基于沙子土壤化的水土流失治理裝置

孫辰睿，張瀾，傅 遙

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問題逐漸成為發(fā)展的“后遺癥”。面對資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢，必須樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，走可持續(xù)發(fā)展道路[1]。我國是世界上水土流失非常嚴(yán)重的國家之一，監(jiān)測顯示，2021年，西部地區(qū)水土流失面積為224.73 萬km2，較2020 年減少1.20 萬km2，減幅0.53%；中部地區(qū)水土流失面積為28.81 萬km2，較2020 年減少0.43 萬km2，減幅達(dá)1.45%；東部地區(qū)水土流失面積為13.88 萬km2，較2020 年減少0.22 萬km2，減幅1.60%。從我國的水土流失現(xiàn)狀來看，水土流失程度由西部向東部逐步減輕，東部、中部、西部水土流失面積均有所減少，西部地區(qū)減少量大，中部和東部地區(qū)減幅大。水土流失的形成原因較為復(fù)雜，并且在不同的區(qū)域之間形成了較大的差異[2-4]。

習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中指出要加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國。我國的生態(tài)文明建設(shè)已進(jìn)入新時(shí)代，人與自然和諧共生的生態(tài)改善方案、環(huán)境治理措施層出不窮。目前市場上針對水土流失地區(qū)土壤土質(zhì)改善的裝置較少，一般采用工程措施、生物措施以及蓄水保土措施來針對目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)化的、全面的工程性建設(shè)，但是這種建設(shè)一般需要在生態(tài)維護(hù)方面具有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)型人才以及大量的啟動(dòng)資金，且施工時(shí)間較長，很難做到大面積普及，使水土流失地區(qū)的生態(tài)改善工作進(jìn)度較為緩慢[5-7]。針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，基于智能控制系統(tǒng)，本文提出一種基于沙子土壤化的水土流失治理裝置。該裝置結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)思巧妙，將沙化土壤通過進(jìn)料斗裝入混合箱的內(nèi)部，在攪拌過程中將儲液罐內(nèi)的纖維提取液與水的混合液充分與沙化土壤混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后通過出料口排出，方便對沙化土壤進(jìn)行改造，可實(shí)現(xiàn)小型地區(qū)的水土流失治理[8-10]。

1 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 裝置的整體布局

本文介紹了一款基于沙子土壤化的水土流失治理裝置，該裝置主要由車體、混合箱、攪拌組件、進(jìn)料斗、出水管、供液泵、控制板、進(jìn)液口、出料口、出料閥等組成，見圖1。

圖1 基于沙子土壤化的水土流失治理裝置的整體平面結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 裝置的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于沙子土壤化的水土流失治理裝置的車體上安裝有混合箱，混合箱的內(nèi)部安裝有攪拌組件，混合箱的頂部一側(cè)安裝有進(jìn)料斗，頂部內(nèi)壁中心處安裝有出水管；出水管通過連接管與車體上儲液罐底部的供液泵連接；儲液罐的外壁一側(cè)安裝有控制板，頂部一側(cè)安裝有進(jìn)液口；混合箱的底部一側(cè)安裝有出料口，出料口上安裝有出料閥；控制板電性連接供液泵和攪拌組件。該裝置車體的尾端通過連接架固定有螺旋輸料器，螺旋輸料器的頂端安裝有位于進(jìn)料斗正上方的進(jìn)料管，螺旋輸料器的底端安裝有上料斗。

攪拌組件包括固定在混合箱側(cè)邊的驅(qū)動(dòng)箱，驅(qū)動(dòng)箱的內(nèi)部安裝有穿過混合箱的第一轉(zhuǎn)軸，第一轉(zhuǎn)軸上安裝有若干個(gè)第一攪拌葉，第一轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)軸上安裝有若干個(gè)第二攪拌葉，第一轉(zhuǎn)軸的尾端安裝有第一齒輪，第二轉(zhuǎn)軸的尾端安裝有第二齒輪；驅(qū)動(dòng)箱的外壁安裝有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的輸出端上安裝有驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸的頂端安裝有與第一齒輪嚙合連接的第三齒輪，驅(qū)動(dòng)軸上安裝的第四齒輪通過轉(zhuǎn)向齒輪與第二齒輪嚙合連接。攪拌組件的平面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 攪拌組件的平面結(jié)構(gòu)示意圖

