大型病死禽畜破碎机的研制及应用

杨昂超，麦永强，张炳超，杨浩君，黄晓军

（广东省现代农业装备研究所，广州　510630）

大型病死禽畜破碎机的研制及应用

杨昂超1，麦永强1，张炳超1，杨浩君2，黄晓军2

（广东省现代农业装备研究所，广州510630）

针对养殖场大型病死禽畜的特性，研制了大型病死禽畜破碎机。该粉碎机采用多组滚刀和定刀相结合，以挤压、剪切的方式破碎病死禽畜，实现对大型病死禽畜的破碎，满足对大型病死禽畜进行生化堆肥处理的要求。

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0　引言

病死禽畜携带大量的病原微生物，不仅污染环境，对人体健康和畜牧业健康发展也存在非常严重的危害。《中华人民共和国动物防疫法》等法律法规明文规定，对于动物死尸必须进行无害化处理，抛售、收购、加工出售病死动物属于严重违法行为，严禁病死动物进入食品市场流通。因此，对于病死禽畜的无害化处理便成了大中型养殖场生产中一个重要并且迫切需要解决的问题，如果不能及时有效处理病死禽畜，有可能会引发大规模的疫情发生。

近年来，随着生物科技的蓬勃发展与农业机械科学的进步，产生了处理病死禽畜的无害化处理新技术——生化堆肥处理法。但是，目前市场上堆肥生化处理设备大多局限于处理小型的病死禽畜，如死鸡、死鸭、死鹅等，即使是现有的大中型生化处理机，单次处理量虽然达到1 000 kg/批，可以处理猪、羊、狗等，但也局限于处理体积中等偏小的病死禽畜，对于体长超过1 m、体重在150～300 kg的死猪则无法整头进行堆肥生化处理。因此，对于如母猪、牛、马等体积偏大的病死禽畜，需要配套专门的预粉碎装置。而现有的粉碎设备大多局限于处理小型病死禽畜，或是采用通用型的单辊破碎机或对辊式破碎机。通用型辊式粉碎机主要是破碎硬度高的物料，如矿石、煤块等，无法从根本上解决病死禽畜的韧筋缠绕而导致主轴不能工作的问题，即无法适应大中型病死禽畜的破碎；而且通用型辊式破碎机一般设计的滚刀尺寸偏大，使用功率大，养殖场的供电条件普遍达不到使用要求，无法满足投资成本低的要求。为此，参照相关资料和机具要求特点，结合实际生产要求，研制了大型病死禽畜破碎机。该粉碎机采用多组滚刀和定刀相结合，以挤压、剪切的方式破碎病死禽畜，可有效地避免韧筋缠绕的问题，满足了处理的作业要求，大大缩小了生化堆肥发酵时间，提高了效率，降低了处理成本。

1　工作原理与结构

1.1工作原理

大型病死禽畜组织比较复杂，其骨骼坚硬但较脆，皮毛、肌肉、韧筋等组织韧性很好。为此，采用双刀式设计，动刀与定刀相互啮合，并作相对运动，使动刀和定刀都具有一定的剪切性能。双边直齿的动刀组作螺旋式运转，动刀与定刀共同作用，将病死禽畜一边钩住固定挤压，一边剪切，防止了病死禽畜在动刀轴上打滑、打滚，同时剪断皮毛、肌肉、韧筋，通过挤压和剪切的综合作用，实现对大型病死禽畜的破碎。

1.2主要结构

病死禽畜破碎机的主体结构包括机架、壳体、传动轴、刀片、联轴器、减速机和电机等组成，如图1所示。固定刀片安装于壳体下部，旋转刀片固定在传动轴上，传动轴依靠轴承座的支撑作用与定刀形成错开排列，同时借助电机、减速机和联轴器产生并传递将动力输送给传动轴，动刀旋转动作，与定刀相互配合，实现对动物尸体的破碎效果。破碎机的主要参数见表1。

图1　禽畜破碎机三维模型

表1　禽畜破碎机主要性能参数

2　工作过程及特点

该破碎机以电动机为动力，主驱动电动机的动力通过皮带传动，减速机、联轴器传递较大扭矩驱动传动轴旋转，传动轴带动动刀旋转，在定刀的配合下实现对病死禽畜的破碎，破碎后的物料经底下出料口排出。

图2　破碎机的动刀在传动轴上排列方式

破碎机传动轴上的动刀沿轴向作螺旋状非对称均匀排列，相互错开成一定角度，展开后相邻每把动刀的间隔一样，共18把动刀，如图2所示。每把动刀包括第一刀齿和第二刀齿，第一刀齿的回转半径大于第二刀齿的回转半径，第一刀齿与定刀槽的根部位置相对应，由于刀齿回转半径不同且间距一样，所以剪切力是在相同的间隔时间内依次作用在病死禽畜上，降低了动刀轴的转矩和使用功率，避免了应力的集中，而且因分散剪切使动力轴受力减小，提高了动力轴的寿命；同时定刀槽的根部延伸至壳体的内表面，壳体下部另一侧延轴对称分布18把焊接在壳体上的方形刀，起到进一步挤压破碎后的物料，同时阻断物料从壳体下部翻堆飞溅到壳体上部，并可以使大型动物尸体切割时能放置平整，不会出现动物尸体堆积一边的现象，解决了在对病死禽畜破碎时产生的韧筋缠绕问题，有利于发挥动刀的剪切功效，工作效率高。动刀与定刀排列及分布如图3所示。

