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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表
2016年4月18日
學(xué)生姓名
姚歡歡
班級(jí)
農(nóng)機(jī)16-4班
課題名稱
小型有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）
1.三維圖已經(jīng)基本完成；
2.二維圖用solidworks軟件導(dǎo)出尚未開始修改；
3.畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書已經(jīng)開始，已將部分裝置的設(shè)計(jì)寫出
存在的問題及整改措施（學(xué)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(bǔ)充完整；
2. 由于二維圖是用三維軟件導(dǎo)出，存在一定的問題，后期需要進(jìn)行仔細(xì)的修改；
3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書不全，缺少計(jì)算和參考文獻(xiàn)，后期需要繼續(xù)完成
指導(dǎo)教師意見（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
學(xué)院意見
負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
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(shí)解決能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)兩大問題迫在眉睫。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(duì)液肥進(jìn)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(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(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。
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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告
課題名稱 小型有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 姚歡歡
學(xué) 號(hào) 8031212401
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-4
指導(dǎo)教師 馬少輝
起止時(shí)間 2015.11.5-2016.05.24
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
填 表 說(shuō) 明
一、學(xué)生撰寫《開題報(bào)告》應(yīng)包含的內(nèi)容：
1、本課題來(lái)源及研究的目的和意義；
2、本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析；
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析；
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)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(jìn)度計(jì)劃；
7、主要參考文獻(xiàn)（不少于7篇）。
二、本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書”的兩周內(nèi)獨(dú)立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
三、開題報(bào)告要求手寫體，字?jǐn)?shù)在3000字以上，由學(xué)生在本報(bào)告冊(cè)內(nèi)填寫，頁(yè)面不夠可自行添加A4紙張。
四、每個(gè)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）課題須提交開題報(bào)告一式三份，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師存閱，一份學(xué)生所在學(xué)院存檔，備檢備查。
一 本題來(lái)源及研究的目的和意義
（一） 課題的來(lái)源：自選題
（二 ）研究的目的
沼液沼渣是典型的流狀有機(jī)肥,作為沼氣發(fā)酵原料的人畜糞便和植物莖稈經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的腐熟純凈的沼液與沼渣，除含有豐富的有機(jī)質(zhì)、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(dòng)、植物所需要的氨基酸含量十分豐富。這些可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，都可通過(guò)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(dòng)物吸收的粗纖維等物分解成多種可溶性物質(zhì)，形成復(fù)合消化酶，這些酶能起到催化劑的作用，促進(jìn)消化吸收和新陳代謝，加快畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育。
（三） 研究的意義
沼液沼渣是一種很好的流狀有機(jī)肥料，對(duì)于改善土壤生態(tài)環(huán)境、提供土壤肥力狀況、提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)等具有重要作用。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。沼液沼渣既是速效與遲效兼?zhèn)?、速效多于遲效的有機(jī)肥，又是防治病蟲害的無(wú)污染、無(wú)殘毒、無(wú)抗藥性的“生物農(nóng)藥”。但由于沒有類似沼液沼渣這種流狀有機(jī)肥料的機(jī)械化施肥技術(shù)和機(jī)械裝備，沼肥雖好卻很難施用于田間。所以針對(duì)大型沼氣工程對(duì)沼液沼渣的消納、以及生態(tài)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)對(duì)流狀有機(jī)肥料利用的需求，小型有機(jī)肥施肥機(jī)械，具有流狀肥料抽裝、運(yùn)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(shí)、高效。
二 本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
（一） 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
我國(guó)沼氣事業(yè)發(fā)展迅速，尤其在大中型沼氣工程的建設(shè)中會(huì)產(chǎn)生大量的沼液，我國(guó)對(duì)沼液的利用方式主要有農(nóng)作物肥料、防病抑菌、沼液浸種、作為飼料添加劑等幾個(gè)方面。雖然我國(guó)越來(lái)越重視沼肥的合理使用。但目前，我國(guó)在沼液沼渣等流狀有機(jī)肥的利用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，差距的產(chǎn)生主要體現(xiàn)在流狀有機(jī)肥田間施肥機(jī)械的不完善。我國(guó)在流狀有機(jī)肥的施肥過(guò)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(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。近幾年我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 ，人們已經(jīng)意識(shí)到沼液沼渣正確利用的重要性。
（二） 國(guó)外現(xiàn)狀
國(guó)外沼液沼渣的田間施肥技術(shù)與裝備比較發(fā)達(dá)，如捷克、瑞典、澳大利亞、加拿大、美國(guó)、比利時(shí)、俄羅斯等國(guó)都已對(duì)流狀有機(jī)肥高度重視并研制出較為成熟的流狀有機(jī)肥施肥機(jī)械，大型沼氣工程都配有沼液沼渣運(yùn)輸與施肥機(jī)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(nóng)業(yè)、有機(jī)栽培較為完美地結(jié)合在一起。
三 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
（1） 對(duì)課題所涉及的任務(wù)
