沼肥深施機關鍵部件機理研究與整機優(yōu)化設計.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21.35億噸標準煤增加到2014年的42.61億噸標準煤，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壓力已迫在眉睫。為解決能源供應壓力，基于沼氣發(fā)酵技術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，但由于未對其關鍵部件的工作機理和結構進行進一步研究，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。
　　針對這一情況，本研究結合“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)供技術集成與示范”（項目編

3、號:2011BAD15B04），對現(xiàn)有沼肥施肥機械關鍵性部件進行工作機理分析并對整機進行優(yōu)化設計:
　　(1)明確沼肥深施機關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)該理論得出轉速與擋塊數(shù)量的關系，最終確定擋塊數(shù)量與其對應轉速的參數(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上運用CFX流體動力學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)量與其對應轉數(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)，設計擋塊和彈簧伸縮桿的保護結構，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》中相關要求測定土壤物理性質(zhì)，在此基礎上運用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。
　　(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，繪制工程圖，加工工作過程可視化的試驗樣機，應用高速攝影技術和傳感器測量技術分

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。
　　研究結果表明:優(yōu)化后的沼肥深施機由于其關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