农业机械学报杂志

农业机械学报杂志2018年第9期

• 玉米播种与测控技术研究进展

  苑严伟,白慧娟,方宪法,王德成,周利明,牛 康?

  目前，我国玉米播种作业处于机械化水平较高、智能化水平较低的状态，主要表现为“播种机是播种的主体，而人是播种质量监控的主体”。要改变这一模式，必须在播种作业中充分采用智能化技术，最大程度代替人的作用。玉米播种包括排种、投种、着床3个过程，本文围绕这一过程，阐述了玉米播种与测控技术的工作原理、技术特点及发展动态。在分析归纳各项播种技术优缺点的基础上，对比国内外玉米精密播种技术的发展现状、差距，并结合精准农业背景下对玉米播种技术提出的要求，展望了我国玉米播种技术的发展趋势。

• 移动机器人低能耗最优路径规划方法

  张浩杰,苏治宝,HERNANDEZ D E,苏 波

  在移动机器人路径规划中需要考虑距离约束和时间约束，同时，为了使机器人在能量补给不足的情况下更高效地执行更多的任务，降低运动过程中的能耗变得尤为重要。兼顾考虑机器人对降低能耗和路径规划效率两方面的需求，本文提出了一种基于改进AD?*（Anytime dynamic A?*）算法的移动机器人低能耗最优路径规划方法。首先，通过构建机器人动力学模型及其在运动过程中的能耗模型，实现对路径的能耗计算。结合机器人运动学模型，采用基于采样的模型预测算法（Sample based model predictive optimization，SBMPO）生成优化轨迹簇。然后，改进AD?*算法，将距离成本和能耗成本融入搜索节点的评估函数，根据轨迹簇中的节点连接关系和环境地图进行在线规划，以获得能耗最优的路径。最后，通过设计仿真测试场景，将所提出的能耗最优路径规划方法与距离最优规划方法进行规划结果对比，验证了算法的有效性。

• 基于半监督主动学习的菊花表型分类研究

  袁培森,任守纲,翟肇裕,徐焕良

  鉴于人工和专家分类模式的局限性，基于表型的菊花分类存在效率低下的问题。本文采用基于半监督主动学习技术，在已分类菊花数据的基础上，利用未标号菊花样本数据提供的信息，建立了菊花表型分类模型，提升了分类质量和效率。该模型可以不依赖外界交互，利用未标号样本来自动提升菊花分类的质量。为了训练学习模型，本文收集了菊花的表型特征数据，标注了菊花表型类别，并研究了菊花分类属性特征的编码技术。在此数据集上，采用基于图标号传播的半监督学习技术对未标号的菊花数据进行建模，为了提升半监督分类的有效性，在标号传播的基础上使用主动学习技术，采用熵最大策略来选择难以识别的样本，以改进分类质量。在该数据集上进行了试验验证，并进行了试验对比和分析，试验结果表明，本文方法能够较好地利用未标号菊花样本提升分类的精度，随着标号百分比从6.25%升至23%，识别精度达到0.7以上，标号百分比在81.25%时，平均识别精度和召回率分别达到0.91和0.88。

• 基于动态多特征变量的黄羽肉鸡跛行状态定量评价方法

  沈明霞,李嘉位,陆明洲,刘龙申,孙玉文,李 泊

  肉鸡步态是肉鸡健康状态的重要表征，为实现黄羽肉鸡跛行步态的无损自动化快速分类识别，提出了一种基于多特征变量的肉鸡跛行定量评价方法。该方法从步态视频中提取肉鸡的速度、步幅、步幅差、步频、投影面积参数，拟合得出速度、步幅与投影面积具有相关性（决定系数分别为0.805?1、0.793?5），据此定义肉鸡动态理想参数与异常指数，基于C45决策树模型，以速度异常指数、步幅异常指数、步幅差异常指数为分类特征，根据鸟类步态评分标准将肉鸡分为GS0~GS4五类，实现对肉鸡跛行状态进行预警和判别。实验结果表明：该模型针对GS0~GS4分类准确率依次为：66%、71%、74%、98%、95%，整体准确率为78%。该模型可作为早期跛行的检测工具，为养殖自动化的实现和动物福利产业的升级提供支持。

• 玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

  高文英,林 静,李宝筏,马 铁

  在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中，通过秸秆深埋还田的方法，打破犁底层，在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时，解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题，对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题，对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析，确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标，以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素，进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明：螺旋开沟器的最佳工作参数组合为：前进速度1.04?m/s、开沟器转速275?r/min、开沟深度28.5?cm。在最优参数组合下，田间试验验证表明：秸秆深埋率的均值为92.03%，开沟功耗均值为?17.7?kW，?机组直线行驶最大偏移量为74?mm，满足玉米秸秆深埋还田技术要求。

• 基于五杆机构的丹参膜上移栽机构设计与试验

  徐高伟,刘宏新,荐世春,史 嵩,何腾飞

  针对丹参人工移栽作业效率和质量较低、劳动强度较大、现有膜上移栽机不适合丹参裸苗移栽等问题，为保证丹参裸苗机械化移栽立苗率，结合“丹参大垄双行覆膜高效生产技术”提出的农艺要求，设计了一种五杆式丹参移栽机构，在建立五杆机构的工况约束条件和自由运动约束条件的基础上，结合机构运动学模型利用Matlab建立人机交互可视化辅助界面；借助辅助界面研究栽植器端点的区域轨迹分布特性和机构参数对栽植器端点运动轨迹的影响规律，根据机构运动轨迹要求，通过数值循环比较得到满足丹参膜上移栽要求的五杆机构各构件参数；运用LA-S系列植物图像分析系统测量丹参植株形态的特征参数并根据特征参数设计鸭嘴栽植器各参数。样机试验结果表明：基于五杆机构的丹参膜上移栽机构在满足丹参移栽农艺要求的同时能保证丹参裸苗移栽的大升程轨迹、立苗率要求和作业质量，丹参移栽机构的立苗合格率为97.3%、立苗优良率为94.0%、漏栽率为2.5%、株距变异系数为6.5%、栽植深度合格率为94.6%。

• 玉米分层正位穴施肥精播机SPH仿真与试验

  张俊雄,刘华猛,高 金,蔺泽虹,陈 英

  为了有效地将化肥集中施在玉米植株下方根系生长的区域内，以减少化肥用量，设计了一种玉米分层正位穴施肥精播机。在对穴施肥精播机进行实体建模的基础上，结合MAT147土壤材料模型与SPH（光滑粒子流体动力学）算法，运用LS-DYNA模拟并分析了穴施肥系统的间歇排肥机构的落肥状态，以及分层排肥管将化肥施入土壤之后的分布情况。通过土槽和田间试验验证，表明分层正位穴施肥精播机能够精确地将所需化肥按预定比例施入不同深度土层中，化肥分布于种子正下方深度为7~23?cm的土层内，化肥集中在最深施肥层中，并且化肥分布由深至浅依次递减，符合玉米生长过程中的实际需肥规律。

