2FY-11.5型液肥灑施機(jī)的研究

陳偉旭　金鵬鵬　張海濱

摘要：為了解決畜禽糞尿還田，根據(jù)不同地塊、不同種植品種灑施量，研究設(shè)計(jì)出一種有機(jī)液肥灑施機(jī)。重點(diǎn)介紹液肥灑施機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，確定了主要技術(shù)參數(shù)，為規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場有效防治養(yǎng)殖污染及糞污收集還田利用模式提供了一條可探索之路。

關(guān)鍵詞：液肥灑施機(jī);真空泵;有機(jī)肥

長期以來，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，肥料的施用存在不科學(xué)的現(xiàn)象，導(dǎo)致無機(jī)肥施用過多，有機(jī)肥施用量不足。我國農(nóng)村地區(qū)畜禽糞便還田率低于50%，造成土壤有機(jī)質(zhì)下降和肥力衰減等問題，同時畜禽養(yǎng)殖場大量糞尿隨意堆放，環(huán)境污染極其嚴(yán)重，因此，急需研究適應(yīng)我國種植模式的糞肥處理設(shè)備，來解決畜禽糞尿還田及根據(jù)不同地塊、不同種植品種灑施量的問題。大量試驗(yàn)證明，增施有機(jī)液肥，不但能提高化肥的利用率，減少施肥量，而且還能有效地預(yù)防病害的發(fā)生，是生產(chǎn)綠色有機(jī)產(chǎn)品的好肥料，對農(nóng)作物有較好的增產(chǎn)增收效果。液態(tài)有機(jī)肥灑施機(jī)是通過設(shè)置在機(jī)具后方的噴灑器或?qū)Ｓ没耸介_溝器及滴流管施肥裝置來完成液肥地表灑施、地下深施作業(yè)的專用施肥機(jī)械。

1整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

由機(jī)架、行走系統(tǒng)、罐體、泵、抽吸系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)、輔助安全裝置等組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。設(shè)備采用拖拉機(jī)拖掛式，液肥罐采用圓形金屬筒焊制而成，用以盛儲液肥，罐體焊后采用熱鍍鋅處理，罐上設(shè)有觀察孔、檢查口、浮子標(biāo)尺和控制液肥吸排的閥門等。罐內(nèi)液肥用專用的泵吸入和打出，泵由拖拉機(jī)后輸出軸驅(qū)動。當(dāng)需要向罐內(nèi)加裝液肥時，把機(jī)器自帶的吸肥膠管用快速接頭連到吸肥法蘭口上，吸肥膠管始終浸沒于液肥水平面下，當(dāng)開啟真空泵后，液罐內(nèi)的空氣被不斷抽吸，因其得不到補(bǔ)充而越來越稀薄，致使罐內(nèi)壓力低于大氣壓力，液肥即在大氣壓力作用下，經(jīng)吸肥膠管進(jìn)入罐體。當(dāng)需要排肥時，泵把空氣不斷排入液罐內(nèi)，因其沒有出路而被壓縮，致使罐內(nèi)氣體壓力高于大氣壓力，液肥即在壓縮空氣及重力的共同作用下，經(jīng)噴嘴排出罐外。當(dāng)泵將液態(tài)糞肥從貯糞池抽到罐體后，液肥灑施機(jī)通過拖拉機(jī)牽引驅(qū)動開到田間后經(jīng)噴灑系統(tǒng)得以灑施液肥，噴肥量靠閥門開啟大小來調(diào)節(jié)。每次工作結(jié)束后，罐內(nèi)和噴灑管的液肥應(yīng)排盡，并沖洗干凈。

罐體是液肥灑施機(jī)的主體，在其上部開設(shè)有通氣口，通氣口通過連接管件與水氣分離器及壓力安全閥連接，是空氣出入罐體的通道。在罐體通氣口處裝有浮球截止閥，當(dāng)液肥裝滿時，可以將浮球頂起切斷罐內(nèi)真空，防止液肥抽到真空泵中，起到保護(hù)真空泵的作用。通氣口上端有密封蓋，平時處于密封狀態(tài)維修時可以打開。在罐體后部有檢查口及吸排孔，通過閥門連接的膠管，是液肥出入罐體的通道。 罐體兩側(cè)設(shè)有步梯，用于工作人員上下操作方便。罐體內(nèi)部裝有防蕩板，用以減少車輛行駛所引起的液肥的劇烈晃蕩沖擊，以免引起罐體變形及連接件損壞。罐體內(nèi)部設(shè)有浮球機(jī)構(gòu)，在前部設(shè)有刻度標(biāo)線，便于顯視液肥裝載量。當(dāng)檢修或清洗罐體時，可打開后蓋，方便人員進(jìn)出。罐體以剛性連接方式，安裝在車架上。