本課題將設(shè)計(jì)一種小型有機(jī)液肥施肥機(jī)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)液肥的田間施肥作業(yè)，并且要求該機(jī)具能達(dá)到以下幾點(diǎn)目標(biāo)：
（1）從液肥箱總管出來(lái)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(nóng)業(yè)對(duì)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(lái)的臭氣污染和氨揮發(fā)造成的溫室效應(yīng)。
（3）農(nóng)具一次性行走能完成開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個(gè)功能，減少罐車和拖拉機(jī)進(jìn)出耕地的次數(shù)。
同時(shí)要完成設(shè)計(jì)草圖的繪制，有二維圖和三維圖的設(shè)計(jì)，在制圖中要合理的顯示出重要的零件并且去仿真運(yùn)動(dòng)。然后應(yīng)用相關(guān)資料和書籍對(duì)所設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。
（2） 對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
對(duì)于草圖的繪制是應(yīng)用二維和三維軟件來(lái)完成，對(duì)于遇到的問題可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和各資料來(lái)解決問題，至于實(shí)物的設(shè)計(jì)是無(wú)法完成的，沒有零部件和應(yīng)有的條件。
四 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
（一）本課題需要重點(diǎn)研究的問題
小型有機(jī)液肥施肥機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)架上，為保證每個(gè)部件都能夠發(fā)揮正常作用以及滿足運(yùn)輸?shù)囊螅瑱C(jī)架需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
限深輪具有支撐暗灌機(jī)重量、為其他工作部件傳遞動(dòng)力等作用。
起壟器是農(nóng)田施肥機(jī)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(yīng)用。
鎮(zhèn)壓裝置不僅可以通過(guò)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(jié)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(duì)流狀有機(jī)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流狀有機(jī)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。
其中關(guān)鍵問題有以下幾點(diǎn)：
1、施肥機(jī)具與液肥箱的連接
2、輸肥管堵塞問題
3、液肥箱總管出來(lái)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(guān)鍵問題解決思路
實(shí)際中通過(guò)對(duì)要施肥的土地進(jìn)行勘察，對(duì)不同的土地要設(shè)置不同的施肥量，施肥機(jī)具采用三點(diǎn)懸掛的方式安裝在拖拉機(jī)后面。
限于沼液出料壓力，應(yīng)采用分配器對(duì)總管的沼液進(jìn)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(nèi)，施肥完成后進(jìn)行起壟、鎮(zhèn)壓。分配器同時(shí)還有防堵的作用，能保證流狀有機(jī)肥料施肥的均勻性和穩(wěn)性定。
結(jié)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(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。
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(nèi)容的參考文獻(xiàn)
（2） 實(shí)地考察已有機(jī)型的具體構(gòu)造
（3） 對(duì)所學(xué)的專業(yè)課程的理解與運(yùn)用
（4） 理解并清楚各個(gè)零部件的作用
（5） 對(duì)零件和實(shí)體運(yùn)用二維，三維圖還原
解決的辦法：
（1）到圖書館或中國(guó)知網(wǎng)查閱文獻(xiàn)、資料對(duì)所設(shè)計(jì)的課題進(jìn)行了解
（2）設(shè)計(jì)各零部件，進(jìn)行組裝，進(jìn)行修改
（3）通過(guò)大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識(shí)計(jì)算各零部件所應(yīng)有的強(qiáng)度計(jì)算
（4）用CAD、SolidWorks進(jìn)行繪畫二維和三維的零部件和裝配圖
（5）用三維軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)具進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真
六 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
（1） 工作方案
（1） 設(shè)計(jì)其動(dòng)力裝置
（2） 對(duì)施肥機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)
（3） 對(duì)輸肥管防堵裝置的設(shè)計(jì)
（4） 對(duì)其他零部件的設(shè)計(jì)
（2） 進(jìn)度計(jì)劃
（1）2015年11月5日-11月25日，查閱相關(guān)資料、文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
（2）2015年11月26日-2016年1月20日，完成機(jī)器草圖設(shè)計(jì)。
（3）2016年1月21日-4月17日，繪制機(jī)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(shè)計(jì)說(shuō)明書。
（6）2016年5月10日，審閱畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料。
（7）2016年5月11日-5月24日，修改設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯。
七 參考文獻(xiàn)
[1]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)工程協(xié)會(huì)成
立30周年暨中國(guó)農(nóng)業(yè)工程協(xié)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)(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(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.
[4]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.
[5]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.
[6]趙曉霞.土壤鎮(zhèn)壓簡(jiǎn)述[J].農(nóng)業(yè)工程，2013,3（1）：21-22.
[7]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..
[8]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.
[9] 郜玉環(huán)，張昌愛，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.
[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(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.
[11] 張璐.深松鏟降阻技術(shù)研究.吉林大學(xué)，2013,6.
[12] W．R．吉爾，G．E．范德伯奇．耕作和牽引土壤動(dòng)力學(xué)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1983．
[13] 王兆亮，李建橋，張銳.起壟鏟仿生設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[C].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.
