生长期为30、60、91、128、175d的杂交狼尾草的成分及厌氧发酵沼气产量。研究结果表明:刈割时间对原料成分有较大的影响,原料中C质量分数、碳氮比,干物质(TS)、挥发性固体物(VS)和木质素的质量分数随着刈割时间的延长呈升高的趋势。杂交狼尾草在单位土地面积上的干物质产量随刈割时间的延长先增加而后降低,其中生长128d时刈割干物质产量最高,可达15.01t/hm2。原料的产气率也随刈割时间的延长先升高而后降低,其中生长60d的杂交狼尾草的产气性能最高,其挥发性固体物的产气率和产甲烷率分别为0.68、0.37L/g。综合干物质产量和原料产气率,杂交狼尾草在不同刈割时间下单位面积土地上的生物质量可产沼气量为848.07~6279.73m3/hm2,相应的年产能为165.49~292.66GJ, 可见杂交狼尾草是一种有潜力的厌氧发酵原料。
2014, 45(1):162-167. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.026
摘要:以柔性叶片能量转换装置为研究对象,在风洞闭口实验段,应用PIV技术测试弯曲叶片附面层速度场,通过速度场分析,得到弯曲叶片几何结构对附面层的流动分离和旋涡运动的规律。叶片的弯曲变形可以减少前层叶片吸力面附面层内的低能流体向空间扩散的范围,因此有助于减少附面层附近因流动分离而产生的升力损失;但对于后层叶片吸力面,由叶片弯曲带来的动态失速涡范围扩大会加剧流场的不稳定性。通过弯曲叶片流场PIV实验,可以指导柔性叶片的选材和设计,为提高叶轮的能量转换效率和运行稳定性提供可靠的实验依据。
朱松明 , 苏光明 , 王春芳 , 詹耀 , 胡菲菲 , 于勇
2014, 45(1):168-177. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.027
摘要:超高压技术的优势越来越受到国内外从事农产品加工研究者的认可。与果蔬产品相比,超高压技术在水产品中的研究与应用还较为薄弱。随着对超高压技术功效认识的不断深入,该技术在水产品中能发挥的作用越来越受到关注。基于近十多年来的综合调研,就超高压在水产品杀菌、保鲜、快速冷冻和解冻、脱壳、活性物质提取和物质改性等方面的研究进行阐述,深入分析各方面研究结果的意义、应用价值和前景,并对进一步开展相关研究的关键技术和主要方向进行了探究。
胡菲菲 , 朱瑞 , 杨楠 , 于勇 , 和劲松 , 朱松明
2014, 45(1):178-183,190. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.028
摘要:以鲜榨胡萝卜汁为原料,利用脑心浸液琼脂和紫红胆盐琼脂两种培养基,分别研究了脉冲式超高压(300~600MPa,1~4个脉冲)对大肠杆菌的致死和致伤效应,并获得了脉冲式超高压对大肠杆菌的杀菌动力学特性。研究结果表明,随着处理压力的升高和脉冲数的增加,大肠杆菌的致伤和致死效果均显著增强。且当压力在400MPa以上时,增加脉冲次数的杀菌效果更为明显。500MPa处理2个脉冲和600MPa处理1个脉冲即可将胡萝卜汁中7.8个数量级浓度的大肠杆菌全部致死。此外,脉冲式超高压处理对胡萝卜汁中大肠杆菌的致伤和致死效果均符合一级动力学。通过建模分析表明,对致死效果而言,300、350和400MPa下每3.95、1.76和0.83个脉冲可使大肠杆菌的检出量下降一个数量级,而要达到相同致死效果,并使脉冲数下降一个数量级所需要提高的压力为229MPa;对致伤效果而言,300、350和400MPa下每1.68、1.26和0.48个脉冲可使大肠杆菌的检出量下降一个数量级,而要达到相同致伤效果,并使脉冲数下降一个数量级所需要提高的压力为206MPa。
2014, 45(1):184-190. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.029
摘要:基于静电吸附原理和酶促交联原理,分别采用静电自组装与酶促交联技术对β-胡萝卜素乳液进行界面改性,将甜菜果胶层吸附于蛋白乳液界面。结果表明,以乳清分离蛋白(WPI)作为乳化剂,果胶质量分数为0.15% 时,可以制备出两种改性β-胡萝卜素乳液。尽管改性乳液的粒径明显大于原乳液,但是,消化后β-胡萝卜素的生物有效率明显低于原乳液,表明改性后的β-胡萝卜素乳液具有一定的缓释功能。并且,果胶间以酶促交联形式存在的改性乳液受pH值的影响更小,缓释效果更突出。
