農(nóng)作物秸稈沼氣池出料及其機(jī)械的研發(fā)

1、農(nóng)作物秸稈沼氣池出料及其機(jī)械的研發(fā) 力源提供部分，其工作原理為: 以動(dòng)力車的發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳至離合器，由離合器控制，經(jīng)過(guò)操作撥叉分離或結(jié)合動(dòng)力控制齒輪泵工作; 齒輪泵工作產(chǎn)生液壓油產(chǎn)生液壓動(dòng)力，液壓油由多路閥進(jìn)行操作控制，分別驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)和各油缸工作。 通過(guò)三位四通換向節(jié)流閥控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的左右兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)盤通過(guò)自鎖油缸達(dá)到固定的目的，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)液壓油通過(guò)單向閥打開自鎖油缸，以利轉(zhuǎn)動(dòng)操作。 變幅油缸和升縮油缸、抓斗升降油缸、抓斗開閉油缸都是通過(guò)各三位四通換向節(jié)流閥控制其驅(qū)動(dòng)工作方向的。 秸稈沼渣出料中工作精度無(wú)特殊精密的定位要求，為控制本機(jī)械的總體成本，液壓回路采用簡(jiǎn)

2、單結(jié)構(gòu)，操作中通過(guò)控制操作速度，實(shí)現(xiàn)減小液壓沖擊的作用，秸稈沼氣池出料車液壓工作原理如圖 3 所示。 圖 3 液壓原理圖 Fig 3 The structure scheme of hydraulic devices of the machine forstraw generating pit discharge4 抓吸料一體車的工作原理根據(jù)眾多資料介紹和實(shí)際考查顯示，目前我國(guó)農(nóng)村戶用秸稈沼氣實(shí)質(zhì)上是秸稈與糞便混合使用的綜合沼氣生產(chǎn)方式5 6，其沼渣中既有纖維質(zhì)沼渣，又有顆粒類沼渣。基于目前我國(guó)農(nóng)村戶用秸稈沼氣池沼渣的特點(diǎn)，秸稈沼渣的出料應(yīng)分步進(jìn)行，即先進(jìn)行纖維質(zhì)沼渣的出料清理，再進(jìn)行顆粒類沼

3、渣及沼液的出料清理12。 基于這一實(shí)際情況，將禽畜糞便類沼氣池出料用沼液清渣出料車和秸稈沼氣用沼氣池清秸稈出料車兩項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行嫁接，研發(fā)出適合現(xiàn)農(nóng)村戶用秸稈沼氣池出料的秸稈沼氣池抓吸料一體車。先用抓取的方法清除秸稈沼氣池中纖維質(zhì)沼渣，再用抽吸的方法清除剩余的沼液、沼渣。為防止殘余纖維質(zhì)沼渣的影響，將吸排口設(shè)置于罐體的下端，同時(shí)增大其尺寸，以防止堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生。 圖 4 抓吸料一體車示意圖 Fig 4 The chart of the machine grasp and absorbing material ofstraw biogas residues4 結(jié)論農(nóng)作物秸稈沼氣化利用，在改善農(nóng)業(yè)生態(tài)

4、系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。沼氣池清秸桿出料車實(shí)現(xiàn)全機(jī)械化清除池中長(zhǎng)短作物秸稈。 這一項(xiàng)目成功解決了農(nóng)村戶用秸稈沼氣池的出料難題，極大地推進(jìn)了農(nóng)村戶用秸稈沼氣池的推廣進(jìn)程，為農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建做出了極大的貢獻(xiàn)。但隨著農(nóng)村土地使用的規(guī)?；?、集中化，農(nóng)村居住格局也將產(chǎn)生重大變化( 集中化、小區(qū)化趨勢(shì)) ，而農(nóng)村戶用秸稈沼氣池也將向大中型秸稈沼氣池轉(zhuǎn)型。對(duì)于大中型秸稈沼氣池，由于其池體面積大、深度深( 一般都在數(shù)百立方以上) ，本機(jī)械工作范圍及工作效率都難以適應(yīng)其要求。從目前大中型秸稈沼氣池試點(diǎn)使用情況看，現(xiàn)試點(diǎn)中的大型秸稈沼氣池的出料主要使用工程挖掘機(jī)械完成這一作業(yè)，但其使用費(fèi)用太高，且