學(xué)生簽名
年 月 日
指導(dǎo)教師審閱意見
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣工程學(xué)院
班級(jí)
農(nóng)機(jī)16-4
學(xué)生姓名
姚歡歡
學(xué)號(hào)
8031212401
課題名稱
小型有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間
2015年10月15日——2016年05月28日（共14周）
指導(dǎo)教師
馬少輝
職稱
副教授
課題內(nèi)容
設(shè)計(jì)一種與牽引式沼渣沼液采運(yùn)罐車配套使用的流狀有機(jī)肥施肥機(jī)械，并對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
2015年11月5日-11月25日，查閱相關(guān)資料、文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。
2015年11月26日-2016年1月20日，完成機(jī)器草圖設(shè)計(jì)。
2016年1月21日-4月17日，繪制機(jī)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(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2016年5月10日，審閱畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料。
2016年5月11日-5月24日，修改設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯。
主要參考文獻(xiàn)
[1]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.
[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(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.
[4]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.
[5]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.
[6]趙曉霞.土壤鎮(zhèn)壓簡(jiǎn)述[J].農(nóng)業(yè)工程，2013,3（1）：21-22.
[7]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..
[8]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.
[9] 郜玉環(huán)，張昌愛，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.
[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(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.
[11] 張璐.深松鏟降阻技術(shù)研究.吉林大學(xué)，2013,6.
[12] W．R．吉爾，G．E．范德伯奇．耕作和牽引土壤動(dòng)力學(xué)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1983．
[13] 王兆亮，李建橋，張銳.起壟鏟仿生設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[C].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
小型有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 姚歡歡
學(xué) 號(hào) 8031212401
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16—4
指導(dǎo)老師 馬少輝
日 期 2016 .05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
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。
沼液沼渣等有機(jī)液肥不同于傳統(tǒng)的液態(tài)肥，它具有較高的粘度同時(shí)可揮發(fā)產(chǎn)生污染性氣體，因此需設(shè)計(jì)一種既具有防堵功能又具有減少揮發(fā)的施肥機(jī)。
本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出有機(jī)液肥田間施肥機(jī)械，該施肥機(jī)械可以一次性完成開溝、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓等作業(yè)。同時(shí)對(duì)該施肥機(jī)械的主要部件的設(shè)計(jì)原理、功用等做了分析。首先分別設(shè)計(jì)出主機(jī)架、行走裝置、施肥裝置、起壟裝置、鎮(zhèn)壓裝置以及防堵分配器等主要工作部件。在設(shè)計(jì)防堵分配器時(shí)首先需要設(shè)計(jì)出一種合理的防堵機(jī)構(gòu)，本文中通過(guò)防堵葉片對(duì)分管進(jìn)行間歇性封堵，防止固態(tài)雜質(zhì)蓄積造成堵塞。
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
目 錄
1引言 1
1.1 目的與意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究概況 3
1.3研究?jī)?nèi)容與方法 5
2 技術(shù)方案 5
2.1 設(shè)計(jì)要求 5
2.2 結(jié)構(gòu)組成 5
2.3 工作原理 6
3 零部件與總成設(shè)計(jì) 6
3.1 施肥機(jī)機(jī)架 6
3.2 限深輪 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(jié)構(gòu)與工作原理 13
4.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
結(jié) 論 24
致 謝 25
參考文獻(xiàn) 26
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1 目的與意義
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(shí)解決能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)兩大問題迫在眉睫。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。
沼液沼渣常規(guī)工藝發(fā)酵的營(yíng)養(yǎng)成份見表1-1、表1-2所示
表1-1 沼液營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量
代號(hào)
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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量
