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塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表 2016年4月18日 學生姓名 姚歡歡 班級 農機16-4班 課題名稱 小型有機液肥施肥機的設計 課題完成進度（學生自述） 1.三維圖已經基本完成； 2.二維圖用solidworks軟件導出尚未開始修改； 3.畢業(yè)設計說明書已經開始，已將部分裝置的設計寫出 存在的問題及整改措施（學生自述） 1. 三維圖中分配器出口處的施肥管分管沒有畫出，后期需要將其補充完整； 2. 由于二維圖是用三維軟件導出，存在一定的問題，后期需要進行仔細的修改； 3. 畢業(yè)設計說明書不全，缺少計算和參考文獻，后期需要繼續(xù)完成 指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導教師簽名 年 月 日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）任務書 學院 機械電氣工程學院 班級 農機16-4 學生姓名 姚歡歡 學號 8031212401 課題名稱 小型有機液肥施肥機的設計 起止時間 2015年10月15日——2016年05月28日（共14周） 指導教師 馬少輝 職稱 副教授 課題內容 設計一種與牽引式沼渣沼液采運罐車配套使用的流狀有機肥施肥機械，并對其關鍵部件進行優(yōu)化設計。 擬定工作進度（以周為單位） 2015年11月5日-11月25日，查閱相關資料、文獻，撰寫開題報告。 2015年11月26日-2016年1月20日，完成機器草圖設計。 2016年1月21日-4月17日，繪制機器各零件圖。 2016年4月18日，中期檢查。 2016年4月19日-5月9日，完成各零件圖，裝配圖，撰寫設計說明書。 2016年5月10日，審閱畢業(yè)設計相關資料。 2016年5月11日-5月24日，修改設計，準備答辯。 主要參考文獻 [1]王金峰，王金武.深施型液態(tài)施肥分配器的優(yōu)化設計[C].紀念中國農業(yè)工程學會成立30周年暨中國農業(yè)工程學會2009年學術年會(CSAE 2009)論文集. [2]熊棣文，熊偉.一種沼液管道施肥裝置[P].CN.200810009436.0.2008-8-13. [3]錢曉華.美國肥料科技現狀及其對我們的啟示[J].安徽農學通報，1999,5（1）：16-17. [4]馮金龍.液體施肥裝置施肥機理的試驗研究[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2007. [5]王家俊，胡瑞，劉建宏.俄羅斯沼氣技術發(fā)展動向[J].中國沼氣，1998,16（1):49-50. [6]趙曉霞.土壤鎮(zhèn)壓簡述[J].農業(yè)工程，2013,3（1）：21-22. [7]中國農業(yè)機械化科學研究院.農業(yè)機械設計手冊（上冊）.中國農業(yè)科學技術出版社.2007，373-384.. [8]馮元琦.美國高濃度液體肥料—無水液氨[J].化肥設計，2001,39（1）：59-60. [9] 郜玉環(huán)，張昌愛，董建軍.沼渣沼液的肥用研究進展[J].山東農業(yè)科學，2011，6：71-75. [10] 李文哲，徐名漢，李晶宇.畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用技術發(fā)展分析[J].農業(yè)機械學報，2013,5，Vol.44，No5，135-142. [11] 張璐.深松鏟降阻技術研究.吉林大學，2013,6. [12] W．R．吉爾，G．E．范德伯奇．耕作和牽引土壤動力學[M]．北京：中國農業(yè)機械出版社，1983． [13] 王兆亮，李建橋，張銳.起壟鏟仿生設計及實驗研究[C].中國農業(yè)機械學會2008年學術年會論文集. 任務下達人（簽字） 年 月 日 任務接受人意見 任務接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。 2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。 小型有機液肥施肥機的設計 姚歡歡1 馬少輝1 (1. 塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300） 摘要：能源是人類社會進步和經濟發(fā)展的重要物質基礎，也是人們從事生產活動中的重要基礎，在城市化、工業(yè)化、農業(yè)現代化等諸多方面，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沼氣等清潔能源，變廢為寶，對于我國的能源需求、農村生態(tài)環(huán)境和農業(yè)循環(huán)經濟發(fā)展模式都有重要的作用。但是，沼氣工程還產生大量的沼液沼渣，如果不將其合理處理將導致二次污染。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、提高農產品的品質等。沼液的施肥具有連續(xù)、量大的特點，因此需要結合農業(yè)機械化的技術手段設計出進行沼液沼渣田間暗灌施肥機械。 關鍵詞：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 文獻標識碼：A 0引言 我國農業(yè)資源豐富，每年會產生大量的生物質廢棄物，農業(yè)秸稈每年生產量超過600萬噸，其中可以視為能源用途的約350萬噸，且農村普遍存在“五亂”現象[1]。近年我國能源分布不均衡，煤炭運輸緊張；能源生產與消費結構矛盾突出；能源消耗產業(yè)結構不合理，工業(yè)部門所占比重偏高；結構性污染等問題。傳統(tǒng)的化石能源已經造成嚴重的環(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化技術是科技界的當務之急。 有機液肥具有混合均勻、配方容易調整、可添加其他農用化學品、生產成本低、能耗低等許多優(yōu)點，因此已經有許多國家開始通過農作物灌溉系統(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。 據檢測，通常農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％，數據表明，沼液沼渣作為肥料應用極具價值。 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，對沼氣工程正常運行造成影響的同時，還會形二次污染[4]。當今多數選用濕法厭氧發(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品。