2014, 45(1):191-196,202. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.030
摘要:为研究宰后牦牛肉成熟过程中前驱肱三头肌(TB)、中部背最长肌(ML)、后驱半膜肌(SM)的剪切力、肌原小片化指数及细胞凋亡酶(caspase)的变化趋势,选取24头甘南黑牦牛进行屠宰,于0~4℃、风速0.5m/s条件下成熟,在宰后成熟过程中的不同时间点(0.5h、2h、5h、10h、1d、2d、3d、4d、5d、6d、7d)进行剪切力、肌原纤维小片化指数和caspase-3、caspase-8、 caspase-9活力测定。宰后7d,TB、 ML和SM 3个不同部位肉的剪切力值分别下降了35.6%、27.4%、33.5%;肌原小片化指数值分别升高了69.7%、65.7 %、63.0%。TB和SM在宰后1d caspase-3活力达到最高值(P<0.001),ML则在宰后10h后达到活力最高值。TB和ML在宰后5h达到caspase-8活力最高值(P<0.001),比ML提前达到caspases-8活力最高值。宰后5h后caspase-9活力显著高于宰后0.5h(P<0.001),且ML和SM的caspase-9活力达到最高值,而TB的caspase-9在宰后10h后达到最高值,是其初始值的2.39倍;3个不同部位肉的caspase-3与caspase-8活力分别与剪切力和肌原小片化指数呈显著相关性(P<0.01),caspase-3活力与caspase-8和caspase-9活力相互之间都呈显著相关性(P<0.05)。结果表明:宰后成熟过程使牦牛肉的剪切力降低、肌原小片化指数提高,率先激发caspase-8、caspase-9活力,同时活化了caspase-3,破坏肌原纤维结构,降解细胞骨架蛋白,从而提高牦牛肉的嫩度。
2014, 45(1):197-202. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.031
摘要:采用全自动微生物生长曲线分析仪Bioscreen测定分离自腐败冷却猪肉的铜绿假单胞菌在不同温度(25~40℃)、pH值(5.0~7.5)、乳酸钠质量浓度(0~0.035g/mL)影响下的生长曲线。基于最小二乘法运用Matlab软件中的fminsearch函数拟合铜绿假单胞菌迟滞期关于温度、pH值和乳酸钠质量浓度的主参数模型,经参数估计求得铜绿假单胞菌的最低生长温度、最适生长温度、最高生长温度、最低生长pH值、最适生长pH值、最高生长pH值、乳酸钠的最小抑菌浓度,进而通过10组随机数据进行验证。结果表明,构建的主参数模型能较好预测铜绿假单胞菌的相关生长参数,决定系数R2为0.9291,偏差因子Bf为1.0975,准确因子Af为1.3936,平方根误差为1.5989。验证组的决定系数R2为0.8546,偏差因子Bf为1.1225,准确因子Af为1.2117,都在可接受的范围内。
2014, 45(1):203-208. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.032
摘要:选择Pearson相关系数筛选出与红葡萄酒各理化指标相关性较强的酿酒红葡萄理化指标,用逐步回归法建立回归方程确定了它们之间的数量关系。同时,采用多元核支持向量机对红葡萄酒样品进行分类,所分类别与人工口感评分所分类别基本相符,正确率达到91.89%,结论表明酿酒红葡萄和红葡萄酒的理化指标能很好地确定葡萄酒的口感评价。
王周利 , 伍小红 , 岳田利 , 张楠 , 郭彩霞 , 袁亚宏
2014, 45(1):209-213,221. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.033
摘要:为了改善苹果酒的澄清度和稳定性,采用超滤技术进行澄清。在单因素试验的基础上,采用Box-Behnken响应曲面法对影响苹果酒超滤的关键因素操作压力、温度和进料流速进行优化探讨。结果表明:3个因素对苹果酒澄清的影响大小依次为温度、操作压力、流速;澄清苹果酒最佳工艺条件为压力0.7MPa,温度24℃,进料流速5.6mL/min。超滤处理后,苹果酒的透光率为98.72%,膜通量为14.38L/(m2·h),原酒的固有滋味和品质得到了较好保留。
