張炳超，曾慶東

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

0 引言

發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)是按一定比例混合秸稈、鋸末屑、稻殼粉等作為養(yǎng)殖墊料，再利用禽畜的拱翻習(xí)性，使禽畜糞尿和墊料充分混合，通過發(fā)酵床的分解發(fā)酵，使禽畜糞尿中的有機(jī)物質(zhì)得到充分的分解和轉(zhuǎn)化，微生物以尚未消化的糞便為養(yǎng)分，繁殖滋生。合理管理發(fā)酵床，可以使禽畜糞便能即時(shí)分解，從而保證養(yǎng)殖場(chǎng)達(dá)到無臭、無味、無害化的目的[1-4]。發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)作為一種無污染、無排放、無臭氣的新型環(huán)保生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)，越來越受到人們的重視。

大型養(yǎng)殖場(chǎng)一般使用非接觸型發(fā)酵床技術(shù)——高床養(yǎng)殖模式，即將禽畜舍建二層，一、二層之間的樓板用漏縫板隔開，上層養(yǎng)禽畜，下層鋪設(shè)木糠等墊料，禽畜糞尿通過漏縫板落入下一層墊料中，解決了接觸式發(fā)酵床存在的禽畜與糞料不能分開處理的技術(shù)問題[5-8]。

在高床養(yǎng)殖過程中，墊料需要經(jīng)常翻拌，否則會(huì)導(dǎo)致糞便分解不徹底、發(fā)酵床死床、潮濕長蟲等情況的發(fā)生，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生和傳播，給禽畜養(yǎng)殖場(chǎng)帶來不可挽回的損失。傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式通過人工翻拌墊料，既費(fèi)力耗時(shí)，效果又不理想，不適合大規(guī)模養(yǎng)殖。因此，亟需設(shè)計(jì)一種用于發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)的墊料處理翻拌裝置，既節(jié)省人力物力，節(jié)約了成本，又能滿足大規(guī)模養(yǎng)殖需求，適應(yīng)社會(huì)環(huán)保要求。

1 機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

發(fā)酵床墊料處理翻拌機(jī)構(gòu)在工作過程中，需要解決的問題是翻拌裝置在發(fā)酵槽墻體軌道上正常行走時(shí)，對(duì)整條發(fā)酵槽內(nèi)的墊料進(jìn)行翻拌及推平，機(jī)構(gòu)行走至發(fā)酵槽末端時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將翻拌部件反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)墊料的二次翻拌。

用于發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)的墊料處理翻拌裝置主要包括：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、翻推系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括支架以及設(shè)在支架上的卷揚(yáng)機(jī)，卷揚(yáng)機(jī)的纜筒內(nèi)設(shè)有正繞鋼絲繩與反繞鋼絲繩，兩端鋼絲繩分別與行走系統(tǒng)相連。行走系統(tǒng)包括行走鋼架、旋轉(zhuǎn)部件和固定部件，行走鋼架底部設(shè)有行走輪，行走輪滾動(dòng)連接在槽墻的導(dǎo)軌上。旋轉(zhuǎn)部件連接行走系統(tǒng)和翻堆系統(tǒng)，固定部件固定在行走鋼架上，通過螺紋連接與耙架固定。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與行走系統(tǒng)傳動(dòng)相連，行走系統(tǒng)具有橫向移動(dòng)的行程。翻推系統(tǒng)包括耙架、翻拌件和推料件，翻推系統(tǒng)在行走系統(tǒng)的帶動(dòng)下具有橫向移動(dòng)的行程。耙架頂部通過固定部件和旋轉(zhuǎn)部件與行走系統(tǒng)相連，翻拌件與推料件分別連接在耙架底部，翻拌件上設(shè)有能夠翻拌墊料的翻拌部，推料件上設(shè)有能夠推平墊料的推料部。