同時大量繁殖的細菌死亡后釋放出各種生物活性物質，包括生長素、維生素、核苷酸等。所以經厭氧發(fā)酵后的沼液沼渣的植物營養(yǎng)有增無減。 1總體設計思路 本設計根據一般沼氣工程對沼液沼渣的處置、和生態(tài)農業(yè)經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，具有重要的現實意義。 1.1設計原理 施肥機具可以根據作業(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，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蝕可以利用土壤鎮(zhèn)壓[14]，通過鎮(zhèn)壓彈簧來調節(jié)鎮(zhèn)壓力。 1.2設計總體結構 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 施肥機具整機結構圖 2關鍵部件的設計 2.1旋轉葉片的設計 旋轉葉片由防堵葉片和葉片導桿焊接而成，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，在隨轉子旋轉的過程中四個防堵葉片間斷性地對出料口進行封堵，從而在分管內產生脈沖高壓，沖擊發(fā)生局部阻力的部位。葉片上連接有葉片導桿，通過導桿與轉子鏈接。本文將葉片前端設計為與徑向成一定傾斜角度，同時，葉片前端設計成刀刃狀，這樣不僅可以減緩葉片在旋轉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轉子的設計 轉子的主要作用是與葉片導桿鏈接帶動旋轉葉片進行轉動。轉子四周均勻分配著四個彈簧腔，當旋轉葉片遇到硬質顆粒物的情況時，防堵葉片隨著葉片導桿壓縮彈簧而在彈簧腔內滑動。為了阻礙液體填滿彈簧內腔而導致彈簧固化，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 錐架的設計 錐架的結構圖如圖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，將其設計成中空結構。錐架與轉子固定在一起，隨轉子一起轉動。當液態(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，液態(tài)肥料在離心力的作用下被甩向分液器殼體內壁，這樣既緩解了液態(tài)肥料對轉子的直接沖擊，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。 液壓馬達帶動轉子轉動，封堵葉片在隨轉子轉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，實現防堵功能。 （2）減緩沖擊 當有機液肥從主管注入分配器后首先會沖擊錐架，由于錐架隨轉子轉動，會對肥料產生離心力，肥料在離心力的作用下被甩向內壁，從而減緩了肥料的沖擊，避免了肥料直接沖擊轉子，影響肥料的均勻穩(wěn)定分配。 （3）避讓顆粒體 本文將旋轉葉片的前端設計成具有一定傾斜角度，當葉片與硬質物體發(fā)生碰撞時硬質物體對葉片的擠壓力會產生徑向分力，從而使導桿末端壓縮彈簧完成避讓。 3總結 本文綜合研究分析國內外有機液肥施肥機的研究現狀，針對我國沼氣工程的快速發(fā)展但對其產生的廢棄物的利用情況不佳的現狀，研究設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，得到以下結論。 （1）本文設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計了防堵分配器，該分配器利用旋轉葉片間斷性地對流狀肥料輸出口進行封堵，在分管口處產生脈沖高壓，從而對出料口內壁的沉積物進行沖擊、清理。該分配器能夠很好的實現防堵功能。 參考文獻 [1] 陳大為.治“五亂”現象，建美麗村莊[N].中國環(huán)境報,2013-8-9(002). [2] 張承林.液體肥料發(fā)展?jié)摿薮骩N].河南科技報，2013-8-13(B01）. [3] 馮元琦.美國高濃度液體肥料—無水液氨[J].化肥設計，2001,39（1）：59-60. [4] 郜玉環(huán)，張昌愛，董建軍.沼渣沼液的肥用研究進展[J].山東農業(yè)科學，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發(fā)展分析[J].農業(yè)機械學報，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)化設計[C].紀念中國農業(yè)工程學會成立30周年暨中國農業(yè)工程學會2009年學術年會(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] 錢曉華.美國肥料科技現狀及其對我們的啟示[J].安徽農學通報，1999,5（1）：16-17. [9] 馮金龍.液體施肥裝置施肥機理的試驗研究[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2007. [10] 王家俊，胡瑞，劉建宏.俄羅斯沼氣技術發(fā)展動向[J].中國沼氣，1998,16（1）：49-50. [11] 趙曉霞.土壤鎮(zhèn)壓簡述[J].農業(yè)工程，2013,3（1）：21-22. [12] 中國農業(yè)機械化科學研究院.農業(yè)機械設計手冊（上冊）.中國農業(yè)科學技術出版社.2007，373-384. 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 小型有機液肥施肥機的設計 學生姓名 姚歡歡 學 號 8031212401 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 16-4 指導教師 馬少輝 起止時間 2015.11.5-2016.05.24 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內（外）研究現狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數在3000字以上，由學生在本報告冊內填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 一 本題來源及研究的目的和意義 （一） 課題的來源：自選題 （二 ）研究的目的 沼液沼渣是典型的流狀有機肥,作為沼氣發(fā)酵原料的人畜糞便和植物莖稈經厭氧發(fā)酵產生的腐熟純凈的沼液與沼渣，除含有豐富的有機質、腐殖酸和速效氮、磷、鉀外，還含有多種常量和微量元素，特別是動、植物所需要的氨基酸含量十分豐富。這些可溶性營養(yǎng)物質，都可通過滲透作用被植物吸收利用。