2014, 45(1):214-221. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.034
摘要:采用静态称量法研究了雪莲果(包括纯雪莲果粉(YP)和按总固形物含量比例为1〖DK〗∶1添加麦芽糊精(MD)的雪莲果粉(YP-MD))在温度15、25、35℃时的吸附等温线;采用7种常用数学模型拟合试验数据,得到用于描述雪莲果吸附特性的最适模型;探讨了雪莲果的热力学性质(如净等量吸附热、微分熵、熵焓互补和扩张压力)及添加MD对雪莲果水分吸附特性和热力学性质的影响。结果表明,雪莲果水分吸附特性为Ⅲ型等温线,GAB模型为描述雪莲果水分吸附特性的最适模型。YP和YP-MD的平衡含水率随着水分活度aw的增加而增加。添加MD降低了雪莲果的单分子含水率M0。温度15~35℃时,YP和YP-MD的M0范围分别为15.04%~9.04%和8.80%~5.91%。雪莲果的净等量吸附热qst和微分熵Sd随着含水率的增加而降低,YP和YP-MD的含水率由6.33%增加至75.29%时,其qst分别由67.44kJ/mol和66.17kJ/mol降低至62.23kJ/mol和62.12kJ/mol,YP的Sd总高于YP-MD。雪莲果的扩张压力随着aw的增加而升高,随着温度的升高而降低;而在相同aw和温度下,YP的扩张压力总高于YP-MD。YP和YP-MD的水分吸附过程均为熵驱动。
2014, 45(1):222-227,235. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.035
摘要:通过含水率试验拟合,比较了荔枝红外干燥过程各果含水率变化的均匀性,应用Image-Pro、SPSS软件,分析对比了干燥不同时刻荔枝果壳孔隙率均值差异及分形维数变化,由相对色差测定,研究了果壳表面色变过程。结果表明:荔枝红外干燥,各果含水率变化过程不均。初始质量较小果,含水率变化速率较大;随干燥时间增加,各果含水率变化速率减小,后期差距加大;干燥不同时刻果壳孔隙率随含水率降低显著性变化,其均值由0.519降至0.381、0.276、0.184,但分形维数由1.486升至1.674、1.708、1.800。荔枝红外干燥各果壳表面,初始DL、Db值变化大,后期变化小。
2014, 45(1):228-235. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.036
摘要:为解决冷藏运输车厢内温度场分布不均匀直接导致杨梅等特色水果营养成分和品质变差等问题,通过正交试验法优化设计,引入温度场均匀性评价指标,分析了气流循环风机转速、匀流板孔隙率和货框垂直间距等因素对冷藏运输车厢内温度场的影响。结果表明:风机转速越高,温度场均匀性越好,厢内的最高温度基本不变;孔隙率越小,温度场均匀性越好,孔隙率0.1时厢内最高温度最低;在一定范围内垂直间距越小,最高温度越低,均匀性也越好。针对温度场中存在的“高峰”区域,基于场协同原理设计了冷藏运输厢体结构,通过调节右侧回风口处气帘风机的方向实现了均匀性控制。
2014, 45(1):236-245. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.037
摘要:基于弱约束的四维变分方法和陆面过程模式发展了一个地表温度的陆面数据同化系统。本文反演了地球静止业务环境卫星(Geostationary operational environmental satellite, GOES)的地表温度,并将反演的地表温度同化入陆面过程模式,改进陆面过程模式中地表水热通量的估算精度。以弱约束的变分方法通过在代价函数中增加弱约束项代替陆面过程模式动力方程组中存在的模式误差,构建新的代价函数并对其优化,从而改善模式中显热与潜热的估算精度。将GOES地表温度与实测地表温度进行比较,其均方根误差(RMSE)作为试验中的观测误差。选择美国通量网AmeriFlux 中2个主要农业站点的气象和通量数据作为试验数据,对同化系统进行驱动和验证。结果表明同化后的地表温度、潜/显热估算精度均有提高。其中,各站地表温度RMSE平均仅为1K,显热通量平均RMSE下降22W/m2,潜热通量平均RMSE下降26W/m2。因此结合陆面过程模式的弱约束变分方法同化GOES反演温度产品估算近地表水热通量的方法是有效且可行的。
2014, 45(1):246-252. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.038
