沼肥深施機關(guān)鍵部件機理研究與整機優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、近年來，中國經(jīng)濟處于持續(xù)高速發(fā)展階段，對能源的消費和需求逐年增加。在過去10年中，能源消費總量由2004年的21.35億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增加到2014年的42.61億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長8％左右。面對龐大的能源需求，尋找一種可替代能源減緩能源供應(yīng)壓力已迫在眉睫。為解決能源供應(yīng)壓力，基于沼氣發(fā)酵技術(shù)的沼氣工程已成為替代能源的熱點之一。沼氣工程雖然從一定程度上緩解了能源需求，但大力發(fā)展帶來的問題是大量的沼液沼渣無法及時處理，尤其是大中型沼氣工程，具有

2、沼液沼渣存在量大、連續(xù)的特點，如無法及時處理將污染環(huán)境。為此，將沼渣沼液作為基肥使用已成為重要的處理手段之一。
　　東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出的將沼肥作為基肥配套使用的機具能有效的處理沼肥，但由于未對其關(guān)鍵部件的工作機理和結(jié)構(gòu)進行進一步研究，工作效率未達到最佳水平，以致該機無法批量生產(chǎn)，不能達到推廣使用的目標(biāo)。
　　針對這一情況，本研究結(jié)合“十二五”國家科技支撐計劃資助項目“寒冷地區(qū)干濕耦合發(fā)酵氣、熱、電聯(lián)供技術(shù)集成與示范”（項目編

3、號:2011BAD15B04），對現(xiàn)有沼肥施肥機械關(guān)鍵性部件進行工作機理分析并對整機進行優(yōu)化設(shè)計:
　　(1)明確沼肥深施機關(guān)鍵部件防堵分配裝置的工作機理為水擊壓強與振動理論，并根據(jù)該理論得出轉(zhuǎn)速與擋塊數(shù)量的關(guān)系，最終確定擋塊數(shù)量與其對應(yīng)轉(zhuǎn)速的參數(shù)組合，為后續(xù)仿真提供理論支持。
　　(2)在已測定沼肥的物理特性以及成分組成的基礎(chǔ)上運用CFX流體動力學(xué)仿真軟件建立防堵分配裝置流體仿真模型，分別對不同擋塊數(shù)量與其對應(yīng)轉(zhuǎn)數(shù)的參數(shù)組

4、合進行虛擬仿真，找出其最優(yōu)的參數(shù)組合以及流場流動和分布情況。
　　(3)運用理論分析和CFX虛擬仿真設(shè)計能夠提高沼肥分配效率的分配錐體，并研究對沼肥分配效率提高最佳的錐體錐度;由于沼肥中存在大顆粒物質(zhì)，設(shè)計擋塊和彈簧伸縮桿的保護結(jié)構(gòu)，避免防堵分配裝置在工作過程中發(fā)生卡死現(xiàn)象，為防堵分配裝置工作的穩(wěn)定提供必要條件。
　　(4)根據(jù)《土工試驗手冊》中相關(guān)要求測定土壤物理性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上運用EDEM顆粒體仿真軟件建立粘濕土壤顆粒體

5、模型并結(jié)合CATIA V5R20三維軟件對沼肥深施機工作部件進行虛擬仿真，得到各工作部件工作時所受到的土壤阻力，為后續(xù)的工程分析提供理論基礎(chǔ)。
　　(5)運用CATIA工程分析模塊對現(xiàn)有沼肥深施機機架和優(yōu)化設(shè)計后的防堵分配裝置殼體進行靜態(tài)分析和模態(tài)分析，檢驗其可靠性和穩(wěn)定性，并對不合理處進行優(yōu)化。
　　(6)以優(yōu)化后的脈沖式沼肥防堵分配裝置參數(shù)為準(zhǔn)，繪制工程圖，加工工作過程可視化的試驗樣機，應(yīng)用高速攝影技術(shù)和傳感器測量技術(shù)分

6、別對脈沖式沼肥防堵分配裝置內(nèi)的流場和出料口處的壓強波進行觀測和測定，并對方案進行進一步修正和改進。
　　研究結(jié)果表明:優(yōu)化后的沼肥深施機由于其關(guān)鍵部件防堵分配裝置能充分利用水擊壓力脈沖和振動，能有效實現(xiàn)防堵分配裝置的防堵、解堵和分配的功能，同時優(yōu)化后的機架在減輕重量后減小了牽引動力的功率。優(yōu)化后的沼肥深施機能極大的提高了處理沼肥的效率，推動了沼肥深施機推廣使用的進程，而對防堵分配裝置工作機理的研究也為其他處理類似介質(zhì)的機械裝置提供