“久瓦”成型設備的設計與制造研究

□高秉祥

作為甘肅省畜產品的主要生產基地，甘南州的畜牧業產業在全國都占有一地之席。其農業總產值的50%，農牧民收入的60%均來源于當地的畜牧業產業。其中畜牧業產業中的傳統形式仍然是甘南州的重點支柱產業和特色資源，其當地畜種通常以牦牛為主要畜牧業對象。據甘肅省統計局統計資料顯示，作為甘南州經濟收入的重要組成部分，甘南牦牛數量達到90余萬頭，存欄占整個甘肅省牦牛總數的80%以上。由于長久以來，甘南牦牛均分布在高寒牧區，因此在瑪曲縣、卓尼縣等地，經驗豐富的牧民會根據代代傳承下來的知識，把牦牛糞“久瓦”視為最佳的燃料，多年來發揮著不可替代的作用[1]。本文就甘南高寒牧區“久瓦”成型設備的機械原理設計過程進行闡述。

一、“久瓦”成型設備設計與研究的重要性

(一)國家的政策扶持。隨著國家對綠色化發展理念的倡導，環保、可再生的能源越來越受到國家的看重與扶持，從國家到省市州的政府都相繼對廢棄資源的利用發布文件，例如國發辦2017年發布的48號文件《國務院辦公廳關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》。因此甘南州結合文件要求和自身的實際情況，綜合制定了《甘南州畜禽養殖廢棄物及秸稈資源化利用行動方案》(州牧醫〔2019〕55號)，及時跟進社會發展與國家需求，進行深度的廢棄物資源化的改造。

(二)當地的現有資源。根據現有的文章數據可以得到，成年牦牛日平均產糞量可達到14.6千克，年產鮮牛糞的總量可達5,329千克[2]。因此結合文獻數據可得，甘南州現有的90多萬頭牦牛的年產鮮牛糞可達48億噸，其豐富的牛糞資源，構成了當地獨特的現有資源。

(三)市場需求。作為新興的可再生能源“生物煤”，工廠可以通過新型設備與技術，將牦牛糞與當地的傳統農作物的廢棄秸稈和甘草一同處理，將其壓縮并碳化成標準化的“生物煤”。其過程無需添加劑等額外支出，產品就可以基本解決農牧村的生活能源，代替傳統的煤炭進行家庭鍋爐設備的運轉，同時還可以通過廢物利用的方式來增加農牧民的經濟收入。作為一種新型的生物質，其同時具備發電的功能，其可再生性和環保性蘊含著巨大的市場需求[1]。

二、“久瓦”成型設備國內外研究情況

近年來隨著養殖業規模化、集約化的迅速發展，牛場糞便集中排放造成的環境污染問題日益凸顯。全球各國也有著不同的處理方式，目前牛糞的利用方式主要是飼料化、能源化和肥料化。而“久瓦”便是能源化中的熱解化利用，而“久瓦”最多利用的地方就是高原地區和草原地區。以成型機的先驅——德國ILLIG成型機來說已經達到了牛糞熱處理成型的巔峰，其成型產品基本能達到85%的完全燃燒，基本不會造成二次污染，但其引進成本高，設備維修費用高昂，且需專業人員培訓才能操作。對于我國高原地區來講大多牧區以零散戶為主，對于這些大型設備不適用于散戶。就我國成型機而言，江蘇省新沂市中意環保設備廠經過10多年的努力終于研制出了牛糞處理神器，使牛糞處理無害化、資源化、產業化且污染物排放遠低于鍋爐大氣污染物排放標準，但其主要的目標客戶依然是大型養殖場，牧區散戶牛糞量不足也不適合用此產品，所以導致到現在為止在青藏高原依然以原始的人工制作為主。

三、“久瓦”成型設備設計過程簡述

(一)“久瓦”成型設備的設計原理。“久瓦”成型設備設計的機械傳動主要有齒輪傳動、馬爾他機構、帶傳動機構、連桿機構、偏心輪機構。具體構造如圖1所示。

圖1 “久瓦”成型設備的設計原理圖

(二)“久瓦”成型設備的傳動過程。電動機經齒輪傳動，將運動傳遞給Ⅱ軸、Ⅲ軸。Ⅱ軸的運動帶動成型底座轉動、輸送帶支撐輪轉動、沖壓運動、脫模運動以及掃屑運動；Ⅲ軸運動帶動攪拌桶轉動。

圖2 “久瓦”成型設備的傳動示意圖

1.Ⅱ軸運動。

成型底座的間歇轉動：三個工位之間精準轉換。

帶傳動運輸：壓縮成型的產品精準脫模后落入傳輸帶上，裝箱。

(3)沖壓運動、脫模運動以及掃屑運動(連桿運動)。沖壓運動：通過往復運動，使得沖頭在上下的沖壓的二分之一的過程中將原料沖壓成型。

脫模運動：通過底座機的間歇性轉動，將牛糞餅下壓至底座模型。

掃屑運動：使用掃屑刷在沖頭和脫模盤中進行煤粉掃除。

四、“久瓦”成型設備的特點

由于甘南牦牛的牧民養殖通常會沿襲傳統的養殖方式，即“逐水草而居”[3]，夏季會定點在遠離牧戶居住地的夏秋草場;冬季則定點在靠近牧民居住地的冬春草場放牧，牦牛糞主要靠人工進行收集。本文所闡述的“久瓦”成型設備體型小，易操作，并有以下特點。

(一)系統性。實現了對“久瓦”的生產、成型的系統化控制。

(二)一體性。實現了機械化制作“久瓦”。

(三)高效性。實現了制作“久瓦”時速度快、效率高、質量優等特點。

(四)穩定性。實現了制作“久瓦”的設備一體化運轉，高度一致的循環體系使得產品的產量增加、品質優良。“久瓦”成型設備特點在于機械化、體積小、速度快、易使用等。現在甘南牧區的人們依然在使用原始的人工制作方法，不僅浪費大量的時間、人力，且制作的“久瓦”燃燒不充分。而“久瓦”成型設備制作速度快，適用于家庭，操作簡單，更重要的是將“久瓦”燃燒不充分的缺點進行改進，“蜂窩”狀使其得以充分燃燒。

五、結語

本文所闡述的“久瓦”成型設備，具有結構簡單、效率高、加工容易、成本低廉、普及性強及良好的可更換性等諸多優點。其應用面廣、普及容易、安全可靠、符合環境保護要求和符合可持續發展的要求，特別適合普通中小企業加工制造，利于解決民生問題。“久瓦”成型機至今仍有很強實用價值和多變多發展的研究方向，未來更具有十分廣闊的發展前景。比如“久瓦”成型機可以實現沖壓一次實現多個成型效果，提高生產效率，以滿足不同客戶要求。