楊昂超，麥永強，張炳超，楊浩君，黃曉軍

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州　510630）

大型病死禽畜破碎機的研制及應用

楊昂超1，麥永強1，張炳超1，楊浩君2，黃曉軍2

（廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣州510630）

針對養(yǎng)殖場大型病死禽畜的特性，研制了大型病死禽畜破碎機。該粉碎機采用多組滾刀和定刀相結(jié)合，以擠壓、剪切的方式破碎病死禽畜，實現(xiàn)對大型病死禽畜的破碎，滿足對大型病死禽畜進行生化堆肥處理的要求。

病死禽畜，病死禽畜破碎機，剪切，動刀，定刀

0　引言

病死禽畜攜帶大量的病原微生物，不僅污染環(huán)境，對人體健康和畜牧業(yè)健康發(fā)展也存在非常嚴重的危害。《中華人民共和國動物防疫法》等法律法規(guī)明文規(guī)定，對于動物死尸必須進行無害化處理，拋售、收購、加工出售病死動物屬于嚴重違法行為，嚴禁病死動物進入食品市場流通。因此，對于病死禽畜的無害化處理便成了大中型養(yǎng)殖場生產(chǎn)中一個重要并且迫切需要解決的問題，如果不能及時有效處理病死禽畜，有可能會引發(fā)大規(guī)模的疫情發(fā)生。

近年來，隨著生物科技的蓬勃發(fā)展與農(nóng)業(yè)機械科學的進步，產(chǎn)生了處理病死禽畜的無害化處理新技術(shù)——生化堆肥處理法。但是，目前市場上堆肥生化處理設備大多局限于處理小型的病死禽畜，如死雞、死鴨、死鵝等，即使是現(xiàn)有的大中型生化處理機，單次處理量雖然達到1 000 kg/批，可以處理豬、羊、狗等，但也局限于處理體積中等偏小的病死禽畜，對于體長超過1 m、體重在150～300 kg的死豬則無法整頭進行堆肥生化處理。因此，對于如母豬、牛、馬等體積偏大的病死禽畜，需要配套專門的預粉碎裝置。而現(xiàn)有的粉碎設備大多局限于處理小型病死禽畜，或是采用通用型的單輥破碎機或?qū)伿狡扑闄C。通用型輥式粉碎機主要是破碎硬度高的物料，如礦石、煤塊等，無法從根本上解決病死禽畜的韌筋纏繞而導致主軸不能工作的問題，即無法適應大中型病死禽畜的破碎；而且通用型輥式破碎機一般設計的滾刀尺寸偏大，使用功率大，養(yǎng)殖場的供電條件普遍達不到使用要求，無法滿足投資成本低的要求。為此，參照相關(guān)資料和機具要求特點，結(jié)合實際生產(chǎn)要求，研制了大型病死禽畜破碎機。該粉碎機采用多組滾刀和定刀相結(jié)合，以擠壓、剪切的方式破碎病死禽畜，可有效地避免韌筋纏繞的問題，滿足了處理的作業(yè)要求，大大縮小了生化堆肥發(fā)酵時間，提高了效率，降低了處理成本。

1　工作原理與結(jié)構(gòu)

1.1工作原理

大型病死禽畜組織比較復雜，其骨骼堅硬但較脆，皮毛、肌肉、韌筋等組織韌性很好。為此，采用雙刀式設計，動刀與定刀相互嚙合，并作相對運動，使動刀和定刀都具有一定的剪切性能。雙邊直齒的動刀組作螺旋式運轉(zhuǎn)，動刀與定刀共同作用，將病死禽畜一邊鉤住固定擠壓，一邊剪切，防止了病死禽畜在動刀軸上打滑、打滾，同時剪斷皮毛、肌肉、韌筋，通過擠壓和剪切的綜合作用，實現(xiàn)對大型病死禽畜的破碎。

1.2主要結(jié)構(gòu)

