自走式翻堆機(jī)在甘蔗葉干法發(fā)酵工程中的使用與維護(hù)

郭昌進(jìn)，鄭 勇，2※，焦 靜，王金麗，2，王 剛，2，張 園，3，鄒明宏

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，湛江 524091；3.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088；4.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，湛江 524091）

自走式翻堆機(jī)在甘蔗葉干法發(fā)酵工程中的使用與維護(hù)

郭昌進(jìn)1，鄭 勇1，2※，焦 靜1，王金麗1，2，王 剛1，2，張 園1，3，鄒明宏4

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，湛江 524091；2.農(nóng)業(yè)部熱帶作物機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，湛江 524091；3.廣東海洋大學(xué)，湛江 524088；4.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所，湛江 524091）

本文結(jié)合干法發(fā)酵技術(shù)的工藝流程闡述了自走式翻堆機(jī)在該工藝中的主要作用，詳細(xì)介紹了自走式翻堆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、主要功能及使用技巧等，以便對后續(xù)工藝優(yōu)化及樣機(jī)使用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)與分析，為完善整體工藝和配套設(shè)備升級奠定了基礎(chǔ)。

翻堆機(jī) 結(jié)構(gòu) 維護(hù)保養(yǎng) 問題

0 引言

在當(dāng)今世界諸多新能源中，生物質(zhì)能源是最安全、最穩(wěn)定的能源，也是國家重點(diǎn)鼓勵的新能源領(lǐng)域[1]。我國華南等熱帶地區(qū)具有良好的光、熱、濕等自然氣候條件，農(nóng)作物種類豐富，造就豐富的生物質(zhì)能源。國內(nèi)甘蔗種植面積120萬hm2，年廢棄甘蔗葉總量為 2 700萬 t[2]。甘蔗葉纖維素含量為52.30%，與玉米秸稈相比，其碳含量高出10百分點(diǎn)，氮含量相當(dāng)，是生產(chǎn)沼氣的優(yōu)良原料。以甘蔗葉生產(chǎn)沼氣不僅能生成清潔能源，還能保護(hù)環(huán)境，且其沼渣還是優(yōu)良的有機(jī)肥，具有良好的運(yùn)用前景[3]。在生產(chǎn)沼氣過程中，翻堆機(jī)是處理甘蔗葉的重要工具。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所在研究甘蔗葉干發(fā)酵產(chǎn)沼氣和沼渣的工藝和裝備這一領(lǐng)域進(jìn)行了研究，特別是對甘蔗葉預(yù)處理粉碎后及有機(jī)肥制作過程進(jìn)行耗氧堆漚過程中需要使用到的翻堆機(jī)有較深入的了解，積累了豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，為翻堆機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)研究提供了依據(jù)。

1 翻堆機(jī)在甘蔗葉干法發(fā)酵系統(tǒng)工程的運(yùn)用

1.1 甘蔗葉干法發(fā)酵的工藝流程

甘蔗葉干法發(fā)酵技術(shù)工藝流程分三個階段：第一階段是甘蔗葉原料收集，包括收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲；第二階段是甘蔗葉干發(fā)酵，包括預(yù)處理階段（甘蔗葉粉粹、好氧發(fā)酵）和發(fā)酵階段（物料與接種物混合、干法厭氧發(fā)酵）；第三階段是發(fā)酵產(chǎn)物處理，包括沼氣處理（凈化、存儲、使用——戶用沼氣、沼氣發(fā)電、生物天然氣）和沼渣處理（部分作為接種物再利用、沼渣好氧堆肥）。如圖1所示。

1.2 甘蔗葉干法發(fā)酵工程配備的主要裝備

甘蔗葉干法發(fā)酵工程配備的主要設(shè)備如圖2。

1.3 翻堆機(jī)在甘蔗葉預(yù)處理的作用

目前，國內(nèi)外常用的甘蔗葉原料預(yù)處理的流程

主要包括粉碎（為獲取較高的原料分解率和發(fā)酵產(chǎn)氣效率）、生物化學(xué)處理比如酸/堿化學(xué)處理和白腐真菌等生物處理（提高木質(zhì)纖維水解率）、增加氮源比如氨水和尿素等或與畜禽糞便混合發(fā)酵（調(diào)節(jié)C/N比）等預(yù)處理環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)能有效實(shí)現(xiàn)對甘蔗葉原料的高效降解，為后續(xù)產(chǎn)沼氣發(fā)酵環(huán)節(jié)奠定基礎(chǔ)。在此過程中，除粉碎機(jī)外，起到關(guān)鍵作用的就是翻堆機(jī)，它能有效實(shí)現(xiàn)對粉碎好的甘蔗葉進(jìn)行生物處理和增加氮源，特別是在加入畜禽糞便均勻混合，進(jìn)行好氧堆漚處理后的效果顯著。顯著提高了混合的均勻性，增加了氧氣的含有量，同時能有效降低了勞動強(qiáng)度、節(jié)約了成本、提高了效率。