• 复合切削式烟草中耕培土机设计与试验

  张秀丽,仝振伟,李连豪,李拥军,侯朝朋,夏云飞

  为提高烟草大田中耕培土作业质量和效率，设计了复合切削式烟草中耕培土机。对样机关键部件进行了分析与设计，阐明了复合切削原理，确定了液压传动系统、垄距调节装置、垄形坡度调节装置、垄底宽调节装置结构及工作参数，同时分析了复合切削式培土总成进行培土作业的工作过程，得到满足培土作业的螺旋培土刀的最低转速和几何参数等。田间试验结果表明，当作业速度为2.5～3.2?km/h时，碎土率为90%，培土厚度合格率为95%，培土垄形坡度合格率为93%，培土高度为400?mm，沟面宽度为750?mm，满足设计和实际作业要求。

• 颗粒肥料离散元仿真边界参数系统化研究

  刘彩玲,魏 丹,宋建农,黎艳妮,都 鑫,张福印

  离散元边界参数对仿真精确性具有重要的影响。为提高离散元仿真精度，以大颗粒尿素颗粒为研究对象，利用Plackett-Burman休止角仿真试验进行了重要边界参数的筛选，确定影响显著的参数依次为尿素颗粒间滚动摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒与ABS板间静摩擦因数，且3种边界参数影响尿素颗粒堆积特性，休止角随着3种边界参数的增大而增大。利用自制静摩擦因数测量仪和虚拟仿真标定方法分别对颗粒与ABS板间的静摩擦因数、颗粒间静摩擦因数和颗粒间滚动摩擦因数进行研究，并对确定值进行了堆积过程的仿真和试验验证，仿真休止角与实际试验休止角相对误差仅为0.36%，不同含水率下的实际试验休止角与标定参数下的仿真休止角相对误差均不大于3.25%，表明仿真确定的边界参数和仿真模型的有效性。

• 甘蔗收获机切段装置设计与试验

  刘芳建,杨学军,方宪法,刘赟东,吴俭敏,赵金辉

  针对甘蔗收获机切段装置存在的切段机理理论缺乏、切段损失大、对切段装置要求多样化等现状，对比分析了切段装置前置式、中置式、后置式3种形式的收获流程，并基于对前置切段式结构的理论分析，推导前置切段式切段长度的经验公式，设计了切段装置试验台和切段装置前置式收获机割台。进行了切段过程高速摄影试验，获知蔗段在切段过程中的运动规律、蔗叶与蔗茎的分离形式、断口糖分损失的主要形式及原因，通过田间正交试验确定了影响蔗段合格率因素主次顺序为：交错深度、行驶速度、切段辊转速，当交错深度为4?mm,行驶速度为2?km/h,切段辊转速为300?r/min时，割台蔗茎合格率达到93%。通过统计学分析计算，得出了长度系数为0.7，其长度分布近似符合正态分布规律。

• 柔性差速带式单株大豆脱粒装置设计与试验

  陈海涛,滕宇娇,王业成,史乃煜,王 星

  针对育种单株大豆脱粒过程中的大豆籽粒混杂和机械损伤等问题，设计了一种柔性差速带式单株大豆脱粒机的脱粒装置。为寻求脱粒装置的结构与工作参数对其性能的影响规律和最优参数组合，采用4因素5水平二次回归正交旋转中心组合试验方法，以脱粒间隙、上下带速度差、下带速度和脱粒行程为影响因素，〖JP2〗以大豆籽粒的未脱净率、夹带损失率、破碎率和平均生产率为评价指标，对其进行优化试验研究。结果表明：对于籽粒含水率16%～18%的收获期大豆种子，当脱粒间隙7.55～13.00?mm、上下带速度差0.59～0.70?m/s、下带速度0.84?m/s、脱粒行程660?mm时，脱粒装置的未脱净率低于1.2%、夹带损失率低于0.9%、破碎率低于0.8%、平均生产率高于35?kg/h。

• 残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机设计与试验

  孙 伟,王虎存,赵武云,张 华,刘小龙,吴建民

  针对西北黄土高原旱区地膜全域覆盖、种行覆土垄播马铃薯机械化收获易堵塞、分离效果差、可靠性低、残膜污染等问题，设计了残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机，一次性完成排堵挖掘、薯土分离、薯膜分离、集薯铺条、膜秧分离和残膜回收等工序。通过理论分析和数值仿真，对仿生挖掘装置、曲柄摇杆防堵机构、薯土分离装置、薯膜分离装置、膜秧分离及残膜回收装置等关键部件进行解析和结构优化，确定了性能参数。田间试验表明：明薯率为97.4%，伤薯率为1.3%，破皮率为1.8%，残膜回收率为87.5%，生产率为0.17?hm2?/h，各项指标均满足国家及行业标准要求。

• 电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器设计与试验

  饶洪辉,张立勇,黄登昇,陈 斌,刘木华

  油茶果机械化采摘是目前亟待解决的难题，其中花苞损伤又成为机械采摘难以克服的问题。设计了一种电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器，分析了胶辊机构采摘油茶果的过程和原理，得到了油茶果碰撞脱落的临界条件。通过对采摘头回转架组件参数设计，确定了回转架组件上对辊间距有效调节范围为20～65?mm，初步拟定回转架转速范围为20～40?r/min。在江西农业大学油茶林进行了油茶果采摘试验，并对电动胶辊旋转式油茶果采摘执行器作业中油茶花苞损伤进行了研究。结果表明：当胶辊直径为30?mm，间距为25?mm，胶辊旋转速度为30?r/min，胶辊线速度为0.833?m/s时，直径大于25?mm的油茶果能全部被采摘，漏采率为13.6%，且未开的花苞未见明显损伤。

• 猪舍轨道式自动送料系统设计与试验

  庞昌乐,程 进,张东旭,陈 刚

  针对现有绞龙和塞盘等管道式输送粉状饲料方式存在残留量不易清理、送料量计量困难等问题，设计了一种由称量平台、送料车、平移轨道、高架轨道和控制系统组成的饲料自动输送系统。通过研究在送料车遍巡舍内圈栏位的基础上舍内圈栏与目标巡航时间的关系，确定送料车和轨道等硬件设计方案以及技术参数，结合称量传感器负反馈控制方法，设计WiFi无线控制系统，实现送料车装料和卸料的自动巡航控制，称量平台自动计量装料量，以及平移轨道机构对接称量平台与舍内双列圈栏轨道。以粉状饲料作为试验材料在中国农业大学上庄试验站进行了现场试验，结果表明：称量系统测量值与实际测量值的相对标准偏差平均值之差小于1%，系统测量值的最大相对标准偏差小于2.5%，满足精确供料要求；自动控制系统能够控制送料车按设计要求完成装料、巡航送料和卸料，具有实际应用价值。