用作添加劑還可將飼料中不易被動物吸收的粗纖維等物分解成多種可溶性物質，形成復合消化酶，這些酶能起到催化劑的作用，促進消化吸收和新陳代謝，加快畜禽的生長發(fā)育。 （三） 研究的意義 沼液沼渣是一種很好的流狀有機肥料，對于改善土壤生態(tài)環(huán)境、提供土壤肥力狀況、提高農產品的品質等具有重要作用。沼液的施肥具有連續(xù)、量大的特點，因此需要結合農業(yè)機械化的技術手段設計出進行沼液沼渣田間暗灌施肥機械。沼液沼渣既是速效與遲效兼?zhèn)洹⑺傩Ф嘤谶t效的有機肥，又是防治病蟲害的無污染、無殘毒、無抗藥性的“生物農藥”。但由于沒有類似沼液沼渣這種流狀有機肥料的機械化施肥技術和機械裝備，沼肥雖好卻很難施用于田間。所以針對大型沼氣工程對沼液沼渣的消納、以及生態(tài)農業(yè)循環(huán)經濟對流狀有機肥料利用的需求，小型有機肥施肥機械，具有流狀肥料抽裝、運輸以及田間深松、施肥、起壟以及鎮(zhèn)壓等功能，使田間施肥作業(yè)更加省時、高效。 二 本課題所涉及的問題在國內外研究現狀及分析 （一） 國內現狀 我國沼氣事業(yè)發(fā)展迅速，尤其在大中型沼氣工程的建設中會產生大量的沼液，我國對沼液的利用方式主要有農作物肥料、防病抑菌、沼液浸種、作為飼料添加劑等幾個方面。雖然我國越來越重視沼肥的合理使用。但目前，我國在沼液沼渣等流狀有機肥的利用方面與發(fā)達國家還有一定差距，差距的產生主要體現在流狀有機肥田間施肥機械的不完善。我國在流狀有機肥的施肥過程中廣泛采用的施肥方式是噴灑施肥。這種施肥方式肥料的利用率低，且會對環(huán)境造成污染。近幾年我國沼氣產業(yè)迅速發(fā)展 ，人們已經意識到沼液沼渣正確利用的重要性。 （二） 國外現狀 國外沼液沼渣的田間施肥技術與裝備比較發(fā)達，如捷克、瑞典、澳大利亞、加拿大、美國、比利時、俄羅斯等國都已對流狀有機肥高度重視并研制出較為成熟的流狀有機肥施肥機械，大型沼氣工程都配有沼液沼渣運輸與施肥機械，施肥方式主要有兩種，一種是噴灑在耕地或草原的地表，另一種是耕地暗罐施肥，從而將沼氣工程、生態(tài)農業(yè)、有機栽培較為完美地結合在一起。 三 對課題所涉及的任務要求及實現預期目標的可行性分析 （1） 對課題所涉及的任務 本課題將設計一種小型有機液肥施肥機，能實現對有機液肥的田間施肥作業(yè)，并且要求該機具能達到以下幾點目標： （1）從液肥箱總管出來的沼液沼渣能均勻穩(wěn)定地送到各施肥鏟，且不容易堵塞。 （2）具有一定的施肥深度，滿足農業(yè)對肥料的要求。施完肥后能將肥料完全覆蓋住，防止肥料中氨的揮發(fā)造成肥效下降以及由此帶來的臭氣污染和氨揮發(fā)造成的溫室效應。 （3）農具一次性行走能完成開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個功能，減少罐車和拖拉機進出耕地的次數。 同時要完成設計草圖的繪制，有二維圖和三維圖的設計，在制圖中要合理的顯示出重要的零件并且去仿真運動。然后應用相關資料和書籍對所設計進行計算。 （2） 對實現預期目標的可行性分析 對于草圖的繪制是應用二維和三維軟件來完成，對于遇到的問題可以通過網絡和各資料來解決問題，至于實物的設計是無法完成的，沒有零部件和應有的條件。 四 本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路 （一）本課題需要重點研究的問題 小型有機液肥施肥機械主要包括液肥箱和施肥裝置兩大部分，施肥裝置主要由機架、開溝施肥鏟、起壟裝置、鎮(zhèn)壓裝置、分配器、行走裝置及輸送管組成。 機架的主要作用是作為其他工作部件的載體，承受它們的重力作用，各工作部件按照要求安裝在機架上，為保證每個部件都能夠發(fā)揮正常作用以及滿足運輸的要求，機架需要具有足夠的強度和剛度。 限深輪具有支撐暗灌機重量、為其他工作部件傳遞動力等作用。 起壟器是農田施肥機具中的一種重要的觸土部件，在壟作栽培作業(yè)中得到了非常廣泛的應用。 鎮(zhèn)壓裝置不僅可以通過在起壟后的地表上形成緊密層防止緊密層下的土壤被吹透，還可以使土壤深處上升的氣態(tài)水在緊密層處凝結成液態(tài)水，起到了保存水分的作用。 防堵分配器主要作用是對流狀有機肥料進行均勻穩(wěn)定的分配，但由于類似沼液沼渣這樣的流狀有機肥具有粘性大，雜質多等特點，流狀肥料在分配管路中很容易發(fā)生堵塞。 其中關鍵問題有以下幾點： 1、施肥機具與液肥箱的連接 2、輸肥管堵塞問題 3、液肥箱總管出來的沼液沼渣能否均勻穩(wěn)定地送到各施肥鏟的問題 4、施肥深度與施肥鏟的問題 （二） 關鍵問題解決思路 實際中通過對要施肥的土地進行勘察，對不同的土地要設置不同的施肥量，施肥機具采用三點懸掛的方式安裝在拖拉機后面。 限于沼液出料壓力，應采用分配器對總管的沼液進行分配，再用分管接分配器出口將沼液沼渣輸送到施肥鏟管內，施肥完成后進行起壟、鎮(zhèn)壓。分配器同時還有防堵的作用，能保證流狀有機肥料施肥的均勻性和穩(wěn)性定。 結合壟作施肥及不同施肥深度的要求分別采用了深松型、開溝器型、尖朝后型、鼠道型四種不同類型的施肥鏟，能適應不同的壟作要求。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。 五 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 所需工作條件： （1） 該課題內容的參考文獻 （2） 實地考察已有機型的具體構造 （3） 對所學的專業(yè)課程的理解與運用 （4） 理解并清楚各個零部件的作用 （5） 對零件和實體運用二維，三維圖還原 解決的辦法： （1）到圖書館或中國知網查閱文獻、資料對所設計的課題進行了解 （2）設計各零部件，進行組裝，進行修改 （3）通過大學里所學的專業(yè)知識計算各零部件所應有的強度計算 （4）用CAD、SolidWorks進行繪畫二維和三維的零部件和裝配圖 （5）用三維軟件對所設計的機具進行運動仿真 六 完成本課題的工作方案及進度計劃 （1） 工作方案 （1） 設計其動力裝置 （2） 對施肥機機架的設計 （3） 對輸肥管防堵裝置的設計 （4） 對其他零部件的設計 （2） 進度計劃 （1）2015年11月5日-11月25日，查閱相關資料、文獻，撰寫開題報告。 （2）2015年11月26日-2016年1月20日，完成機器草圖設計。 （3）2016年1月21日-4月17日，繪制機器各零件圖。 （4）2016年4月18日，中期檢查。 （5）2016年4月19日-5月9日，完成各零件圖，裝配圖，撰寫設計說明書。 （6）2016年5月10日，審閱畢業(yè)設計相關資料。 （7）2016年5月11日-5月24日，修改設計，準備答辯。 七 參考文獻 [1]王金峰，王金武.深施型液態(tài)施肥分配器的優(yōu)化設計[C].