槽式翻拋機結(jié)構(gòu)設(shè)計

倪艷君

(北京市懷柔區(qū)農(nóng)機服務(wù)中心，北京101400)

0 引言

有機肥是土壤有機質(zhì)含量增加的基礎(chǔ)，既能熟化土壤，保持土壤良好的結(jié)構(gòu)，又能增強土壤的保肥、供肥和緩沖能力，不斷供給作物生長需要的養(yǎng)分，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤條件。為使農(nóng)業(yè)廢棄物快速轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定、無害的生物有機肥，在發(fā)酵過程中，需要使用翻拋機對堆料進(jìn)行翻拋，來調(diào)整堆料的含水量、溫度、氧氣和碳氮比，促進(jìn)堆料快速、高效分解及發(fā)酵[1]。翻拋機已經(jīng)成為取代人工、鏟車對物料翻堆的適用機具，是好氧堆肥發(fā)酵工藝中不可缺少的裝備，其作業(yè)效果和質(zhì)量關(guān)系著有機肥加工的質(zhì)量，是影響有機肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的主流產(chǎn)品，其物料攪拌、調(diào)解物料溫度、改善物料通透性和調(diào)整物料水分等作用不可替代[2]。根據(jù)堆肥方式不同，有機肥翻拋機主要可以分為條垛式堆肥機、槽式堆肥機和有機肥發(fā)酵罐3種類型[3]。槽式機械翻拋發(fā)酵堆肥工藝具有占地面積小、堆肥效率高、發(fā)酵物料堆積高、翻拋產(chǎn)量大及物料翻動徹底等優(yōu)點[4]。本文以槽式翻拋機為例，對其結(jié)構(gòu)做簡要分析。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

槽式翻拋機運用高速運轉(zhuǎn)的翻拋刀輥將發(fā)酵槽內(nèi)的堆料翻動、打碎并向后拋擲[5]。以北京市懷柔區(qū)農(nóng)機具研究所為北京永豐泰生物科技有限公司設(shè)計制造的槽式翻拋機為例，其主要由傳動裝置、提升裝置、行走裝置、翻拋裝置和電氣控制裝置等部件組成(圖1)。工作時，由翻拋主動電機將動力經(jīng)翻拋主動鏈輪、翻拋被動鏈輪傳給翻拋軸，帶動軸上的刀具做旋轉(zhuǎn)運動，將發(fā)酵槽內(nèi)的物料翻轉(zhuǎn)、攪拌和移動至0.7～1.0 m的位置，可以達(dá)到翻拋速度快、攪拌均勻的效果，且物料與空氣充分接觸，既有利于水分蒸發(fā)，又能夠滿足好氧發(fā)酵對氧含量的要求，物料發(fā)酵效果較好。

2 主要結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計

(1)大車行走部分。大車行走部分由電氣開關(guān)控制實現(xiàn)翻拋機縱向行駛。行走梁長度需要根據(jù)發(fā)酵池寬度選定，為確保翻拋機整體機架結(jié)構(gòu)合理、堅固耐用、加工方便及運行平穩(wěn)，建議選用28#工字鋼焊接組成大車行走梁，選配2個行走電動機和4個行走輪組成大車行走部分。選用調(diào)速電動機，能夠避免大車行走速度同翻拋機工作速度不協(xié)調(diào)、阻力大及造成的動力過載現(xiàn)象。

(2)小車行走部分。小車行走部分由電氣開關(guān)控制實現(xiàn)翻拋機橫向行駛，由小車機架、16個行走輪和2個行走電動機組成。

(3)翻拋裝置。翻拋裝置由電氣開關(guān)控制實現(xiàn)正和反旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行翻拋作業(yè)。該翻拋裝置由翻拋軸、翻拋刀具、減速機、電動機及傳動機構(gòu)組成。翻拋刀具可以設(shè)置板式刀和旋耕刀2種，根據(jù)實際工作情況選用刀型，適應(yīng)性強。

(4)電氣控制裝置。翻拋機電氣控制裝置安裝在發(fā)酵池外的控制室內(nèi)，可以實現(xiàn)對翻拋機各項作業(yè)狀態(tài)的控制。該裝置由電氣控制箱、行程開關(guān)和線路等組成，在大車行走末端、小車行走末端和翻拋機升降始末端均安裝有行程開關(guān)自動控制停止。為保障作業(yè)安全和保護電器件，翻拋機電氣控制裝置一律加裝過載保護裝置和接地裝置，遇到故障可自行斷電，安全系數(shù)高。