代號(hào)
Ph
有機(jī)質(zhì)
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(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。
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題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2國(guó)內(nèi)外研究概況
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究
我國(guó)沼氣事業(yè)發(fā)展迅速，尤其在大中型沼氣工程的建設(shè)中會(huì)產(chǎn)生大量的沼液，我國(guó)對(duì)沼液的利用方式主要有防病抑菌、農(nóng)作物肥料、沼液浸種、作為飼料添加劑等幾個(gè)方面。我國(guó)雖然越來(lái)越重視沼肥的合理使用。但目前，在沼液沼渣等有機(jī)液肥的利用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，差距的產(chǎn)生主要體現(xiàn)在有機(jī)液肥田間施肥機(jī)械的不完善。我國(guó)在有機(jī)液肥的施肥過(guò)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(shí)還會(huì)污染環(huán)境[6]。近幾年我國(guó)沼氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 ，人們已經(jīng)意識(shí)到沼液沼渣正確利用的重要性。我國(guó)已經(jīng)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(huì)造成環(huán)境污染，考慮到沼液的污染問題，暗灌施肥是一個(gè)很理想的施肥方式，但我國(guó)現(xiàn)有的有機(jī)液肥暗灌機(jī)械幾乎一片空白，待研究空間非常廣闊。
1.2.2 國(guó)外研究
國(guó)外有機(jī)液肥的田間施肥能力與機(jī)械比較發(fā)達(dá)，如瑞典、捷克、加拿大、澳大利亞、美國(guó)、比利時(shí)、俄羅斯等國(guó)都已對(duì)有機(jī)液肥高度重視并研制出較為成熟的有機(jī)液肥施肥機(jī)械，通常氣工程都擁有沼液沼渣的運(yùn)送和施肥設(shè)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(nóng)業(yè)、有機(jī)栽培較為完美地結(jié)合在一起。
美國(guó)的灌溉技術(shù)十分發(fā)達(dá)，他們的滴灌技術(shù)還傳入了以色列，美國(guó)將灌溉與施肥相完美結(jié)合，非?？粗赜袡C(jī)液肥的制造和利用，他們?cè)诖筇镒魑?、蔬菜、瓜果和觀賞植物上普遍使用有機(jī)液肥[11]。
以色列生產(chǎn)的自動(dòng)灌溉施肥機(jī)，對(duì)灌溉和施肥一體化的實(shí)現(xiàn)，大大提高了水肥利用率和耦合效應(yīng)[12]。在俄羅斯已經(jīng)生成了濃度相對(duì)較高的凈化后的生態(tài)和清潔型有機(jī)肥--沼液市場(chǎng)、發(fā)酵后的沼沼液沼渣等有機(jī)肥在各種作物中的廣泛應(yīng)用[13]。
比利時(shí)的Joskin公司率先研制并生產(chǎn)了各種有機(jī)液肥施肥機(jī)具。另外，還包括美國(guó)的大平原、澳大利亞的John Shearer、加拿大的BigRig等知名企業(yè)都對(duì)有機(jī)液肥施肥機(jī)械有所涉獵。
（a）Terraflex/2型施肥機(jī)
（b）Terrasoc型施肥機(jī)
（c）Terraflex/3型施肥機(jī)
圖1-1 Joskin研發(fā)的系列有機(jī)液肥施肥機(jī)
圖1-1為比利時(shí)的Joskin研發(fā)的有機(jī)液肥施肥機(jī)，圖1-2（a）為Terraflex/2型施肥機(jī)，該施肥機(jī)械具有許多堅(jiān)硬靈活的細(xì)鏟，細(xì)鏟的底端有6.5cm寬的可反轉(zhuǎn)的犁頭，由于細(xì)鏟的這種特殊結(jié)構(gòu)，它在工作時(shí)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(jī)，該施肥機(jī)械每間隔30或40cm裝配有一個(gè)堅(jiān)硬的鋤刀，鋤刀的底端是一個(gè)24cm寬的箭型犁頭，犁頭寬度根據(jù)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(jī)械除草技術(shù)。（c）為Terraflex/3型施肥機(jī)，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(jié)構(gòu)加大了鏟與鏟之間的寬度，能夠適應(yīng)田地中有較多植物殘留物的情況。
綜上所述，由比利時(shí)Joskin研發(fā)制造的系列流狀肥料施肥機(jī)均以大型為主，機(jī)重大，且需要配備大功率拖拉機(jī)，施肥效率高，適用于大地塊作業(yè)，當(dāng)然，機(jī)器價(jià)格也相當(dāng)昂貴。而我國(guó)一般地塊不大、家庭的購(gòu)買力不高；并且，我國(guó)能與大型施肥機(jī)具配合使用的拖拉機(jī)很少，主要以中小型施肥機(jī)械為主，因此無(wú)論從價(jià)格上，還是從需要的配套動(dòng)力來(lái)看，均與我國(guó)國(guó)情不符。所以我們只能根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)制造適用于我國(guó)國(guó)情的有機(jī)液肥施肥機(jī)械。
1.3研究?jī)?nèi)容與方法
本文是在綜合研究國(guó)內(nèi)外有機(jī)液肥施肥機(jī)械研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)對(duì)沼液沼渣等有機(jī)液肥的利用情況，結(jié)合有機(jī)肥的物理特性以及我國(guó)農(nóng)田對(duì)有機(jī)肥料的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)一種可多行同時(shí)完成開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個(gè)功能的有機(jī)液肥施肥機(jī)械。本文的主要研究?jī)?nèi)容及方法如下：
施肥機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)。在考慮了我國(guó)田間作業(yè)的農(nóng)藝要求，施肥的工作效率以及分析壟體參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出有機(jī)液肥施肥機(jī)的設(shè)計(jì)要求及實(shí)現(xiàn)的功能。
防堵分配器的設(shè)計(jì)。針對(duì)沼液沼渣等有機(jī)液肥具有較高的粘稠性，而且要實(shí)現(xiàn)多行同時(shí)施肥設(shè)計(jì)出一種既具有將有機(jī)液肥均勻分配到各個(gè)輸肥管功能，又具有防堵塞功能的防堵分配器。
2 技術(shù)方案