1.4 翻堆機(jī)在發(fā)酵剩余物制肥的過程的作用

對甘蔗葉干法發(fā)酵所產(chǎn)的發(fā)酵剩余物——沼渣進(jìn)行處理，除了部分作為接種物重新回到發(fā)酵裝置中，其余大部分都被進(jìn)行堆肥處理。堆肥發(fā)酵是利用畜禽糞便生產(chǎn)有機(jī)肥的一個重要環(huán)節(jié)，翻拋是提高堆肥效率和堆肥產(chǎn)品品質(zhì)的重要措施。在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化畜禽糞便堆肥制作有機(jī)肥過程中，肥料的翻堆耗費(fèi)大量的人力、物力和財力，翻堆機(jī)的投入使用可以起到省時省力的生產(chǎn)效果。

圖1 甘蔗葉干法發(fā)酵技術(shù)工藝流程

圖2 干法發(fā)酵系統(tǒng)配備的主要裝備

2 翻堆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

自走式翻堆機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括車輪、車架、操作室、行走裝置、滾筒翻轉(zhuǎn)裝置、滾筒升降裝置、柴油發(fā)電機(jī)組、直流發(fā)電裝置、電控裝置、機(jī)殼防護(hù)裝置等，如圖3。

2.1 翻堆機(jī)的主要組成

本翻堆機(jī)由以下4個部分組成。

2.1.1 翻堆機(jī)的行走動力系統(tǒng)

通過變頻器（DV300，臺州德弗）控制三相異步電動機(jī)的啟動和轉(zhuǎn)速 （功率為 4 kW，型號Yn2M-4G20），經(jīng)減速器、聯(lián)軸器、萬向節(jié)、鏈輪傳動，最后將動力傳輸給驅(qū)動主動車輪，從而達(dá)到控制翻堆機(jī)的前進(jìn)方向和行走速度。

2.1.2 翻堆機(jī)的行走轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

通過控制方向盤的轉(zhuǎn)向，再經(jīng)過渦輪蝸桿傳動

機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)來控制方向輪的轉(zhuǎn)向。

2.1.3 翻堆機(jī)滾筒旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)

通過變頻器（DV600，臺州德弗）控制的三相異步電動機(jī)的啟動和轉(zhuǎn)速（功率18.5 kW，型號Y200L1-6），再經(jīng)鏈輪傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對滾筒轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的有效控制。

2.1.4 翻堆機(jī)滾筒升降系統(tǒng)

通過使用換向開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止；直流電動機(jī)通過渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對滾筒的升、降及停止功能。

2.2 翻堆機(jī)的主要機(jī)構(gòu)功能

2.2.1 翻堆機(jī)的動力系統(tǒng)

本翻堆機(jī)的動力系統(tǒng)通常是由柴油機(jī)（功率24.05 kW，型號為JD33G2）、三相交流同步發(fā)電機(jī)（功率24 kW，型號SLC-24）及直流發(fā)電機(jī)及電瓶，實(shí)現(xiàn)對柴油的能量轉(zhuǎn)化，完成了三相交流電（380 V，50 Hz）和直流電源（12 V，60 Ah）的生成。短暫應(yīng)急的使用方式就是直接將三相交流動力電源直接接到電控柜上的鍘刀開關(guān)上，同樣能實(shí)現(xiàn)對翻堆機(jī)的動力輸送。

2.2.2 翻堆機(jī)的電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)分交流和直流電源控制系統(tǒng)。交流電控制系統(tǒng)由三相四線鍘刀開關(guān)、熔斷器、單相開關(guān)、變頻器、調(diào)速器，來實(shí)現(xiàn)對三相異步電機(jī)和散熱風(fēng)扇的控制；直流電控制系統(tǒng)由直流發(fā)電機(jī)、電瓶、換向開關(guān)來實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)控制。

2.2.3 翻堆機(jī)的行走控制系統(tǒng)

圖3 翻堆機(jī)主要機(jī)構(gòu)組成分布簡

翻堆機(jī)的行走系統(tǒng)由動力驅(qū)動系統(tǒng)和方向控制系統(tǒng)構(gòu)成，動力驅(qū)動分別通過調(diào)速器、變頻器實(shí)現(xiàn)對三相異步電動機(jī)、皮帶輪、皮帶傳動、皮帶輪、減速器、離合器、萬向節(jié)、軸承座、鏈輪、鏈輪傳動、鏈輪、車輪構(gòu)成，最終實(shí)現(xiàn)對車輪的驅(qū)動作用；方向控制系統(tǒng)由手動方向盤、蝸桿、渦輪、連桿、曲柄連桿、車輪等組成，現(xiàn)實(shí)對車輪轉(zhuǎn)向的控制。

2.2.4 翻堆機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動分別通過調(diào)速器、變頻器實(shí)現(xiàn)對三相異步電動機(jī)、鏈輪、鏈輪轉(zhuǎn)動、滾筒，從而實(shí)現(xiàn)對旋滾筒轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制。旋轉(zhuǎn)滾筒的離地高度調(diào)節(jié)是通過換向開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，再通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對滾筒端的升降作用。