綜合考慮禽畜養(yǎng)殖場(chǎng)的規(guī)模、單個(gè)場(chǎng)房的布局、以及一、二層之間的高度等因素，確定發(fā)酵床墊料處理翻拌裝置的外形尺寸參數(shù)，并利用SolidWorks三維軟件對(duì)發(fā)酵床墊料處理翻拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和模型構(gòu)建。SolidWorks具有強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)三維軟件系統(tǒng)，因其性能優(yōu)越、容易上手、操作方便等特點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用。此次機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程是：首先，對(duì)零部件完成設(shè)計(jì)；其次，根據(jù)零部件之間的機(jī)構(gòu)關(guān)系將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和翻堆系統(tǒng)分別裝配完成；然后，將各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行總體裝配，如圖1所示；最后，通過對(duì)總裝配體的干涉檢查和動(dòng)態(tài)模擬仿真，完成對(duì)發(fā)酵床墊料處理翻拌機(jī)構(gòu)的模型構(gòu)建。

圖1 發(fā)酵床墊料處理翻拌機(jī)構(gòu)模型圖

2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括卷揚(yáng)機(jī)、兩段鋼絲繩、定滾輪和掛環(huán)，如圖2所示。為了保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)穩(wěn)定性，在行走系統(tǒng)的兩端分別設(shè)計(jì)2套鋼絲繩傳動(dòng)，支架固定在合適的位置，將2臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)放置在支架的兩端，減速機(jī)在電機(jī)的帶動(dòng)下，同時(shí)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)。每臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)的繞線筒上均卷繞著兩段相反旋向的鋼絲繩，正向鋼絲繩的一端通過固定在發(fā)酵槽墻體末端的定滾輪改變拉動(dòng)方向，另一端固定在行走鋼架上的掛環(huán)上。反向鋼絲繩則穿過行走鋼架的底部空間，同樣固定在掛環(huán)上。

圖2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型圖

3 行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3 行走系統(tǒng)模型圖

行走系統(tǒng)主要包括行走鋼架、固定部件和旋轉(zhuǎn)部件，如圖3所示。行走鋼架底部安裝行走輪，行走輪為4個(gè)，分布在行走鋼架的4個(gè)角部，行走輪滾動(dòng)連接在槽墻的導(dǎo)軌上，每個(gè)行走輪的兩側(cè)還設(shè)有軸承座，有效地防止了行走輪在滾動(dòng)過程中從導(dǎo)軌上滑落。行走鋼架上設(shè)有掛環(huán)，用于固定正向鋼絲繩和反向鋼絲繩，如圖2所示。固定部件由2個(gè)絲桿升降機(jī)組成，分別安裝在行走鋼架頂部中間的兩側(cè)，絲桿構(gòu)件螺旋插入翻堆系統(tǒng)的耙架內(nèi)，將翻堆系統(tǒng)固定住。旋轉(zhuǎn)部件上的中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)一面通過螺栓連接在行走鋼架的底部，另一面與翻堆系統(tǒng)固定，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，帶動(dòng)翻堆系統(tǒng)進(jìn)行正反向旋轉(zhuǎn)。

4 翻堆系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

翻堆系統(tǒng)主要由耙架、推料件和翻拌件3部分構(gòu)成，如圖4所示。耙架頂部與旋轉(zhuǎn)部件通過螺栓連接到行走系統(tǒng)上，行走系統(tǒng)的固定部件絲桿穿過耙架中部兩端的通孔。耙架外圍一邊可旋轉(zhuǎn)固定5個(gè)推料件，改變旋向桿的位移，調(diào)節(jié)翻堆系統(tǒng)處在推料狀態(tài)還是翻拌狀態(tài)，對(duì)比圖4a和圖4b可知。耙架底部裝有翻拌件，翻拌件上設(shè)有能夠使翻拌部在翻拌過程中避過障礙的避障機(jī)構(gòu)，翻拌部設(shè)在避障機(jī)構(gòu)的底部。通過避障機(jī)構(gòu)，翻拌裝置能夠在工作過程中有效的越過障礙，如固化在發(fā)酵床上的墊料等。

