沙荒地土壤改良機器人

吳時雨

我的家鄉南縣地處長江中下游荊江段，耕地面積少，這與近十幾年來建設用地的擴張有關。例如：我爺爺祖居南縣南洲鎮丁家城村12組，全家族本來有5.5畝肥沃耕地，可是由于縣新人民醫院整體搬遷至此，耕地全被征收了，雖然得到了一筆拆遷款，但當地農民失去了賴以生存的耕地。

在社會調查中我發現，同樣的現象非常普遍，許多村民處在這種“靠種地生存，卻無耕地可種”的惶恐之中。

然而，在南縣還有以沙灘荒地為主的其他土地185 540.7畝，如果將其改良后合理利用，可使人均耕地面積增加0.22畝。

我國各地均存在優質耕地被占用、沙洲沙灘被荒廢的現象，并且這種現象日趨嚴重。如何將沙荒地變為良田？這引起了我的思考。

一、研制目的

我國耕地少，為開發、改良沙荒地土地資源，我想研制一種高效機械設備。

二、結構設計

沙荒地土壤改良機器人主要由蝶形開溝器、垂直摻雜器、彎爪攪拌器、凹畦覆土器、小型發電機、遠程控制器、履帶行走機構、減速電動機、信號接收器、承載機體、耙覆器座等組成。

出料控制器是機器人的核心設施，涉及對沙荒地摻入固態土肥的出料方式、出料量，以及按預定程序要求實現自動控制等任務。該如何設計出料控制器？

我使用家用手搖絞肉機時發現，旋轉能使縱向輸入的塊狀工料碎解，并橫向均勻吐出，如果借鑒用來輸送潮濕的基肥應該可解決粘連堵塞的難題。

我拆卸出其螺旋推料器，用厚紙卷一個內徑與螺桿外徑匹配的圓筒進行垂直送料實驗，如圖2所示，基本可達到設計目標。之后，選用油瓶作為土肥箱，研制成了摻雜器。

如圖3所示，旋擠式出料控制器主要由土肥箱、螺旋推料器、電動機等構成。其中漏斗狀控料斗可利用土肥的重力以及撥料器提供的外力共同作用，從四周向螺旋推料器輸送土肥，且與外徑略大于螺桿的出料口配合，形成土肥輸送通道。傳動軸套用來連接外徑不等的螺旋推料器軸和電動機軸，實現動力傳遞。

模型初步完成后，在實驗中發現潮濕土肥下泄有時不太順暢，于是我又增設了撥料器，解決了出料不暢的問題。

用時間繼電器設定程序可控制電動機的運轉狀態，分別實現條施或點施；用無級調速器控制電動機的轉速，可按需控制土肥從出料口的輸出量。

經驗證，旋擠式出料控制器因螺旋從上至下的擠壓作用不但無粘貼回倉現象，還能絞碎土肥結塊，應用效果達到了設計目標。

三、創新點

1.基于我國耕地資源短缺的現實，提出了為提高開發土地資源效率發明一種專用機器的創意。

2.依據工程機械設計技術，利用現有控制技術，研制出開溝→摻土肥→攪拌→覆土四道工序一次完成的沙荒地土壤改良機器人模型，采用無線技術實現遠程控制。

3.依據力學原理，研制一種旋擠式出料控制器，可通過對其電動機的控制，實現定時、定量完成對沙荒地摻雜黏土肥或對黏土荒地摻雜沙土肥的施工，也可用來完成為耕地施加基肥的條施或點施任務。

4.針對南縣沙荒地高酸性、無黏性、超細顆粒等淤積河沙的特征，探討出了用沙土∶黏土∶農家肥之比為7∶3∶1配方，以及首種、輪種綠肥的技術方案。該方案聚物理、化學、生態改良三種措施于一體，可為其他地區的土壤改良提供參考。