• 基于人工神经网络的管道泵进水流道性能优化

  裴 吉,甘星城,王文杰,袁寿其,唐亚静

  立式管道泵是一种具有进口弯管的单级单吸离心泵，常被应用于安装空间受限的地方。由于进口的特殊结构，该泵不可避免地产生了一定程度的能量损失，从而降低了整体的效率。为了提高管道泵的性能，基于人工神经网络进行了肘形进水流道的优化研究。进水流道的形状可由流道中线和各截面的形状控制，选择五阶贝塞尔曲线拟合流道中线，三阶贝塞尔曲线拟合截面控制参数沿流道中线的变化趋势。考虑到泵实际安装需求，选取进水流道的11个参数为优化变量，泵效率为优化目标。采用拉丁方试验设计方法设计了149个进水流道方案，应用人工神经网络建立了泵效率与11个设计变量间的高精度非线性数学表达式，采用粒子群算法对数学表达式进行了优化，得到了肘形进水流道的最优参数组合。研究结果表明：计算结果与试验结果在小流量和设计流量下呈现出很好的一致性；人工神经网络（ANN）能够准确反映泵效率和设计变量之间的关系，优化后预测值与计算值之间的偏差为0.32%；优化后的模型相对于原始模型效率提高了1.17个百分点，扬程提高了0.23?m，高效运行区得到拓宽；相比于原始进口管，优化后进口管内流动得到改善。

• 立式管道泵流动噪声特性与仿生降噪研究

  张金凤,贾 静,胡日新,王 洋,曹璞钰

  为了研究立式管道泵内部声场特性，减少管道泵运行时的噪声，基于CFD+Lighthill声类比理论对管道泵内部流场与声场进行仿真求解，并借鉴猫头鹰羽毛端部锯齿结构进行仿生优化，以期达到降噪目标。针对0.8Qd、Qd及1.2Qd 3个运行工况，选用RNG ?k-ε?模型分别对立式管道泵进行非定常数值模拟，获得3个工况下管道泵内部压力脉动数据。提取非定常计算所得的脉动力，导入声学软件LMS Virtual.lab中进行声场计算，得到各工况下管道泵进、出口声压级、泵体内部的声压分布及主要噪声源分布。结果表明：管道泵内部流动诱导噪声与压力脉动密切相关，主要是由叶轮与泵体的动静干涉引起，其频率特性与压力脉动相似，声压分布集中在轴频、叶频及其倍频，叶频时声压级最大。流量越大，管道泵进、出口声压级越大。基于仿生学原理，参考猫头鹰体表覆羽样本利用相似准则设计仿生锯齿叶片，展开仿生降噪研究，选择齿距、齿宽、齿高3个因素，设计了16组正交试验模型，计算得到各工况下泵内部流场和声场数据。选取最优降噪模型与原模型进行对比分析，结果表明：仿生叶片尾缘锯齿结构能够起到降低压力脉动、稳定流场、降低噪声的作用，其中设计工况下噪声降幅明显，叶频处噪声降低8dB。

• 基于决策树和SVM的Sentinel-2A影像作物提取方法

  王利军,郭 燕,贺 佳,王利民,张喜旺,刘 婷

  以河南省濮阳县为研究区，以2017年8月6日遥感影像为基础数据源，基于地面样方和样本点数据分析构建植被指数阈值分割分类决策树，结合支持向量机（Support vector machine，SVM）分类方法实现了秋季主要作物种植面积遥感识别，并与其他方法分类结果进行了精度验证与对比。结果表明，与最大似然法（Maximum likelihood，ML）和SVM法相比较，决策树和SVM相结合能较好地解决线状地物和小地块作物提取不全以及“椒盐”现象等问题，可以对秋季复杂作物进行有效识别，作物分类提取总体精度和Kappa系数分别为92.3%和0.886。利用中分辨率单时相遥感影像，结合波谱特征和植被指数能有效提高复杂作物分类精度，为区域复杂作物分类提取提供技术参考和借鉴价值。

• 多光谱影像混合像元解混的加权变异系数分析法

  宇 洁,叶 勤,林 怡

  影像上同物异谱或同谱异物的现象会造成同一混合像元端元在影像上的光谱不唯一。端元差异问题将给端元选择和提取造成困难，并最终影响混合像元分解的精度。为了尽可能减小端元类内差异、扩大类间差异，针对传统算法无法避免端元在不同波段的光谱数值尺度相差很大且定权自动化程度低的缺陷，将变异系数概念引入端元差异问题研究中，提出一种适用于多光谱数据的基于加权理论的加权变异系数分析法（Weighted coefficient of variation analysis, WCVA）。分别从理论和实验两方面论证了WCVA的可行性与优越性。在对比实验中，利用同一地区的TM和GeoEye多光谱影像，从可视化端元空间分布、算法效率和混合像元最终解混精度比较了WCVA和最佳指数因子（Optimal index factor, OIF）结果。实验证明利用本文提出的WCVA方法获得的波段组合具有更高的解混精度（0.183和0.160）。同时运算效率明显高于OIF。因此WCVA不仅能够有效解决端元差异问题，提高混合像元解混的精度，而且具有较高的运算效率。

• 基于Hadoop的区域土壤侵蚀强度计算GIS设计与实验

  雷 章,岳德鹏,YANG Di,罗志东,许永利,于 强

  在开源分布式计算框架Hadoop的基础上，选择大凌河流域为研究区，构建降雨侵蚀力、土壤可侵蚀性、坡长等土壤侵蚀因子栅格数据分布式存储策略，利用MapReduce编程模式设计实现通用水土流失方程RUSLE的算法程序进行土壤侵蚀强度计算，并扩展Geoserver的栅格文件读取功能，增大对HDFS栅格文件的读取支持，实现土壤侵蚀强度计算结果的快速发布。结果表明，该系统可实现大数据量、高分辨率土壤侵蚀因子栅格数据的区域土壤侵蚀强度快速计算，可较好满足区域土壤侵蚀预测预报的时效性要求；程序运行过程中计算任务本地化效果明显，显著降低了计算过程中的网络传输压力，网络使用率约22%，且系统性能可通过增加计算节点进一步提升。本研究可为大数据量、高分辨率栅格数据下区域土壤侵蚀强度计算及发布GIS设计开发提供指导，为大凌河流域土壤侵蚀监测提供科学依据。

• 基于Hadoop的蛋鸡设施养殖智能监测管理系统研究

  孟超英,张雪彬,陈红茜,李 辉

  为实现对蛋鸡生产过程中长期积累的海量数据进行高效存储和实时查询，利用Hadoop生态系统，设计了规模化蛋鸡设施养殖智能监测管理系统。针对环境数据的实时监测及大规模数据查询，用MySQL数据库存储近期数据、HBase存储历史数据，有效提升了检索速度；针对海量异构视频数据的统一管理，设计实现了基于MapReduce并行处理框架的分布式转码模块，将1.5GB的视频分割为多个128MB分段后进行转码，转码效率提高了50%。该系统实现了规模化蛋鸡场生产养殖中对实时信息、历史信息、基础设施信息、生产过程信息的统一管理，并提供了统计分析模块对采集获取的数据进行整合分析，开发了Web端网页版本及移动端APP版本的智能监测管理系统，便于用户进行实时访问，提高了生产养殖的工作效率。?