罐體筒身成型是罐體生產(chǎn)的重要工藝。由于液肥灑施車罐體直徑較大，在成形過程中必須保證筒體卷制質(zhì)量和減少變形。采用“胎?！奔印巴饬恳钡墓に嚪椒ㄟM(jìn)行。解決了筒身在成型過程中易變形的難題，提高了產(chǎn)品的一致性水平， 確保了產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

為使坯料獲得所需要的零件形狀和尺寸，罐體封頭成型改變傳統(tǒng)壓力容器封頭加工形式， 這種加工方式?jīng)_壓件的表面質(zhì)量、尺寸公差、生產(chǎn)率等對模具結(jié)構(gòu)及其合理設(shè)計(jì)依賴性很大，而且當(dāng)封頭形狀、規(guī)格變化時，模具即需更新，導(dǎo)致成本較高，難以滿足現(xiàn)代機(jī)械加工的通用性要求。本設(shè)備罐體封頭成型采用液壓和機(jī)械一體化技術(shù)，不同封頭形狀靠液壓調(diào)節(jié)沖頭，既提高了生產(chǎn)效率，還能適應(yīng)不同形狀封頭的生產(chǎn)。

1.2車架系統(tǒng)

車架由牽引架、支撐梁、懸掛架、行走系統(tǒng)等組成。車架承載著機(jī)器及液肥全部重量，它不但承受來自液罐滿載時傳來的力及力矩作用，當(dāng)車輪受到?jīng)_擊時，車架也受到?jīng)_擊載荷，因此在設(shè)計(jì)車架時，在滿足要求時盡量減輕重量，并具有足夠強(qiáng)度和適合的剛度。本機(jī)架設(shè)計(jì)總裝載重量15 t，采用牽引架和邊梁共同承載罐體重量方案，牽引架由方管和鋼板焊接而成，牽引架與拖拉機(jī)連接，邊梁由兩根縱梁組成，用焊接的方法將縱梁與罐體連接成堅(jiān)固的剛性構(gòu)件。這樣由牽引架回轉(zhuǎn)套筒與罐體下部銷軸連接，支撐梁與邊梁通過螺栓連接，支撐梁再與懸掛架、車軸、車輪連接，整機(jī)布置四個輪胎。

車架底部平直，制造工藝簡單，離地間隙較高，通過性好。整機(jī)大部分的載荷通過支承梁、懸掛架、車輪軸和車輪傳到地面。支承梁為矩形變截面的焊接件，具有較高的橫向抗彎強(qiáng)度，車架邊梁為梯形截面，每側(cè)布置兩個輪胎，提高了車架的縱向抗彎強(qiáng)度，采用此種車架便于液肥的裝卸與運(yùn)輸。

1.3泵及抽吸系統(tǒng)

此系統(tǒng)包括泵、真空管路、壓力表及安全閥等。當(dāng)需要吸取液肥時，把泵手柄調(diào)至真空工作狀態(tài)下，由于吸肥時膠管入口始終浸沒于液面下，液罐內(nèi)的空氣被抽吸后，因其得不到補(bǔ)充而越來越稀薄，致使罐內(nèi)壓力低于大氣壓力，液肥即在大氣壓力作用下，經(jīng)吸肥膠管進(jìn)入罐體。當(dāng)需要排肥時，把泵手柄調(diào)至正壓工作狀態(tài)下，排肥口在罐的后面底部，空氣被不斷排入液罐時，因其沒有出路而被壓縮，致使罐內(nèi)壓力高于大氣壓力，液肥即在壓縮空氣的作用下，經(jīng)噴嘴排出罐外。系統(tǒng)中設(shè)置的安全閥起安全保護(hù)作用，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中的一部分氣體吸入（排出）到罐體內(nèi)（罐體外），使系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。

真空泵是液肥灑施機(jī)上的關(guān)鍵元件，通過換向閥，實(shí)現(xiàn)向罐內(nèi)吸入空氣，或者向罐外排出空氣兩種功能。其工作原理是偏心轉(zhuǎn)子在拖拉機(jī)后輸出軸帶動下工作，把罐體空氣吸入壓縮室，當(dāng)壓力超過排氣口規(guī)定值后，壓縮室自動開啟，把壓縮空氣排出泵外，這樣罐體內(nèi)部空氣就被抽出，反復(fù)循環(huán)，罐體內(nèi)部就形成真空。

