自走式翻堆机在甘蔗叶干法发酵工程中的使用与维护

郭昌进，郑 勇，2※，焦 静，王金丽，2，王 刚，2，张 园，3，邹明宏

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.广东海洋大学，湛江 524088；4.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，湛江 524091）

自走式翻堆机在甘蔗叶干法发酵工程中的使用与维护

郭昌进1，郑 勇1，2※，焦 静1，王金丽1，2，王 刚1，2，张 园1，3，邹明宏4

（1.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；2.农业部热带作物机械质量监督检验测试中心，湛江 524091；3.广东海洋大学，湛江 524088；4.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，湛江 524091）

本文结合干法发酵技术的工艺流程阐述了自走式翻堆机在该工艺中的主要作用，详细介绍了自走式翻堆机的结构组成、主要功能及使用技巧等，以便对后续工艺优化及样机使用过程中出现的问题进行总结与分析，为完善整体工艺和配套设备升级奠定了基础。

翻堆机 结构 维护保养 问题

0 引言

在当今世界诸多新能源中，生物质能源是最安全、最稳定的能源，也是国家重点鼓励的新能源领域[1]。我国华南等热带地区具有良好的光、热、湿等自然气候条件，农作物种类丰富，造就丰富的生物质能源。国内甘蔗种植面积120万hm2，年废弃甘蔗叶总量为 2 700万 t[2]。甘蔗叶纤维素含量为52.30%，与玉米秸秆相比，其碳含量高出10百分点，氮含量相当，是生产沼气的优良原料。以甘蔗叶生产沼气不仅能生成清洁能源，还能保护环境，且其沼渣还是优良的有机肥，具有良好的运用前景[3]。在生产沼气过程中，翻堆机是处理甘蔗叶的重要工具。中国热带农业科学院农业机械研究所在研究甘蔗叶干发酵产沼气和沼渣的工艺和装备这一领域进行了研究，特别是对甘蔗叶预处理粉碎后及有机肥制作过程进行耗氧堆沤过程中需要使用到的翻堆机有较深入的了解，积累了丰富的实操经验，为翻堆机的进一步改进研究提供了依据。

1 翻堆机在甘蔗叶干法发酵系统工程的运用

1.1 甘蔗叶干法发酵的工艺流程

甘蔗叶干法发酵技术工艺流程分三个阶段：第一阶段是甘蔗叶原料收集，包括收集、转运、存储；第二阶段是甘蔗叶干发酵，包括预处理阶段（甘蔗叶粉粹、好氧发酵）和发酵阶段（物料与接种物混合、干法厌氧发酵）；第三阶段是发酵产物处理，包括沼气处理（净化、存储、使用——户用沼气、沼气发电、生物天然气）和沼渣处理（部分作为接种物再利用、沼渣好氧堆肥）。如图1所示。

1.2 甘蔗叶干法发酵工程配备的主要装备

甘蔗叶干法发酵工程配备的主要设备如图2。

1.3 翻堆机在甘蔗叶预处理的作用

目前，国内外常用的甘蔗叶原料预处理的流程

主要包括粉碎（为获取较高的原料分解率和发酵产气效率）、生物化学处理比如酸/碱化学处理和白腐真菌等生物处理（提高木质纤维水解率）、增加氮源比如氨水和尿素等或与畜禽粪便混合发酵（调节C/N比）等预处理环节，这些环节能有效实现对甘蔗叶原料的高效降解，为后续产沼气发酵环节奠定基础。在此过程中，除粉碎机外，起到关键作用的就是翻堆机，它能有效实现对粉碎好的甘蔗叶进行生物处理和增加氮源，特别是在加入畜禽粪便均匀混合，进行好氧堆沤处理后的效果显著。显著提高了混合的均匀性，增加了氧气的含有量，同时能有效降低了劳动强度、节约了成本、提高了效率。

1.4 翻堆机在发酵剩余物制肥的过程的作用

对甘蔗叶干法发酵所产的发酵剩余物——沼渣进行处理，除了部分作为接种物重新回到发酵装置中，其余大部分都被进行堆肥处理。堆肥发酵是利用畜禽粪便生产有机肥的一个重要环节，翻抛是提高堆肥效率和堆肥产品品质的重要措施。在现代产业化畜禽粪便堆肥制作有机肥过程中，肥料的翻堆耗费大量的人力、物力和财力，翻堆机的投入使用可以起到省时省力的生产效果。

图1 甘蔗叶干法发酵技术工艺流程

图2 干法发酵系统配备的主要装备

2 翻堆机的结构组成

自走式翻堆机结构组成包括车轮、车架、操作室、行走装置、滚筒翻转装置、滚筒升降装置、柴油发电机组、直流发电装置、电控装置、机壳防护装置等，如图3。

2.1 翻堆机的主要组成

本翻堆机由以下4个部分组成。

2.1.1 翻堆机的行走动力系统

通过变频器（DV300，台州德弗）控制三相异步电动机的启动和转速 （功率为 4 kW，型号Yn2M-4G20），经减速器、联轴器、万向节、链轮传动，最后将动力传输给驱动主动车轮，从而达到控制翻堆机的前进方向和行走速度。

