槽式好氧發(fā)酵進出料機的設計

范博智

[摘? ? 要]目前國內(nèi)大多數(shù)堆放待發(fā)酵物料及清理腐熟物料的方式為用裝載機逐次將其添加到槽體內(nèi)或?qū)⑹炝乡P出至槽體外，其效率低，堆體參差不齊，松散度不一，不利于好氧發(fā)酵過程，產(chǎn)出物質(zhì)量差，且不能適用于日處理量較大的工況。文章設計了一種進出料機，其提高了“槽式好氧堆肥發(fā)酵工藝”的效率，降低了成本。出料機由抓料體，行走機構(gòu)，升降機構(gòu)，液壓動力系統(tǒng)等部分組成。良好地解決了將物料均勻、等高、定量地堆放至槽體內(nèi)的問題，并對進出料的前后工序進行了更高效的銜接。

[關(guān)鍵詞]進出料機;槽式;抓斗;好氧發(fā)酵;堆肥

[中圖分類號]S216.4 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–02

The Design of Trough Type Aerobic Fermentation Feeder and Discharger

Fan Bo-zhi

[Abstract]At present， most domestic methods for stacking materials to be fermented and cleaning decomposed materials are adding them to the tank body or scooping clinker out of the tank body with a loader. The efficiency is low， the stack body is uneven， and the degree of looseness is not uniform. First， it is not conducive to the aerobic fermentation process， the quality of the output is poor， and it is not suitable for working conditions with a large daily processing capacity. The article designs a feeder and discharger， which improves the efficiency of the "trough aerobic composting fermentation process" and reduces the cost. It is composed of grabbing body， walking mechanism， lifting mechanism， hydraulic power system and other parts. It well solves the problem of stacking materials in the tank in a uniform， equal height and quantitative manner， and makes a more efficient connection between the before and after processes of feeding and discharging.

[Keywords]feeder and discharger; trough type; grab; aerobic fermentation; composting

槽式好氧堆肥主要工藝路線是在槽體內(nèi)均勻堆放混合后的固廢（主要是市政污泥）和輔料（鋸末等顆粒物），并定期對堆體注入大量空氣，在氧氣的作用下（即好氧發(fā)酵）去除了有害物，實現(xiàn)了無害化的發(fā)酵過程，最終產(chǎn)物為可用于農(nóng)業(yè)、園林綠化的營養(yǎng)土，既解決了市政污泥的無害化處理問題又創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。在混合物料堆放至槽體及發(fā)酵完成后物料清除出槽體的過程中，就需要本文涉及到的進出料一體機設備。其主要功能是將混合物料快速地，均勻地，定量地布置到槽體內(nèi)，從而保證物料能均勻地曝氣（即注入大量空氣）發(fā)酵。

1 行業(yè)概述

中國工程院院士侯立安指出：“城市污水處理的衍生品，市政污泥年總產(chǎn)量已超4000萬t，有80%以上沒有妥善處理。”污泥無害化處置任重道遠。目前，槽式好氧發(fā)酵堆肥工藝是一種很好的處置方式，發(fā)酵周期短，產(chǎn)物為無害化的有機肥料土，可用于園林綠化、土壤改良等。

1.1 工藝工序概述

典型槽式好氧發(fā)酵堆肥工藝工序如圖1所示。

（1）物料由輸送機送到槽體端頭，由進出料機抓取到槽體內(nèi)攤平。

（2）勻翻機對物料進行勻翻，槽底管道曝氣，物料開始有氧發(fā)酵。

（3）發(fā)酵完成，進出料機抓取物料移動至腐熟料堆放區(qū)。

1.2 進出料機的功能定位

進出料機承擔著進料、平料和出料的功能，設定其運行區(qū)域是槽體長度內(nèi)，也可以到指定地點抓取物料返回進行布料。

2 設計思路

設計需要從行走方式、取料平料方式、動力等幾個方面考慮。物料環(huán)境的濕度和腐蝕性因素的影響，設備實現(xiàn)自動定位?；诖朔治龃_定系統(tǒng)需求。

2.1 系統(tǒng)需求

系統(tǒng)需求是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)研發(fā)方向、客戶需求、生產(chǎn)制造條件、運輸條件等因素，制定了主要技術(shù)參數(shù)和性能指標，見表1。