圖4 翻堆系統(tǒng)模型圖

耙架上安裝有帶動(dòng)傳動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，每一推料件分別包括推料部、推料桿和傳動(dòng)桿，每一推料桿的上端與耙架轉(zhuǎn)動(dòng)相連，每一旋向桿的一端固定連接在對(duì)應(yīng)推料桿的上部，另一端與傳動(dòng)桿固定相連，傳動(dòng)桿與電機(jī)傳動(dòng)相連。耙架底部設(shè)有沿橫向的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上連接有滑塊，第一翻拌桿的上端與滑塊鉸接，通過導(dǎo)軌與滑塊實(shí)現(xiàn)第一翻拌桿與耙架的滑動(dòng)連接。

翻拌件中的避障機(jī)構(gòu)包括第一翻拌桿、第二翻拌桿、第三翻拌桿以及彈簧調(diào)節(jié)器，第一翻拌桿的上端橫向滑動(dòng)連接在耙架底部，第一翻拌桿的下端與第二翻拌桿的上端鉸接，翻拌部設(shè)在第二翻拌桿的下部，第三翻拌桿的上端與彈簧調(diào)節(jié)器的上端分布鉸接在耙架底部，第三翻拌桿的上端與彈簧調(diào)節(jié)器的上端在橫向上分別位于第一翻拌桿上端的兩側(cè)，第三翻拌桿的下端鉸接在第二翻拌桿的中部，彈簧調(diào)節(jié)器的下端鉸接在第三翻拌桿的中部。翻推系統(tǒng)包括4個(gè)翻拌件與5個(gè)推料件，多個(gè)翻拌件與推料件分別沿縱向并列設(shè)在耙架底部，橫向與縱向位于同一水平面。如圖5所示。

圖5 翻堆系統(tǒng)推料件和翻拌件模型圖

5 工作原理分析

發(fā)酵床墊料處理翻拌裝置的整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其工作原理為：①機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，卷揚(yáng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，收縮正向鋼絲繩，帶動(dòng)行走系統(tǒng)和翻堆系統(tǒng)前進(jìn)；卷揚(yáng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，收縮反向鋼絲繩，帶動(dòng)行走系統(tǒng)和翻堆系統(tǒng)后退；②行走系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)部件調(diào)節(jié)翻堆系統(tǒng)處于推料或者翻拌初始位，固定部件將翻堆系統(tǒng)的翻拌固定于可靠位置，開始隨鋼絲繩的拉動(dòng)在發(fā)酵槽墻體軌道上行走；③當(dāng)翻拌裝置翻拌作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)推料桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使得推料部與裝置的移動(dòng)方向平行；當(dāng)翻拌裝置推料作業(yè)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)推料桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使得推料部與翻拌裝置的移動(dòng)方向垂直。當(dāng)翻拌裝置在工作過程中遇到障礙后，在阻力的作用下，第二翻拌桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二翻拌桿帶動(dòng)第三翻拌桿與第一翻拌桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第一翻拌桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中上端向左側(cè)滑動(dòng)，第三翻拌桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中壓縮彈簧調(diào)節(jié)器；當(dāng)翻拌裝置越過障礙后，在彈簧調(diào)節(jié)器的彈力作用下，第一翻拌桿、第二翻拌桿、第三翻拌桿恢復(fù)到初始狀態(tài)。采用第一翻拌桿、第二翻拌桿、第三翻拌桿和彈簧調(diào)節(jié)器組成的四桿聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠使得翻拌裝置在工作過程中具有良好的避障效果；④翻拌裝置作業(yè)行進(jìn)到發(fā)酵槽末端時(shí)，啟動(dòng)行走系統(tǒng)中的固定部件絲桿機(jī)構(gòu)，使翻堆系統(tǒng)隨著旋轉(zhuǎn)部件反轉(zhuǎn)，對(duì)墊料進(jìn)行二次翻拌處理，如圖6所示。

圖6 發(fā)酵床墊料處理翻拌機(jī)構(gòu)模型圖

6 結(jié)論

利用SolidWorks三維軟件進(jìn)行發(fā)酵床墊料處理翻拌裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，將機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)分成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和翻堆系統(tǒng)3大部分。行走系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分離設(shè)置，有效地減少了噪聲的傳播。在翻推系統(tǒng)上設(shè)計(jì)翻拌件與推料件，使裝置能夠?qū)|料同時(shí)實(shí)現(xiàn)翻拌與推料功能，有效減少了勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，顯著提高了工作效率。