3 主要參數(shù)設(shè)計

翻拋機翻拋效率主要由大車行走速度與翻拋軸轉(zhuǎn)速決定。根據(jù)農(nóng)藝要求及實際經(jīng)驗，建議大車行走速度0～0.3 ms，翻拋軸轉(zhuǎn)速150～200 rmin。

(1)大車行走速度確定。翻拋作業(yè)時，大車行走速度不應(yīng)過快。其主要由電動機轉(zhuǎn)速、減速機減速比與行走輪直徑?jīng)Q定。

以翻拋機選用減速比為1∶187的擺線針輪減速機(型號XWE-42-750)，電動機為隔爆型三相異步電動機(型號YB802-4、功率0.75 kW和額定轉(zhuǎn)速n1=1 450 rmin)為例，可以計算出行走輪轉(zhuǎn)速n2=1 450187=7.754 rmin，若選取的行走輪直徑為300 mm，則行走輪線速度為v=πdn2×10-360=3.14×300×7.754×10-360=0.121 7 ms=7.302 mmin，即大車行走速度是7.302 mmin。若大棚長度為54 m，可以計算出在大車行走輪正常行走情況下，大車單程運行時間t=sv=547.302=7.40 min。

(2)翻拋軸轉(zhuǎn)速確定。翻拋軸轉(zhuǎn)速主要由電動機轉(zhuǎn)速、減速機減速比與傳動比決定。以翻拋機選用減速比1∶9的行星針減速機(型號XW-7)，電動機為隔爆型三相異步電動機(功率15 kW、轉(zhuǎn)速n1=1 450 rmin)為例，電動機和減速機采取直聯(lián)式，則減速機輸出轉(zhuǎn)速n2=1 4509=161.1 rmin，將減速機和翻拋軸傳動比定為1∶1，則翻拋軸轉(zhuǎn)速為161.1 rmin。

4 效益分析

槽式翻拋機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用且使用調(diào)整維修方便，可以廣泛應(yīng)用于有機肥廠、復(fù)混肥廠的發(fā)酵腐熟等作業(yè)，已在北京永豐泰生物科技有限公司等多家單位推廣應(yīng)用，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)效益。

以翻拋機功率≤30 kW、每天工作8 h和1人操作(工資每天200元)為例，每天生產(chǎn)成本約440元；翻拋機購置及土建等費用按照120 000元、每年工作250 d、使用周期3年計算，每天生產(chǎn)成本約160元。使用翻拋機作業(yè)每天生產(chǎn)成本總計約600元。若采用人工作業(yè)，首先工作條件惡劣，其次每天生產(chǎn)成本至少在1 200元以上。使用翻拋機作業(yè)可以為有機肥廠等廠家節(jié)約生產(chǎn)成本50%以上。以北京永豐泰生物科技有限公司為例，通過推廣使用翻拋機，該公司年產(chǎn)有機肥可以達(dá)到1萬t，按照有機肥毛利潤60～70元t計算，年毛利潤可以達(dá)到60萬～70萬元。

現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)必然以綠色生態(tài)為導(dǎo)向，使用畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)生物有機肥可以減少廢棄物的大量堆積；凈化畜禽糞便產(chǎn)生的惡臭氣體，減輕環(huán)境污染；減少化肥使用量，建立畜禽養(yǎng)殖+農(nóng)作物種植→有機肥生產(chǎn)→有機農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)為一體的農(nóng)業(yè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，最終有效提高土壤有機質(zhì)含量[6]。

5 結(jié)束語

通過對槽式翻拋機主要結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計的介紹，可以看出槽式翻拋機構(gòu)造簡單、易于加工和生產(chǎn)，對翻拋機生產(chǎn)廠家具有指導(dǎo)意義。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國有機肥市場尚有900萬缺口，有機肥相關(guān)行業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ?，翻拋機的設(shè)計、制造與使用均具有廣闊前景。翻拋機既能翻出綠水青山，又能翻出金山銀山，對翻拋機進(jìn)行示范與推廣，將促進(jìn)有機肥產(chǎn)量提高、施用面積增加及耕地質(zhì)量提升，形成有效的農(nóng)業(yè)循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。