病死禽畜破碎機的主體結(jié)構(gòu)包括機架、殼體、傳動軸、刀片、聯(lián)軸器、減速機和電機等組成，如圖1所示。固定刀片安裝于殼體下部，旋轉(zhuǎn)刀片固定在傳動軸上，傳動軸依靠軸承座的支撐作用與定刀形成錯開排列，同時借助電機、減速機和聯(lián)軸器產(chǎn)生并傳遞將動力輸送給傳動軸，動刀旋轉(zhuǎn)動作，與定刀相互配合，實現(xiàn)對動物尸體的破碎效果。破碎機的主要參數(shù)見表1。

圖1　禽畜破碎機三維模型

表1　禽畜破碎機主要性能參數(shù)

2　工作過程及特點

該破碎機以電動機為動力，主驅(qū)動電動機的動力通過皮帶傳動，減速機、聯(lián)軸器傳遞較大扭矩驅(qū)動傳動軸旋轉(zhuǎn)，傳動軸帶動動刀旋轉(zhuǎn)，在定刀的配合下實現(xiàn)對病死禽畜的破碎，破碎后的物料經(jīng)底下出料口排出。

圖2　破碎機的動刀在傳動軸上排列方式

破碎機傳動軸上的動刀沿軸向作螺旋狀非對稱均勻排列，相互錯開成一定角度，展開后相鄰每把動刀的間隔一樣，共18把動刀，如圖2所示。每把動刀包括第一刀齒和第二刀齒，第一刀齒的回轉(zhuǎn)半徑大于第二刀齒的回轉(zhuǎn)半徑，第一刀齒與定刀槽的根部位置相對應，由于刀齒回轉(zhuǎn)半徑不同且間距一樣，所以剪切力是在相同的間隔時間內(nèi)依次作用在病死禽畜上，降低了動刀軸的轉(zhuǎn)矩和使用功率，避免了應力的集中，而且因分散剪切使動力軸受力減小，提高了動力軸的壽命；同時定刀槽的根部延伸至殼體的內(nèi)表面，殼體下部另一側(cè)延軸對稱分布18把焊接在殼體上的方形刀，起到進一步擠壓破碎后的物料，同時阻斷物料從殼體下部翻堆飛濺到殼體上部，并可以使大型動物尸體切割時能放置平整，不會出現(xiàn)動物尸體堆積一邊的現(xiàn)象，解決了在對病死禽畜破碎時產(chǎn)生的韌筋纏繞問題，有利于發(fā)揮動刀的剪切功效，工作效率高。動刀與定刀排列及分布如圖3所示。

圖3　殼體內(nèi)動刀與定刀的排列分布

3　動刀、定刀及傳動軸的設計

在工作時，動刀、定刀起著非常重要的作用，依靠這兩者的共同作用，從而將大中型病死禽畜破碎，因此動刀、定刀的設計是病死禽畜破碎機的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)輥齒式破碎機的動刀組件一般采用分體式設計，即刀齒部分與刀套采用螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)。這種分體式設計的優(yōu)點是當?shù)洱X受損或斷裂時，能及時更換方便；刀齒采用特殊合金材料，刀套則采用鑄鋼等普通鋼材，這樣能整體降低生產(chǎn)成本。其缺點是一旦聯(lián)接螺栓松動，很容易損壞設備，造成事故。傳統(tǒng)輥齒式破碎機的另一個特點是每組動刀有多個齒，一般為5～6齒，造成消耗功率大，動刀軸受力也大，部件磨損也快；另外，容易過度粉碎物料，造成沒必要的資源消耗。

3.1動刀

通過以上對傳統(tǒng)破碎機的結(jié)構(gòu)特點進行分析，并結(jié)合病死禽畜的組織特性，對破碎機的動刀進行設計：將刀齒與刀套合二為一，采用整體式結(jié)構(gòu)，動刀齒數(shù)取Z=2，其回轉(zhuǎn)直徑為600mm，齒體的齒形狀如鷹尖嘴形，保證病死禽畜有足夠的滑入剪切時間和空間，在工作功率小的情況下達到理想的破碎效果，使其更加適應病死禽畜破碎機的工作狀況。動刀形狀如圖4所示。

圖4　動刀的結(jié)構(gòu)圖

這種一體化結(jié)構(gòu)形式能夠提高刀具的整體強度，使其能經(jīng)受得住連續(xù)的沖擊載荷，提高抗振動能力。刀具材質(zhì)上選用鉻鉬釩高合金鋼，齒體的強度及耐磨性都得到了有力的保證。刀具具有可修復性，當齒體磨損后可以采用特種焊條進行堆焊修復。