2.1 設(shè)計(jì)要求
（1）從液肥箱總管出來(lái)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(nóng)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(nóng)業(yè)對(duì)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(lái)的臭氣污染和氨揮發(fā)造成的溫室效應(yīng)（溫室氣體中氨的排放主要來(lái)自農(nóng)業(yè)）。
（3）開溝、松土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓多個(gè)功能能同時(shí)完成，縮減了機(jī)具和拖拉機(jī)進(jìn)出農(nóng)田的次數(shù)。
2.2 結(jié)構(gòu)組成
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(jī)具整機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.3 工作原理
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(duì)液肥進(jìn)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(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。
3 零部件與總成設(shè)計(jì)
3.1 施肥機(jī)機(jī)架
機(jī)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(jī)架上，為保證每個(gè)部件都能夠發(fā)揮正常作用以及達(dá)到運(yùn)輸?shù)囊螅瑱C(jī)架必須達(dá)到一定的強(qiáng)度和剛度。本文選用的機(jī)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(jī)液肥施肥機(jī)機(jī)架
主機(jī)架的相關(guān)尺寸如圖3-2所示，為了滿足施肥機(jī)同時(shí)掛接多個(gè)工作部件，主架設(shè)計(jì)為100×100×10的方形空心鋼，長(zhǎng)度為3900mm。由于施肥機(jī)要同時(shí)完成開溝施肥、起壟、鎮(zhèn)壓等多項(xiàng)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(nóng)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(jī)機(jī)架與拖拉機(jī)或罐車鏈接的可靠性，本設(shè)計(jì)采用三點(diǎn)懸掛方式，兩下懸掛間距為700mm。
圖3-2 主機(jī)架工程圖
3.2 限深輪
限深輪具有支撐施肥機(jī)重量、為其他工作部件傳遞動(dòng)力等作用，本次設(shè)計(jì)中限深輪采用了升降可調(diào)節(jié)地輪的形式，機(jī)架兩側(cè)各有一個(gè)行走輪，能夠起到仿形、限深、驅(qū)動(dòng)的作用。其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，由輪胎、安裝支架、調(diào)節(jié)螺栓、連接方板組成，通過(guò)調(diào)節(jié)支架上的螺栓孔點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎的上下高度調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)施肥高度。而且，也可以通過(guò)上下調(diào)節(jié)施肥鏟來(lái)改變施肥高度。
限深輪通過(guò)連接板安裝在機(jī)架上，承受著施肥機(jī)具的重力，在行走過(guò)程中機(jī)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(fù)荷指數(shù)為77，即最大負(fù)荷為412kg的負(fù)載，而整個(gè)機(jī)具的總重量約為370kg，平均下來(lái)每個(gè)輪胎負(fù)重185kg,小于輪胎的最大負(fù)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(jié)構(gòu)圖
3.3 施肥鏟
為了達(dá)到沼液沼渣等有機(jī)液肥的施肥量相對(duì)較大且對(duì)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(jī)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(xiàn)有土壤深松鏟的后端而成，鏟體結(jié)構(gòu)主要有菱型鏵尖和弧形鏟柱，深松的同時(shí)將有機(jī)液肥灌入土壤中，施肥深度最深可達(dá)30cm，應(yīng)用于平作或起新壟時(shí)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(jìn)入施肥管淤塞。切削土壤通過(guò)兩側(cè)翼板入土刃來(lái)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(dá)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(duì)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(dòng)土壤的能力，只能通過(guò)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(huì)形成秸稈纏繞施肥鏟柱現(xiàn)象。
（4）鼠道型施肥鏟參考外文文獻(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)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(duì)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(duì)較小，對(duì)土地質(zhì)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(jù)本項(xiàng)目擬應(yīng)用地區(qū)的土質(zhì)特點(diǎn)及耕作需求，先期選擇深松型施肥鏟為設(shè)計(jì)形式，后鏵型施肥鏟作為備用。
3.4 起壟器
起壟器是農(nóng)田施肥機(jī)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(yīng)用[18]。本文選用普通起壟器，其結(jié)構(gòu)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(guò)連接板固定在后梁上，移動(dòng)連接板可調(diào)節(jié)壟距，本文預(yù)計(jì)的壟距為700mm，松開頂絲可調(diào)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(jié)構(gòu)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(jī)體重量，更重要的是具有黏土少，容易脫土等特點(diǎn)，鎮(zhèn)壓效果很好。圖3-11為該鎮(zhèn)壓裝置結(jié)構(gòu)，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(gòu)成。