3 翻堆機(jī)的使用與維護(hù)

3.1 操作過程中注意事項(xiàng)

甘蔗葉與畜禽糞便的混合所形成條垛堆的寬度和高度要根據(jù)翻堆機(jī)的尺寸來控制，過寬和過高都會影響翻堆機(jī)的使用效果；要根據(jù)行走的方向和速度，來控制旋轉(zhuǎn)滾筒的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，以達(dá)到最佳的翻堆效果；要根據(jù)垛堆的高度，來調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)滾筒的水平高度；在進(jìn)行正式翻堆前，需要對旋轉(zhuǎn)滾筒的水平度進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)。

3.2 日常保養(yǎng)要點(diǎn)

3.2.1 柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組的保養(yǎng)要點(diǎn)

需要操作者和維護(hù)人員參照《柴油發(fā)電機(jī)說明

書》、《柴油發(fā)電機(jī)組安全操作規(guī)程》的要求，定期完成日常、一級、二級、三級保養(yǎng)的工作內(nèi)容，參照要求認(rèn)真執(zhí)行。其中需要特別注意：

1）發(fā)電機(jī)啟動前須認(rèn)真檢查機(jī)油油位、水箱水量、柴油存量及油路系統(tǒng)是否正常；各電氣開關(guān)手柄及供油手柄位置是否正確：機(jī)器安全防護(hù)裝置是否齊全有效。

2）發(fā)電機(jī)啟動后應(yīng)首先觀察機(jī)油壓力是否正常，在空負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)10 min后方可合閘送電。運(yùn)行中要注意觀察電流表、電壓表和周波表，保證供電質(zhì)量。如發(fā)現(xiàn)水溫過高、機(jī)組有異響、異味、機(jī)油壓力下降等情況，應(yīng)作出認(rèn)真判斷，必要時應(yīng)及時停機(jī)檢查。

3.2.2 三相異步電動機(jī)的保養(yǎng)

需要操作者和維護(hù)人員參照《三相異步電動機(jī)說明書》的要求，定期完成日常檢查、每月或定期巡回檢查以及每年檢查的工作內(nèi)容，參照要求認(rèn)真執(zhí)行。主要檢查潤滑系統(tǒng)、外觀、溫度、噪聲、振動以及異?，F(xiàn)象，還要檢查通風(fēng)冷卻系統(tǒng)、滑動摩擦狀況及各部件的緊固情況，認(rèn)真做好檢查記錄。

3.2.3 直流電機(jī)的保養(yǎng)

根據(jù)直流電機(jī)的機(jī)構(gòu)組成特點(diǎn)，除了需要嚴(yán)格按照《直流電動機(jī)說明說》的操作要點(diǎn)要求，特別需要對電刷、換向器、電樞繞組、電樞鐵芯、勵磁繞組、風(fēng)扇等關(guān)鍵部件做好維護(hù)工作，以便提高電機(jī)的使用壽命和降低安全生產(chǎn)事故。

3.2.4 機(jī)械傳動部件的保養(yǎng)

根據(jù)自走式翻堆機(jī)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，需要對機(jī)械轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)或部件比如：齒輪減速機(jī)、軸承、鏈輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等傳動部件進(jìn)行定期除塵、除銹、加潤滑脂等日常維護(hù)保養(yǎng)工作。以便降低能耗，提高翻堆機(jī)的使用壽命。

[1]陳小華，朱洪光.農(nóng)作物秸稈產(chǎn)沼氣研究進(jìn)展與展望[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007，23（3）：279-283.

[2]焦靜，王金麗，鄧怡國，等.熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物資源及沼氣利用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（30）：13350-13351+13405.

[3]焦靜，王金麗，鄧怡國，等.草糞比對甘蔗葉干法厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣效果的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，37(1)：51-54.

Using and Protecting of Self Propelled Turning Machine on Dry Fermentation Biogas Process in Sugarcane Leaves

Guo Changjin1,Zheng Yong1，2,Jiao Jing1,Wang Jinli1，2,Wang Gang1，2,Zhang Yuan1,3,Zou Minghong4
(1.Tropical Agricultural Machinery Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091,China; 2.The Center of Quality Supervision and Testing for Tropical Agriculture Machinerye,Zhanjiang 524091,China; 3.Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China; 4.South Subtropical Craps Research Institute Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091,China; 4.South Subtropical Craps Research Institute Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Zhanjiang 524091,China)

Through the introduction of the function of self propelled turning machine.Combined with the sugarcane leaves dry fermentation biogas engineering requirements,raising the key operation and maintenance matters, and the problems in use process were summarized and analyzed the reasons,to lay a foundation for future improvement of the models.

turning machine,function,maintenance matters,problems

中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院院本級基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（1630062014022）

郭昌進(jìn)（1983-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)闊釒д託庋b備與工程。

※通訊作者：鄭 勇（1983-），男，助理研究員，主要研究方向?yàn)闊釒д託庋b備與工程。