摘要:由于地表复杂性和气候环境等因素影响,针对采用遥感指标进行旱情监测具有一定局限性,利用EOS/MODIS数据建立遥感旱情监测指标——温度植被干旱指数(TVDI),结合地面气象因子的降水量距平指数(PPAI),构建线性加权形式的综合干旱监测指数(IMDI),应用该指数和TVDI指数在2010年4月中旬和2011年4月下旬对武陵山区进行了干旱监测试验研究,通过与10cm深度土壤水分拟合及标准化降水指数(SPI)关系对比分析,认为IMDI和TVDI能够进行该区域的干旱监测,IMDI较TVDI更具稳定性,而SPI在干旱发生时易加重旱情判定结果。
赵燕东 , 荣斐 , 刘圣波 , Martin Kraft , 齐建东
2014, 45(1):253-258,245. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.039
摘要:在基于激光斜射测距原理的3D扫描装置实时获取的植株3D图像中,提取二维傅里叶(2DFT)谱中直流分量作为萎蔫指数来定量研究植物的萎蔫程度,采用西葫芦、葫芦、南瓜及秋葵4种植物的嫩叶期体态变化检验了二维傅里叶萎蔫指数与萎蔫程度的相关性,结果表明:二维傅里叶谱的直流分量(萎蔫指数)与萎蔫程度具有较好的相关性,R2达到0.82以上。在此基础上,运用SPSS软件建立了二维傅里叶谱叶片萎蔫指数与环境饱和水气压差及光合有效辐射系数的多元线性回归统计模型,可作为亏水胁迫程度的定量化指标。
2014, 45(1):259-265. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.040
摘要:针对目前我国水产养殖规模越来越大,种类越来越丰富,传统养殖方式已不能满足要求的现状,将RFID与无线传感网络技术相结合应用到水产养殖领域,提出了基于RFID与无线传感网络的水产品智能化养殖监控系统的架构及应用实施方案。根据水产品养殖基本流程,对水产品养殖环节的生长环境进行分析,总结影响水产品生长的环境因素并确定出进行水产品高密度养殖的最佳环境,从而实现环境资源的充分利用。通过现场试验,验证了该系统的数据检测与传输误差、闭环控制精度、反应速度等性能均达到了实际项目的需要,试验结果表明温度误差在±0.5℃范围内,溶氧量误差在±0.3mg/L范围内,pH值误差在±0.3范围内,系统传输数据的正确率在98%以上。
温长吉 , 王生生 , 赵昕 , 王忞 , 马丽 , 刘依婷
2014, 45(1):266-274. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.041
摘要:母牛活动方式及规律的信息获取是特定阶段进行必要人工干预的重要判据之一, 针对已有通过外置传感器获取信息手段的局限性,提出一种改进时空局部二值模式用于特征描述,构建视觉词典实现对视频中母牛基本行为的识别,并最终通过统计产前特定基本行为发生频次来揭示临产期规律。试验表明所提方法对90组规定视角下母牛产前行走、侧卧和回望等典型行为的平均正确识别率约为94.6%;对30组水平随机视角下拍摄的上述3种行为平均正确识别率约为88.3%。通过采集母牛临产期分娩前后约13h的视频,提出的算法识别母牛平均执行回望和侧卧的频次依次为30次和21.2次,行为发生频次体现为前低后高,在分娩前回望频次达到峰值8.8次,侧卧频次明显减低为2.2次。试验结果证明,视觉词典法能实现对母牛产期行为的识别与规律的量化描述。
2014, 45(1):275-280. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.042
摘要:基于Android手机平台构建了一种植物叶片面积快速无损测量系统。获取包含被测植物叶片与已知面积的参照物图像,经图像灰度化、图像平滑、图像二值化、图像几何校正和连通区域标记等处理,根据参照物和被测植物叶片面积比得到植物叶片的面积。基于Android编程技术对系统的功能和界面进行了设计,对图像的几何失真问题提出了几何校正方法。以三叶草、木槿、腊梅、枫树、银杏、樱花等多种植物叶片为对象进行面积测量。试验结果表明,系统不受叶片形状的限制,面积测量的相对误差在-2.9%~2.7%,能够有效测量植物叶片面积。
2014, 45(1):281-287. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.043