• 动态气体载荷下磁力辅助式压电俘能器设计与实验

  程廷海,刘文博,卢晓晖,王英廷,包 钢

  为了实现气动系统低功耗传感器的自供能需求，提出了一种新型磁力辅助式压电俘能器，以此提高俘能器俘获动态气体载荷能的效率。将磁铁间的非接触力作为磁力诱导的预应力施加在压电片中心，当动态气体载荷作用在压电片上时，磁力诱导的预应力可以通过改变压电片的位移来调节压电片表面正负电荷的分布，进而提高俘能器的机电转化效率。仿真研究表明，斥力诱导的预应力可增加俘能器的输出电压，而吸引力诱导的预应力则降低了俘能器的输出电压。采用外径22?mm、厚度0.23?mm的压电单晶片及缸径63?mm、行程150?mm的气缸制作实验样机，利用气动组件搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量以及磁力等参数进行实验测试。实验结果表明，当俘能器的最佳匹配负载为0.87?MΩ时，最大的瞬时功率为1.39?mW，俘能器的最大瞬时功率提升12.6%，而引入磁力诱导的预应力仅为气体载荷的0.6%，磁力诱导预应力可有效提高俘能器俘获气动系统动态气体载荷能的效率。

• 基于自适应差分进化算法拟合圆的树干胸径测量方法

  胡春华,李萍萍,金成磊,朱 乐

  提出一种参数自适应的差分进化算法（Adaptive differential evolution，ADE）拟合圆的方法对树干胸径进行测量。采用实验室自制胸径测量平台采集树干胸径数据，对采集到的数据用K?means算法进行聚类，分割出背景与目标。为提高测量精度，采用角度补偿法对树干表面点到激光传感器中心的偏角进行补偿。对补偿后的数据，以激光传感器中心为坐标原点，计算出树干表面点横纵坐标。最后对树干表面坐标点采用自适应差分进化算法拟合圆，拟合过程中，差分进化过程的种群数、进化策略、变异尺度以及交叉概率随着进化过程自适应变化。分别对校园内与人工林地各40棵不同大小的树进行了测量与拟合，其拟合时间为1.41?s,拟合结果与实际值比较分析，RMSE分别为4.996?mm与4.500?mm。并与Levenberg-Marquardt（LM）算法、粒子群优化算法（Particle swarm optimization，PSO）以及Hough变换拟合圆法测量树干胸径进行了分析与比较，实验结果表明所提方法能更有效准确地测量出树干胸径。

• 手持式高精度立木胸径测量设备设计与试验

  刘海洋,冯仲科,呼 诺,刘金成,于新文

  为了在森林资源调查中快速、高效、精准地测量立木胸径，提高调查作业的工作效率，设计了一种手持式高精度立木胸径测量设备。该设备集成了中央处理器、胸径传感器、液晶显示屏、存储器、无线通讯模块等，其中，胸径传感器是利用电子技术和机械原理将测量长度信息转换为电压信号，由中央处理器处理计算得到胸径测量值。该设备以无线通讯方式配合载有数据接收端的智能手机协同使用，可实现胸径的测量、编码、记录、编辑、存储和导出等功能。野外试验结果表明，该设备在不同树种间的立木测量精度均不小于99.97%，符合国家森林资源连续清查工作的测量精度标准，测量效率达传统测径围尺工作效率的2倍以上。

• 覆膜和灌水处理下土壤水分动态与玉米生长模拟研究

  赵 引,毛晓敏,薄丽媛

  采用作物模型模拟作物生长过程和产量，是应对气候变化和人类活动的影响、实现农业节水增产的重要途径。覆膜和节水灌溉技术在我国西北旱区农田应用广泛，本研究基于覆膜增温对气积温的补偿效应以及覆膜和冠层截留对降雨入渗的影响对AquaCrop模型进行了改进，使其适用于我国西北旱区覆膜制种玉米的模拟。利用2017年石羊河流域制种玉米的实测数据对改进模型进行了率定与验证，并模拟预测了未来气温升高和覆膜比变化情景下作物产量及水分利用效率（WUE）的变化规律。结果表明：改进的AquaCrop模型能很好地模拟制种玉米生长发育阶段和冠层覆盖率，各处理冠层覆盖率的模拟值与实测值之间的R2?均不小于0.95，RMSE为3.9%~10.1%，NRMSE为4.9%~15.3%。而在1m土层贮水量的模拟上，各处理R2在0.60~0.92之间，RMSE在9.5~17.1?mm之间，NRMSE处于4.4%~8.9%之间。改进的AquaCrop模型在模拟不覆膜高水M0W1和M0W3处理的制种玉米干物质累积量、产量上模拟效果较差，其他处理的干物质累积量的R2不小于0.98，RMSE为0.64~1.66t/hm2?， NRMSE为9.9%~16.7%，产量的相对误差（RE）为-13.3%~4.5%，WUE则表现为除M0W1处理外，其他处理模拟效果较优，RE为-23.9%~18.1%。未来气温升高对作物产量及提高水分利用效率产生不利的影响。覆膜条件下，增温1.6℃和3.3℃分别比在实际温度下减产12.8%和20.7%，WUE降低3.0%和2.1%。不覆膜条件下减产率分别为13.9%和25.1%，WUE分别降低3.8%和7.6%。覆膜比例为50%时，可在保证产量的同时，提高水分利用效率，达到增产节水的效果。

• 起垄覆膜条件下夏玉米农田耗水过程分析

  冯 浩,王 杰,王乃江,刘建超,褚晓升,董勤各

  起垄覆膜是西北地区常用的一种种植方式，具有显著的增产效应，但是其增产是否导致了过度消耗土壤水分仍然存在争议。为了探究起垄覆膜增产是否具有可持续性，在陕西杨凌开展了连续3年（2014—2016）的夏玉米种植试验，设置起垄覆膜（RM）和平作不覆盖（NM）两个处理，在试验数据基础上，结合HYDRUS-2D模型分析起垄覆膜对夏玉米蒸腾、土壤蒸发及深层渗漏等田间耗水过程的影响。结果表明：HYDRUS-2D模型率定和验证的R2在0.65~0.85之间，RMSE在0.014?7~0.021?3?cm??3?/cm??3?之间，说明该模型可以较好地模拟土壤水分变化过程。RM处理下夏玉米3年平均蒸腾速率比NM处理大18.2%，蒸腾量高15.6%；蒸发速率比NM处理小33.3%，土壤蒸发量低29.6%；蒸腾量的增加和蒸发量的减少使RM处理蒸发量占总蒸发蒸腾量的比值比NM处理小25.5%。RM处理的深层渗漏3年分别为82.5、46.0、9.0?mm，平均是NM处理的1.3倍。RM处理3年平均增产5.3%，水分利用效率提高15.2%，并且田间耗水量减少了2.8%。本研究结果表明起垄覆膜能增大作物蒸腾量，减小土壤蒸发量，促使无效水转化为生产性用水，因此减小了田间水分消耗，具有节水增产效应，适合在当地推广。