紀念中國農業(yè)工程協(xié)會成 立30周年暨中國農業(yè)工程協(xié)會2009年學術年會(CSAE 2009)論文集. [2]熊棣文，熊偉.一種沼液管道施肥裝置[P].CN.200810009436.0.2008-8-13. [3]錢曉華.美國肥料科技現狀及其對我們的啟示[J].安徽農學通報，1999,5（1）： 16-17. [4]馮金龍.液體施肥裝置施肥機理的試驗研究[D].哈爾濱：東北農業(yè)大學，2007. [5]王家俊，胡瑞，劉建宏.俄羅斯沼氣技術發(fā)展動向[J].中國沼氣，1998,16（1）： 49-50. [6]趙曉霞.土壤鎮(zhèn)壓簡述[J].農業(yè)工程，2013,3（1）：21-22. [7]中國農業(yè)機械化科學研究院.農業(yè)機械設計手冊（上冊）.中國農業(yè)科學技術出版 社.2007，373-384.. [8]馮元琦.美國高濃度液體肥料—無水液氨[J].化肥設計，2001,39（1）：59-60. [9] 郜玉環(huán)，張昌愛，董建軍.沼渣沼液的肥用研究進展[J].山東農業(yè)科學，2011，6：71-75. [10] 李文哲，徐名漢，李晶宇.畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用技術發(fā)展分析[J].農業(yè)機械學報，2013,5，Vol.44，No5，135-142. [11] 張璐.深松鏟降阻技術研究.吉林大學，2013,6. 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7 3.3 施肥鏟 8 3.4 起壟器 9 3.5 鎮(zhèn)壓裝置 10 4 防堵分配器的研究 12 4.1 功能分析 12 4.2 基本結構與工作原理 13 4.3 機構設計 15 結 論 24 致 謝 25 參考文獻 26 塔里木大學畢業(yè)設計 1引言 1.1 目的與意義 我國農業(yè)資源豐富，每年會產生大量的生物質廢棄物，農業(yè)秸稈每年生產量超過600萬噸，其中可以視為能源用途的約350萬噸，且農村普遍存在“五亂”現象[1]。近年我國能源分布不均衡，煤炭運輸緊張；能源生產與消費結構矛盾突出；能源消耗產業(yè)結構不合理，工業(yè)部門所占比重偏高；結構性污染等問題。傳統(tǒng)的化石能源已經造成嚴重的環(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化技術是科技界的當務之急。 有機液肥具有混合均勻、配方容易調整、可添加其他農用化學品、生產成本低、能耗低等許多優(yōu)點，因此已經有許多國家開始通過農作物灌溉系統(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。 沼液沼渣常規(guī)工藝發(fā)酵的營養(yǎng)成份見表1-1、表1-2所示 表1-1 沼液營養(yǎng)物質含量 代號 Ph 全氮 全磷 全鉀 水溶性氮 水溶性磷 水溶性鉀 Ca Mg Fe Mn (㎎∕L) 1 7.67 552.3 76.3 813.5 411.6 25.5 783.9 167.4 27.8 10.4 1 2 8.03 142.8 114.5 361.5 135.3 6.94 327.2 128.1 29.3 13 0.4 3 8.6 160.7 71.5 361.5 139.5 5.22 327.2 140.4 29.8 41.7 0.7 4 8.14 362 111.8 873.7 344.4 19.8 826.1 90.1 28.6 3.8 0.45 5 7.62 379.9 31.6 1114.7 342.2 29 1035.2 64.1 26.1 11.3 0.3 6 7.45 704.7 146.1 780.1 625.3 12.9 474.5 204.4 11.6 0.9 2.52 7 7.14 286.1 140.4 262.7 226.8 79.7 226 72.2 33.4 2.9 1.28 8 7.2 543 164.4 506.2 376.8 27.5 504.7 116.7 32.8 2.24 0.6 9 7.58 616.3 107 485.9 471.8 39.8 451.9 87.4 36.7 2.55 0.24 10 7.61 751.2 188 688.7 675 84 632.7 49.3 35.1 4 0.52 表1-2 沼渣營養(yǎng)物質含量 代號 Ph 有機質 全氮 全磷 全鉀 有效氮 有效磷 有效鉀 Ca Mg Fe Mn (ɡ∕㎏) (㎎∕㎏) 1 8.01 64.3 3.48 9.85 7.12 358.3 918 690.3 14078.6 869.4 845.4 797.1 2 7.63 154.4 2.31 6.53 2.36 355.3 737.5 469.6 7920 576.7 713.9 239.2 3 6.62 60.9 3.85 5.57 7.99 329.7 266.1 1250.9 7403.5 634.5 590.9 322 4 7.31 50.6 2.42 8.29 6.92 584.9 507.3 1400.2 8594.1 617.9 583.3 329.3 5 7.82 97.4 2.99 11.5 2.71 358.3 795 977 8544.3 550.9 642.2 364.1 6 7.89 56.2 2.91 3 2.86 432.6 1134.6 762.1 2221.6 650.3 455.6 64.7 7 7.83 157.6 3.33 7.37 1.25 792.5 1999.2 621.2 22573.4 1603.9 1178.3 416.8 8 7.87 162.7 4 6.16 1.29 615.4 1914.3 676.2 5925.6 1266.3 869.7 94.7 9 7.88 122.2 4.53 6.99 1.43 851.4 2114 672.3 6022.2 926.3 788.2 84 10 7.89 109.8 4.78 7.76 1.39 769.4 1934.2 676.4 10594 709.3 872.3 466.5 據檢測，通常農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％，數據表明，沼液沼渣作為肥料應用極具價值。 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，對沼氣工程正常運行造成影響的同時，還會形二次污染[4]。當今多數選用濕法厭氧發(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品。同時大量繁殖的細菌死亡后釋放出各種生物活性物質，包括生長素、維生素、核苷酸等。所以經厭氧發(fā)酵后的沼液沼渣的植物營養(yǎng)有增無減。 