基于沙子土壤化的水土流失治理裝置

孫辰睿，張瀾，傅 遙

（東北林業大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著經濟的快速發展，環境問題逐漸成為發展的“后遺癥”。面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，走可持續發展道路[1]。我國是世界上水土流失非常嚴重的國家之一，監測顯示，2021年，西部地區水土流失面積為224.73 萬km2，較2020 年減少1.20 萬km2，減幅0.53%；中部地區水土流失面積為28.81 萬km2，較2020 年減少0.43 萬km2，減幅達1.45%；東部地區水土流失面積為13.88 萬km2，較2020 年減少0.22 萬km2，減幅1.60%。從我國的水土流失現狀來看，水土流失程度由西部向東部逐步減輕，東部、中部、西部水土流失面積均有所減少，西部地區減少量大，中部和東部地區減幅大。水土流失的形成原因較為復雜，并且在不同的區域之間形成了較大的差異[2-4]。

習近平總書記在黨的十九大報告中指出要加快生態文明體制改革，建設美麗中國。我國的生態文明建設已進入新時代，人與自然和諧共生的生態改善方案、環境治理措施層出不窮。目前市場上針對水土流失地區土壤土質改善的裝置較少，一般采用工程措施、生物措施以及蓄水保土措施來針對目標地區進行系統化的、全面的工程性建設，但是這種建設一般需要在生態維護方面具有經驗的技術型人才以及大量的啟動資金，且施工時間較長，很難做到大面積普及，使水土流失地區的生態改善工作進度較為緩慢[5-7]。針對上述情況，為克服現有技術的缺陷，基于智能控制系統，本文提出一種基于沙子土壤化的水土流失治理裝置。該裝置結構新穎、構思巧妙，將沙化土壤通過進料斗裝入混合箱的內部，在攪拌過程中將儲液罐內的纖維提取液與水的混合液充分與沙化土壤混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后通過出料口排出，方便對沙化土壤進行改造，可實現小型地區的水土流失治理[8-10]。

1 裝置的結構設計

1.1 裝置的整體布局

本文介紹了一款基于沙子土壤化的水土流失治理裝置，該裝置主要由車體、混合箱、攪拌組件、進料斗、出水管、供液泵、控制板、進液口、出料口、出料閥等組成，見圖1。

圖1 基于沙子土壤化的水土流失治理裝置的整體平面結構示意圖

1.2 裝置的具體結構設計

基于沙子土壤化的水土流失治理裝置的車體上安裝有混合箱，混合箱的內部安裝有攪拌組件，混合箱的頂部一側安裝有進料斗，頂部內壁中心處安裝有出水管；出水管通過連接管與車體上儲液罐底部的供液泵連接；儲液罐的外壁一側安裝有控制板，頂部一側安裝有進液口；混合箱的底部一側安裝有出料口，出料口上安裝有出料閥；控制板電性連接供液泵和攪拌組件。該裝置車體的尾端通過連接架固定有螺旋輸料器，螺旋輸料器的頂端安裝有位于進料斗正上方的進料管，螺旋輸料器的底端安裝有上料斗。

攪拌組件包括固定在混合箱側邊的驅動箱，驅動箱的內部安裝有穿過混合箱的第一轉軸，第一轉軸上安裝有若干個第一攪拌葉，第一轉軸的內部轉動連接有第二轉軸，第二轉軸上安裝有若干個第二攪拌葉，第一轉軸的尾端安裝有第一齒輪，第二轉軸的尾端安裝有第二齒輪；驅動箱的外壁安裝有伺服電機，伺服電機的輸出端上安裝有驅動軸，驅動軸的頂端安裝有與第一齒輪嚙合連接的第三齒輪，驅動軸上安裝的第四齒輪通過轉向齒輪與第二齒輪嚙合連接。攪拌組件的平面結構見圖2。

圖2 攪拌組件的平面結構示意圖

連接管上安裝有電磁閥和流量傳感器，控制板的內部安裝有可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），流量傳感器電性連接PLC的輸入端，PLC 的輸出端電性連接電磁閥。儲液罐固定在車體的安裝平臺上，安裝平臺的一側安裝有爬梯。該裝置的控制板剖視平面結構見圖3。

圖3 控制板剖視平面結構示意圖

2 裝置的工作原理

結合圖1 來看，將沙化土壤通過進料斗裝入混合箱的內部，通過操控控制板使供液泵和攪拌組件工作，在攪拌過程中將儲液罐內部的纖維提取液與水的混合液與沙化土壤充分混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后從出料口排出，方便對沙化土壤進行改造，實現小型地區的水土流失治理。將沙化土壤運輸至進料斗的內部，在螺旋輸料器的作用下通過進料管排入混合箱內部，省時省力。

結合圖1 和圖2 來看，伺服電機工作時，通過驅動軸帶動第三齒輪和第四齒輪轉動，第三齒輪直接驅動第一齒輪順時針旋轉，從而帶動第一轉軸上的第一攪拌葉順時針旋轉；第四齒輪通過轉向齒輪帶動第二齒輪逆時針旋轉，從而通過第二轉軸帶動第二攪拌葉逆時針旋轉，這樣可以有效提高沙化土壤與纖維提取液與水的混合液的混合效率。

結合圖1 和圖3 來看，通過設置的流量傳感器可以監控通過連接管的纖維提取液與水的混合液的量，并將流量信息傳輸至PLC，方便實現對纖維提取液與水的混合液添加量的精確控制。

3 裝置的效果分析

本裝置基于沙子土壤化，融合環保思想，構思巧妙，具有如下效果。

1）將沙化土壤通過進料斗裝入混合箱內部，攪拌時將儲液罐內部的纖維提取液與水的混合液與沙化土壤充分混合均勻，將沙化土壤改造成類土壤后從出料口排出，方便對沙化土壤進行改造，可實現小型地區的水土流失治理。

2）將沙化土壤運輸至進料斗的內部，在螺旋輸料器的作用下通過進料管排入混合箱的內部，省時省力。

3）伺服電機工作時，通過驅動軸帶動第三齒輪和第四齒輪轉動，第三齒輪直接驅動第一齒輪順時針旋轉，從而帶動第一轉軸上的第一攪拌葉順時針旋轉；第四齒輪通過轉向齒輪帶動第二齒輪逆時針旋轉，從而通過第二轉軸帶動第二攪拌葉逆時針旋轉，這樣可以有效提高沙化土壤與纖維提取液與水的混合液的混合效率。

4）通過設置的流量傳感器可以監控通過連接管的纖維提取液與水的混合液的量，并將流量信息傳輸至PLC，方便實現對纖維提取液與水的混合液添加量的精確控制。

4 結束語

本文提出的基于沙子土壤化的水土流失治理裝置解決了現有裝置耗費資金、工作時間長以及效果不理想等問題，基于優化設計和環保思想，不但起到了對沙化土壤的改善作用，而且可以針對其他土質問題發揮作用，使用時易于操作，適應多地形作業，具有一定的推廣價值。