基于水稻田环境的旋耕机排放与噪音控制技术研究

王彩霞

(辽宁省农业机械化发展中心,沈阳 110034)

0 引言

水稻是中国重要的粮食作物之一,在农业生产中起着至关重要的作用。水稻田作为农业生产的重要生态系统之一,其生态环境的保护和修复对于维护生态平衡和促进可持续发展具有重要意义[1-3]。而旋耕机作为一种常用的耕作机械,其使用可以促进土壤松散,增加土壤肥力和通气性,提高农作物的产量和质量。然而,旋耕机使用中排放的废气和噪音对水稻田生态环境造成的负面影响日益凸显,特别是在近年来环保意识不断提高的情况下,对其排放和噪音的控制要求也越来越高[4-5]。

因此,本文旨在研究如何减少旋耕机对水稻田环境造成的污染和噪音,为实现水稻田的生态保护和农业可持续发展做出贡献。

1 旋耕机在水稻田中的作用和现状

1.1 作用

旋耕机是一种常见的农业耕作机械,广泛应用于水稻田中。它通过旋转刀盘和铧式刀片等工作部件,将土壤松散、翻转、破碎,促进土壤通气性和水分渗透性,从而提高土壤肥力和作物产量。旋耕机作用主要包括以下几个方面[6]:

1)深松土壤。水稻根系生长较为发达,需要有深厚的土壤支持。旋耕机的旋转刀盘和刀片可以将土壤松散,将深层土壤翻转到表层,从而增加土壤的深度和肥力。

2)提高土壤肥力。旋耕机可以将秸秆、根系等农作物残留物破碎,将其与土壤混合,加速其分解和腐熟,从而增加土壤有机质含量和养分供应。

3)改善土壤通气性。旋耕机的作用可以增加土壤通气孔隙的数量和分布,使土壤更适合水稻根系生长,并有助于排水排泥。

4)提高作物产量和质量。通过深松土壤、增加土壤肥力和改善通气性等措施,旋耕机可以提高水稻田的生产能力和作物质量,同时也可以增加作物的抗病能力和适应性。

1.2 研究现状

旋耕机在水稻田中的研究现状如表1所示,仅是旋耕机在水稻田中的研究方向和部分成果,实际上还有很多相关的研究,例如旋耕机的结构设计、作业性能、安全性等方面的研究[7]。

表1 旋耕机在水稻田应用的研究现状

2 旋耕机排放控制技术和噪音控制技术

2.1 排放控制技术

旋耕机的尾气排放主要包括CO、HC、NOx和颗粒物等污染物,对环境和人类健康造成一定危害。为了降低旋耕机在水稻田中的排放,可以采取以下措施。

2.1.1 优化燃烧参数

优化燃烧参数是降低旋耕机排放的有效措施之一。在优化燃烧参数的过程中,可以通过改变燃料的喷射时间、喷油量、喷油压力等,来改变燃料的燃烧方式和燃烧效率。此外,还可以通过改变进气系统的结构设计和参数,例如进气道的长度、形状和截面积等,来优化燃烧过程中的进气效果,提高燃烧效率。

1)调整喷油时间和喷油量。通过优化喷油时间和喷油量,使燃料在燃烧室内的混合和燃烧更加充分,减少未燃尽的燃料和有害物质的生成。

2)优化进气系统。优化进气道的长度、形状和截面积等参数,提高进气效率,使空气与燃料混合更加均匀,提高燃烧效率和降低排放。

3)使用高效的燃油喷射系统。使用高效的燃油喷射系统,例如电控喷油系统、高压共轨喷油系统等,可以使燃料喷射更加精确和稳定,减少燃料的浪费和排放。

2.1.2 改进排气系统

排气系统改进,可以采用多种技术,例如增加催化转化器、使用颗粒捕集器、采用燃气再循环等,来减少排放的有害物质。其中,最常用的技术是增加催化转化器,其工作原理是利用化学反应将尾气中的有害物质转化为无害物质,从而降低排放浓度。

1)增加催化转化器。催化转化器是一种通过化学反应将有害物质转化为无害物质的设备。在旋耕机排气系统中,通过增加催化转化器,可以将尾气中的氧化氮、一氧化碳等有害物质转化为二氧化碳、水等无害物质,从而降低排放浓度。