2.2 總體結(jié)構(gòu)

（1）履帶行走系統(tǒng)（可糾偏），空載滿載兩種速度模式。

（2）前后抓斗結(jié)構(gòu)，油缸驅(qū)動。

（3）任意位置抓取物料，抓斗閉合后可提升。

3 設計及校核

3.1 抓挖力計算及油缸選型計算

計算抓挖力有以下理論及公式：

（1）巖土阻力是巖土不發(fā)生變形的情況下，水平移動所產(chǎn)生;

（2）巖土阻力合力的方向是水平的;

（3）當抓斗容積是按原充水體積計算時，裝滿系數(shù)為1。

總結(jié)出的計算公式：

P=σ（0.26 H+0.5 x）²（0.8+0.45 x/s）tan（a/2）? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，P為抓取巖土的阻力，N;σ為巖土單位移動阻力，MPa，不同物料的移動阻力參考表2;H為抓斗完全閉合后抓斗內(nèi)腔的高度，m;x為活塞的瞬時行程，m;s為活塞的全行程，m;a為抓斗齒的抓尖角，°。

由以上理論計算抓挖阻力值，有：

①初始設計取H=1200 mm，s=1200 mm，a取90°，x取最大即s;

②計算最大抓挖力：P_max=51984 N;

③抓斗回轉(zhuǎn)半徑為R₁=1.6 m，則最大阻力矩：M_max=R₁×P_max=83174.4 N·m;

④油缸推桿鉸點處回轉(zhuǎn)半徑為R₂=0.56 m，則油缸最大推力：F=M_max/R₂=148525 N;

⑤設定系統(tǒng)壓力P=20 MPa，則抓斗油缸活塞面積：A=F/P=πr²=7426 mm²;

⑥經(jīng)計算，油缸活塞直徑。D=φ96 mm;考慮各因素取活塞直徑φ120 mm。

3.2 底盤設計

設備滿載總重為27t，采用30t液壓履帶底盤，選擇履帶踏面寬度為280 mm，獨立驅(qū)動、糾偏，液壓站配伺服電機驅(qū)動液壓泵作為履帶動力，自控系統(tǒng)按傳感器信號反饋程序調(diào)節(jié)履帶在槽體上行走動作的糾偏。行走速度可調(diào)范圍為10～30 m/min。用于滿載和空載工況。

3.3 主結(jié)構(gòu)設計

主框架結(jié)構(gòu)滿足升降架的安裝，抓斗開閉、提升的空間要求和強度要求，滿足抓斗油缸和升降油缸的動作空間要求。

升降架主要功能是在油缸的推動下將抓滿物料的閉合抓斗提升至料堆之上。同時設有抓斗油缸安裝座，提升滑塊。

抓斗體既承載抓取物料的受力，又有物料運輸存放功能，抓取物料要求抓斗體輕便并提高單次運輸量，依據(jù)最大抓挖力做有限元受力計算，最大應力為3.457 e+007，Q345B材料滿足要求;滿載物料時最大應力為1.290 e+008，可優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿足要求。

3.4 作業(yè)流程

進料作業(yè)是通過輸送設備將物料布于槽端，將進出料機抓斗置于低位抓取物料，閉合提升至高位。操作進出料機移動到卸料位，抓斗下放后開啟，卸下物料。反復以上過程至進料完成。

出料作業(yè)是抓斗低位開啟，操作進出料機至出料位置抓取物料，閉合提升至高位，行走至出料端，抓斗降至低位開啟，卸下熟料，保持抓斗開啟走至取料位。重復以上過程至出料完成。

4 結(jié)論

進出料機單次抓料寬度為抓斗開度3.5m，以50m長槽體為例，需抓取物料14次，滿載行走速度為10 m/min，空載行走速度為30 m/min，加上每次動作時間和其他附加時間3 min，則每次運料時間（往返）平均約為7 min，則完成一次上料和出料的時間約為100min，完全滿足每天上料或出料一個槽體長度的要求。

參考文獻

[1] 陳俊，陳同斌，高定，等.CTB自動控制污泥好氧發(fā)酵工藝工程實踐[J].中國給水排水，2010（9）：20-24.