基于沙子土壤化的水土流失治理装置

孙辰睿，张澜，傅 遥

（东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

随着经济的快速发展，环境问题逐渐成为发展的“后遗症”。面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，走可持续发展道路[1]。我国是世界上水土流失非常严重的国家之一，监测显示，2021年，西部地区水土流失面积为224.73 万km2，较2020 年减少1.20 万km2，减幅0.53%；中部地区水土流失面积为28.81 万km2，较2020 年减少0.43 万km2，减幅达1.45%；东部地区水土流失面积为13.88 万km2，较2020 年减少0.22 万km2，减幅1.60%。从我国的水土流失现状来看，水土流失程度由西部向东部逐步减轻，东部、中部、西部水土流失面积均有所减少，西部地区减少量大，中部和东部地区减幅大。水土流失的形成原因较为复杂，并且在不同的区域之间形成了较大的差异[2-4]。

习近平总书记在党的十九大报告中指出要加快生态文明体制改革，建设美丽中国。我国的生态文明建设已进入新时代，人与自然和谐共生的生态改善方案、环境治理措施层出不穷。目前市场上针对水土流失地区土壤土质改善的装置较少，一般采用工程措施、生物措施以及蓄水保土措施来针对目标地区进行系统化的、全面的工程性建设，但是这种建设一般需要在生态维护方面具有经验的技术型人才以及大量的启动资金，且施工时间较长，很难做到大面积普及，使水土流失地区的生态改善工作进度较为缓慢[5-7]。针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，基于智能控制系统，本文提出一种基于沙子土壤化的水土流失治理装置。该装置结构新颖、构思巧妙，将沙化土壤通过进料斗装入混合箱的内部，在搅拌过程中将储液罐内的纤维提取液与水的混合液充分与沙化土壤混合均匀，将沙化土壤改造成类土壤后通过出料口排出，方便对沙化土壤进行改造，可实现小型地区的水土流失治理[8-10]。

1 装置的结构设计

1.1 装置的整体布局

本文介绍了一款基于沙子土壤化的水土流失治理装置，该装置主要由车体、混合箱、搅拌组件、进料斗、出水管、供液泵、控制板、进液口、出料口、出料阀等组成，见图1。

图1 基于沙子土壤化的水土流失治理装置的整体平面结构示意图

1.2 装置的具体结构设计

基于沙子土壤化的水土流失治理装置的车体上安装有混合箱，混合箱的内部安装有搅拌组件，混合箱的顶部一侧安装有进料斗，顶部内壁中心处安装有出水管；出水管通过连接管与车体上储液罐底部的供液泵连接；储液罐的外壁一侧安装有控制板，顶部一侧安装有进液口；混合箱的底部一侧安装有出料口，出料口上安装有出料阀；控制板电性连接供液泵和搅拌组件。该装置车体的尾端通过连接架固定有螺旋输料器，螺旋输料器的顶端安装有位于进料斗正上方的进料管，螺旋输料器的底端安装有上料斗。

搅拌组件包括固定在混合箱侧边的驱动箱，驱动箱的内部安装有穿过混合箱的第一转轴，第一转轴上安装有若干个第一搅拌叶，第一转轴的内部转动连接有第二转轴，第二转轴上安装有若干个第二搅拌叶，第一转轴的尾端安装有第一齿轮，第二转轴的尾端安装有第二齿轮；驱动箱的外壁安装有伺服电机，伺服电机的输出端上安装有驱动轴，驱动轴的顶端安装有与第一齿轮啮合连接的第三齿轮，驱动轴上安装的第四齿轮通过转向齿轮与第二齿轮啮合连接。搅拌组件的平面结构见图2。

图2 搅拌组件的平面结构示意图

连接管上安装有电磁阀和流量传感器，控制板的内部安装有可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），流量传感器电性连接PLC的输入端，PLC 的输出端电性连接电磁阀。储液罐固定在车体的安装平台上，安装平台的一侧安装有爬梯。该装置的控制板剖视平面结构见图3。

图3 控制板剖视平面结构示意图

2 装置的工作原理

结合图1 来看，将沙化土壤通过进料斗装入混合箱的内部，通过操控控制板使供液泵和搅拌组件工作，在搅拌过程中将储液罐内部的纤维提取液与水的混合液与沙化土壤充分混合均匀，将沙化土壤改造成类土壤后从出料口排出，方便对沙化土壤进行改造，实现小型地区的水土流失治理。将沙化土壤运输至进料斗的内部，在螺旋输料器的作用下通过进料管排入混合箱内部，省时省力。

结合图1 和图2 来看，伺服电机工作时，通过驱动轴带动第三齿轮和第四齿轮转动，第三齿轮直接驱动第一齿轮顺时针旋转，从而带动第一转轴上的第一搅拌叶顺时针旋转；第四齿轮通过转向齿轮带动第二齿轮逆时针旋转，从而通过第二转轴带动第二搅拌叶逆时针旋转，这样可以有效提高沙化土壤与纤维提取液与水的混合液的混合效率。

结合图1 和图3 来看，通过设置的流量传感器可以监控通过连接管的纤维提取液与水的混合液的量，并将流量信息传输至PLC，方便实现对纤维提取液与水的混合液添加量的精确控制。

3 装置的效果分析

本装置基于沙子土壤化，融合环保思想，构思巧妙，具有如下效果。

1）将沙化土壤通过进料斗装入混合箱内部，搅拌时将储液罐内部的纤维提取液与水的混合液与沙化土壤充分混合均匀，将沙化土壤改造成类土壤后从出料口排出，方便对沙化土壤进行改造，可实现小型地区的水土流失治理。

2）将沙化土壤运输至进料斗的内部，在螺旋输料器的作用下通过进料管排入混合箱的内部，省时省力。

3）伺服电机工作时，通过驱动轴带动第三齿轮和第四齿轮转动，第三齿轮直接驱动第一齿轮顺时针旋转，从而带动第一转轴上的第一搅拌叶顺时针旋转；第四齿轮通过转向齿轮带动第二齿轮逆时针旋转，从而通过第二转轴带动第二搅拌叶逆时针旋转，这样可以有效提高沙化土壤与纤维提取液与水的混合液的混合效率。

4）通过设置的流量传感器可以监控通过连接管的纤维提取液与水的混合液的量，并将流量信息传输至PLC，方便实现对纤维提取液与水的混合液添加量的精确控制。

4 结束语

本文提出的基于沙子土壤化的水土流失治理装置解决了现有装置耗费资金、工作时间长以及效果不理想等问题，基于优化设计和环保思想，不但起到了对沙化土壤的改善作用，而且可以针对其他土质问题发挥作用，使用时易于操作，适应多地形作业，具有一定的推广价值。