本設計根據一般沼氣工程對沼液沼渣的處置、和生態(tài)農業(yè)經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，具有重要的現實意義。 1.2國內外研究概況 1.2.1 國內研究 我國沼氣事業(yè)發(fā)展迅速，尤其在大中型沼氣工程的建設中會產生大量的沼液，我國對沼液的利用方式主要有防病抑菌、農作物肥料、沼液浸種、作為飼料添加劑等幾個方面。我國雖然越來越重視沼肥的合理使用。但目前，在沼液沼渣等有機液肥的利用方面與發(fā)達國家還有一定差距，差距的產生主要體現在有機液肥田間施肥機械的不完善。我國在有機液肥的施肥過程中廣泛采用的施肥方式是噴灑施肥。用這種方式施肥利用率低，同時還會污染環(huán)境[6]。近幾年我國沼氣產業(yè)迅速發(fā)展 ，人們已經意識到沼液沼渣正確利用的重要性。我國已經在沼液管道施肥裝置方面有所研究[7]，但這種施肥方式同樣會造成環(huán)境污染，考慮到沼液的污染問題，暗灌施肥是一個很理想的施肥方式，但我國現有的有機液肥暗灌機械幾乎一片空白，待研究空間非常廣闊。 1.2.2 國外研究 國外有機液肥的田間施肥能力與機械比較發(fā)達，如瑞典、捷克、加拿大、澳大利亞、美國、比利時、俄羅斯等國都已對有機液肥高度重視并研制出較為成熟的有機液肥施肥機械，通常氣工程都擁有沼液沼渣的運送和施肥設備，施肥方法通常有兩種，一種是直接噴灑在地表，另一種是耕地暗罐施肥[8-10]，從而將沼氣工程、生態(tài)農業(yè)、有機栽培較為完美地結合在一起。 美國的灌溉技術十分發(fā)達，他們的滴灌技術還傳入了以色列，美國將灌溉與施肥相完美結合，非?？粗赜袡C液肥的制造和利用，他們在大田作物、蔬菜、瓜果和觀賞植物上普遍使用有機液肥[11]。 以色列生產的自動灌溉施肥機，對灌溉和施肥一體化的實現，大大提高了水肥利用率和耦合效應[12]。在俄羅斯已經生成了濃度相對較高的凈化后的生態(tài)和清潔型有機肥--沼液市場、發(fā)酵后的沼沼液沼渣等有機肥在各種作物中的廣泛應用[13]。 比利時的Joskin公司率先研制并生產了各種有機液肥施肥機具。另外，還包括美國的大平原、澳大利亞的John Shearer、加拿大的BigRig等知名企業(yè)都對有機液肥施肥機械有所涉獵。 （a）Terraflex/2型施肥機 （b）Terrasoc型施肥機 （c）Terraflex/3型施肥機 圖1-1 Joskin研發(fā)的系列有機液肥施肥機 圖1-1為比利時的Joskin研發(fā)的有機液肥施肥機，圖1-2（a）為Terraflex/2型施肥機，該施肥機械具有許多堅硬靈活的細鏟，細鏟的底端有6.5cm寬的可反轉的犁頭，由于細鏟的這種特殊結構，它在工作時可以很好的疏松土壤，植物殘余物可以得到充分的混合。（b）為Terrasoc型施肥機，該施肥機械每間隔30或40cm裝配有一個堅硬的鋤刀，鋤刀的底端是一個24cm寬的箭型犁頭，犁頭寬度根據不同的流狀肥料和不同的土地情況由15cm到25cm不同，流狀肥料從軟管口流出后全部注到犁頭上，為了滿足工作要求，鋤刀的工作深度為10—12cm.這種鋤刀形式可以很好的適合機械除草技術。（c）為Terraflex/3型施肥機，鏟頭分三行排列，第一行與第二行的間距大于第二行與第三行的間距，這種結構加大了鏟與鏟之間的寬度，能夠適應田地中有較多植物殘留物的情況。 綜上所述，由比利時Joskin研發(fā)制造的系列流狀肥料施肥機均以大型為主，機重大，且需要配備大功率拖拉機，施肥效率高，適用于大地塊作業(yè)，當然，機器價格也相當昂貴。而我國一般地塊不大、家庭的購買力不高；并且，我國能與大型施肥機具配合使用的拖拉機很少，主要以中小型施肥機械為主，因此無論從價格上，還是從需要的配套動力來看，均與我國國情不符。所以我們只能根據我國的實際情況，設計制造適用于我國國情的有機液肥施肥機械。 1.3研究內容與方法 本文是在綜合研究國內外有機液肥施肥機械研究現狀的基礎上，針對我國對沼液沼渣等有機液肥的利用情況，結合有機肥的物理特性以及我國農田對有機肥料的實際需求，設計一種可多行同時完成開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個功能的有機液肥施肥機械。本文的主要研究內容及方法如下： 施肥機的整機設計。在考慮了我國田間作業(yè)的農藝要求，施肥的工作效率以及分析壟體參數的基礎上，提出有機液肥施肥機的設計要求及實現的功能。 防堵分配器的設計。針對沼液沼渣等有機液肥具有較高的粘稠性，而且要實現多行同時施肥設計出一種既具有將有機液肥均勻分配到各個輸肥管功能，又具有防堵塞功能的防堵分配器。 2 技術方案 2.1 設計要求 （1）從液肥箱總管出來的沼液沼渣能均勻穩(wěn)定地送到各施肥鏟，且不容易堵塞。各分管的施肥量要滿足農藝的要求，沼肥施肥量為50m3/hm2。 （2）具有一定的施肥深度，滿足農業(yè)對肥料的要求。施完肥后能將肥料完全覆蓋住，防止肥料中氨的揮發(fā)造成肥效下降以及由此帶來的臭氣污染和氨揮發(fā)造成的溫室效應（溫室氣體中氨的排放主要來自農業(yè)）。 （3）開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個功能能同時完成，縮減了機具和拖拉機進出農田的次數。 2.2 結構組成 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2-1 施肥機具整機結構圖 2.3 工作原理 施肥機具可以根據作業(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，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蝕可以利用土壤鎮(zhèn)壓[14]，通過鎮(zhèn)壓彈簧來調節(jié)鎮(zhèn)壓力。 3 零部件與總成設計 3.1 施肥機機架 機架的主要作用是作為其他工作部件的承重載體，承受它們的重力作用，每一工作部件按照要求安裝在機架上，為保證每個部件都能夠發(fā)揮正常作用以及達到運輸的要求，機架必須達到一定的強度和剛度。本文選用的機架如圖3-1所示，主要包括主架、上懸掛、下懸掛、支撐架。 1.主架 2.上懸掛 3.下懸掛 4.支撐架 圖3-1有機液肥施肥機機架 主機架的相關尺寸如圖3-2所示，為了滿足施肥機同時掛接多個工作部件，主架設計為100×100×10的方形空心鋼，長度為3900mm。由于施肥機要同時完成開溝施肥、起壟、鎮(zhèn)壓等多項工作，主架選擇矩形架，架體寬度為600mm，將各施肥鏟固定于前橫梁上，起壟器和鎮(zhèn)壓裝置固定于后橫梁上，各相同工作部件之間的間距符合田間作業(yè)農藝要求。主架上連接有支撐架，支撐架起到支撐分液裝置的功能。為保證施肥機機架與拖拉機或罐車鏈接的可靠性，本設計采用三點懸掛方式，兩下懸掛間距為700mm。 