• 黑土区水稻生长生理特性与产量对耗水过程的响应

  魏永霞,汝 晨,吴 昱,刘 慧,杨军明,侯景翔

  为了探究黑土区水稻生长生理特性及产量对耗水过程的响应规律，于2017年5月18日—9月20日在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7（7.6）均匀试验设计，解析了各生育时期耗水量对水稻生长生理特性及产量的影响。结果表明：水稻生育期内耗水强度总体呈现先上升后下降的趋势，在抽穗开花期达到最大，为5.66?mm/d；耗水模系数在整个分蘖期达到最大，平均值为43.98%，抽穗开花期后趋于稳定。分蘖后期耗水量（ET3）对叶片干物质量影响最大；茎鞘和穗干物质量对拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量（ET4、ET5）的响应程度最为显著（P<0.01）；分蘖中、后期耗水量（ET2、ET3）对根干物质量分别存在最大正效应、负效应；除分蘖前期耗水量（ET1）外，分蘖中期至抽穗开花期耗水量对根系伤流量影响由大到小顺序为：ET2、ET3、ET4、ET5；分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量对气孔导度和蒸腾速率的影响为正效应（P<0.05），分蘖前期耗水量对蒸腾速率的影响为负效应（P<0.05）；除分蘖前期耗水量外，分蘖中期至抽穗开花期耗水量对胞间CO2浓度和净光合速率影响由大到小顺序分别为：ET5、ET2、ET4、ET3和ET2、ET5、ET4、ET3。〖WTBZ〗分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期的水分敏感指数值分别为0.120、0.244、0.252，这3个时期耗水量对产量影响更为显著。该研究可为黑土区水稻节水灌溉制度制定提供依据。

• 水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

  李华龙,窦子荷,蒋腾聪,冯 浩,于 强,何建强

  冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射（Photosynthetically active radiation，PAR）的能力以及辐射利用效率（Radiation use efficiency，RUE）的大小。目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程。为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响，本研究开展了2个生长季（2015—2016年和2016—2017年）的冬小麦田间试验。试验设置返青+拔节受旱（Early stress, ES），抽穗＋灌浆受旱（Later stress, LS）以及全生育期不灌水（Whole stress, WS）3个不同处理，另外设置充分灌水处理作为对照（CK），灌水定额为80?mm。冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得。结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态。在受旱条件下，ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31%、15%和58%。受叶面积指数影响，CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90%、88%、79%和42%，WS处理显著低于其他3个处理，同时，各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数，其中ES处理的消光系数低于LS处理。CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1?532、1?410、1?403、537?g/m2?。冬小麦的作物生长速率（Crop growth rate，CGR）呈现出和地上部生物量相似的规律，二者之间具有良好的相关性（?R???2?=0.99）。冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE，本研究中CK处理的RUE为3.55?g/MJ，ES和LS处理的RUE要比CK处理低22%和5%，而WS处理仅比CK处理低22%。冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势，在开花期达到峰值。营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大，全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制，有待于进一步研究。本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数，可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度，降低模拟结果的不确定性。

• 秸秆还田配施氮肥对土壤碳氮含量与玉米生长的影响

  侯贤清,李 荣,吴鹏年,李培富,王西娜

  为明确宁夏扬黄灌区秸秆还田条件下的适宜施氮量，在玉米秸秆全量还田条件下，设4种纯氮施用水平?（0?kg/hm2?（N0）、150?kg/hm2?（N1）、300?kg/hm2?（N2）、450?kg/hm2?（N3）），以秸秆还田不施氮肥（N0）为对照，研究了秸秆还田配施不同纯氮水平对土壤有机碳氮含量、微生物量碳氮含量和酶活性及其对玉米生长的影响。结果表明，秸秆还田配施氮肥有利于耕层土壤有机碳和全氮含量的提高，随施氮量的增加，土壤碳氮比降低，其中以N2和N3处理对提高耕层有机碳氮含量效果最佳。秸秆还田条件下土壤微生物量碳氮比随施氮量的增加而降低，N2处理对微生物量碳含量、N3处理对微生物量氮含量的提高作用最为显著。秸秆还田配施氮肥能显著提高土壤脲酶、过氧化氧酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性，以N2和N3处理的改善效果较优。秸秆还田配施氮肥对玉米前期生长影响不显著，而N2处理对中后期玉米生长具有显著促进作用。2年玉米籽粒产量以N2处理增产效果最佳，平均较N0处理提高22.0%。通过2年研究结果表明，在宁夏扬黄灌区实施秸秆还田配施氮肥措施可增加土壤有机碳氮含量，调节土壤碳氮比，促进玉米生长，进而提高玉米产量，以秸秆还田配施纯氮300?kg/hm2?效果最佳。

• 不同地膜覆盖对不同时间尺度地温与玉米产量的影响

  李仙岳,郭 宇,丁宗江,冷 旭,田 彤,胡 琦

  针对北方干旱地区白色塑料地膜覆盖导致的农膜残留及作物生长后期地温过高等问题，筛选适合当地的环保型地膜。设置了白色、黑色快速（WO1、BO1）、中速（WO2、BO2）、慢速（WO3、BO3）降解膜，并以白色、黑色塑料地膜（WP、BP）和无膜覆盖（CK）作为对照，共计9个处理，研究不同地膜覆盖地膜破损特征及作物产量效应，并基于红外成像和自动连续传感技术探索不同处理瞬时地表温度、逐时和逐日土壤不同深度温度的变化规律。结果表明：黑色降解膜的破损占比大于白色降解膜，覆膜130?d后黑色降解膜平均破损占比高于白色降解膜8.4%。在瞬时尺度地表温度由大到小顺序为：黑膜处理、白膜处理、无膜处理（CK），且生育期平均温度分别为34.10、32.34、29.12℃（?P?<0.05）。在逐时和逐日尺度，不同颜色地膜覆盖土壤温度由大到小顺序为：白膜处理、黑膜处理、无膜处理；且与白色地膜覆盖相比，在日最高温时刻，黑色地膜覆盖0~15?cm土层土壤温度平均降低1?1℃。在玉米生长初期和末期（5月、9月），黑白地膜覆盖下平均温差达1.13℃（?P?0.05）。地膜降解速率影响破损占比，从而影响土壤温度的空间变异性和地膜保温效果；慢速降解膜破损小，故保温效果与塑料地膜覆盖相近，在9月0~15?cm土层WP、WO3、WO2与WO1处理（快速降解膜）的温差分别达到3.03、2.70、1.05℃（?P?<0.05），而对应的黑色降解膜覆盖温差分别为3.00、2.57、1.01℃（?P?0.05），但同颜色不同降解速率的降解膜覆盖下产量呈显著差异（?P?<0.05），不同降解速率的降解膜覆盖产量由大到小顺序为：慢速处理、中速处理、快速处理。可见，黑色地膜处理保温效果好、产量高，且在作物生长后期可降低土壤表层温度；而黑色慢速降解膜与黑色塑料地膜覆盖保温、增产效应相近，且绿色环保，在北方干旱区农业生产中替代白色塑料地膜覆盖具有一定的可行性。

• 基于历史气象资料和WOFOST模型的区域产量集合预报

  马鸿元,黄健熙,黄 海,张晓东,朱德海

  针对基于作物生长模型进行产量预报时气象要素变化对作物生长的实时影响不能得到充分反映，产量预报缺乏量化不确定性信息的突出问题，选择河北省保定市和衡水市冬小麦主产区为研究对象，提出构建历史气象集合作为预报期气象数据输入驱动WOFOST模型的冬小麦生长模拟，并通过实时更新不断向前滚动预报，从传统单一数值的预报转向基于集合的概率预报。结果表明：基于历史气象资料可以进行作物模型的区域产量集合预报，抽穗期至灌浆期是预报精度最高的时期，预报集合中位数与实测产量的皮尔逊相关系数（PCC）最高为0.563，平均绝对误差（MAE）最低为458kg/hm2。研究结果表明区域化产量集合预报具有较强的可行性，并为量化作物模拟系统不确定性、数值天气预报与作物模型的结合应用提供了参考。