摘要:为了实现花菇的自动分选,设计了一种基于机器视觉的花菇分选系统,并提出了相应的算法。针对花菇分选中花菇的菇柄长度、形状类别和菌盖面积这3个重要分选指标,提出了一种曲线结构特征分析的分选方法。跟踪花菇边界并计算曲率,根据边界上点运动变化模式判断曲线凹凸性,利用曲线类半径识别并定位菇柄的位置。使用极坐标意义下的线性插值重建去除菇柄的菌盖边界曲线,在重建曲线基础上提取9种形状特征参数和1个大小特征参数,利用主成分分析法从9个形状参数中提取相应的3个主分量,以这3个主分量作为输入,构建K近邻分类器作为形状分选模型。结合花菇的菇柄识别情况、形状等级和大小等级共同判定花菇的最终等级。试验表明,菇柄识别正确率为91.4%,且菇柄识别能显著提高形状分选的准确率,最终形状分选正确识别率可达95.6%,花菇等级分选正确率为92.2%。
汤一平 , 夏少杰 , 冯亦军 , 陈新峰 , 朱治亮 , 李陈荣
2014, 45(1):288-292,280. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.044
摘要:利用摄像机前放置多枚平面镜组成的对称斗型腔体构成以物为中心的单目多视角摄像装置,在摄像机投影平面上直接获取从不同视角拍摄的珍珠表面图像;然后对不同视角的珍珠表面图像进行处理,获得反映珍珠品质的各种特征值;最后用特征融合的方式判定珍珠的品质。实验结果表明,设计的基于单目多视角机器视觉装置能保证在一个统一的颜色系统中一次获得珍珠整个球体表面的图像,实时完成珍珠的大小、形状、光泽、瑕疵和颜色等外观品质指标的视觉检测与分类。
窦玉超 , 姚建涛 , 高思慧 , 韩兴 , 刘晓飞 , 赵永生
2014, 45(1):293-300. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.045
摘要:冗余驱动可有效降低并联机构的最大瞬时驱动力,提高其承载能力,然而驱动力协调分配不当或冗余驱动力控制误差过大不仅使上述功能无法实现,甚至产生过大内力而对机构造成破坏。为此,以冗余驱动6PUS〖CD*2〗UPU并联机器人为例,对驱动分支、约束分支和动平台的速度、加速度进行分析,引入偏速度和偏角速度,使用Kane方法建立系统的动力学方程。提出以最小化最大瞬时驱动力为目标,使用加权最小二乘法对驱动力进行协调分配,通过数值算例获得给定运动轨迹情况下各分支驱动力。采用DSP控制器和运动控制器相结合的方式提高驱动力协调分配的实时性,实现对冗余驱动力的控制。实验结果表明:在冗余驱动力作用下,瞬时最大驱动力明显降低,且驱动力分配更加均衡,证明了所提出的驱动力协调分配方法和冗余驱动力控制策略的有效性。
2014, 45(1):301-305. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.046
摘要:为了在机构中实施内力控制,提出了一种基于功率优化的驱动力分配策略。首先,提出一种冗余平面并联机器人运动学和动力学分析的方法。用螺旋理论推导了机构雅可比矩阵,基于牛顿〖CD*2〗欧拉公式计算主元点的惯性力螺旋,用虚功原理构建动力学公式。然后,基于力优化,分别分析了4〖CD*2〗RRR机构和3〖CD*2〗RRR机构的驱动力,比较结果表明4〖CD*2〗RRR的驱动力峰值有所下降。最后,基于功率优化,对4〖CD*2〗RRR的内力和驱动力进行优化,得到了机构内力和驱动力的变化规律。
2014, 45(1):306-312. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.047
摘要:为了实现复合桥式微动平台的精确运动,提出一种基于其动态特性的优化模型并对其结构参数进行优化。采用虚功原理推导出平台的运动、刚度和强度特性模型。采用伪刚体法和Lagrange方程建立平台的动态特性模型。建立的所有模型是以结构参数为变量的封闭形式,为平台优化设计提供理论模型。由理论模型与有限元分析的结果比较分析可知,两者所得的结果误差范围为6.0%~9.3%,表明所推导出的特性模型的正确性和精确性。根据固有频率和放大倍数封闭形式的模型,分析其对结构参数的灵敏度,由此选出对平台动态特性影响较大的优化设计变量。提出一种以平台的动态特性固有频率和放大倍数为目标,铰链强度、输入刚度和几何尺寸为约束的优化模型。结果表明优化后的平台能获得更大的固有频率和放大倍数,说明方案能满足其优化设计要求。