5、操作中容易損壞沼氣池池壁，針對(duì)大中型秸稈沼氣池的出換料機(jī)械有待開發(fā)，以保障大中型秸稈沼氣池的推廣。 參考文獻(xiàn): 1 農(nóng)業(yè)部新聞辦公室 全國(guó)農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)估報(bào)告EB/OL2011 01 21 http: / /www ehome govcn / rticle / Class14 /201101 /7118 html2 龐鳳梅 農(nóng)作物秸稈沼氣發(fā)酵與直接利用效益比較J中國(guó)沼氣，2008( 02) : 34 373 焦瑞蓮 秸稈沼氣生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)J 科學(xué)種養(yǎng)，2010( 7) : 524 劉冰 稻秸稈化學(xué)成分分析及研究J 河北紡織，2010( 4) : 22 255 薛民琪，任彬，陸勝龍 秸稈沼

6、氣關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用J 農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2009( 6) : 34 38( 下轉(zhuǎn)第 231 頁(yè))2122012 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期應(yīng)秸稈沼氣池的出換料工作需要。 2 秸稈沼氣池出料車的研發(fā)思路 基于秸稈沼氣池沼渣的特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)村戶用秸稈沼氣池中纖維質(zhì)沼渣宜用抓取的方式進(jìn)行出換料，同時(shí)采用這一出料方式秸稈無(wú)需進(jìn)行切斷粉碎即可使用，可簡(jiǎn)化秸稈沼氣的生產(chǎn)工藝流程，減少粉塵污染，降低秸稈沼氣的生產(chǎn)成本。針對(duì)這一思路，利用自主授權(quán)專利旋轉(zhuǎn)式抓斗( ZL 200420062844 0) 、金屬網(wǎng)組合高壓油管纜繩( ZL2004200628436 6) 等技術(shù)，采用抓取的工作方式進(jìn)行農(nóng)

7、村戶用秸稈沼氣池清秸稈出料車( 以下簡(jiǎn)稱秸稈出料車) 的研發(fā)。 農(nóng)村戶用沼氣池多設(shè)置在農(nóng)戶的庭院后、洼地等交通不便處，沼氣池體積一般在 6 12m3，其每次出渣工作量不大，秸稈出料車的體積及工作幅度都不需要設(shè)計(jì)得太大，但對(duì)秸稈出料車的機(jī)動(dòng)靈活性要求較高，秸稈出料車需適應(yīng)在不同地況的工作環(huán)境。 目前我國(guó)的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)還不發(fā)達(dá)，農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)承受力還不高，因此秸稈出料車的價(jià)格定位不能太高，且要考慮使用人群的特殊性。為此，秸稈出料車的結(jié)構(gòu)要做到簡(jiǎn)潔實(shí)用，功能要齊全，操作要易于掌握，安全可靠性要高，以保證能在廣大農(nóng)村得到推廣使用。 3 秸稈出料車的工作原理 3 1 秸稈出料車的旋轉(zhuǎn)和變幅基于以上情況的分析，以

8、手扶拖拉機(jī)、小四輪拖拉機(jī)等為動(dòng)力源，以拖車箱為主要載體。在拖車箱底盤上設(shè)置旋轉(zhuǎn)底盤，在旋轉(zhuǎn)底盤座上設(shè)置液壓馬達(dá)。 液壓馬達(dá)通過(guò)雙聯(lián)變速齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)底盤的滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)出料機(jī)械部分的旋轉(zhuǎn)操作10。 在底盤上設(shè)置一可上下轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)臂，通過(guò)兩只油缸控制其轉(zhuǎn)動(dòng); 在主動(dòng)臂上端再設(shè)置一可上下轉(zhuǎn)動(dòng)的副轉(zhuǎn)動(dòng)臂，通過(guò)一只油缸控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)臂和副轉(zhuǎn)動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)出料機(jī)械的變幅操作; 通過(guò)旋轉(zhuǎn)與變幅配合; 實(shí)現(xiàn)出料抓斗對(duì)沼氣池出料口和運(yùn)輸車輛的定位。出料車結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 由于拖車箱以兩輪及拖掛點(diǎn)為支撐，無(wú)法滿足秸稈出料車出料工作時(shí)對(duì)平穩(wěn)性的要求，因此在拖車箱的四角設(shè)置了4 個(gè)可調(diào)節(jié)的剛性支撐腿。秸稈出料