• 基于DGT技术的土壤铅生物有效性评价研究

  代允超?,张育林,吕家珑

  采集我国15个省份的耕作土壤进行盆栽试验，通过外源添加不同浓度梯度的Pb并种植小白菜，比较梯度薄膜扩散技术（Diffusive gradients in thin?films, DGT）与传统化学方法（土壤溶液法、EDTA法、HAc法、CaCl2?法和全量法）评价土壤中Pb生物有效性。简单回归分析表明，各评价方法测定的土壤Pb含量与小白菜Pb含量都呈显著相关关系，但DGT技术相关性（?R2?=0.97）最高。通过逐步多元线性回归分析，融合土壤pH值、有机碳（OC）含量、阳离子交换量（CEC）、粘粒含量等土壤基本理化性质，建立多元回归模型，结果表明：各传统评价方法融合了pH值、OC含量等土壤性质，R2较对应的简单回归分析有所提高，都能用于评价土壤Pb的生物有效性，但通过DGT技术所构建的模型方程（R2=0.97, p＜0.01）几乎不受土壤性质的影响，且较传统化学方法相关性更高，因此，DGT技术是一种可以用于评价土壤中Pb生物性的较优方法。

• 基于KHA优化BP神经网络的地下水水质综合评价方法

  刘 东,李 帅,付 强,刘春雷

  为提高区域地下水水质评价精度，将磷虾群算法（Krill herd algorithm，KHA）引入到BP神经网络连接权值与阈值的优化过程中，构建了KHA-BP地下水水质综合评价模型。以黑龙江省农垦建三江管理局为研究对象，运用所建模型对其下辖15个农场进行地下水水质综合评价，并对造成地下水水质污染的主要原因进行辨识。为验证本文所建模型的适用性，引入区分度法与序号总和理论分别分析了KHA-BP模型、PSO-BP模型以及BP模型的可靠性与稳定性。结果表明：各农场地下水水质良好，且存在一定的空间分布规律，I类水质主要集中在管理局西南位置，Ⅱ类水质主要集中在北部和南部，Ⅲ类水质主要分布于中东部和中西部。Fe、Mn、COD??Mn?、NH?3?N以及NO?-?3?N是造成地下水水质污染的主要因素。其中Fe、Mn是当地原生危害，COD??Mn?、NH?3?N、NO?-?3?N含量超标主要与大量施用化肥、农药有关。KHA-BP模型的区分度为1.107?0，Spearman等级相关系数为0.928?6，与PSO-BP模型、BP模型相比优势明显。研究成果可为粮食生产核心区的地下水资源科学管理及水生态文明建设提供科学依据。

• 线聚焦型太阳能二氧化碳发生器性能研究

  郭 枭,张远巍,冯志诚,王 飞,田 瑞

  研究了一种线聚焦型太阳能二氧化碳发生器。分别在跟踪及非跟踪工况下，在呼和浩特地区测试并分析了系统的集热与产气性能。确定了系统的最佳运行方式，提出了气损率和产气能力2个系统性能评价指标。测试结果表明，跟踪较非跟踪工况，反应器内腔空晒最高温度、闷晒最高水温、最高集热效率分别提升16.30%、12.44%、94.50%；系统最佳运行工况确定为跟踪式。在产气原料分解温度范围内，系统集热效率为31.80%；测试阶段系统气损率为4.50%；当太阳直接辐照度在650～850W/m2?范围内变化时，系统产气能力随太阳直接辐照度呈正相关变化。基于系统产气能力的变化规律，可计算不同规模线聚焦型太阳能二氧化碳发生器的具体结构参数。

• 稻秸酶解和沼气发酵臭氧氨水联合预处理技术研究

  王殿龙,艾 平,张衍林

  对稻秸进行了臭氧氨水联合预处理提高酶解糖化和沼气发酵效率的实验研究，探索了臭氧氨水联合预处理对木质纤维素降解、单糖质量浓度、还原糖质量浓度和沼气发酵气体产率的影响。结果表明：臭氧氨水两步预处理进一步强化了脱木质素能力，有效提高了稻秸酶解糖化效率和沼气发酵产气率，增强了纤维降解利用率。酶解过程中，〖JP2〗随着臭氧用量的增加，葡萄糖质量浓度先增加后降低，臭氧用量0.75?g/g时葡萄糖质量浓度最高，为36.92?g/L；〖JP〗氨水浸泡时间越长，还原糖质量浓度越高，氨水浸泡6?h的还原糖质量浓度为60.51?g/L。因此，酶解的适宜臭氧氨水联合处理条件为臭氧用量0.75?g/g和氨水浸泡时间6?h。对于沼气发酵，臭氧用量1.0?g/g和氨水浸泡时间9?h获得了较高甲烷产率，为165.39?mL/g，有效提高了稻秸产气效率和木质纤维素利用率。?

• 秸秆湿贮存过程添加剂协同调控对甲烷产量的影响

  崔 宪,郭建斌,徐 艳,温啸宇,庞昌乐,董仁杰

  以干黄玉米秸秆为原料，研究可溶性糖（葡萄糖）及其与同型乳酸菌、异型乳酸菌、乙酸协同添加对原料湿贮存过程中品质及甲烷产量的影响。结果表明：单一葡萄糖添加组，贮存30?d，干物质损失率为4.7%，以乳杆菌属、片球菌属、肠球菌多种乳酸菌主导，乳酸与乙酸含量（干基质量比）分别为36?g/kg和5?g/kg，秸秆产甲烷潜力比空白组提高6?8%；葡萄糖植物乳杆菌协同（同型发酵）组，贮存30?d，干物质损失率为4.6%，乳酸含量升高至62.g/kg；〖JP〗葡萄糖短乳杆菌协同（异型发酵）组，贮存30?d，干物质损失率为5.5%，乳酸与乙酸含量分别达到44?g/kg和12?g/kg；两类乳酸菌的协同添加均未对产气潜力产生进一步促进作用；葡萄糖乙酸协同组，贮存30?d，干物质损失率为3?6%，乳酸与乙酸含量分别升高至75?g/kg和20?g/kg，异型乳酸发酵魏斯氏菌属丰度升高至16.87%，有效抑制肠杆菌属（腐败菌）生长，秸秆产甲烷潜力提高8.7%。综合分析本试验结果，当原料可溶性糖含量不足时，外源糖的补充是保证原料高效贮存及产气的关键，协同乙酸添加可强化以魏斯氏菌属为主导的异型发酵过程抑制腐败菌生长，强化贮存过程的稳定性。

