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小型有機液肥施肥機的設(shè)計 姚歡歡1 馬少輝1 (1. 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘要：能源是人類社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人們從事生產(chǎn)活動中的重要基礎(chǔ)，在城市化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等諸多方面，都起著決定性的作用，沼氣工程能利用排泄物、秸稈、餐廚垃圾等廢棄物生產(chǎn)沼氣等清潔能源，變廢為寶，對于我國的能源需求、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式都有重要的作用。但是，沼氣工程還產(chǎn)生大量的沼液沼渣，如果不將其合理處理將導(dǎo)致二次污染。于此同時，沼液沼渣也是一種很好的有機液肥，能夠有效改善土壤生態(tài)環(huán)境、提供土壤肥力狀況、提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)等。沼液的施肥具有連續(xù)、量大的特點，因此需要結(jié)合農(nóng)業(yè)機械化的技術(shù)手段設(shè)計出進行沼液沼渣田間暗灌施肥機械。 關(guān)鍵詞：沼液沼渣；有機液肥；施肥機；防堵分配器；液肥箱 中圖分類號:TD451 文獻標(biāo)識碼：A 0引言 我國農(nóng)業(yè)資源豐富，每年會產(chǎn)生大量的生物質(zhì)廢棄物，農(nóng)業(yè)秸稈每年生產(chǎn)量超過600萬噸，其中可以視為能源用途的約350萬噸，且農(nóng)村普遍存在“五亂”現(xiàn)象[1]。近年我國能源分布不均衡，煤炭運輸緊張；能源生產(chǎn)與消費結(jié)構(gòu)矛盾突出；能源消耗產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，工業(yè)部門所占比重偏高；結(jié)構(gòu)性污染等問題。傳統(tǒng)的化石能源已經(jīng)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)失衡，因此，切實解決能源危機和環(huán)境保護兩大問題迫在眉睫。為緩解能源需求的壓力，兼顧經(jīng)濟增長和環(huán)境保護、能源格局的更新，開發(fā)無污染、可再生的新能源與能源轉(zhuǎn)化技術(shù)是科技界的當(dāng)務(wù)之急。 有機液肥具有混合均勻、配方容易調(diào)整、可添加其他農(nóng)用化學(xué)品、生產(chǎn)成本低、能耗低等許多優(yōu)點，因此已經(jīng)有許多國家開始通過農(nóng)作物灌溉系統(tǒng)對有機液肥進行使用[2]。在北美有機液肥消費量在國際上達到第一，西歐達到第二。 據(jù)檢測，通常農(nóng)戶使用的堆肥中的含氮量比沼液沼渣低40％～60％，含磷量比沼液沼渣低40％～50％，含鉀比沼液沼渣低80％～90％，作物利用率比沼液沼渣低10％～20％，數(shù)據(jù)表明，沼液沼渣作為肥料應(yīng)用極具價值。 隨著沼氣工業(yè)的迅速發(fā)展，沼氣的加工和利用成為迫切需要解決的問題。如果沼液沼渣處理不當(dāng)，對沼氣工程正常運行造成影響的同時，還會形二次污染[4]。當(dāng)今多數(shù)選用濕法厭氧發(fā)酵的沼氣工程都以畜禽糞便混入些許秸稈為原料,該原料在厭氧發(fā)酵過程中所產(chǎn)生氣體的主要成分份CH4和CO2，剩余營養(yǎng)成分包括N、P、K及各種礦質(zhì)均未損壞。而且微生物孕育繁殖、新陳代謝和分解均會釋放出許多有機、無機酸鹽等可溶性產(chǎn)品。同時大量繁殖的細菌死亡后釋放出各種生物活性物質(zhì)，包括生長素、維生素、核苷酸等。所以經(jīng)厭氧發(fā)酵后的沼液沼渣的植物營養(yǎng)有增無減。 1總體設(shè)計思路 本設(shè)計根據(jù)一般沼氣工程對沼液沼渣的處置、和生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟對有機液肥利用的需要，研發(fā)出一種有機液肥施肥機械，該機械可實現(xiàn)五壟同時施肥，具有有機液肥田間深松、暗罐、起壟和鎮(zhèn)壓等多項功能，使田間施肥作業(yè)更加省時、高效。該機械的設(shè)計和推廣可以有效解決沼液沼渣肥料化利用的最后一公里問題，具有重要的現(xiàn)實意義。 1.1設(shè)計原理 施肥機具可以根據(jù)作業(yè)地長度，面積等因素選擇采用在機架上方安裝肥箱架和肥箱，直接由拖拉機牽引進行施肥作業(yè)，也可以采用三點懸掛的方式安裝在沼液罐車后面，液肥罐內(nèi)部的高壓泵將沼液沼渣從液肥罐輸送到閥門所在的總管，本文采用防堵分配器對液肥進行分配，再由分配器出口將沼液沼渣從閥門輸送到施肥鏟管內(nèi)，施肥完成后進行起壟和鎮(zhèn)壓。分配器同時還具有防堵作用，能保證有機液肥施肥的均勻性和穩(wěn)性定。通過壟作施肥和其他不同施肥深度的要求分別設(shè)計了四種不同類型的施肥鏟，深松型、開溝器型、雙翼型、鼠道型，能適應(yīng)不同的壟作要求。壟作施肥能將沼液沼渣完全的覆蓋,有效地減少肥料揮發(fā)和臭氣污染。保留土壤水分和消減風(fēng)蝕可以利用土壤鎮(zhèn)壓[14]，通過鎮(zhèn)壓彈簧來調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓力。 