鎮(zhèn)壓裝置不僅可以通過(guò)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(jié)成液態(tài)水，起到了保存水分的作用[14]。橡膠鎮(zhèn)壓輪通過(guò)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(duì)土壤進(jìn)行鎮(zhèn)壓過(guò)程中鎮(zhèn)壓彈簧起到了減震作用，保護(hù)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(jié)構(gòu)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(guò)接地面積以一定的壓力傳到土壤，引起土壤內(nèi)應(yīng)力的變化，在應(yīng)力作用下壓實(shí)土壤。鎮(zhèn)壓輪對(duì)土壤的壓實(shí)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(shí)間、土壤含水量、鎮(zhèn)壓輪直徑、鎮(zhèn)壓輪寬度等因素，其關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)節(jié)壓力彈簧使其處于原始長(zhǎng)度，則鎮(zhèn)壓輪加上附件總重量為4.8kg，則計(jì)算鎮(zhèn)壓輪的鎮(zhèn)壓深度Z = 2.2mm，計(jì)算鎮(zhèn)壓輪的翻轉(zhuǎn)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(qiáng)度P如式30所示。
（3-4）
對(duì)于多數(shù)壟作區(qū)的土地（0 ~ 10），土壤容重在1.2 ~ 1.3g /cm3之間時(shí)，土壤狀況最適于作物生長(zhǎng)發(fā)育。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，確保鎮(zhèn)壓強(qiáng)度范圍3 ~ 5N/cm2,即可滿足要求。在彈簧不作用的情況下，計(jì)算鎮(zhèn)壓輪的翻轉(zhuǎn)角= 11.5，鎮(zhèn)壓強(qiáng)度P = 0.40N/cm2，由計(jì)算結(jié)果可知依靠鎮(zhèn)壓輪自重?zé)o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(zhǎng)度為120mm，直徑為22mm，彈簧絲直徑為3.5mm，螺距為12mm，剛度系數(shù)為139N/cm，最大變形量為4cm。鎮(zhèn)壓強(qiáng)度可在0.87 ~ 8.12N/cm2內(nèi)調(diào)節(jié)，滿足設(shè)計(jì)參數(shù)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(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。
4.2 基本結(jié)構(gòu)與工作原理
4.2.1組成結(jié)構(gòu)
本文所設(shè)計(jì)的防堵分配器主要由殼體、蓋、錐架、轉(zhuǎn)子、防堵葉片、傳動(dòng)軸等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。
1.蓋 2.錐架 3.殼體 4.轉(zhuǎn)子 5.防堵葉片 6.傳動(dòng)軸
圖4-1 防堵分配器
4.2.2 工作原理
液壓馬達(dá)和分配器軸鏈接起來(lái)，轉(zhuǎn)子通過(guò)傳動(dòng)鍵的作用隨分配器旋轉(zhuǎn)。錐形架固定在轉(zhuǎn)子上與轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)有機(jī)液肥從主管流入分配器中時(shí)首先落到錐形架上，旋轉(zhuǎn)中的錐形架將液態(tài)肥甩向殼體側(cè)壁從而降低了液肥對(duì)轉(zhuǎn)子的撞擊力。葉片與轉(zhuǎn)子裝配在一起，在導(dǎo)向槽與葉片導(dǎo)桿的作用下也隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)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(duì)存在局部阻力的地方進(jìn)行沖擊，防止固體雜質(zhì)堵塞的積累。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為120r/min，瞬間完成每個(gè)分管的封堵，同時(shí)有機(jī)液肥自身帶有流動(dòng)性，封堵作用不會(huì)對(duì)施肥的均勻性造成影響。轉(zhuǎn)子與彈簧裝配后形成彈簧的安裝腔彈簧安裝在其內(nèi)（如圖4-2所示）。
1.下殼體 2.防堵葉片 3.導(dǎo)桿 4.轉(zhuǎn)子 5彈簧 6.分液口 7.傳動(dòng)軸 8.軸承
圖4-2 防堵分配器的工作原理圖
當(dāng)大的雜質(zhì)阻礙葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)彈簧起到自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，圖4-3是雜質(zhì)阻礙葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片的運(yùn)動(dòng)情況及受力情況，當(dāng)作用于葉片的阻力較大，滿足FNX大于彈簧的彈力F彈力時(shí)，可迫使旋轉(zhuǎn)葉片在導(dǎo)桿處壓縮彈簧，旋轉(zhuǎn)葉片在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿著彈簧腔向內(nèi)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)雜質(zhì)的避讓，當(dāng)被阻葉片越過(guò)障礙物時(shí)阻力下降，葉片在彈簧彈力的作用下又恢復(fù)到原來(lái)工作位置。圖4-3（a）、圖4-3（b）分別為旋轉(zhuǎn)葉片即將對(duì)硬質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)行避讓和避讓過(guò)程中的情況。
（a） 即將避讓
（b） 避讓過(guò)程中
1
1
圖4-3 雜質(zhì)阻礙葉片運(yùn)動(dòng)時(shí)的避讓過(guò)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(zhuǎn)子通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程對(duì)分配器內(nèi)部沼肥進(jìn)行攪拌，避免固體在分配器內(nèi)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(guò)分配器管口，預(yù)防出口處由于纖維類物質(zhì)的積累而淤塞分管。
4.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
（1）防堵分配器的功率計(jì)算
