三七在云南省的种植面积广泛,是享誉海内外的传统名贵药材。三七土地种植过后10年不得再次种植,轮作周期长是制约三七产业可持续发展的重要原因之一。目前国内对于三七土壤蒸汽消毒机的研制处于起步阶段,现主要以埋管蒸汽消毒为主,需要将管道埋进土壤下层,耗费大量的人力物力,工作强度较大,所以目前急需一种高效经济的三七土壤消毒的工程技术装备。为了克服三七连作障碍的问题,本文研究设计了一种三七土壤蒸汽消毒机,具体研究内容如下:(1)在分析三七工厂蒸汽消毒农艺要求的基础上,提出了三七土壤蒸汽消毒机的总体结构,对三七土壤蒸汽消毒机的关键部件消毒针进行了设计,在实地调研及测量三七种植土壤的物理参数的基础上,对消毒针进行流体力学仿真试验;结果表明消毒针内部构造有增大孔口出口流速的作用,且上层孔口出流速度大于下方孔口出流速度,预知上层土壤加热效果要优于下层土壤;消毒针内部压强和温度也有所增大。(2)为了探究土壤升温规律设计一种台架试验装置,对其关键部件进行参数设计,通过土槽试验,得出土壤加热基本规律为下层土壤加热效率较低,上层土壤加热效率高;发现表层和底层土壤热量散失较快。(3)为了得到消毒针的最优参数组合利用台架装置进行土壤升温单因素试验与正交试验,单因素土壤试验得出土壤升温最快的最优参数,并确定了正交试验的水平区间;正交试验得出因素对土壤升温到90℃时长的影响主次顺序为单侧孔口数量A、孔口直径B、蒸汽出射角度C,孔口数量A对时长影响极显著,孔口直径B对时长影响显著,蒸汽出射角度C对时长影响不显著;消毒针最优参数组合为:单侧孔口数量为4个,孔口直径为2mm,蒸汽出射角度为45°。(4)通过Fluent多孔介质传热仿真得出消毒针的最佳排布方式为6×6布局,最佳数量为36根,间距为250mm;对整机蒸汽管道进行仿真分析,得出整机蒸汽管道结构合理,符合三七土壤蒸汽消毒机的作业要求;对整机驱动部件进行设计计算,确定大小链轮、电机车轮轴和车轮参数;对整机提升部件进行设计,确定滚珠丝杠和传动轴的各项参数;对螺旋齿轮进行静力学分析,得出结果为螺旋齿轮的强度符合三七土壤蒸汽消毒机的作业要求。(5)对整机进行了田间试验,在环境温度为13℃,试验田地势平缓,经测量试验土壤类型为壤土,土壤表层无任何植物秸秆残留的试验环境下,得出土壤坚实度在60KPa下,蒸汽出口为0.5MPa时,三七土壤蒸汽消毒机加热土壤到90℃的时长最短,最短为390s。通过水合热重铬酸钾氧化-比色法和电位法测量土壤消毒前后的有机质含量和p H值,得出消毒后土壤有机质平均值含量降低,p H值增大,但仍符合三七生长的要求。