• 植物乳杆菌LPL-1产细菌素发酵培养基优化

  王 瑶,李 琪,李平兰

  乳酸细菌素是细胞在转录翻译过程中通过核糖体机制合成，并分泌到菌体体外的一类具有抑菌活性的蛋白质，细菌素具有无抗药性、无毒副作用及易被人体降解的特点，因此是一种天然的食品防腐保鲜剂。为了提高植物乳杆菌LPL-1所产细菌素的产量，以单增李斯特菌为指示菌，相对抑菌效价为效应值，通过响应面法对发酵培养基组成进行优化，确定了最优培养基组成。利用单因素试验与Plackett-Burman试验，确定了主要影响因素为葡萄糖质量分数、胰蛋白胨质量分数与吐温-80体积比，最陡爬坡试验与Box-Behnken响应面试验确定了最优培养基组成为：葡萄糖质量分数2.08%、酵母粉质量分数0.51%、胰蛋白胨质量分数1.02%、牛肉膏质量分数1%、吐温-80体积比1.02?mL/L、磷酸氢二钾质量浓度3?g/L、乙酸钠质量分数0.5%、硫酸镁质量浓度0.2?g/L、硫酸锰质量浓度0.3?g/L、柠檬酸氢二铵质量浓度2?g/L、蒸馏水体积1?L。在此条件下细菌素效价（752.11?AU/mL）比优化前（286.67?AU/mL）提高了1.62倍。因此，发酵培养基的优化为菌种与细菌素的产业化应用奠定了基础。

• 不同酶处理对生物解离乳状液结构及稳定性的影响

  李 杨,李 红,齐宝坤,谢凤英,钟明明,檀 政

  以生物解离技术提取的大豆乳状液为研究对象，探究不同生物酶处理（碱性蛋白酶Protex 6L、碱性蛋白酶Acalase 2?4L、溶血磷脂酶、磷脂酶A??2?和磷脂酶D）对乳状液的蛋白质结构和稳定性的影响。采用2种蛋白酶和3种磷脂酶对乳状液进行处理，通过对粒径分布、Zate电位、显微镜观察、红外光谱以及荧光光谱的测定可知：分层系数和游离油得率从大到小依次为溶血磷脂酶、碱性蛋白酶Acalase2?4L、碱性蛋白酶Protex 6L、磷脂酶D、磷脂酶A??2?；采用溶血磷脂酶酶解时，其电位值、平均粒径显著升高；通过显微镜观察到油滴聚集明显，这与电位值、粒径测定结果相一致；采用酶处理后乳状液的蛋白质二级结构中，α?螺旋相对含量均降低，无规卷曲相对含量均增加，其中，用溶血磷脂酶处理后的乳状液中α?螺旋相对含量最低，无规卷曲相对含量最高；所有样品经蛋白酶和磷脂酶酶解处理后，荧光强度均降低，在溶血磷脂酶酶解后乳状液中蛋白质的荧光强度最低；采用溶血磷脂酶、磷脂酶A??2?和磷脂酶D酶解乳状液后，PA含量均升高，PC和PE降低。

• 真空干燥过程中物料质量在线测量设备设计与试验

  薛令阳,王书茂,高振江,于贤龙,林 海,魏 青

  针对真空脉动干燥过程中物料质量在线获取易受到机械振动、温度变化和气流短时冲击等多重干扰，导致测量困难、测量精度不高的问题，提出了将固定料架和测量料架分离的测量方案，并选用高精度的测量器件，在经过信号滤波、温度修正和气流干扰排除等多种修正手段后，实现了温度变化范围20~45℃、无明显外部剧烈振动、冲击时间小于1?min的正常进抽气条件下总量程1?500?g、去掉料盘后有效量程1?000?g、最大引用误差0.1%的物料质量在线测量。静态测试结果显示，满量程最大引用误差0.06%，物料干燥测试结果显示，干燥终点最大引用误差0.1%，能够清楚反映整个干燥过程中的质量变化情况和干燥速率变化情况，可为研究农产品干燥过程中物料状态变化规律和实现自动干燥工艺调控提供技术支持。?

• 巨菌草高温快速干燥设备设计与试验

  孙庆运,王光辉,王德成,李岩芳,叶炳南

  为了解决巨菌草含水率高、不易贮藏，以及自然晾晒中人工劳动强度大、营养损失大的问题，设计了一套大型高秆禾草高温快速干燥设备。基于传热传质理论，进行了关键参数计算与关键部件的设计，通过力学分析与FLUENT流体仿真进行优化，并对控制单元进行了设计。以最终含水率、水活度、色泽度、粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量为评价指标，进行了设备的干燥试验，并与新鲜物料、自然晾晒干燥进行对比分析。结果表明：高温快速干燥后，巨菌草的最终含水率为（16±1.82）%，水活度为0.564?8，生产率为2.73?t/h；与新鲜物料相比，亮度值?L?和蓝黄值?b?均无显著性差异，红绿值?a?增加了1.43；粗蛋白含量与酸洗中洗纤维含量均无显著性变化，粗蛋白质量分数较新鲜物料下降0.6个百分点。与自然晾晒相比，高温快速干燥后巨菌草的粗蛋白质量分数增加了0.63个百分点，且具有较好的表观质量。试验结果表明，该套设备改善了干燥后巨菌草的表观质量和品质，满足了巨菌草干燥的要求。

• 农用柔性底盘模式切换控制参数试验与优化

  瞿济伟,郭康权,李翊宁,宋树杰,高 华,周 伟

  为了探索四轮独立驱动与转向农用柔性底盘模式切换的最佳工作参数，利用自制柔性底盘试验台，设计了二元二次通用旋转组合试验，以转向电桥步进电机转速与电磁摩擦锁锁紧电压为试验因素，应用熵值法，将底盘所受纵向力、横向力、转矩及偏置臂转角误差4个指标，构建成为模式切换效果综合评价指标，测试了2种因素对横行与原地回转2种模式切换效果的影响，通过Design-Expert 8.0建立了综合指标与2个因素的回归方程，采用响应面法得出了2种模式切换控制参数的最优组合并进行了试验验证。试验结果表明，2个因素及其交互作用对综合评价指标均具有极显著影响（P<0.01）；横行与原地回转模式切换时转速和电压最优组合分别为81r/min、4.60V和91r/min、4.41V；优化组合下模型计算值与试验值最大相对误差为4.73%。

• 双泵合流系统电-液联控合流阀设计与试验

  李明生,叶 进,谢 斌,杨 仕,曾百功,柳 剑

  设计了一种电-液联控合流阀，电磁阀和换向阀内反馈压力联合控制合流阀的开启和关闭，能够实现油液的双向流动，使流量调速区间更大，执行机构动作更为迅速。基于传统方法确定阀结构参数，设计U型过渡节流槽，在Matlab中建立通流面积模型并进行计算。建立电-液联控合流阀AMESim模型并进行性能仿真，仿真结果表明，该阀控制流量范围为0~5?83×10-3m3?/s，流量变化平稳；在8~11.5?mm阀芯位移区间内，合流阀压力损失随阀口开度增加而降低，当阀芯位移为11.5?mm时，合流阀压力损失为0.18?MPa。起重机卷扬系统试验结果表明，该阀最大流量达6×10-3m3/s，最大流量下压力损失为0.27MPa；单泵供油模式下卷扬起升工况，卷筒最低稳定微动速度为1.9?r/min，启动冲击为2.1?MPa，停止冲击为2.2?MPa，启动响应延时0.7?s，停止响应延时0.8?s；卷扬下落工况，卷筒最低稳定微动速度为2.17?r/min，启动冲击为5.2?MPa，停止冲击为1.9?MPa，启动响应延时1.1?s，停止响应延时0.75?s。安装有该阀的双泵合流系统供油时，卷扬起升工况，卷筒最低稳定微动速度为2.17?r/min，启动冲击为?2.5?MPa，?停止冲击为0?MPa，启动响应延时0.65?s，停止响应延时0.28?s；卷扬下落工况，卷筒最低稳定微动速度为?1.57?r/min，?启动冲击为2.7?MPa，停止冲击为1.6?MPa，启动响应延时0.57?s，停止响应延时0.31?s。