图3　壳体内动刀与定刀的排列分布

3　动刀、定刀及传动轴的设计

在工作时，动刀、定刀起着非常重要的作用，依靠这两者的共同作用，从而将大中型病死禽畜破碎，因此动刀、定刀的设计是病死禽畜破碎机的关键。

传统辊齿式破碎机的动刀组件一般采用分体式设计，即刀齿部分与刀套采用螺栓联接结构。这种分体式设计的优点是当刀齿受损或断裂时，能及时更换方便；刀齿采用特殊合金材料，刀套则采用铸钢等普通钢材，这样能整体降低生产成本。其缺点是一旦联接螺栓松动，很容易损坏设备，造成事故。传统辊齿式破碎机的另一个特点是每组动刀有多个齿，一般为5～6齿，造成消耗功率大，动刀轴受力也大，部件磨损也快；另外，容易过度粉碎物料，造成没必要的资源消耗。

3.1动刀

通过以上对传统破碎机的结构特点进行分析，并结合病死禽畜的组织特性，对破碎机的动刀进行设计：将刀齿与刀套合二为一，采用整体式结构，动刀齿数取Z=2，其回转直径为600mm，齿体的齿形状如鹰尖嘴形，保证病死禽畜有足够的滑入剪切时间和空间，在工作功率小的情况下达到理想的破碎效果，使其更加适应病死禽畜破碎机的工作状况。动刀形状如图4所示。

图4　动刀的结构图

这种一体化结构形式能够提高刀具的整体强度，使其能经受得住连续的冲击载荷，提高抗振动能力。刀具材质上选用铬钼钒高合金钢，齿体的强度及耐磨性都得到了有力的保证。刀具具有可修复性，当齿体磨损后可以采用特种焊条进行堆焊修复。

把刀齿与刀套作整体化制造，采用2齿刀组设计、特种合金材质等等，解决了在脏乱、多蝇蚊、有异味的设备内部如何频繁进行检修螺栓及更换刀齿的维修难题，从而节省了设备的维护时间，提高了设备的工作效率，降低了工人劳动强度，特别是2齿式刀具设计，简单实用，满足了对大型病死禽畜的破碎要求。

3.2定刀

定刀主要有两种形式：三角楔形刀及方形刀。三角楔形刀主体结构呈三角楔形状，目的是钩住物料以固定物料进行破碎，刀刃形斜边用于切碎动物尸体，直角边一侧的方形外伸结构起到固定在壳体下部的作用。方形刀主体结构呈如锤头状，主要是对物料进行挤压及破碎功能。定刀采用螺栓跟壳体联接，在工作过程中磨损后可方便维修与更换。定刀的结构图如图5及图6。

图5　三角楔形定刀的结构图

图6　方形定刀的结构图

3.3传动轴

传动轴的中部180°均匀螺旋排列用于径向固定的18个键槽，并通过轴肩和锁紧螺母轴向固定住18把动刀。阶梯式轴径的两侧对称位置安装调心滚子轴承，一侧外伸端通过联轴器与减速机连接。其中，传动轴承载着动刀的重力，以及动刀与定刀破碎物料产生的作用力。通过对扭矩和弯矩的力校核分析，确定传动轴的轴向直径。如图7所示。

图7　传动轴的结构图

4　破碎机在无害化处理中的应用

病死禽畜堆肥无害化处理系统的工艺流程如图8所示，病死禽畜由专用运载车拉入处理车间，运载车翻转车箱即可将病死禽畜倒入地坑下的提升机料斗；开启提升机，自动上料投放至破碎机；破碎机开始工作，将物料破碎后，通过破碎机底下的出料口排放到生化处理机内进行高温发酵，同时投放入按一定比例配比的辅料及菌种；经过24 h后完全腐化出料，发酵后的有机肥经筛分包装后可直接对外销售。

我们以体长超过1 m、体重在150～300 kg的一批死猪做堆肥无害化处理试验。死猪经破碎机破碎后经底部排放到发酵机，依次投入蘑菇渣、米糠及菌剂，启动发酵机自动工作按钮，让其按设定的程序自动工作。经过24 h运作后测试检验结果如下：①降解率为31.1%；②处理完成物骨头碎片的筛余总质量占该批次处理量的比例为7.1%；③处理完成物最大物料尺寸为42.6mm。测试检验结果表明，几大主要指标均达到无害化处理机的标准要求，该堆肥无害化处理系统能完成动物尸体的降解及堆肥化处理。

图8　生物堆肥无害化处理工艺流程

5　结论及改进方向

大型病死禽畜破碎机经过一年多的生产运作，工作状况良好，解决了大型病死禽畜无害化处理的粉碎难题，其动力设计合理，性能稳定，操作方便。需要改进的地方主要是破碎物料多时会产生污物向外飞溅及破碎后设备难清洗的问题。解决这两个问题一是在破碎机的进料端口增设能自动开闭的盖板，二是在破碎机底部及侧部安装排水口，以方便清洗。

支持项目：2013年省级现代农业产业发展建设专项（粤财农［2014］367号）

杨昂超（1973—），男，高级工程师，主要从事农业废弃物、城市生活垃圾等的无害化、资源化处理技术的研制及推广工作。