9、車到達(dá)工作場(chǎng)地開始工作前，先抽出 4 根支撐腿，轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)絲杠，使 4 根支撐腿著地形成支撐，同時(shí)調(diào)整到場(chǎng)拖車箱底盤至水平狀態(tài)，保證秸稈出料車工作時(shí)對(duì)平穩(wěn)性的要求。 3 2 秸稈出料車抓斗的升降和抓卸在主轉(zhuǎn)動(dòng)臂上設(shè)置一抓斗升降油缸，通過(guò)抓斗升降油缸活塞桿的伸長(zhǎng)或縮短以及牽引抓斗升降鋼絲繩伸長(zhǎng)或縮短，以實(shí)現(xiàn)抓斗的升降操作。抓斗升降鋼絲繩一端固定在主動(dòng)臂上端，然后鋼絲繩繞過(guò)固定在升降油缸活塞桿頂端的定滑輪、固定在主動(dòng)臂上的定滑輪、固定在副轉(zhuǎn)動(dòng)臂頂端的定滑輪，最后鋼絲固定在抓斗的吊環(huán)上?；钊麠U的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使鋼絲繩伸長(zhǎng)、縮短，實(shí)現(xiàn)抓斗上升或下降任務(wù)。抓斗的開合抓取和放卸秸稈沼渣的動(dòng)作通過(guò)設(shè)置在抓斗上端的開

10、合油缸的活塞桿推動(dòng)抓斗架上的連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)以上旋轉(zhuǎn)、變幅、升降和開合等各機(jī)械部分的功能組合，最終實(shí)現(xiàn)了可升降、轉(zhuǎn)動(dòng)的秸稈沼渣出料工作，示意圖如圖 2 所示。秸稈出料車全套機(jī)械的操作全部通過(guò)液壓動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，以適應(yīng)秸稈沼氣池實(shí)際進(jìn)出料工作環(huán)境的需要。 1 液壓馬達(dá) 2 主動(dòng)臂 3 變幅油缸 4 抓斗升降油缸5 變幅油缸 6 副轉(zhuǎn)動(dòng)臂 7 抓斗開合油缸 8 抓斗圖 1 秸稈沼氣池出料車機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1 The structure scheme of the machine for straw generating pit discharge圖 2 秸稈沼氣池出料車工作示意圖Fig 2

11、The chart of the machine for straw generating pit discharge is working3 3 秸稈出料車的液壓工作原理秸稈沼氣池進(jìn)出料工作環(huán)境中無(wú)法利用電力等固定動(dòng)力源，因此其各項(xiàng)操作的動(dòng)力要靠動(dòng)力車提供。 液壓系統(tǒng)是本機(jī)械實(shí)現(xiàn)秸稈沼渣出料功能的主要?jiǎng)?112012 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期農(nóng) 作 物 秸 稈 沼 氣 池 出 料 及 其 機(jī) 械 的 研 發(fā)呂建強(qiáng)1，張 滿1，王 連2，趙廣義3，胡玉軍4( 1 淮陰工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003; 2 淮安市蘇通市政機(jī)械有限公司，江蘇 淮安 22300； 3