• 液压并联机器人力/位混合控制策略研究

  陶 晗,曲智勇,丛大成

  针对液压驱动的六自由度并联机构，提出了基于机器视觉的力/位混合控制策略，以实现并联机构的跟随对接等需要与环境密切接触的任务。平台的视觉系统由一架CCD摄像机和一个激光测距器构成，用来测量平台与目标之间的相对距离，同时通过一个平板式六自由度力传感器对接触过程的作用力进行测量。其控制器由内外两个闭环构成，并通过补偿环节对外力扰动进行修正。最后通过若干试验验证整个控制方式的有效性。试验结果表明，整个系统在相对位置跟踪和接触力控制方面具有优异的性能。在整个对接试验过程中，接触力被控制在300?N?之内。

• 单自由度平面六杆手指机构解域综合方法

  韩建友,蔡营疆

  为适应机器人手指多用途、多尺寸的设计要求，提出一种基于单自由度平面六杆机构解域的手指机构设计综合方法。根据平面六杆机构4个给定的运动位置可得到无穷多机构解，将这些机构解表示在一个平面域上，该域称为解域。本文给定平面六杆机构的4个运动位置，限制待求铰链点的坐标范围，通过给出的铰链点曲线求解方法，得到铰链点解曲线和可行段，对可行段进行分段，得到解域，在此基础上，引入力传递性能指标?K?，限定其范围，对解域进行进一步的筛选，得到新的可行解域，并得到?K?在解域上的分布规律，最终可在新解域中选择满足全部条件的机构作为机构解。?K?值的引入使得所得的机构具有较好的力学性能。解域上的每一点均为满足要求的平面六杆机构，可根据设计的目的（如仿生手指、康复手指等）选择不同的机构进行手指的设计。从新可行解域中选择一个机构设计手指样机，该样机证明了所提出方法的正确性和有效性。

• 3-RPS并联机器人粘性摩擦工况动力学建模

  张彦斐,金 鹏,宫金良,刘 强

  以转动副轴线平行布置的3-RPS并联机器人为研究对象，提出一种基于拉格朗日算子修正的动力学建模方法。首先，采用矢量法建立系统运动学模型，基于拉格朗日方程法建立系统理想动力学模型。然后，将关节摩擦视为系统非保守力，基于“库伦+粘性”摩擦模型对关节摩擦所做的功精确量化处理。最后以摩擦所做负功的形式对拉格朗日算子进行修正，建立考虑全部关节摩擦的系统动力学模型。同时对所建立的考虑关节摩擦和忽略关节摩擦的动力学模型进行了仿真对比，结果表明，在一个仿真周期内，移动副1、2、3驱动力的相对误差分别为18.1%、12.6%、16.5%，试验结果为机器人控制系统的摩擦补偿提供了理论依据。

• 温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验

  冯志敏,孙捷超,赵洪洋,张 刚,王龙飞,李宏伟

  为了精确预测磁流变阻尼器在温度效应下的动力学性能规律，提出一种参数化的仿真建模方法。采用磁流变液试验实测数据拟合方法，建立粘温特性相关非线性物理参数方程；基于Bingham力学模型及对温度效应的影响分析，运用ANSYS软件编译UDF程序、设置模型参数进行参数化仿真建模，以Fluent模块求解粘滞阻尼力，以Emag模块求解库伦阻尼力。搭建温度效应下磁流变阻尼器力学试验平台，并通过试验对仿真模型进行修正、对比与验证，讨论不同温度对阻尼力、能量耗散的变化规律。结果表明，温度效应主要影响粘滞阻尼力，仿真结果与试验实测值高度吻合；不同温度和电流下阻尼器的能量耗散与温度成反比，与库伦阻尼力成正比。仿真建模方法可预测分析输出阻尼力特征，以对磁流变阻尼器进行结构设计和参数优化。

• 基于数值模拟与实验的三角转子泵性能研究

  李术才,李梦天,张 霄,张庆松,郝彭帅,王子昂

  根据Wankel发动机传动原理，设计了一种双进出口的三角转子泵。阐述了三角转子泵的工作原理和结构特点，通过数值模拟和机械损失数学模型对三角转子泵的流量、压力、机械损失及机械效率等方面进行了计算和分析，并通过实验对数值模拟的预测结果进行了验证。结果表明，在额定转速190?r/min时，进口流量波动较大，3个工作腔交替完成吸入和排出，出口总流量较为平稳；工作腔一个工作循环的压力环包括工作腔扩容、快速增压、稳定输出、快速降压4个阶段；实验流量和压力与模拟值吻合较好，随着转速的提高，压力和流量都明显提升，额定转速下流量和压力的模拟值分别为8.96?m??3?/h、2 013.92?kPa；通过机械损失数学模型得到的、在额定转速下密封片的摩擦损失、端面损失、轴承损失、齿轮啮合损失分别为103.4、182.5、60.5、33.2?W，机械效率的模拟值和实验值较为吻合，分别为92.9%和93.3%。

• 波浪能点吸收器结构设计与数值优化

  孙崇飞,罗自荣,朱一鸣,卢钟岳,吴国恒,尚建忠

  无人海洋探测器作为开发海洋资源的重要装备，普遍缺乏高效可靠的供电方式。波浪能作为一种分布广泛的可再生海洋能，有望成为探测器的理想供电能源。波浪能的高能量密度特性有利于装置小型化，使其便于作为供电模块集成到无人海洋探测器。提出了一种基于反转自适应机理的新型波浪能点吸收器。该点吸收器可以实现叶片对水流的自适应偏转，并自动平衡装置的整体转矩。通过数值分析发现，点吸收器的功率和效率特性受吸收器叶片倾角、相对流速、转速及双层吸收器相互作用的影响很大，合理选择系统参数有助于优化装置的整体性能。试验桶及造波池试验分别验证了数值分析的准确性和工作原理的可行性。

• 数字模型全息标识体系与辅助标识方法研究

  刘宏新,贾 儒,郭丽峰,王登宇

  针对机械装备数字模型的标准化构建，提出了基于物元的数字模型全息标识体系，并给出辅助标识方法。以精密播种装备为研究对象，研究其拓扑层次，分析零件的基本信息和装配信息，明确基本物元和装配物元组成，制定物元的语义信息编码和标识规则，并完成装配参考元素的创建，完成数字模型全息标识体系的构建。为实现高效、智能的标识，研究数字模型标识的辅助标识方法，设计了一种适用于全息标识体系的人机交互平台，可实现对装配信息的快速提取与解读，将装配相关信息转化为物元编码，并自动标识，完成智能引导辅助模型标识和装配参考元素创建。测试结果证明了数字模型全息标识体系和辅助标识方法的可行性和有效性，为设计者提供了快速有效的标识手段，也为结合专业知识的机械装备数字化设计系统奠定了技术基础。