沙荒地土壤改良机器人

吴时雨

我的家乡南县地处长江中下游荆江段，耕地面积少，这与近十几年来建设用地的扩张有关。例如：我爷爷祖居南县南洲镇丁家城村12组，全家族本来有5.5亩肥沃耕地，可是由于县新人民医院整体搬迁至此，耕地全被征收了，虽然得到了一笔拆迁款，但当地农民失去了赖以生存的耕地。

在社会调查中我发现，同样的现象非常普遍，许多村民处在这种“靠种地生存，却无耕地可种”的惶恐之中。

然而，在南县还有以沙滩荒地为主的其他土地185 540.7亩，如果将其改良后合理利用，可使人均耕地面积增加0.22亩。

我国各地均存在优质耕地被占用、沙洲沙滩被荒废的现象，并且这种现象日趋严重。如何将沙荒地变为良田？这引起了我的思考。

一、研制目的

我国耕地少，为开发、改良沙荒地土地资源，我想研制一种高效机械设备。

二、结构设计

沙荒地土壤改良机器人主要由蝶形开沟器、垂直掺杂器、弯爪搅拌器、凹畦覆土器、小型发电机、远程控制器、履带行走机构、减速电动机、信号接收器、承载机体、耙覆器座等组成。

出料控制器是机器人的核心设施，涉及对沙荒地掺入固态土肥的出料方式、出料量，以及按预定程序要求实现自动控制等任务。该如何设计出料控制器？

我使用家用手摇绞肉机时发现，旋转能使纵向输入的块状工料碎解，并横向均匀吐出，如果借鉴用来输送潮湿的基肥应该可解决粘连堵塞的难题。

我拆卸出其螺旋推料器，用厚纸卷一个内径与螺杆外径匹配的圆筒进行垂直送料实验，如图2所示，基本可达到设计目标。之后，选用油瓶作为土肥箱，研制成了掺杂器。

如图3所示，旋挤式出料控制器主要由土肥箱、螺旋推料器、电动机等构成。其中漏斗状控料斗可利用土肥的重力以及拨料器提供的外力共同作用，从四周向螺旋推料器输送土肥，且与外径略大于螺杆的出料口配合，形成土肥输送通道。传动轴套用来连接外径不等的螺旋推料器轴和电动机轴，实现动力传递。

模型初步完成后，在实验中发现潮湿土肥下泄有时不太顺暢，于是我又增设了拨料器，解决了出料不畅的问题。

用时间继电器设定程序可控制电动机的运转状态，分别实现条施或点施；用无级调速器控制电动机的转速，可按需控制土肥从出料口的输出量。

经验证，旋挤式出料控制器因螺旋从上至下的挤压作用不但无粘贴回仓现象，还能绞碎土肥结块，应用效果达到了设计目标。

三、创新点

1.基于我国耕地资源短缺的现实，提出了为提高开发土地资源效率发明一种专用机器的创意。

2.依据工程机械设计技术，利用现有控制技术，研制出开沟→掺土肥→搅拌→覆土四道工序一次完成的沙荒地土壤改良机器人模型，采用无线技术实现远程控制。

3.依据力学原理，研制一种旋挤式出料控制器，可通过对其电动机的控制，实现定时、定量完成对沙荒地掺杂黏土肥或对黏土荒地掺杂沙土肥的施工，也可用来完成为耕地施加基肥的条施或点施任务。

4.针对南县沙荒地高酸性、无黏性、超细颗粒等淤积河沙的特征，探讨出了用沙土∶黏土∶农家肥之比为7∶3∶1配方，以及首种、轮种绿肥的技术方案。该方案聚物理、化学、生态改良三种措施于一体，可为其他地区的土壤改良提供参考。