12、 淮安市濱湖機(jī)械有限公司 ， 江蘇 淮安 223000 ; 4 淮安天工傳動(dòng)科技有限公司 ， 江蘇 淮安 223005 )摘 要: 秸稈的沼氣化處理為閑置秸稈資源提供了一條最佳的利用途徑，但秸稈沼氣池使用中需要進(jìn)行定期換料和清池大換料，以保持沼氣池的產(chǎn)氣效率。由于秸稈沼渣中含有大量的纖維質(zhì)沼渣，如使用禽畜糞便類沼氣池用抽吸式沼液沼渣出料車進(jìn)行出料，工作中容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，難以適應(yīng)秸稈沼氣池的出換料工作需要，此問(wèn)題正成為秸稈沼氣推廣使用的瓶頸。為此，介紹了一種抓取式秸稈出料車，解決了農(nóng)村戶用秸稈沼氣池的出料問(wèn)題。 關(guān)鍵詞: 農(nóng)作物秸桿; 沼渣; 沼氣池; 出料 中圖分類號(hào): S2164;S233

13、9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1003 188X(2012)04 0210 03 0 引言 秸稈是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要資源，農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物大約 50% 在籽實(shí)中，50% 在秸稈里，秸稈含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀和微量元素，能夠成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要有機(jī)肥源。我國(guó)擁有 1 億 hm2多耕地，南北地理氣候從熱帶到寒帶地域分布遼闊，農(nóng)作物主要為多熟生產(chǎn)方式( 兩年三熟、雙熟和三熟) 。農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生 8 2 億t 秸稈，可收集量為 6 87 億 t。其中，主要為稻草、玉米秸稈、麥草，其次為甘薯蔓、油菜秸、大豆秸、甘蔗梢、高粱秸、花生秧及殼等。大約 2 15 億

14、t 秸稈被焚燒1，這是一筆可觀的自然資源，在秸稈的利用中要考慮將氮磷鉀和生物質(zhì)微量元素還于農(nóng)業(yè)土地。這些是無(wú)法用人工化肥達(dá)到的，對(duì)防止農(nóng)業(yè)土地的貧脊化具有重要意義。 秸稈處理也是擺在世界各國(guó)政府面前的一個(gè)重大難題。我國(guó)現(xiàn)秸稈的綜合利用水平不高，農(nóng)民參與秸稈利用的積極性不高，農(nóng)村大量的秸稈積壓閑置，并且出現(xiàn)大量焚燒秸稈現(xiàn)象，不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且也對(duì)資源造成了巨大的浪費(fèi)。秸稈沼氣處理是解決秸稈問(wèn)題的最佳途徑之一。沼氣可充分利用農(nóng)作物中的固碳供農(nóng)村日用，秸稈沼氣發(fā)酵比直接燃燒能量利用效率提高 0 2 0 9 倍，沼渣是一種天然收稿日期: 2011 06 06基金項(xiàng)目: 江蘇省蘇北科技發(fā)展計(jì)劃

15、項(xiàng)目資助( BC2010434)作者簡(jiǎn)介: 呂建強(qiáng)( 1966 ) ，男，江蘇淮安人，高級(jí)工程師，( E mail)lvjianqiang1 yahoo com cn。 無(wú)公害有機(jī)肥料，且秸稈沼渣保留的氮、磷、鉀等生物養(yǎng)分比常溫堆肥的保留量要高，基本接近于高溫堆肥的保留量2。農(nóng)作物秸稈沼氣發(fā)酵與秸稈其它利用方式相比較，在改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。但秸稈沼氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的纖維質(zhì)沼渣出渣更困難，這已成為秸桿沼氣池推廣應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。 到 2008 年底，全國(guó)農(nóng)村地區(qū)已累計(jì)推廣戶用秸稈沼氣 13 8 萬(wàn)戶，秸稈沼氣集中供氣工程 150 處，2009年在全國(guó)示范建設(shè)了 16