在防堵分配器的設(shè)計(jì)中，由于分配器會(huì)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(shè)計(jì)的防堵分配器防堵機(jī)構(gòu)與攪拌機(jī)的攪拌機(jī)構(gòu)很相像，結(jié)構(gòu)也十分相近，因此本文中防堵分配器的功率計(jì)算與攪拌機(jī)的功率計(jì)算相類比。
攪拌機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，在介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)，要消耗的功率，必須大于液體對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片的摩擦力，也就是大于介質(zhì)的阻力。而在啟動(dòng)時(shí)，液體由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(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(jù)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算液體中旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功率只按運(yùn)轉(zhuǎn)功率計(jì)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(dòng)功率進(jìn)行計(jì)算。
啟動(dòng)時(shí)需要的功率由兩部分組成，一部分是克服液體從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力所消耗的功率N1；另一部分是克服液態(tài)介質(zhì)之間的摩擦力所需的功率，即運(yùn)轉(zhuǎn)功率N2，啟動(dòng)功率的計(jì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，n = 120；
—液體密度，；
P—整個(gè)旋轉(zhuǎn)扇葉克服摩擦力的能量消耗，；
—阻力系數(shù)，= 1.8 (經(jīng)驗(yàn)值)；
k—防堵分配器的校正系數(shù)。
本文中的施肥機(jī)械主要針對(duì)沼液沼渣而設(shè)計(jì)的，我們估算其介質(zhì)比重為= 0.60 ，則介質(zhì)密度=/g = 600/9.81 = 61.2 。代入（4-1）—（4-4）可得，克服液體從靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的慣性力所消耗的功率N1的值為：
防堵分配器的校正系數(shù)k值按下式計(jì)算：
= 0.14
克服液體介質(zhì)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(dá)的選擇
本設(shè)計(jì)中分液器轉(zhuǎn)子所需轉(zhuǎn)速為120r/min，屬于低速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，所以在這里選用低速液壓馬達(dá)即可，綜合考慮實(shí)際情況，本文中選用BM-E系列擺線液壓馬達(dá)中的BM-ES630型液壓馬達(dá)，具有一下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
①端面配流式擺線液壓馬達(dá)；
②先進(jìn)的嵌入式列類型轉(zhuǎn)子參數(shù)設(shè)計(jì),啟動(dòng)壓力低、效率高、低速平穩(wěn)運(yùn)行；
③先進(jìn)的軸封設(shè)計(jì)，高背壓承受能力。先進(jìn)可靠的聯(lián)動(dòng)軸設(shè)計(jì)，使馬達(dá)具有長(zhǎng)壽命；
④先進(jìn)的配流機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有配流精度高和磨損自動(dòng)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)；
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(jié)構(gòu)和容量的大小是液態(tài)有機(jī)肥能否均勻穩(wěn)定分配的關(guān)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(jìn)料口。下殼體均勻分配有5個(gè)分管口即防堵分配器的出料口。分配器的殼體結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。
1.進(jìn)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(shí)施肥對(duì)施肥量的要求，我們選擇下殼體的外側(cè)直徑為600mm,高度為170mm。分配器將閥門出來(lái)的沼液沼渣平均穩(wěn)定地分配到每一個(gè)施肥管中。從肥箱或罐車到防堵分配器的總管內(nèi)部直徑為100毫米，本次設(shè)計(jì)為5壟同時(shí)施肥，分配器出口和施肥管內(nèi)徑應(yīng)為45毫米，為了擴(kuò)大分配器的內(nèi)部壓力防止淤塞，施肥管的實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面液體對(duì)器壁有一定的沖擊力，另一方面沼液沼渣中的硬質(zhì)木棒等物質(zhì)與防堵葉片發(fā)生作用，硬質(zhì)木棒會(huì)對(duì)器壁產(chǎn)生較大的擠壓力，因此防堵葉片工作范圍內(nèi)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(shí)也便于分管堵塞時(shí)對(duì)堵塞情況進(jìn)行檢查與處理。
圖4-7 箱體扣
4.3.3旋轉(zhuǎn)葉片
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。旋轉(zhuǎn)葉片的結(jié)構(gòu)圖如圖4-8所示。
1．防堵葉片2.葉片導(dǎo)桿
圖4-8 旋轉(zhuǎn)葉片
防堵葉片的形狀及相關(guān)尺寸如圖4-9所示，葉片內(nèi)外側(cè)邊緣分別是半徑為237mm和287mm的圓弧，圖中圓心O也是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的中心。這種將內(nèi)外側(cè)邊緣設(shè)計(jì)成與旋轉(zhuǎn)中心同心的結(jié)構(gòu)，不僅大大降低了葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力，同時(shí)也節(jié)省了材料。防堵葉片除了封堵作用，還具有對(duì)硬質(zhì)木棒、石子等較堅(jiān)硬的物體進(jìn)行避讓的作用。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。葉片導(dǎo)桿的零件圖如圖4-10所示，葉片導(dǎo)桿在轉(zhuǎn)子端蓋內(nèi)側(cè)位置設(shè)計(jì)成軸環(huán)，在末端與彈簧安裝腔內(nèi)的彈簧相連，這樣葉片導(dǎo)桿既在端部與彈簧接觸又在轉(zhuǎn)子端蓋處靠軸環(huán)定位，保證了旋轉(zhuǎn)葉片在不受到硬質(zhì)物體阻礙的情況下在確定的圓周上穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)硬質(zhì)木棒與葉片前端發(fā)生作用時(shí)，木棒對(duì)葉片施加的壓力在徑直方向上的分力通過(guò)葉片導(dǎo)桿擠壓彈簧，從而避讓了硬質(zhì)木棒，避免了葉片與硬質(zhì)木棒撞擊而破損。
