槽式翻拋機結構設計

倪艷君

(北京市懷柔區農機服務中心，北京101400)

0 引言

有機肥是土壤有機質含量增加的基礎，既能熟化土壤，保持土壤良好的結構，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分，為作物生長創造良好的土壤條件。為使農業廢棄物快速轉變為穩定、無害的生物有機肥，在發酵過程中，需要使用翻拋機對堆料進行翻拋，來調整堆料的含水量、溫度、氧氣和碳氮比，促進堆料快速、高效分解及發酵[1]。翻拋機已經成為取代人工、鏟車對物料翻堆的適用機具，是好氧堆肥發酵工藝中不可缺少的裝備，其作業效果和質量關系著有機肥加工的質量，是影響有機肥產業發展趨勢的主流產品，其物料攪拌、調解物料溫度、改善物料通透性和調整物料水分等作用不可替代[2]。根據堆肥方式不同，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酵罐3種類型[3]。槽式機械翻拋發酵堆肥工藝具有占地面積小、堆肥效率高、發酵物料堆積高、翻拋產量大及物料翻動徹底等優點[4]。本文以槽式翻拋機為例，對其結構做簡要分析。

1 整體結構與工作原理

槽式翻拋機運用高速運轉的翻拋刀輥將發酵槽內的堆料翻動、打碎并向后拋擲[5]。以北京市懷柔區農機具研究所為北京永豐泰生物科技有限公司設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運動，將發酵槽內的物料翻轉、攪拌和移動至0.7～1.0 m的位置，可以達到翻拋速度快、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，又能夠滿足好氧發酵對氧含量的要求，物料發酵效果較好。

2 主要結構功能及設計

(1)大車行走部分。大車行走部分由電氣開關控制實現翻拋機縱向行駛。行走梁長度需要根據發酵池寬度選定，為確保翻拋機整體機架結構合理、堅固耐用、加工方便及運行平穩，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。選用調速電動機，能夠避免大車行走速度同翻拋機工作速度不協調、阻力大及造成的動力過載現象。

(2)小車行走部分。小車行走部分由電氣開關控制實現翻拋機橫向行駛，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控制實現正和反旋轉以進行翻拋作業。該翻拋裝置由翻拋軸、翻拋刀具、減速機、電動機及傳動機構組成。翻拋刀具可以設置板式刀和旋耕刀2種，根據實際工作情況選用刀型，適應性強。

(4)電氣控制裝置。翻拋機電氣控制裝置安裝在發酵池外的控制室內，可以實現對翻拋機各項作業狀態的控制。該裝置由電氣控制箱、行程開關和線路等組成，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自動控制停止。為保障作業安全和保護電器件，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，安全系數高。

3 主要參數設計

翻拋機翻拋效率主要由大車行走速度與翻拋軸轉速決定。根據農藝要求及實際經驗，建議大車行走速度0～0.3 ms，翻拋軸轉速150～200 rmin。

(1)大車行走速度確定。翻拋作業時，大車行走速度不應過快。其主要由電動機轉速、減速機減速比與行走輪直徑決定。

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和額定轉速n1=1 450 rmin)為例，可以計算出行走輪轉速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)翻拋軸轉速確定。翻拋軸轉速主要由電動機轉速、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、轉速n1=1 450 rmin)為例，電動機和減速機采取直聯式，則減速機輸出轉速n2=1 4509=161.1 rmin，將減速機和翻拋軸傳動比定為1∶1，則翻拋軸轉速為161.1 rmin。

4 效益分析

槽式翻拋機結構簡單、堅固耐用且使用調整維修方便，可以廣泛應用于有機肥廠、復混肥廠的發酵腐熟等作業，已在北京永豐泰生物科技有限公司等多家單位推廣應用，具有顯著的經濟效益、社會效益與生態效益。

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，每天生產成本約160元。使用翻拋機作業每天生產成本總計約600元。若采用人工作業，首先工作條件惡劣，其次每天生產成本至少在1 200元以上。使用翻拋機作業可以為有機肥廠等廠家節約生產成本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，該公司年產有機肥可以達到1萬t，按照有機肥毛利潤60～70元t計算，年毛利潤可以達到60萬～70萬元。

現代生態農業必然以綠色生態為導向，使用畜禽糞便、農作物秸稈等農業廢棄物生產生物有機肥可以減少廢棄物的大量堆積；凈化畜禽糞便產生的惡臭氣體，減輕環境污染；減少化肥使用量，建立畜禽養殖+農作物種植→有機肥生產→有機農產品生產為一體的農業循環產業鏈，最終有效提高土壤有機質含量[6]。

5 結束語

通過對槽式翻拋機主要結構功能及設計的介紹，可以看出槽式翻拋機構造簡單、易于加工和生產，對翻拋機生產廠家具有指導意義。據農業農村部相關數據顯示，2020年我國有機肥市場尚有900萬缺口，有機肥相關行業發展潛力大，翻拋機的設計、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，對翻拋機進行示范與推廣，將促進有機肥產量提高、施用面積增加及耕地質量提升，形成有效的農業循環產業鏈。