把刀齒與刀套作整體化制造，采用2齒刀組設計、特種合金材質(zhì)等等，解決了在臟亂、多蠅蚊、有異味的設備內(nèi)部如何頻繁進行檢修螺栓及更換刀齒的維修難題，從而節(jié)省了設備的維護時間，提高了設備的工作效率，降低了工人勞動強度，特別是2齒式刀具設計，簡單實用，滿足了對大型病死禽畜的破碎要求。

3.2定刀

定刀主要有兩種形式：三角楔形刀及方形刀。三角楔形刀主體結(jié)構(gòu)呈三角楔形狀，目的是鉤住物料以固定物料進行破碎，刀刃形斜邊用于切碎動物尸體，直角邊一側(cè)的方形外伸結(jié)構(gòu)起到固定在殼體下部的作用。方形刀主體結(jié)構(gòu)呈如錘頭狀，主要是對物料進行擠壓及破碎功能。定刀采用螺栓跟殼體聯(lián)接，在工作過程中磨損后可方便維修與更換。定刀的結(jié)構(gòu)圖如圖5及圖6。

圖5　三角楔形定刀的結(jié)構(gòu)圖

圖6　方形定刀的結(jié)構(gòu)圖

3.3傳動軸

傳動軸的中部180°均勻螺旋排列用于徑向固定的18個鍵槽，并通過軸肩和鎖緊螺母軸向固定住18把動刀。階梯式軸徑的兩側(cè)對稱位置安裝調(diào)心滾子軸承，一側(cè)外伸端通過聯(lián)軸器與減速機連接。其中，傳動軸承載著動刀的重力，以及動刀與定刀破碎物料產(chǎn)生的作用力。通過對扭矩和彎矩的力校核分析，確定傳動軸的軸向直徑。如圖7所示。

圖7　傳動軸的結(jié)構(gòu)圖

4　破碎機在無害化處理中的應用

病死禽畜堆肥無害化處理系統(tǒng)的工藝流程如圖8所示，病死禽畜由專用運載車拉入處理車間，運載車翻轉(zhuǎn)車箱即可將病死禽畜倒入地坑下的提升機料斗；開啟提升機，自動上料投放至破碎機；破碎機開始工作，將物料破碎后，通過破碎機底下的出料口排放到生化處理機內(nèi)進行高溫發(fā)酵，同時投放入按一定比例配比的輔料及菌種；經(jīng)過24 h后完全腐化出料，發(fā)酵后的有機肥經(jīng)篩分包裝后可直接對外銷售。

我們以體長超過1 m、體重在150～300 kg的一批死豬做堆肥無害化處理試驗。死豬經(jīng)破碎機破碎后經(jīng)底部排放到發(fā)酵機，依次投入蘑菇渣、米糠及菌劑，啟動發(fā)酵機自動工作按鈕，讓其按設定的程序自動工作。經(jīng)過24 h運作后測試檢驗結(jié)果如下：①降解率為31.1%；②處理完成物骨頭碎片的篩余總質(zhì)量占該批次處理量的比例為7.1%；③處理完成物最大物料尺寸為42.6mm。測試檢驗結(jié)果表明，幾大主要指標均達到無害化處理機的標準要求，該堆肥無害化處理系統(tǒng)能完成動物尸體的降解及堆肥化處理。

圖8　生物堆肥無害化處理工藝流程

5　結(jié)論及改進方向

大型病死禽畜破碎機經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運作，工作狀況良好，解決了大型病死禽畜無害化處理的粉碎難題，其動力設計合理，性能穩(wěn)定，操作方便。需要改進的地方主要是破碎物料多時會產(chǎn)生污物向外飛濺及破碎后設備難清洗的問題。解決這兩個問題一是在破碎機的進料端口增設能自動開閉的蓋板，二是在破碎機底部及側(cè)部安裝排水口，以方便清洗。

支持項目：2013年省級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建設專項（粵財農(nóng)［2014］367號）

楊昂超（1973—），男，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物、城市生活垃圾等的無害化、資源化處理技術(shù)的研制及推廣工作。