圖4-9 防堵葉片零件圖
圖4-10 葉片導(dǎo)桿零件圖
但是由于在避讓過(guò)程中，葉片會(huì)與硬質(zhì)木棒產(chǎn)生摩擦力，類比摩擦角原理，若要實(shí)現(xiàn)葉片順利避讓硬質(zhì)木棒，葉片前端傾角需要滿足一定條件。假設(shè)當(dāng)葉片前端傾角等于時(shí)，葉片與硬質(zhì)木棒剛好可以相互滑動(dòng)完成避讓，此時(shí)我們對(duì)葉片進(jìn)行受力分析如圖4-11（a）所示。其中，F(xiàn)N1是彈簧腔內(nèi)壁對(duì)彈簧導(dǎo)桿的彈力，fN1是彈簧導(dǎo)桿與彈簧腔內(nèi)壁的摩擦力，F(xiàn)N2是硬質(zhì)木棒對(duì)防堵葉片的彈力，fN2是葉片前端與硬質(zhì)木棒之間的摩擦力。將這幾個(gè)力平移到旋轉(zhuǎn)葉片上的一點(diǎn)O，以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，葉片相對(duì)硬質(zhì)木棒的滑動(dòng)方向?yàn)閄軸建立坐標(biāo)系，如圖4-11（b）所示。
（a）
（b）
圖4-11 旋轉(zhuǎn)葉片受力分析圖
分析：只有當(dāng)沿X軸負(fù)方向的合力大于沿X軸正方向的合力時(shí)，葉片才能與硬質(zhì)木棒發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，我們可選取一個(gè)臨界點(diǎn)，即葉片剛要與硬質(zhì)木棒發(fā)生相互滑動(dòng)，此時(shí)葉片受力情況應(yīng)滿足：
X方向：
（4-5）
Y方向：
（4-6）
設(shè)葉片導(dǎo)桿與彈簧腔的內(nèi)壁摩擦因數(shù)為，葉片與硬質(zhì)木棒間的摩擦因數(shù)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(lián)立（4-9）、（4-10）方程得：
即 （4-11）
查閱相關(guān)資料得到鋼與鋼(油潤(rùn)滑)之間的摩擦因數(shù)，鋼與硬質(zhì)木棒之間的摩擦因數(shù)。將的值代入方程（4-11）得：
所以 = Arctan（0.466）
= 25
綜上所述，旋轉(zhuǎn)葉片要想實(shí)現(xiàn)對(duì)硬質(zhì)物體的避讓作用，葉片前端傾角應(yīng)滿足25。由于葉片與硬質(zhì)木棒發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，葉片導(dǎo)桿壓縮彈簧，彈簧對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片產(chǎn)生彈力。所以，我們分別選擇葉片前端傾角的值為30、45、60進(jìn)行試驗(yàn)，最終選定理想的前端傾角的值為45
4.3.4 轉(zhuǎn)子
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)，其結(jié)構(gòu)如圖4-11所示。轉(zhuǎn)子四周均勻分配著四個(gè)彈簧腔，當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片遇到圖4-3所示的情況時(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。
圖 4-12 轉(zhuǎn)子
4.3.5 錐架
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。
圖4-13 錐架
4.3.6 機(jī)械密封
設(shè)備密封的目的在于對(duì)一處會(huì)產(chǎn)生泄漏而要對(duì)其施以密封的地方，設(shè)置一個(gè)完善的物理壁壘[21]。防堵分配器內(nèi)部充滿了液體肥料，為了防止液態(tài)肥料溢出，需要對(duì)分配器進(jìn)行嚴(yán)格機(jī)械密封。分析防堵分配器的結(jié)構(gòu)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(nèi)、外軸孔處，采用橡膠密封墊片，這種密封方式具有裝配簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、密封效果好的優(yōu)點(diǎn)。其裝配關(guān)系如圖4-14所示。
圖4-14 橡膠墊片密封
第二處是轉(zhuǎn)子端蓋處，采用軸用密封。其作用是防止液態(tài)肥料進(jìn)入彈簧腔，使彈簧固化，破壞旋轉(zhuǎn)葉片對(duì)硬質(zhì)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(guò)自鎖裝置進(jìn)行密封和連接。
結(jié) 論
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。
致 謝
四年的學(xué)習(xí)和生活即將結(jié)束，但在我的生活只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)另一個(gè)旅程的開始。畢業(yè)答辯的步伐正加速向我走來(lái)，此時(shí)此刻我思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。非常感謝我的指導(dǎo)老師，馬少輝老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，您認(rèn)真幫助我解決了一個(gè)又一個(gè)難題，幫助我在遇到困難的時(shí)候找到思路。在此，我要對(duì)您表示忠誠(chéng)的感謝！
還有其他教過(guò)我的其他老師，是您們教授給我們的知識(shí)，才讓我們能順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，您們都是充滿耐心的。這激起了我們更多的學(xué)習(xí)的興趣，在這里，真心的感謝您們。
感謝我的母校，塔里木大學(xué)，是母校給我一個(gè)良好的環(huán)境，讓我們?cè)谶@樣一個(gè)良好的環(huán)境下成長(zhǎng)為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人。
畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要順利“竣工”了，內(nèi)心深處?kù)€為平息，從寫開題報(bào)告到設(shè)計(jì)的完美落幕，許許多多優(yōu)秀的老師、同學(xué)、舍友給了我許多的幫助，在這里也向你們表達(dá)我最誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供了一個(gè)良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。
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