1.4水氣分離器

水氣分離器位于罐體前部，一端與罐體連通，一端與真空泵連接。它的內(nèi)部設(shè)有輸氣管，在其兩側(cè)分別開有法蘭孔，供空氣出入。由于氣體與水的密度不同，液體在與氣體一起流動時，液體會受到重力的作用，沿著桶壁向下流動，而氣體仍然朝著原來的方向流動，向下的液體附著在壁面上匯集在一起，集中到一定程度可通過開啟閥門排放出去。能夠在抽吸作業(yè)過程中，避免液肥對真空泵的污染，并將分離后的空氣排出罐外。

1.5夾緊機(jī)構(gòu)

夾緊機(jī)構(gòu)主要作用是保證檢修口蓋的密封，位于罐體的后部和上方，主要由操縱桿、鎖緊銷、定位板等組成，工件之間用活節(jié)拉桿、螺紋接頭等連接。操作拉桿上設(shè)有鎖緊銷、拉桿及手柄。當(dāng)檢修口蓋沿鎖緊銷回轉(zhuǎn)到固定位置，螺紋接頭沿活節(jié)拉桿順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動到定位板中時，使檢修口蓋緊緊堵住檢修口，旋緊手柄至固定位置，定位板可以保證操作拉桿不致因工作過程中的振動顛簸而松動，實(shí)現(xiàn)夾緊功能，達(dá)到密封目的。

1.6自平衡系統(tǒng)

使用強(qiáng)力牽引裝置，即使在傾斜地面仍可輕松牽引行駛，在下坡地段將液壓缸伸長便可提高機(jī)身，將剩余在機(jī)體內(nèi)的殘留液肥全部拋灑出去，避免浪費(fèi)。

1.7制動系統(tǒng)及信號系統(tǒng)

制動依靠前部拖拉機(jī)制動及車輪加裝的盤式液壓剎車裝置共同作用，具有剎車能力強(qiáng)，制動力矩大，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。拖拉機(jī)帶著設(shè)備在路面高速行駛或?yàn)⒎蕶C(jī)在斜坡作業(yè)需緊急制動時，可將灑施機(jī)快速制動，從而保證拖拉機(jī)在行駛中更加平穩(wěn)，降低對輪胎的消耗，同時提高了設(shè)備的安全性能。

信號系統(tǒng)由后尾燈、倒車燈、制動燈、后霧燈和后轉(zhuǎn)向燈組成，通過快速接頭與拖拉機(jī)電源輸出連接。

1.8噴灑系統(tǒng)

噴灑系統(tǒng)由排肥管、液壓閥門和帶噴嘴的噴灑器等組成。噴灑系統(tǒng)位于設(shè)備的后下方。噴灑前應(yīng)先關(guān)閉液壓閥門，按作業(yè)要求調(diào)節(jié)噴灑器的角度，調(diào)整閥門開啟大小，然后邊行駛邊噴灑。

2主要參數(shù)

針對養(yǎng)殖場規(guī)模及大中型拖拉機(jī)保有量情況，設(shè)計(jì)的液肥灑施機(jī)參數(shù)如下表所示。

項(xiàng)目指標(biāo)配套動力/kw66PTO驅(qū)動轉(zhuǎn)速/r·min-1540噴灑幅寬/m10最大裝載容積/m311.5完成滿罐抽吸時間/min<103結(jié)論

（1）養(yǎng)殖場產(chǎn)生的污水經(jīng)厭氧發(fā)酵或氧化塘處理儲存后，在農(nóng)田灌溉期間，將無害化處理的污水與灌溉用水按照一定比例混合后，可以用液肥灑施機(jī)在田間施用。

（2）對養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞便、尿和污水集中收集，全部進(jìn)入氧化塘貯存，糞污通過氧化塘貯存進(jìn)行無害化處理，再經(jīng)過固液分離，這樣在施肥季節(jié)再用液肥灑施機(jī)進(jìn)行農(nóng)田作業(yè)。

（3）通過樣機(jī)的試驗(yàn)、生產(chǎn)考核，證明其滿足了液肥灑施的要求。該機(jī)工作可靠，使用方便，在有機(jī)肥施用上必將有廣闊的市場前景。

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