2)使用颗粒捕集器。颗粒捕集器是一种通过过滤和捕集颗粒物的设备,可以有效减少尾气中的颗粒物排放。

3)采用燃气再循环。燃气再循环是一种通过将部分废气回收再利用的技术。在旋耕机排气系统中,通过采用燃气再循环,可以减少氮氧化物的排放,并且可以提高燃烧效率,降低燃油消耗和排放浓度。

2.1.3 使用环保燃料

使用环保燃料也是一种常用的旋耕机排放控制技术。环保燃料包括低硫燃料、生物燃料等。使用这些燃料可以减少有害物质的生成和排放,降低对环境的污染。

1)使用低硫燃料。低硫燃料是指硫含量低于标准的燃料,一般为低于0.05%。使用低硫燃料可以减少硫化物等有害物质的生成,降低对环境的污染。

2)使用生物燃料。生物燃料是指通过生物质转化制成的燃料,如生物柴油、生物乙醇等。生物燃料具有良好的环保性能,可以减少二氧化碳等温室气体的排放,同时也可以减少有害物质的生成和排放。

2.2 噪音控制技术

2.2.1 优化结构设计

优化结构设计是一种常用的旋耕机噪音控制技术。通过优化旋耕机的结构设计,减少旋耕机的振动和噪音产生源,可以有效降低旋耕机产生的噪音,减少对周围环境和人体的影响。

1)减少旋耕机的振动源。旋耕机的振动是噪音的主要产生源之一,通过采用减振措施,在旋耕机关键部位添加减振装置,如减振器、减振弹簧等,可以减少旋耕机的振动,降低噪音产生的强度和频率。

2)优化旋耕机的结构设计。通过优化旋耕机的结构设计,例如改变旋耕刀的形状和数量、优化传动系统等,可以减少旋耕机产生的噪音。

3)平衡设计。通过平衡设计保证旋耕机在高速运转时各零部件的质量分布和几何形状都处于均衡状态,避免因不平衡而引起的噪音和振动问题。不仅可以提高旋耕机的性能,而且可以延长机器寿命。

2.2.2 采用降噪材料

采用降噪材料是降低旋耕机噪音的另一种常用技术。通过在旋耕机传动系统和发动机等部位采用降噪材料,例如橡胶和泡沫材料等,可以有效地降低旋耕机产生的噪音。降噪材料的工作原理是通过吸收噪音产生的振动能量来降低噪音的产生。在旋耕机的传动系统中,可以在轴承和传动件之间添加橡胶垫等材料来减少传动时的振动和噪音;在发动机和机身之间,可以采用泡沫材料等来隔音降噪。

需要注意的是,采用降噪材料来降低旋耕机噪音时,应选择合适的材料和安装位置,以确保降噪效果最佳。另外,降噪材料的使用也可能会对旋耕机的性能产生一定的影响,因此需要在使用过程中进行监测和调整。

3 应用效果及验证

3.1 试验设计

为验证优化排放控制和噪音控制技术的效果,可以采用以下方法进行试验。

3.1.1 排放试验

在试验室或者水稻田中设置旋耕机,采集尾气中的有害物质浓度,并进行分析比较。将试验结果与未采用排放控制技术的旋耕机进行比较,验证排放控制技术的有效性。

3.1.2 噪音试验

在试验室或者水稻田中设置旋耕机,采集旋耕机的噪音数据,并进行分析比较。将试验结果与未采用噪音控制技术的旋耕机进行比较,验证噪音控制技术的有效性。

3.2 结果与分析

表2呈现了应用效果及验证结果与分析的内容。可以看出,排放控制技术和噪音控制技术在试验和实际使用中均取得了显著的效果,表明这些技术在水稻田中的应用前景广阔,具有重要的意义。

表2 旋耕机排放与噪音控制技术试验结果

4 结论

综合本文研究结果,旋耕机在水稻田中具有重要作用,但其排放和噪音对环境造成的影响也不容忽视。通过采用低排放发动机、优化燃烧、安装催化转化器等控制技术,以及使用降噪材料、减少振动、改进结构等方法来降低噪音,可以有效减少旋耕机的排放和噪音,保护水稻田生态环境,为农业生产和农民生活提供良好的环境条件。因此,在旋耕机的使用过程中,应该积极采取这些控制措施,以减少其对环境和人类健康的影响。