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小型有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 姚歡歡 1 馬少輝 1 1 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘要 能源是人類社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ) 也是人們從事生產(chǎn)活動(dòng)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(duì)于我國(guó)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(jì)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(shí) 沼 液沼渣也是一種很好的有機(jī)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(diǎn) 因此需要結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械化的技術(shù)手段設(shè)計(jì)出進(jìn)行沼液沼渣田間暗灌施 肥機(jī)械 關(guān)鍵詞 沼液沼渣 有機(jī)液肥 施肥機(jī) 防堵分配器 液肥箱 中圖分類號(hào) TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 0 引言 我國(guó)農(nóng)業(yè)資源豐富 每年會(huì)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(guò) 600 萬(wàn)噸 其中可以視為能源用途的約 350 萬(wàn)噸 且農(nóng)村普遍存在 五亂 現(xiàn)象 1 近 年我國(guó)能源分布不均衡 煤炭運(yùn)輸緊張 能 源生產(chǎn)與消費(fèi)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(mén)所占比重偏高 結(jié)構(gòu) 性污染等問(wèn)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(shí)解決 能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)兩大問(wèn)題迫在眉睫 為 緩解能源需求的壓力 兼顧經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境 保護(hù) 能源格局的更新 開(kāi)發(fā)無(wú)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(jī)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(diǎn) 因此已經(jīng)有許多國(guó)家開(kāi)始通 過(guò)農(nóng)作物灌溉系統(tǒng)對(duì)有機(jī)液肥進(jìn)行使用 2 在北美有機(jī)液肥消費(fèi)量在國(guó)際上達(dá)到第一 西歐達(dá)到第二 據(jù)檢測(cè) 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(jià)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(wèn)題 如果沼液 沼渣處理不當(dāng) 對(duì)沼氣工程正常運(yùn)行造成影 響的同時(shí) 還會(huì)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(guò)程中 所產(chǎn)生氣體的主要成分份 CH4 和 CO2 剩余 營(yíng)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(huì) 釋放出許多有機(jī) 無(wú)機(jī)酸鹽等可溶性產(chǎn)品 同時(shí)大量繁殖的細(xì)菌死亡后釋放出各種生物 活性物質(zhì) 包括生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)有 增無(wú)減 1 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)根據(jù)一般沼氣工程對(duì)沼液沼渣的 處置 和生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)對(duì)有機(jī)液肥利用的需 要 研發(fā)出一種有機(jī)液肥施肥機(jī)械 該機(jī)械 可實(shí)現(xiàn)五壟同時(shí)施肥 具有有機(jī)液肥田間深 松 暗罐 起壟和鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)功能 使田間 施肥作業(yè)更加省時(shí) 高效 該機(jī)械的設(shè)計(jì)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(wèn)題 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義 1 1 設(shè)計(jì)原理 施肥機(jī)具可以根據(jù)作業(yè)地長(zhǎng)度 面積等 因素選擇采用在機(jī)架上方安裝肥箱架和肥箱 直接由拖拉機(jī)牽引進(jìn)行施肥作業(yè) 也可以采 用三點(diǎn)懸掛的方式安裝在沼液罐車(chē)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(mén)所在的總管 本文采用防堵分配器對(duì) 液肥進(jìn)行分配 再由分配器出口將沼液沼渣 從閥門(mén)輸送到施肥鏟管內(nèi) 施肥完成后進(jìn)行 起壟和鎮(zhèn)壓 分配器同時(shí)還具有防堵作用 能保證有機(jī)液肥施肥的均勻性和穩(wěn)性定 通 過(guò)壟作施肥和其他不同施肥深度的要求分別 設(shè)計(jì)了四種不同類型的施肥鏟 深松型 開(kāi) 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(guò) 鎮(zhèn)壓彈簧來(lái)調(diào)節(jié)鎮(zhèn)壓力 1 2 設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) 如上所述本施肥機(jī)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(jī)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(mén)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(mén) 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(jī)具整機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì) 2 1 旋轉(zhuǎn)葉片的設(shè)計(jì) 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(jī)肥料流入各分管中 該分配器共有 