2.1.2 翻堆机的行走转向系统

通过控制方向盘的转向，再经过涡轮蜗杆传动

机构、曲柄连杆机构来控制方向轮的转向。

2.1.3 翻堆机滚筒旋转系统

通过变频器（DV600，台州德弗）控制的三相异步电动机的启动和转速（功率18.5 kW，型号Y200L1-6），再经链轮传动机构实现对滚筒转向和转速的有效控制。

2.1.4 翻堆机滚筒升降系统

通过使用换向开关，实现对直流电动机的正转、反转及停止；直流电动机通过涡轮蜗杆机构来实现对滚筒的升、降及停止功能。

2.2 翻堆机的主要机构功能

2.2.1 翻堆机的动力系统

本翻堆机的动力系统通常是由柴油机（功率24.05 kW，型号为JD33G2）、三相交流同步发电机（功率24 kW，型号SLC-24）及直流发电机及电瓶，实现对柴油的能量转化，完成了三相交流电（380 V，50 Hz）和直流电源（12 V，60 Ah）的生成。短暂应急的使用方式就是直接将三相交流动力电源直接接到电控柜上的铡刀开关上，同样能实现对翻堆机的动力输送。

2.2.2 翻堆机的电气控制系统

电气控制系统分交流和直流电源控制系统。交流电控制系统由三相四线铡刀开关、熔断器、单相开关、变频器、调速器，来实现对三相异步电机和散热风扇的控制；直流电控制系统由直流发电机、电瓶、换向开关来实现对直流电动机控制。

2.2.3 翻堆机的行走控制系统

图3 翻堆机主要机构组成分布简

翻堆机的行走系统由动力驱动系统和方向控制系统构成，动力驱动分别通过调速器、变频器实现对三相异步电动机、皮带轮、皮带传动、皮带轮、减速器、离合器、万向节、轴承座、链轮、链轮传动、链轮、车轮构成，最终实现对车轮的驱动作用；方向控制系统由手动方向盘、蜗杆、涡轮、连杆、曲柄连杆、车轮等组成，现实对车轮转向的控制。

2.2.4 翻堆机的旋转控制系统

旋转动力驱动分别通过调速器、变频器实现对三相异步电动机、链轮、链轮转动、滚筒，从而实现对旋滚筒转向和转速的控制。旋转滚筒的离地高度调节是通过换向开关，实现对直流电机的正反转控制，再通过蜗轮蜗杆机构实现对滚筒端的升降作用。

3 翻堆机的使用与维护

3.1 操作过程中注意事项

甘蔗叶与畜禽粪便的混合所形成条垛堆的宽度和高度要根据翻堆机的尺寸来控制，过宽和过高都会影响翻堆机的使用效果；要根据行走的方向和速度，来控制旋转滚筒的转向和转速，以达到最佳的翻堆效果；要根据垛堆的高度，来调节旋转滚筒的水平高度；在进行正式翻堆前，需要对旋转滚筒的水平度进行调整和校准。

3.2 日常保养要点

3.2.1 柴油发电机机组的保养要点

需要操作者和维护人员参照《柴油发电机说明

书》、《柴油发电机组安全操作规程》的要求，定期完成日常、一级、二级、三级保养的工作内容，参照要求认真执行。其中需要特别注意：

1）发电机启动前须认真检查机油油位、水箱水量、柴油存量及油路系统是否正常；各电气开关手柄及供油手柄位置是否正确：机器安全防护装置是否齐全有效。

2）发电机启动后应首先观察机油压力是否正常，在空负荷试运转10 min后方可合闸送电。运行中要注意观察电流表、电压表和周波表，保证供电质量。如发现水温过高、机组有异响、异味、机油压力下降等情况，应作出认真判断，必要时应及时停机检查。

3.2.2 三相异步电动机的保养

需要操作者和维护人员参照《三相异步电动机说明书》的要求，定期完成日常检查、每月或定期巡回检查以及每年检查的工作内容，参照要求认真执行。主要检查润滑系统、外观、温度、噪声、振动以及异常现象，还要检查通风冷却系统、滑动摩擦状况及各部件的紧固情况，认真做好检查记录。

3.2.3 直流电机的保养

根据直流电机的机构组成特点，除了需要严格按照《直流电动机说明说》的操作要点要求，特别需要对电刷、换向器、电枢绕组、电枢铁芯、励磁绕组、风扇等关键部件做好维护工作，以便提高电机的使用寿命和降低安全生产事故。

3.2.4 机械传动部件的保养

根据自走式翻堆机的机械传动机构特点，需要对机械转动机构或部件比如：齿轮减速机、轴承、链轮传动、蜗轮蜗杆传动等传动部件进行定期除尘、除锈、加润滑脂等日常维护保养工作。以便降低能耗，提高翻堆机的使用寿命。

[1]陈小华，朱洪光.农作物秸秆产沼气研究进展与展望[J].农业工程学报，2007，23（3）：279-283.

[2]焦静，王金丽，邓怡国，等.热带农业废弃物资源及沼气利用[J].安徽农业科学，2008，36（30）：13350-13351+13405.

[3]焦静，王金丽，邓怡国，等.草粪比对甘蔗叶干法厌氧发酵产气效果的影响[J].广东农业科学，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

中国热带农业科学院院本级基本科研业务费专项资金（1630062014022）

郭昌进（1983-），男，助理工程师，主要研究方向为热带沼气装备与工程。

※通讯作者：郑 勇（1983-），男，助理研究员，主要研究方向为热带沼气装备与工程。