連接管上安裝有電磁閥和流量傳感器，控制板的內(nèi)部安裝有可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），流量傳感器電性連接PLC的輸入端，PLC 的輸出端電性連接電磁閥。儲液罐固定在車體的安裝平臺上，安裝平臺的一側(cè)安裝有爬梯。該裝置的控制板剖視平面結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 控制板剖視平面結(jié)構(gòu)示意圖

2 裝置的工作原理

結(jié)合圖1 來看，將沙化土壤通過進(jìn)料斗裝入混合箱的內(nèi)部，通過操控控制板使供液泵和攪拌組件工作，在攪拌過程中將儲液罐內(nèi)部的纖維提取液與水的混合液與沙化土壤充分混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后從出料口排出，方便對沙化土壤進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)小型地區(qū)的水土流失治理。將沙化土壤運(yùn)輸至進(jìn)料斗的內(nèi)部，在螺旋輸料器的作用下通過進(jìn)料管排入混合箱內(nèi)部，省時(shí)省力。

結(jié)合圖1 和圖2 來看，伺服電機(jī)工作時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)第三齒輪和第四齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪直接驅(qū)動(dòng)第一齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸上的第一攪拌葉順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第四齒輪通過轉(zhuǎn)向齒輪帶動(dòng)第二齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而通過第二轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)第二攪拌葉逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可以有效提高沙化土壤與纖維提取液與水的混合液的混合效率。

結(jié)合圖1 和圖3 來看，通過設(shè)置的流量傳感器可以監(jiān)控通過連接管的纖維提取液與水的混合液的量，并將流量信息傳輸至PLC，方便實(shí)現(xiàn)對纖維提取液與水的混合液添加量的精確控制。

3 裝置的效果分析

本裝置基于沙子土壤化，融合環(huán)保思想，構(gòu)思巧妙，具有如下效果。

1）將沙化土壤通過進(jìn)料斗裝入混合箱內(nèi)部，攪拌時(shí)將儲液罐內(nèi)部的纖維提取液與水的混合液與沙化土壤充分混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后從出料口排出，方便對沙化土壤進(jìn)行改造，可實(shí)現(xiàn)小型地區(qū)的水土流失治理。

2）將沙化土壤運(yùn)輸至進(jìn)料斗的內(nèi)部，在螺旋輸料器的作用下通過進(jìn)料管排入混合箱的內(nèi)部，省時(shí)省力。

3）伺服電機(jī)工作時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)第三齒輪和第四齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪直接驅(qū)動(dòng)第一齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸上的第一攪拌葉順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第四齒輪通過轉(zhuǎn)向齒輪帶動(dòng)第二齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而通過第二轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)第二攪拌葉逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可以有效提高沙化土壤與纖維提取液與水的混合液的混合效率。

4）通過設(shè)置的流量傳感器可以監(jiān)控通過連接管的纖維提取液與水的混合液的量，并將流量信息傳輸至PLC，方便實(shí)現(xiàn)對纖維提取液與水的混合液添加量的精確控制。

4 結(jié)束語

本文提出的基于沙子土壤化的水土流失治理裝置解決了現(xiàn)有裝置耗費(fèi)資金、工作時(shí)間長以及效果不理想等問題，基于優(yōu)化設(shè)計(jì)和環(huán)保思想，不但起到了對沙化土壤的改善作用，而且可以針對其他土質(zhì)問題發(fā)揮作用，使用時(shí)易于操作，適應(yīng)多地形作業(yè)，具有一定的推廣價(jià)值。