“久瓦”成型設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造研究

□高秉祥

作為甘肅省畜產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地，甘南州的畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)在全國(guó)都占有一地之席。其農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的50%，農(nóng)牧民收入的60%均來(lái)源于當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)產(chǎn)業(yè)。其中畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)中的傳統(tǒng)形式仍然是甘南州的重點(diǎn)支柱產(chǎn)業(yè)和特色資源，其當(dāng)?shù)匦蠓N通常以牦牛為主要畜牧業(yè)對(duì)象。據(jù)甘肅省統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料顯示，作為甘南州經(jīng)濟(jì)收入的重要組成部分，甘南牦牛數(shù)量達(dá)到90余萬(wàn)頭，存欄占整個(gè)甘肅省牦牛總數(shù)的80%以上。由于長(zhǎng)久以來(lái)，甘南牦牛均分布在高寒牧區(qū)，因此在瑪曲縣、卓尼縣等地，經(jīng)驗(yàn)豐富的牧民會(huì)根據(jù)代代傳承下來(lái)的知識(shí)，把牦牛糞“久瓦”視為最佳的燃料，多年來(lái)發(fā)揮著不可替代的作用[1]。本文就甘南高寒牧區(qū)“久瓦”成型設(shè)備的機(jī)械原理設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行闡述。

一、“久瓦”成型設(shè)備設(shè)計(jì)與研究的重要性

(一)國(guó)家的政策扶持。隨著國(guó)家對(duì)綠色化發(fā)展理念的倡導(dǎo)，環(huán)保、可再生的能源越來(lái)越受到國(guó)家的看重與扶持，從國(guó)家到省市州的政府都相繼對(duì)廢棄資源的利用發(fā)布文件，例如國(guó)發(fā)辦2017年發(fā)布的48號(hào)文件《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》。因此甘南州結(jié)合文件要求和自身的實(shí)際情況，綜合制定了《甘南州畜禽養(yǎng)殖廢棄物及秸稈資源化利用行動(dòng)方案》(州牧醫(yī)〔2019〕55號(hào))，及時(shí)跟進(jìn)社會(huì)發(fā)展與國(guó)家需求，進(jìn)行深度的廢棄物資源化的改造。

(二)當(dāng)?shù)氐默F(xiàn)有資源。根據(jù)現(xiàn)有的文章數(shù)據(jù)可以得到，成年牦牛日平均產(chǎn)糞量可達(dá)到14.6千克，年產(chǎn)鮮牛糞的總量可達(dá)5,329千克[2]。因此結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)可得，甘南州現(xiàn)有的90多萬(wàn)頭牦牛的年產(chǎn)鮮牛糞可達(dá)48億噸，其豐富的牛糞資源，構(gòu)成了當(dāng)?shù)鬲?dú)特的現(xiàn)有資源。

(三)市場(chǎng)需求。作為新興的可再生能源“生物煤”，工廠可以通過(guò)新型設(shè)備與技術(shù)，將牦牛糞與當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)農(nóng)作物的廢棄秸稈和甘草一同處理，將其壓縮并碳化成標(biāo)準(zhǔn)化的“生物煤”。其過(guò)程無(wú)需添加劑等額外支出，產(chǎn)品就可以基本解決農(nóng)牧村的生活能源，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的煤炭進(jìn)行家庭鍋爐設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還可以通過(guò)廢物利用的方式來(lái)增加農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)收入。作為一種新型的生物質(zhì)，其同時(shí)具備發(fā)電的功能，其可再生性和環(huán)保性蘊(yùn)含著巨大的市場(chǎng)需求[1]。

二、“久瓦”成型設(shè)備國(guó)內(nèi)外研究情況

近年來(lái)隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒓s化的迅速發(fā)展，牛場(chǎng)糞便集中排放造成的環(huán)境污染問題日益凸顯。全球各國(guó)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(qū)和草原地區(qū)。以成型機(jī)的先驅(qū)——德國(guó)ILLIG成型機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了牛糞熱處理成型的巔峰，其成型產(chǎn)品基本能達(dá)到85%的完全燃燒，基本不會(huì)造成二次污染，但其引進(jìn)成本高，設(shè)備維修費(fèi)用高昂，且需專業(yè)人員培訓(xùn)才能操作。對(duì)于我國(guó)高原地區(qū)來(lái)講大多牧區(qū)以零散戶為主，對(duì)于這些大型設(shè)備不適用于散戶。就我國(guó)成型機(jī)而言，江蘇省新沂市中意環(huán)保設(shè)備廠經(jīng)過(guò)10多年的努力終于研制出了牛糞處理神器，使牛糞處理無(wú)害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化且污染物排放遠(yuǎn)低于鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，但其主要的目標(biāo)客戶依然是大型養(yǎng)殖場(chǎng)，牧區(qū)散戶牛糞量不足也不適合用此產(chǎn)品，所以導(dǎo)致到現(xiàn)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(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)述