贵忠东 , 丁凡 , 袁野 , 李佑策 , 刘硕 , 满在朋
2014, 45(1):313-320,300. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.048
摘要:提出一种新型加载试验台,可以完全模拟变螺距螺旋桨(CPP)在水中旋转时对桨毂机构产生的各种载荷力和力矩。CPP在不同转速、螺距和航速下所产生的推力、旋转阻力、离心力以及转叶扭矩,可通过多通道电液力(力矩)伺服控制系统,按照相应的载荷谱对桨毂机构实施加载,还可完成静态、动态以及脉动激振载荷力和力矩等加载试验。该加载系统采用立式结构,以大质量圆盘作为基座,被加载桨毂倒立安置在圆盘基座中心。对加载试验装置的关键结构件进行了有限元分析,并对电液伺服加载系统进行频率响应特性仿真分析。试验证明该加载系统能够满足各项加载试验要求。
2014, 45(1):321-327. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.049
摘要:异型分压节流槽在分散节流阀口压降集中,减小阀口空化剧烈程度方面具有非常重要的意义。通过分析U型和V型分压节流阀口各自通流截面的水力直径Dh,得出了U型节流槽和V型节流槽通流能力方面的差异。通过两种节流槽节流特性的研究发现:对于U型节流槽,当处于较大阀口开度时,其通流能力受到限制,会出现通流性能饱和现象;而对于V型节流槽,其水力直径Dh与阀口开度X具有较好线性关系,并且其流量可控性要好于U型节流槽。另外从异型节流阀口的特点出发,推导了适用于分压节流阀口的空化特性计算公式,并在此基础上发现当阀口体积流量Q方向相反时,在阀口过流截面上的空化特性是有差异的;当液流体积流量Q从较大过流截面A1流向相对较小的过流截面A2时,在节流主要截面A2附近的空化指数σ要明显大于当体积流量翻转时在A2附近的空化指数;并从理论上解释了该现象的产生原因。
2014, 45(1):328-334,340. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.050
摘要:分析了蜂群进化机制给产品配置带来的启示,提出了基于蜂群进化机制的产品配置模型;采用新定制产品与历史实例的需求相似度评价实现选择算子,确定蜂王和雄蜂;通过构件遍历实现交叉算子,完成蜂王和雄蜂的构件继承;提出了约束有向图的概念,探讨了基于约束有向图拓扑排序算法的变异算子,解决定制件的差异性配置问题;通过构造评价基元,实现对产品配置结果的适应度评价。以桥式起重机产品配置为例,证明了所提方法的有效性和先进性。
曹鋆汇 , 付文智 , 李明哲 , 刘纯国 , 苏世忠 , Pham D T
2014, 45(1):335-340. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.051
摘要:提出了用于热塑性聚合物板材的柔性成形技术——多点热成形技术。根据高温单向拉伸试验数据确定了不同温度下聚碳酸酯(PC)板材的超弹性材料模型参数。运用有限元软件Abaqus对不同温度和不同成形压力下的PC板材多点热成形过程进行了数值模拟,结果表明:当成形温度与成形压力分别为160℃和10kPa时,成形件平均形状误差最小。参照数值模拟结果进行了PC板材的多点热成形试验,验证了数值模拟结果的准确性。测量并分析了成形件的成形精度,结果表明:成形件具有较高的成形精度,可以满足工程应用需要。
2014, 45(1):341-345. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.01.052
摘要:测量了猪笼草内表面各部位的接触角,发现超滑区疏水,最大接触角(150±2)°;超滑区和消化区有明显的浸润分界线;消化区亲水,最低接触角(16±2)°。研究发现超滑区呈微米级新月形、纳米级片状的复合结构,消化区呈微米级凹坑、网状褶皱的复合结构。结合化学处理和直接复制成形分析了内表面微结构和成分对浸润性的影响。结果表明超滑区的纳米级片状、网状蜡质结构对其超疏水特性起决定作用,消化区的接近超亲水特性主要与其表面物质成分有关,两个区域浸润性的大跨度变化是化学组成和表面形貌共同作用的结果。
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