圖3-2 主機架工程圖 3.2 限深輪 限深輪具有支撐施肥機重量、為其他工作部件傳遞動力等作用，本次設計中限深輪采用了升降可調節(jié)地輪的形式，機架兩側各有一個行走輪，能夠起到仿形、限深、驅動的作用。其結構如圖3-3所示，由輪胎、安裝支架、調節(jié)螺栓、連接方板組成，通過調節(jié)支架上的螺栓孔點來實現輪胎的上下高度調節(jié)，從而調節(jié)施肥高度。而且，也可以通過上下調節(jié)施肥鏟來改變施肥高度。 限深輪通過連接板安裝在機架上，承受著施肥機具的重力，在行走過程中機具只受到水平牽引力的作用，不需要再提供垂直提升力。輪胎的負荷指數為77，即最大負荷為412kg的負載，而整個機具的總重量約為370kg，平均下來每個輪胎負重185kg,小于輪胎的最大負荷，滿足使用要求。 1.連接板 2.安裝架 3.輪胎 圖3-3限深輪結構圖 3.3 施肥鏟 為了達到沼液沼渣等有機液肥的施肥量相對較大且對于不同土地情況或不同的種植環(huán)境下施肥深度有也所不同的要求，本文采用了4種不同類型的施肥鏟，深松型、雙翼型施肥鏟、后鏵型施肥鏟、鼠道型等。這四種施肥鏟使有機液肥的施肥方式變得更加靈活。 四種施肥鏟分別為： （1）圖3-4（a）為深松型施肥鏟，是將施肥管焊接在現有土壤深松鏟的后端而成，鏟體結構主要有菱型鏵尖和弧形鏟柱，深松的同時將有機液肥灌入土壤中，施肥深度最深可達30cm，應用于平作或起新壟時施肥[15]。 （2）圖3-4（b）雙翼型施肥鏟如所示，鏟柱為直立式，翼型鏟頭下端的翼板可以穩(wěn)定溝槽，后面施肥管末端翼板是防止泥土進入施肥管淤塞。切削土壤通過兩側翼板入土刃來完成，翼板的分土和翻土作用開出的溝槽[15]。這種開溝器開出的溝槽較大，施肥深度最深可達20cm，適用于整地后土壤狀態(tài)好且施肥量較大的土壤。 （3）圖3-4（c）是后鏵型施肥鏟，是在對固態(tài)施肥鏟改造成的，能夠用于固含量較高的沼液泥漿施肥。這類施肥鏟不具有松動土壤的能力，只能通過后弧刃剪切土壤擠壓出的一條窄溝槽流入液肥。土壤表層的秸稈、殘茬可以被這類施肥鏟順著后弧刃壓到土壤的下層，不會形成秸稈纏繞施肥鏟柱現象。 （4）鼠道型施肥鏟參考外文文獻結構設計，結構圖如圖3-4（d）所示，直立式鏟柱，圓錐型鏟尖，鏟尖后部的圓型管起到溝槽穩(wěn)定成型的作用，施肥管焊接在圓型管的后面。這類施肥鏟開出的溝槽相對穩(wěn)定，類似于鼠道，這種施肥鏟入土效果佳，開溝效果也較好，所承受的土壤阻力相對較小，對土地質量要求不高，多適用于淺層、中層土壤[16-17]。 （a） 深松型施肥鏟 （b）雙翼型施肥鏟 （c） 后鏵型施肥鏟 （d）鼠道型施肥鏟 1.鏟尖 2.施肥管 3.鏟柱 圖3-4 四種類型的施肥鏟 根據本項目擬應用地區(qū)的土質特點及耕作需求，先期選擇深松型施肥鏟為設計形式，后鏵型施肥鏟作為備用。 3.4 起壟器 起壟器是農田施肥機具中的一種重要的觸土部件，在壟作栽培作業(yè)中得到了非常廣泛的應用[18]。本文選用普通起壟器，其結構圖如圖3-10所示，由起壟鏟、擋板、起壟鏟柱等組成，用頂絲固定在鏟柱上，通過連接板固定在后梁上，移動連接板可調節(jié)壟距，本文預計的壟距為700mm，松開頂絲可調節(jié)入土深度。起壟器的外形通常為錐體，線性元素一般為直線。 1.起壟鏟 2.擋板 3起壟鏟柱 4.頂絲 5.連接板 圖3-10 起壟器結構圖 3.5 鎮(zhèn)壓裝置 本文中鎮(zhèn)壓裝置采用橡膠鎮(zhèn)壓輪形式，這種形式的鎮(zhèn)壓輪不僅可以減輕機體重量，更重要的是具有黏土少，容易脫土等特點，鎮(zhèn)壓效果很好。圖3-11為該鎮(zhèn)壓裝置結構，安裝在起壟部件中間靠后方，主要由橡膠鎮(zhèn)壓輪、鎮(zhèn)壓梁、鎮(zhèn)壓彈簧、連接桿等構成。 鎮(zhèn)壓裝置不僅可以通過在起壟后的地表上形成緊密層防止緊密層下的土壤被吹透，還可以使土壤深處上升的氣態(tài)水在緊密層處凝結成液態(tài)水，起到了保存水分的作用[14]。橡膠鎮(zhèn)壓輪通過連接桿與鎮(zhèn)壓梁相連，在連接桿與鎮(zhèn)壓梁之間裝有鎮(zhèn)壓彈簧，在鎮(zhèn)壓裝置對土壤進行鎮(zhèn)壓過程中鎮(zhèn)壓彈簧起到了減震作用，保護鎮(zhèn)壓裝置不被震壞。 1.橡膠鎮(zhèn)壓輪 2.鎮(zhèn)壓彈簧 3.連接桿 4.鎮(zhèn)壓梁 圖3-11 鎮(zhèn)壓裝置 1.橡膠輪胎 2.輪轂 3.墊圈 4.鎮(zhèn)壓輪軸 圖3-12 鎮(zhèn)壓輪 鎮(zhèn)壓輪采用橡膠輪，結構如圖3-12所示。圖3-13為鎮(zhèn)壓輪的受力分析，鎮(zhèn)壓輪上的載荷及其自身重量通過接地面積以一定的壓力傳到土壤，引起土壤內應力的變化，在應力作用下壓實土壤。鎮(zhèn)壓輪對土壤的壓實程度主要取決于鎮(zhèn)壓輪自重、載荷大小及其加載方式和加載時間、土壤含水量、鎮(zhèn)壓輪直徑、鎮(zhèn)壓輪寬度等因素，其關系式如公式（3-1）所示。 圖3-13 鎮(zhèn)壓輪受力分析圖 （3-1） 式中 Z—鎮(zhèn)壓輪鎮(zhèn)壓深度，（mm）； G—鎮(zhèn)壓輪接地重量（包括自重及轉移重量），（N）； L—鎮(zhèn)壓輪寬度，（mm）； D—鎮(zhèn)壓輪直徑，（mm）； —鎮(zhèn)壓輪的翻轉角，（）。 所選用的鎮(zhèn)壓輪，如圖3-11所示，外形尺寸直徑256mm，寬度240mm，橡膠輪胎，輪轂由5mm厚鋼板沖壓而成。調節(jié)壓力彈簧使其處于原始長度，則鎮(zhèn)壓輪加上附件總重量為4.8kg，則計算鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓深度Z = 2.2mm，計算鎮(zhèn)壓輪的翻轉角如式28所示。 （3-2） 鎮(zhèn)壓輪的接地面積S如式29所示。 （3-3） 則鎮(zhèn)壓強度P如式30所示。 （3-4） 對于多數壟作區(qū)的土地（0 ~ 10），土壤容重在1.2 ~ 1.3g /cm3之間時，土壤狀況最適于作物生長發(fā)育。有實驗數據可知，確保鎮(zhèn)壓強度范圍3 ~ 5N/cm2,即可滿足要求。在彈簧不作用的情況下，計算鎮(zhèn)壓輪的翻轉角= 11.5，鎮(zhèn)壓強度P = 0.40N/cm2，由計算結果可知依靠鎮(zhèn)壓輪自重無法滿足適宜于種子發(fā)芽的土壤容重要求。 因此，采用彈簧加壓，彈簧長度為120mm，直徑為22mm，彈簧絲直徑為3.5mm，螺距為12mm，剛度系數為139N/cm，最大變形量為4cm。鎮(zhèn)壓強度可在0.87 ~ 8.12N/cm2內調節(jié)，滿足設計參數要求。 4 防堵分配器的研究 4.1 功能分析 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。 液壓馬達帶動轉子轉動，封堵葉片在隨轉子轉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，實現防堵功能。 （2）減緩沖擊 當有機液肥從主管注入分配器后首先會沖擊錐架，由于錐架隨轉子轉動，會對肥料產生離心力，肥料在離心力的作用下被甩向內壁，從而減緩了肥料的沖擊，避免了肥料直接沖擊轉子，影響肥料的均勻穩(wěn)定分配。 （3）避讓顆粒體 本文將旋轉葉片的前端設計成具有一定傾斜角度，當葉片與硬質物體發(fā)生碰撞時硬質物體對葉片的擠壓力會產生徑向分力，從而使導桿末端壓縮彈簧完成避讓。 4.2 基本結構與工作原理 4.2.1組成結構 本文所設計的防堵分配器主要由殼體、蓋、錐架、轉子、防堵葉片、傳動軸等組成，其結構圖如圖4-1所示。 1.蓋 2.錐架 3.殼體 4.轉子 5.防堵葉片 6.傳動軸 圖4-1 防堵分配器 4.2.2 工作原理 液壓馬達和分配器軸鏈接起來，轉子通過傳動鍵的作用隨分配器旋轉。錐形架固定在轉子上與轉子一起轉動，當有機液肥從主管流入分配器中時首先落到錐形架上，旋轉中的錐形架將液態(tài)肥甩向殼體側壁從而降低了液肥對轉子的撞擊力。葉片與轉子裝配在一起，在導向槽與葉片導桿的作用下也隨著轉子旋轉。轉子的功能是讓分管中流體由連續(xù)被切為間斷，增加流體能量的集中力，在分管中形成周期性脈沖高壓，對存在局部阻力的地方進行沖擊，防止固體雜質堵塞的積累。轉子的轉速為120r/min，瞬間完成每個分管的封堵，同時有機液肥自身帶有流動性，封堵作用不會對施肥的均勻性造成影響。轉子與彈簧裝配后形成彈簧的安裝腔彈簧安裝在其內（如圖4-2所示）。 1.下殼體 2.防堵葉片 3.導桿 4.轉子 5彈簧 6.分液口 7.傳動軸 8.軸承 圖4-2 防堵分配器的工作原理圖 當大的雜質阻礙葉片旋轉時彈簧起到自動調節(jié)作用，圖4-3是雜質阻礙葉片旋轉時葉片的運動情況及受力情況，當作用于葉片的阻力較大，滿足FNX大于彈簧的彈力F彈力時，可迫使旋轉葉片在導桿處壓縮彈簧，旋轉葉片在旋轉的同時沿著彈簧腔向內移動，從而實現了對雜質的避讓，當被阻葉片越過障礙物時阻力下降，葉片在彈簧彈力的作用下又恢復到原來工作位置。圖4-3（a）、圖4-3（b）分別為旋轉葉片即將對硬質雜質進行避讓和避讓過程中的情況。 （a） 即將避讓 （b） 避讓過程中 1 1 圖4-3 雜質阻礙葉片運動時的避讓過程及受力分析示意圖 該防堵分配器也具有攪拌防堵功能，轉子通過轉動過程對分配器內部沼肥進行攪拌，避免固體在分配器內邊緣積累而形成淤塞，也可確保每一分管沼液沼渣總固體含量的均勻性；另外該分配器還具有清除管口邊緣的能力，弧形封堵葉片有規(guī)律地掃過分配器管口，預防出口處由于纖維類物質的積累而淤塞分管。 4.3 機構設計 4.3.1 驅動機構 （1）防堵分配器的功率計算 在防堵分配器的設計中，由于分配器會受到許多因素的影響，要正確確定防堵分配器的工作功率比較困難?？紤]到本文所設計的防堵分配器防堵機構與攪拌機的攪拌機構很相像，結構也十分相近，因此本文中防堵分配器的功率計算與攪拌機的功率計算相類比。 攪拌機在正常運轉的情況下，在介質中旋轉，要消耗的功率，必須大于液體對旋轉葉片的摩擦力，也就是大于介質的阻力。而在啟動時，液體由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)，所以防堵分配器所需要的能量還需大于液肥的慣性力。根據經驗，計算液體中旋轉機構的運動功率只按運轉功率計算是滿足不了需要的[19]，所以本文中防堵分配器的功率按啟動功率進行計算。 啟動時需要的功率由兩部分組成，一部分是克服液體從靜止狀態(tài)到運動時的慣性力所消耗的功率N1；另一部分是克服液態(tài)介質之間的摩擦力所需的功率，即運轉功率N2，啟動功率的計算公式為[20]： （4-1） （4-2） （4-3） （4-4） 式中 h—扇葉寬度，h = 0.04m； d—旋轉扇葉直徑，d = 0.586m； D—分液器殼體直徑，D = 0.616m； H—液層高度，H = 0.11米； n—扇葉轉速，n = 120； —液體密度，； P—整個旋轉扇葉克服摩擦力的能量消耗，； —阻力系數，= 1.8 (經驗值)； k—防堵分配器的校正系數。 本文中的施肥機械主要針對沼液沼渣而設計的，我們估算其介質比重為= 0.60 ，則介質密度=/g = 600/9.81 = 61.2 。代入（4-1）—（4-4）可得，克服液體從靜止狀態(tài)到運動狀態(tài)時的慣性力所消耗的功率N1的值為： 防堵分配器的校正系數k值按下式計算： = 0.14 克服液體介質之間的摩擦力所需的功率N2： = 8.53 由此可得： N啟= N1 + N2 = 8.94 + 8.53 = 17.47 （2）液壓馬達的選擇 本設計中分液器轉子所需轉速為120r/min，屬于低速運轉工況，所以在這里選用低速液壓馬達即可，綜合考慮實際情況，本文中選用BM-E系列擺線液壓馬達中的BM-ES630型液壓馬達，具有一下結構特點： ①端面配流式擺線液壓馬達； ②先進的嵌入式列類型轉子參數設計,啟動壓力低、效率高、低速平穩(wěn)運行； ③先進的軸封設計，高背壓承受能力。先進可靠的聯動軸設計，使馬達具有長壽命； ④先進的配流機構設計，具有配流精度高和磨損自動補償的特點； ⑤多種法蘭、輸出軸、油口等安裝銜接方式。 4.3.2 分液器殼體 分配器殼體的結構和容量的大小是液態(tài)有機肥能否均勻穩(wěn)定分配的關鍵，其主要由上蓋和下殼體組成，上蓋頂端為總管即防堵分配器的進料口。下殼體均勻分配有5個分管口即防堵分配器的出料口。分配器的殼體結構圖如圖4-4所示。 1.進料口 2.上蓋 3.夾具 4.下殼體 5.出料口 6.軸套 圖4-4分液器殼體 圖4-5 上蓋零件圖 圖4-6 下殼體零件圖 為滿足5壟同時施肥對施肥量的要求，我們選擇下殼體的外側直徑為600mm,高度為170mm。分配器將閥門出來的沼液沼渣平均穩(wěn)定地分配到每一個施肥管中。從肥箱或罐車到防堵分配器的總管內部直徑為100毫米，本次設計為5壟同時施肥，分配器出口和施肥管內徑應為45毫米，為了擴大分配器的內部壓力防止淤塞，施肥管的實際設計內徑為36毫米，以便在分配器到分管出口之間形成二次壓差，使沼液沼渣能夠穩(wěn)定的注入作物的土壤?？紤]到下殼體底部有防堵葉片隨著轉子轉動，一方面液體對器壁有一定的沖擊力，另一方面沼液沼渣中的硬質木棒等物質與防堵葉片發(fā)生作用，硬質木棒會對器壁產生較大的擠壓力，因此防堵葉片工作范圍內的器壁略厚一些，選擇厚度為8mm，其余器壁厚度為5mm。防堵分配器上蓋與下殼體的零件圖如圖4-5、圖4-6所示。另外，本文中上蓋與下殼體采用如圖4-7所示，箱體扣連接，這一連接方式便于分配器的拆裝，可定期清理，同時也便于分管堵塞時對堵塞情況進行檢查與處理。 圖4-7 箱體扣 4.3.3旋轉葉片 旋轉葉片由防堵葉片和葉片導桿焊接而成，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，在隨轉子旋轉的過程中四個防堵葉片間斷性地對出料口進行封堵，從而在分管內產生脈沖高壓，沖擊發(fā)生局部阻力的部位。