(一)“久瓦”成型設(shè)備的設(shè)計(jì)原理?！熬猛摺背尚驮O(shè)備設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)主要有齒輪傳動(dòng)、馬爾他機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、偏心輪機(jī)構(gòu)。具體構(gòu)造如圖1所示。

圖1 “久瓦”成型設(shè)備的設(shè)計(jì)原理圖

(二)“久瓦”成型設(shè)備的傳動(dòng)過(guò)程。電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)傳遞給Ⅱ軸、Ⅲ軸。Ⅱ軸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)成型底座轉(zhuǎn)動(dòng)、輸送帶支撐輪轉(zhuǎn)動(dòng)、沖壓運(yùn)動(dòng)、脫模運(yùn)動(dòng)以及掃屑運(yùn)動(dòng)；Ⅲ軸運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)攪拌桶轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 “久瓦”成型設(shè)備的傳動(dòng)示意圖

1.Ⅱ軸運(yùn)動(dòng)。

成型底座的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)：三個(gè)工位之間精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。

帶傳動(dòng)運(yùn)輸：壓縮成型的產(chǎn)品精準(zhǔn)脫模后落入傳輸帶上，裝箱。

(3)沖壓運(yùn)動(dòng)、脫模運(yùn)動(dòng)以及掃屑運(yùn)動(dòng)(連桿運(yùn)動(dòng))。沖壓運(yùn)動(dòng)：通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得沖頭在上下的沖壓的二分之一的過(guò)程中將原料沖壓成型。

脫模運(yùn)動(dòng)：通過(guò)底座機(jī)的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)，將牛糞餅下壓至底座模型。

掃屑運(yùn)動(dòng)：使用掃屑刷在沖頭和脫模盤中進(jìn)行煤粉掃除。

四、“久瓦”成型設(shè)備的特點(diǎn)

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

(一)系統(tǒng)性。實(shí)現(xiàn)了對(duì)“久瓦”的生產(chǎn)、成型的系統(tǒng)化控制。

(二)一體性。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化制作“久瓦”。

(三)高效性。實(shí)現(xiàn)了制作“久瓦”時(shí)速度快、效率高、質(zhì)量?jī)?yōu)等特點(diǎn)。

(四)穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)了制作“久瓦”的設(shè)備一體化運(yùn)轉(zhuǎn)，高度一致的循環(huán)體系使得產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、品質(zhì)優(yōu)良?！熬猛摺背尚驮O(shè)備特點(diǎn)在于機(jī)械化、體積小、速度快、易使用等?，F(xiàn)在甘南牧區(qū)的人們依然在使用原始的人工制作方法，不僅浪費(fèi)大量的時(shí)間、人力，且制作的“久瓦”燃燒不充分。而“久瓦”成型設(shè)備制作速度快，適用于家庭，操作簡(jiǎn)單，更重要的是將“久瓦”燃燒不充分的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，“蜂窩”狀使其得以充分燃燒。

五、結(jié)語(yǔ)

本文所闡述的“久瓦”成型設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、加工容易、成本低廉、普及性強(qiáng)及良好的可更換性等諸多優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用面廣、普及容易、安全可靠、符合環(huán)境保護(hù)要求和符合可持續(xù)發(fā)展的要求，特別適合普通中小企業(yè)加工制造，利于解決民生問題?！熬猛摺背尚蜋C(jī)至今仍有很強(qiáng)實(shí)用價(jià)值和多變多發(fā)展的研究方向，未來(lái)更具有十分廣闊的發(fā)展前景。比如“久瓦”成型機(jī)可以實(shí)現(xiàn)沖壓一次實(shí)現(xiàn)多個(gè)成型效果，提高生產(chǎn)效率，以滿足不同客戶要求。