四個(gè)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(guò)程中四 個(gè)防堵葉片間斷性地對(duì)出料口進(jìn)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(guò)導(dǎo) 桿與轉(zhuǎn)子鏈接 本文將葉片前端設(shè)計(jì)為與徑 向成一定傾斜角度 同時(shí) 葉片前端設(shè)計(jì)成 刀刃狀 這樣不僅可以減緩葉片在旋轉(zhuǎn)過(guò)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(lái)的淤泥 2 2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子的主要作用是與葉片導(dǎo)桿鏈接帶動(dòng) 旋轉(zhuǎn)葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)子四周均勻分配著四 個(gè)彈簧腔 當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片遇到硬質(zhì)顆粒物的情 況時(shí) 防堵葉片隨著葉片導(dǎo)桿壓縮彈簧而在 彈簧腔內(nèi)滑動(dòng) 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(kāi)一個(gè)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(jìn)入彈 簧腔 轉(zhuǎn)子中心處是一個(gè)正六邊形的鍵槽 與主軸配合 2 3 錐架的設(shè)計(jì) 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(jì)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(dòng) 當(dāng)液態(tài)肥料從進(jìn)料口進(jìn)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(duì)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(duì)有機(jī)液肥料進(jìn) 行均勻穩(wěn)定的分配 但由于類似沼液沼渣這 樣的有機(jī)液肥具有粘性大 雜質(zhì)多等特點(diǎn) 流狀肥料在分配管路中很容易發(fā)生堵塞 為 解決這一問(wèn)題 本文設(shè)計(jì)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(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 封堵葉片在隨 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)間斷性地對(duì)出料口進(jìn)行封堵 使有機(jī)液肥間斷性地流入分管 從而形成脈 沖高壓 沖刷管壁 實(shí)現(xiàn)防堵功能 2 減緩沖擊 當(dāng)有機(jī)液肥從主管注入分配器后首先會(huì) 沖擊錐架 由于錐架隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 會(huì)對(duì)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(jì)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(shí)硬 質(zhì)物體對(duì)葉片的擠壓力會(huì)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(guó)內(nèi)外有機(jī)液肥施肥 機(jī)的研究現(xiàn)狀 針對(duì)我國(guó)沼氣工程的快速發(fā) 展但對(duì)其產(chǎn)生的廢棄物的利用情況不佳的現(xiàn) 狀 研究設(shè)計(jì)了一種可一次性行走完成開(kāi)溝 松土 施肥 起壟 鎮(zhèn)壓等多個(gè)功能的有機(jī) 液肥施肥機(jī) 對(duì)其整機(jī)及管件部件進(jìn)行了系 統(tǒng)的理論分析 得到以下結(jié)論 1 本文設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)完成開(kāi)溝 松土 施肥 起壟 覆土鎮(zhèn)壓等作業(yè)的有機(jī)液肥施 肥機(jī) 并采用 solidworks 進(jìn)行三維建模 2 本文針對(duì)有機(jī)液肥料因粘稠而容易堵塞 分配管路設(shè)計(jì)了防堵分配器 該分配器利用 旋轉(zhuǎn)葉片間斷性地對(duì)流狀肥料輸出口進(jìn)行封 堵 在分管口處產(chǎn)生脈沖高壓 從而對(duì)出料 口內(nèi)壁的沉積物進(jìn)行沖擊 清理 該分配器 能夠很好的實(shí)現(xiàn)防堵功能 參考文獻(xiàn) 1 陳大為 治 五亂 現(xiàn)象 建美麗村莊 N 中國(guó) 環(huán)境報(bào) 2013 8 9 002 2 張承林 液體肥料發(fā)展?jié)摿薮?N 河南科技報(bào) 2013 8 13 B01 3 馮元琦 美國(guó)高濃度液體肥料 無(wú)水液氨 J 化 肥設(shè)計(jì) 2001 39 1 59 60 4 郜玉環(huán) 張昌愛(ài) 董建軍 沼渣沼液的肥用研 究進(jìn)展 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2011 6 71 75 5 李文哲 徐名漢 李晶宇 畜禽養(yǎng)殖廢棄物資 源化利用技術(shù)發(fā)展分析 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2013 5 Vol 44 No5 135 142 6 王金峰 王金武 深施型液態(tài)施肥分配器的優(yōu) 化設(shè)計(jì) C 紀(jì)念中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)成立 30 周年暨中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì) 2009 年學(xué)術(shù)年會(huì) CSAE 2009 論文集 7 熊棣文 熊偉 一種沼液管道施肥裝置 P CN 200810009436 0 2008 8 13 8 錢(qián)曉華 美國(guó)肥料科技現(xiàn)狀及其對(duì)我們的啟示 J 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào) 1999 5 1 16 17 9 馮金龍 液體施肥裝置施肥機(jī)理的試驗(yàn)研究 D 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2007 10 王家俊 胡瑞 劉建宏 俄羅斯沼氣技術(shù)發(fā)展 動(dòng)向 J 中國(guó)沼氣 1998 16 1 49 50 11 趙曉霞 土壤鎮(zhèn)壓簡(jiǎn)述 J 農(nóng)業(yè)工程 2013 3 1 21 22 12 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手 冊(cè) 上冊(cè) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社 2007 373 384