升降式微波土壤处理机的设计与试验研究

摘要

随着经济的发展和人民生活水平的提高，设施农业正处于空前迅速发展的大好时机，但随之而来的大棚、温室内作物土传病虫草害等问题也日益突显。随着情况的不断加剧，这些问题对作物的产量和品质产生了很大的影响。国内外人们主要采用化学试剂熏蒸的方法对土壤进行消毒处理，也有部分采用水淹、火烧或高温蒸汽熏蒸等一些物理方法，但这些方法基本上都存在污染环境或对人体有潜在危害作用等问题。微波消毒土壤，对环境无污染、无残留，是一种绿色、高效的病虫草害防治方法，因此，利用微波技术研制适合我国温室大棚及田间应用的、结构简单、使用方便、效率高、具有推广价值的土壤处理机对提升我国无污染、环保土壤处理水平，加快发展无公害农业以及农业现代化、可持续发展进程具有重要意义。
　　本文采用理论分析、研制样机与试验分析的方法，设计了一种升降式微波土壤处理设备，主要研究内容和结论如下:
　　(1)分析微波特性、微波处理土壤加热与辐射原理及其影响因素，据此计算微波对土壤的穿透深度，确定磁控管的各项参数。
　　(2)根据微波可以有效处理一定深度(5cm～15cm)土壤的要求，对微波的发射形式进行分析，确定采用同轴形式发射微波。硬同轴管直接将微波传递至需要处理的土壤处，对土壤进行处理，同时为了防止土壤、水蒸气及土壤中的其他物质进入硬同轴管而影响设备的正常使用及性能，设计一种尖头的聚四氟乙烯帽，它可以随硬同轴管一同插入土壤，起到保护装置的作用。根据温室内的实际情况，完成微波发生与辐射装置的设计。
　　(3)完成升降装置的理论分析、计算与选型。根据应用需求，装置中采用SWL蜗轮螺杆升降机，升降行程为50cm，并根据载荷情况选择相匹配的电动机，型号为Y90S-4。装置中对称安装滑动导轨，保证微波发生与辐射装置在垂直方向上升降时具有很高的稳定性，最后完成整体方案设计，利用机械软件绘制总体装置结构图。
　　(4)加工制造设计的升降式微波土壤处理机，并对其进行调试。然后利用样机对土壤进行处理，研究土壤温度随微波处理时间的变化，不同含水量对土壤温度的影响，并得出不同土壤层的温度分布。由试验结果可知，随着微波处理时间增长，土壤温度不断升高;含水量为20％时，土壤温度较高;处理时间为300s时，5cm、10cm、15cm土壤层所测得12个点的平均温度分别为64℃、75℃、63℃，均能达到土壤中线虫及细菌的致死温度（55℃和61℃），实现对土壤的消毒处理。
　　(5)研究微波处理土壤的杀菌效果，由试验结果可知，微波对土壤有一定的杀菌作用，处理时间为300s时，杀灭率最高为69.08％，其中对10cm深度土壤中细菌的杀灭效果显著高于5cm和15cm的效果，而5cm与15cm深度下土壤中细菌杀灭率的差别并不显著。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景、目的和意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．1 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外土壤处理机研究现状

1．2．2 国内土壤处理机研究现状

1．3 存在的问题

1．4 本文研究的主要内容和方法

1．5 本章小结

第二章 微波技术及土壤物理性质研究

2．1 微波的定义与产生原理概述

2．1．1微波的定义与波段划分

2．1．2 微波的产生

2．2 微波辐射作用原理及特点

2．2．1 微波作用的热效应

2．2．2 微波作用的非热效应

2．2．3 微波辐射作用的主要特点

2．2．4 影响微波作用的因素

2．3 土壤的介电模型及影响因素

2．3．1 介质的介电常数

2．3．2 干土的介电模型

2．3．3 湿土的介电模型

2．3．4 土壤介电特性的影响因素

2．4 土壤物理性质基础

2．4．1 土壤容重

2．4．2 土壤孔隙度

2．4．3 土壤湿度

2．5 本章小结

第三章 升降式微波土壤处理机的设计

3．1 装置总体结构及工作原理

3．1．1 总体结构设计

3．1．2 工作原理

3．2 微波发生与辐射装置的设计

3．2．1 微波穿透土壤深度

3．2．2 磁控管相关参数的确定

3．2．3 微波功率的验算

3．2．4 同轴管的选型与分布

3．2．5 微波工作电路

3．2．6 其他部件的设计

3．3 升降装置的设计及选型

3．3．1 升降机构的选型

3．3．2 升降力和行程的确定

3．3．3 蜗轮螺杆升降机的相关参数确定与选型

3．3．4 升降装置的控制方法

3．4 车体及光纤测温系统的设计

3．4．1 车体设计

3．4．2 光纤测温系统设计

3．5 本章小结

第四章 微波处理土壤加温及杀菌试验研究

4．1 微波处理土壤加温试验与分析

4．1．1 试验材料与方法

4．1．2 试验结果与分析

4．2 微波处理土壤杀菌试验与分析

4．2．1 试验材料与方法

4．2．2 试验结果与分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

已发表的论文及参加研究课题