1.2設(shè)計總體結(jié)構(gòu) 如上所述本施肥機械主要包括施肥裝置和肥箱兩大部分，其中施肥裝置如圖2-1所示，主要由機架、施肥裝置、起壟裝置、鎮(zhèn)壓裝置、防堵分配器、行走裝置及輸送管組成。肥箱下方有用于控制流量的閥門和防堵分配器連接。 1.主架 2.起壟裝置 3.鎮(zhèn)壓裝置4.控流閥門 5.分配器 6.液肥箱 7肥箱支架 8.施肥鏟 9.行走裝置 圖1 施肥機具整機結(jié)構(gòu)圖 2關(guān)鍵部件的設(shè)計 2.1旋轉(zhuǎn)葉片的設(shè)計 旋轉(zhuǎn)葉片由防堵葉片和葉片導(dǎo)桿焊接而成，在分配器中防堵葉片的主要作用是阻擋液態(tài)有機肥料流入各分管中，該分配器共有四個防堵葉片均勻等距地分配在直徑為520mm的圓周上，在隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中四個防堵葉片間斷性地對出料口進行封堵，從而在分管內(nèi)產(chǎn)生脈沖高壓，沖擊發(fā)生局部阻力的部位。葉片上連接有葉片導(dǎo)桿，通過導(dǎo)桿與轉(zhuǎn)子鏈接。本文將葉片前端設(shè)計為與徑向成一定傾斜角度，同時，葉片前端設(shè)計成刀刃狀，這樣不僅可以減緩葉片在旋轉(zhuǎn)過程中所受到的液體阻力，還可以清理分液器殼體底部在上一次工作后殘留下來的淤泥。 2.2轉(zhuǎn)子的設(shè)計 轉(zhuǎn)子的主要作用是與葉片導(dǎo)桿鏈接帶動旋轉(zhuǎn)葉片進行轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子四周均勻分配著四個彈簧腔，當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片遇到硬質(zhì)顆粒物的情況時，防堵葉片隨著葉片導(dǎo)桿壓縮彈簧而在彈簧腔內(nèi)滑動。為了阻礙液體填滿彈簧內(nèi)腔而導(dǎo)致彈簧固化，在彈簧腔封口處加密封墊圈，并且在彈簧腔根部開一個通氣孔，通氣孔使彈簧腔與外界相通，這樣既確保了彈簧的可壓縮性，又確保了液態(tài)肥料不能進入彈簧腔。轉(zhuǎn)子中心處是一個正六邊形的鍵槽，與主軸配合。 2.3 錐架的設(shè)計 錐架的結(jié)構(gòu)圖如圖4-13所示，錐架底部圓面直徑為350mm，錐架高度為225mm,為了減輕錐架的重量，將其設(shè)計成中空結(jié)構(gòu)。錐架與轉(zhuǎn)子固定在一起，隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)液態(tài)肥料從進料口進入分液器后首先沖擊錐架，由于錐架旋轉(zhuǎn)，液態(tài)肥料在離心力的作用下被甩向分液器殼體內(nèi)壁，這樣既緩解了液態(tài)肥料對轉(zhuǎn)子的直接沖擊，影響分液器工作的穩(wěn)定性，又可以將沼液沼渣中的泥塊兒甩向器壁有利于泥塊溶于液體中。 2.4 防堵分配器 防堵分配器主要作用是對有機液肥料進行均勻穩(wěn)定的分配，但由于類似沼液沼渣這樣的有機液肥具有粘性大，雜質(zhì)多等特點，流狀肥料在分配管路中很容易發(fā)生堵塞，為解決這一問題，本文設(shè)計了一種具有沖刷管壁、減緩沖擊、避讓顆粒體等功能的分配器。 （1）沖刷管壁。 液壓馬達帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，封堵葉片在隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時會間斷性地對出料口進行封堵，使有機液肥間斷性地流入分管，從而形成脈沖高壓，沖刷管壁，實現(xiàn)防堵功能。 （2）減緩沖擊 當(dāng)有機液肥從主管注入分配器后首先會沖擊錐架，由于錐架隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，會對肥料產(chǎn)生離心力，肥料在離心力的作用下被甩向內(nèi)壁，從而減緩了肥料的沖擊，避免了肥料直接沖擊轉(zhuǎn)子，影響肥料的均勻穩(wěn)定分配。 （3）避讓顆粒體 本文將旋轉(zhuǎn)葉片的前端設(shè)計成具有一定傾斜角度，當(dāng)葉片與硬質(zhì)物體發(fā)生碰撞時硬質(zhì)物體對葉片的擠壓力會產(chǎn)生徑向分力，從而使導(dǎo)桿末端壓縮彈簧完成避讓。 3總結(jié) 本文綜合研究分析國內(nèi)外有機液肥施肥機的研究現(xiàn)狀，針對我國沼氣工程的快速發(fā)展但對其產(chǎn)生的廢棄物的利用情況不佳的現(xiàn)狀，研究設(shè)計了一種可一次性行走完成開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓等多個功能的有機液肥施肥機。對其整機及管件部件進行了系統(tǒng)的理論分析，得到以下結(jié)論。 （1）本文設(shè)計了能夠同時完成開溝、松土、施肥、起壟、覆土鎮(zhèn)壓等作業(yè)的有機液肥施肥機，并采用solidworks進行三維建模。 （2）本文針對有機液肥料因粘稠而容易堵塞分配管路設(shè)計了防堵分配器，該分配器利用旋轉(zhuǎn)葉片間斷性地對流狀肥料輸出口進行封堵，在分管口處產(chǎn)生脈沖高壓，從而對出料口內(nèi)壁的沉積物進行沖擊、清理。該分配器能夠很好的實現(xiàn)防堵功能。 參考文獻 [1] 陳大為.治“五亂”現(xiàn)象，建美麗村莊[N].中國環(huán)境報,2013-8-9(002). 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