本文關(guān)鍵詞：濱海鹽堿土打孔灌沙技術(shù)及關(guān)鍵部件研究　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：土壤鹽堿化是世界干旱、半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)突出的生態(tài)環(huán)境問題。鹽堿化導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)黏滯、通氣性差、毛細(xì)作用強(qiáng),這將引起作物的生理干旱,影響其生長發(fā)育。工程措施能夠有效促進(jìn)土壤排鹽,抑制鹽分上返,是鹽堿土改良利用的重要措施之一,但存在著工程量大、生產(chǎn)成本高、難以大規(guī)模應(yīng)用的不足。本課題針對濱海鹽堿土鹽分高、質(zhì)地黏重、滲透性差的特點,提出打孔灌沙排鹽降漬的技術(shù)方案,并研發(fā)適用于濱海鹽堿土區(qū)的打孔灌沙裝備。主要研究成果如下:(1)以天津濱海鹽堿土為研究對象,通過野外小區(qū)漫灌試驗,研究打孔灌沙對鹽堿土水鹽運(yùn)移規(guī)律的影響。試驗結(jié)果表明,打孔深度≥10cm的打孔灌沙處理能夠顯著提高表層0～30 cm土壤脫鹽總量50.7%～176.5%。同時,結(jié)合試驗區(qū)農(nóng)藝種植規(guī)范,推薦10 cm打孔深度、30孔/m2打孔密度作為合適的打孔灌沙實施方案。(2)針對濱海鹽堿土壤的力學(xué)特點,基于土壤沖擊擠密原理和極限平衡原理,建立打孔部件沖擊負(fù)載模型。研究發(fā)現(xiàn),土壤密度、黏聚力、內(nèi)摩擦角、打孔部件構(gòu)型參數(shù)以及沖擊速度是影響鹽堿土沖擊效果的重要因素。同時,通過數(shù)值分析和多目標(biāo)規(guī)劃,確定打孔部件潛頭類型為內(nèi)凹弧型,其參數(shù)為:錐角45°,內(nèi)凹弧頂點切線夾角32°�；诖蚩撞考䴖_擊負(fù)載模型,建立了鹽堿土沖擊打孔臨界動能模型。研究發(fā)現(xiàn),打孔深度越大,所需臨界動能越大,而在相同的打孔深度下,打孔部件質(zhì)量越大,臨界動能越小。鹽堿土田間沖擊試驗進(jìn)一步驗證了臨界動能模型的可行性。(3)針對現(xiàn)有垂直打孔裝置精度要求高、沖擊大、易磨損,對機(jī)組工作速度依賴性強(qiáng)的特點,設(shè)計一種柔性隨動式五桿打孔機(jī)構(gòu)。通過建立五桿打孔機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)模型,提出關(guān)鍵部件設(shè)計的約束條件,結(jié)合工作原理和運(yùn)動特性,得出機(jī)構(gòu)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。借助模擬退火優(yōu)化算法,優(yōu)化機(jī)構(gòu)參數(shù):機(jī)架AB長度420 mm、曲柄AC長度75 mm、長桿CE長度630 mm、連桿ED長度270 mm、支撐臂BD長度224 mm、打孔針EP長度150 mm、機(jī)架AB的角度111°、支撐臂BD的初始角位移280°。成孔效果計算機(jī)仿真表明,優(yōu)化后在機(jī)組最佳前進(jìn)速度下,打孔針傾斜角度減小了 24%,同時機(jī)組作業(yè)速度在3～4.7 km/h范圍內(nèi),傾斜角度未超過4.6°,滿足設(shè)計要求。(4)分析隨動裝置工作過程,通過支撐臂動力學(xué)研究,提出回位彈簧選配條件,結(jié)合研究區(qū)土壤力學(xué)特性,得出回位彈簧的選配標(biāo)準(zhǔn):有效壓縮量不小于14 cm,最大壓應(yīng)力不大于370 N�；诖蚩篆h(huán)節(jié)打孔針偏移特性,提出側(cè)開口打孔針細(xì)沙輸送的工作原理,并利用響應(yīng)面優(yōu)化法,對側(cè)開口打孔針結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,最佳參數(shù)組合為:側(cè)開口深度7.27 mm,側(cè)開口高度41.67 mm,潛頭切面寬度12.70 mm。通過設(shè)計整機(jī)傳動、隨動裝置和輸沙裝置,形成打孔灌沙樣機(jī),并進(jìn)行田間性能試驗。打孔效果試驗表明:樣機(jī)在3～5 km/h工作速度下,打孔灌沙密度為25～41孔/m2,打孔深度均勻,變異系數(shù)小于6%,成孔傾斜角均值在1.6°～3.4°之間。灌沙試驗結(jié)果表明,設(shè)計的打孔灌沙樣機(jī)成孔灌沙比例均值為77.1%,基本能夠完成灌沙環(huán)節(jié),同時灌沙效果有待提高。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S156.4

【參考文獻(xiàn)】

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