葉片上連接有葉片導桿，通過導桿與轉子鏈接。旋轉葉片的結構圖如圖4-8所示。 1．防堵葉片2.葉片導桿 圖4-8 旋轉葉片 防堵葉片的形狀及相關尺寸如圖4-9所示，葉片內外側邊緣分別是半徑為237mm和287mm的圓弧，圖中圓心O也是轉子旋轉的中心。這種將內外側邊緣設計成與旋轉中心同心的結構，不僅大大降低了葉片轉動時所受到的阻力，同時也節(jié)省了材料。防堵葉片除了封堵作用，還具有對硬質木棒、石子等較堅硬的物體進行避讓的作用。本文將葉片前端設計為與徑向成一定傾斜角度，同時，葉片前端設計成刀刃狀，這樣不僅可以減緩葉片在旋轉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。葉片導桿的零件圖如圖4-10所示，葉片導桿在轉子端蓋內側位置設計成軸環(huán)，在末端與彈簧安裝腔內的彈簧相連，這樣葉片導桿既在端部與彈簧接觸又在轉子端蓋處靠軸環(huán)定位，保證了旋轉葉片在不受到硬質物體阻礙的情況下在確定的圓周上穩(wěn)定地旋轉。當硬質木棒與葉片前端發(fā)生作用時，木棒對葉片施加的壓力在徑直方向上的分力通過葉片導桿擠壓彈簧，從而避讓了硬質木棒，避免了葉片與硬質木棒撞擊而破損。 圖4-9 防堵葉片零件圖 圖4-10 葉片導桿零件圖 但是由于在避讓過程中，葉片會與硬質木棒產生摩擦力，類比摩擦角原理，若要實現葉片順利避讓硬質木棒，葉片前端傾角需要滿足一定條件。假設當葉片前端傾角等于時，葉片與硬質木棒剛好可以相互滑動完成避讓，此時我們對葉片進行受力分析如圖4-11（a）所示。其中，FN1是彈簧腔內壁對彈簧導桿的彈力，fN1是彈簧導桿與彈簧腔內壁的摩擦力，FN2是硬質木棒對防堵葉片的彈力，fN2是葉片前端與硬質木棒之間的摩擦力。將這幾個力平移到旋轉葉片上的一點O，以O點為原點，葉片相對硬質木棒的滑動方向為X軸建立坐標系，如圖4-11（b）所示。 （a） （b） 圖4-11 旋轉葉片受力分析圖 分析：只有當沿X軸負方向的合力大于沿X軸正方向的合力時，葉片才能與硬質木棒發(fā)生相對滑動，我們可選取一個臨界點，即葉片剛要與硬質木棒發(fā)生相互滑動，此時葉片受力情況應滿足： X方向： （4-5） Y方向： （4-6） 設葉片導桿與彈簧腔的內壁摩擦因數為，葉片與硬質木棒間的摩擦因數為，則有： （4-7） （4-8） 將（4-5）、（4-6）代入（4-7）、（4-8）可得： （4-9） （4-10） 聯立（4-9）、（4-10）方程得： 即 （4-11） 查閱相關資料得到鋼與鋼(油潤滑)之間的摩擦因數，鋼與硬質木棒之間的摩擦因數。將的值代入方程（4-11）得： 所以 = Arctan（0.466） = 25 綜上所述，旋轉葉片要想實現對硬質物體的避讓作用，葉片前端傾角應滿足25。由于葉片與硬質木棒發(fā)生相對滑動時，葉片導桿壓縮彈簧，彈簧對旋轉葉片產生彈力。所以，我們分別選擇葉片前端傾角的值為30、45、60進行試驗，最終選定理想的前端傾角的值為45 4.3.4 轉子 轉子的主要作用是與葉片導桿鏈接帶動旋轉葉片進行轉動，其結構如圖4-11所示。轉子四周均勻分配著四個彈簧腔，當旋轉葉片遇到圖4-3所示的情況時，防堵葉片隨著葉片導桿壓縮彈簧而在彈簧腔內滑動。為了阻礙液體填滿彈簧內腔而導致彈簧固化，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。轉子中心處是一個正六邊形的鍵槽，與主軸配合。 圖 4-12 轉子 4.3.5 錐架 錐架的結構圖如圖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，將其設計成中空結構。錐架與轉子固定在一起，隨轉子一起轉動。當液態(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，液態(tài)肥料在離心力的作用下被甩向分液器殼體內壁，這樣既緩解了液態(tài)肥料對轉子的直接沖擊，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。 圖4-13 錐架 4.3.6 機械密封 設備密封的目的在于對一處會產生泄漏而要對其施以密封的地方，設置一個完善的物理壁壘[21]。防堵分配器內部充滿了液體肥料，為了防止液態(tài)肥料溢出，需要對分配器進行嚴格機械密封。分析防堵分配器的結構功能可知，該裝置有以下幾處需要密封。 首先是下殼體的主軸內、外軸孔處，采用橡膠密封墊片，這種密封方式具有裝配簡單、價格低廉、密封效果好的優(yōu)點。其裝配關系如圖4-14所示。 圖4-14 橡膠墊片密封 第二處是轉子端蓋處，采用軸用密封。其作用是防止液態(tài)肥料進入彈簧腔，使彈簧固化，破壞旋轉葉片對硬質物體的避讓作用。 另外，殼體與上蓋之間為靜態(tài)密封，采用橡膠密封圈。殼體與上蓋通過自鎖裝置進行密封和連接。 結 論 本文綜合研究分析國內外有機液肥施肥機的研究現狀，針對我國沼氣工程的快速發(fā)展但對其產生的廢棄物的利用情況不佳的現狀，研究設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，得到以下結論。 （1）本文設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計了防堵分配器，該分配器利用旋轉葉片間斷性地對流狀肥料輸出口進行封堵，在分管口處產生脈沖高壓，從而對出料口內壁的沉積物進行沖擊、清理。該分配器能夠很好的實現防堵功能。 致 謝 四年的學習和生活即將結束，但在我的生活只是一個逗號，我將面對另一個旅程的開始。畢業(yè)答辯的步伐正加速向我走來，此時此刻我思緒萬千，心情久久不能平靜。非常感謝我的指導老師，馬少輝老師，在畢業(yè)設計過程中，您認真幫助我解決了一個又一個難題，幫助我在遇到困難的時候找到思路。在此，我要對您表示忠誠的感謝！ 還有其他教過我的其他老師，是您們教授給我們的知識，才讓我們能順利完成這次畢業(yè)設計，在學習的過程中，您們都是充滿耐心的。這激起了我們更多的學習的興趣，在這里，真心的感謝您們。 感謝我的母校，塔里木大學，是母校給我一個良好的環(huán)境，讓我們在這樣一個良好的環(huán)境下成長為一個對社會有用的人。 畢業(yè)設計馬上就要順利“竣工”了，內心深處忐忑還為平息，從寫開題報告到設計的完美落幕，許許多多優(yōu)秀的老師、同學、舍友給了我許多的幫助，在這里也向你們表達我最誠摯的謝意。同時也感謝學院為我提供了一個良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。 參考文獻 [1] 陳大為.治“五亂”現象，建美麗村莊[N].中國環(huán)境報,2013-8-9(002). 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