16、處大型秸稈沼氣集中供氣工程。秸稈沼氣池出換料問(wèn)題急需解決。 1 秸稈沼氣池沼渣特點(diǎn)及出料中存在的問(wèn)題秸稈沼化處理后，一些難以分解的物質(zhì)會(huì)變成沼渣殘留在沼氣池內(nèi)。沼渣的增加會(huì)使沼氣池有效容積減少，影響產(chǎn)氣量，所以沼氣池使用中需要定期進(jìn)行序批換料( 每次出料 30% ) 或大清池?fù)Q料3，以保證沼氣池的產(chǎn)氣效率，滿足沼氣的實(shí)際使用要求。 秸稈中主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素4，沼化發(fā)酵過(guò)程中難以徹底分解，會(huì)有大量的殘留，雖然可使用預(yù)切斷粉碎工藝，但秸稈發(fā)酵后殘留的沼渣中短的纖維仍會(huì)聚積纏繞結(jié)塊，且這一工藝增加了工序和秸稈沼氣的成本，使秸稈粉碎中產(chǎn)生大量粉塵，不受農(nóng)戶的歡迎。畜禽糞便沼氣池所用的抽

17、吸式出料車的結(jié)構(gòu)及工作原理9不適用于秸稈沼渣的出料，出料操作中很容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，尤其是放料時(shí)沉淀的纖維沼渣難以放出，雖然將放料口改在罐體的底端，加大放料口管尺寸，也難以解決所有問(wèn)題，無(wú)法適2102012 年 4 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 4 期14 岳冬菊 陜南秦巴山區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展問(wèn)題探討J 咸陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16( 4) : 72 7415 程根偉 我國(guó)西南地區(qū)的水供應(yīng)和糧食生產(chǎn)潛力J山地學(xué)報(bào)，2000，18( 5) : 408 414Analyze on the Utilization of Agricultural Resources and theGrain Produc

18、tion Potentia in Southwest PlateauShi Rujie( College of Agronomy and Biotechnology，Southwest University，Chongqing 400716，China)Abstract: This paper discusses the status of agricultural resources and the existing problems ，current situation of grainproduction and productive potentiality Furthermore，s

19、ome basic ideas on the improvement of grain production potentialare concluded，including positively develops the zoning rotation practice system and improve multiple crop index; payattention to the improvement of internal productivity of grain crops populationy，increase science and technology innova-

20、tion，strengthen the supporting effect of agriculture science and technology to grain production; reduce the no target out-put in agricultural runoffs of the sloping farmland ; pay attention to the construction of quality of arable land ，improvethe security of cultivated land of grain production abil

21、ityKey words: utilization of agricultural resources; grain production potential; area of southwest plateau( 上接第 212 頁(yè))6 倪圣亞 秸稈沼氣技術(shù)研究與應(yīng)用展望J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010( 3) : 458 4597 方淑榮 我國(guó)農(nóng)村沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的制約因素及對(duì)策J 農(nóng)機(jī)化研究，2010，32( 2) : 216 2198 陳羚 我國(guó)秸稈沼氣工程發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)J 可再生能源，2010( 3) : 145 1489 呂建強(qiáng) 機(jī)械式沼液清渣出料車的研發(fā)J 農(nóng)機(jī)化研究，2011，33(

22、3) : 223 22610 淮安市蘇通市政機(jī)械有限公司 沼氣池清秸桿出料車:中國(guó)，ZL2009 1 0024725 3P 2010 01 0111 淮安市蘇通市政機(jī)械有限公司 旋轉(zhuǎn)式抓斗: 中國(guó)，ZL2004 2 0062844 0P 2005 09 2112 淮安市蘇通市政機(jī)械有限公司 沼氣池抓吸料一體車:中國(guó)，ZL200920231433 2 P 2010 08 04Abstract ID: 1003 188X( 2012) 04 0210 EAThe Study of Cleaning Machine Used to Clean theMethane Residuary Solutio

23、nLv Jianqiang1，Zhang Man1，Wang Lian2，Zhao Guangyi3，Hu Yujun4( 1 Department of Mechanical Engineering，Huaiyin Institute of Technology，Huaian 223003，China; 2 Huaian ShiSutong Shizheng Jixie Co ，Ltd，Huaian 223200，China; 3 Huaian Binhu Jixie Co ，Ltd，Huaian 223200，China； 4 Huaian Tiangong Transmission Technical Co ，Ltd ，Huaian 223005，China)Abstract: It is the best ways to solve the problem of idle straw resource that the straw is broken down to