“久瓦”成型设备的设计与制造研究

□高秉祥

作为甘肃省畜产品的主要生产基地，甘南州的畜牧业产业在全国都占有一地之席。其农业总产值的50%，农牧民收入的60%均来源于当地的畜牧业产业。其中畜牧业产业中的传统形式仍然是甘南州的重点支柱产业和特色资源，其当地畜种通常以牦牛为主要畜牧业对象。据甘肃省统计局统计资料显示，作为甘南州经济收入的重要组成部分，甘南牦牛数量达到90余万头，存栏占整个甘肃省牦牛总数的80%以上。由于长久以来，甘南牦牛均分布在高寒牧区，因此在玛曲县、卓尼县等地，经验丰富的牧民会根据代代传承下来的知识，把牦牛粪“久瓦”视为最佳的燃料，多年来发挥着不可替代的作用[1]。本文就甘南高寒牧区“久瓦”成型设备的机械原理设计过程进行阐述。

一、“久瓦”成型设备设计与研究的重要性

(一)国家的政策扶持。随着国家对绿色化发展理念的倡导，环保、可再生的能源越来越受到国家的看重与扶持，从国家到省市州的政府都相继对废弃资源的利用发布文件，例如国发办2017年发布的48号文件《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》。因此甘南州结合文件要求和自身的实际情况，综合制定了《甘南州畜禽养殖废弃物及秸秆资源化利用行动方案》(州牧医〔2019〕55号)，及时跟进社会发展与国家需求，进行深度的废弃物资源化的改造。

(二)当地的现有资源。根据现有的文章数据可以得到，成年牦牛日平均产粪量可达到14.6千克，年产鲜牛粪的总量可达5,329千克[2]。因此结合文献数据可得，甘南州现有的90多万头牦牛的年产鲜牛粪可达48亿吨，其丰富的牛粪资源，构成了当地独特的现有资源。

(三)市场需求。作为新兴的可再生能源“生物煤”，工厂可以通过新型设备与技术，将牦牛粪与当地的传统农作物的废弃秸秆和甘草一同处理，将其压缩并碳化成标准化的“生物煤”。其过程无需添加剂等额外支出，产品就可以基本解决农牧村的生活能源，代替传统的煤炭进行家庭锅炉设备的运转，同时还可以通过废物利用的方式来增加农牧民的经济收入。作为一种新型的生物质，其同时具备发电的功能，其可再生性和环保性蕴含着巨大的市场需求[1]。

二、“久瓦”成型设备国内外研究情况

近年来随着养殖业规模化、集约化的迅速发展，牛场粪便集中排放造成的环境污染问题日益凸显。全球各国也有着不同的处理方式，目前牛粪的利用方式主要是饲料化、能源化和肥料化。而“久瓦”便是能源化中的热解化利用，而“久瓦”最多利用的地方就是高原地区和草原地区。以成型机的先驱——德国ILLIG成型机来说已经达到了牛粪热处理成型的巅峰，其成型产品基本能达到85%的完全燃烧，基本不会造成二次污染，但其引进成本高，设备维修费用高昂，且需专业人员培训才能操作。对于我国高原地区来讲大多牧区以零散户为主，对于这些大型设备不适用于散户。就我国成型机而言，江苏省新沂市中意环保设备厂经过10多年的努力终于研制出了牛粪处理神器，使牛粪处理无害化、资源化、产业化且污染物排放远低于锅炉大气污染物排放标准，但其主要的目标客户依然是大型养殖场，牧区散户牛粪量不足也不适合用此产品，所以导致到现在为止在青藏高原依然以原始的人工制作为主。

三、“久瓦”成型设备设计过程简述

(一)“久瓦”成型设备的设计原理。“久瓦”成型设备设计的机械传动主要有齿轮传动、马尔他机构、带传动机构、连杆机构、偏心轮机构。具体构造如图1所示。

图1 “久瓦”成型设备的设计原理图

(二)“久瓦”成型设备的传动过程。电动机经齿轮传动，将运动传递给Ⅱ轴、Ⅲ轴。Ⅱ轴的运动带动成型底座转动、输送带支撑轮转动、冲压运动、脱模运动以及扫屑运动；Ⅲ轴运动带动搅拌桶转动。

图2 “久瓦”成型设备的传动示意图

1.Ⅱ轴运动。

成型底座的间歇转动：三个工位之间精准转换。

带传动运输：压缩成型的产品精准脱模后落入传输带上，装箱。

(3)冲压运动、脱模运动以及扫屑运动(连杆运动)。冲压运动：通过往复运动，使得冲头在上下的冲压的二分之一的过程中将原料冲压成型。

脱模运动：通过底座机的间歇性转动，将牛粪饼下压至底座模型。

扫屑运动：使用扫屑刷在冲头和脱模盘中进行煤粉扫除。

四、“久瓦”成型设备的特点

由于甘南牦牛的牧民养殖通常会沿袭传统的养殖方式，即“逐水草而居”[3]，夏季会定点在远离牧户居住地的夏秋草场;冬季则定点在靠近牧民居住地的冬春草场放牧，牦牛粪主要靠人工进行收集。本文所阐述的“久瓦”成型设备体型小，易操作，并有以下特点。

(一)系统性。实现了对“久瓦”的生产、成型的系统化控制。

(二)一体性。实现了机械化制作“久瓦”。

(三)高效性。实现了制作“久瓦”时速度快、效率高、质量优等特点。

(四)稳定性。实现了制作“久瓦”的设备一体化运转，高度一致的循环体系使得产品的产量增加、品质优良。“久瓦”成型设备特点在于机械化、体积小、速度快、易使用等。现在甘南牧区的人们依然在使用原始的人工制作方法，不仅浪费大量的时间、人力，且制作的“久瓦”燃烧不充分。而“久瓦”成型设备制作速度快，适用于家庭，操作简单，更重要的是将“久瓦”燃烧不充分的缺点进行改进，“蜂窝”状使其得以充分燃烧。

五、结语

本文所阐述的“久瓦”成型设备，具有结构简单、效率高、加工容易、成本低廉、普及性强及良好的可更换性等诸多优点。其应用面广、普及容易、安全可靠、符合环境保护要求和符合可持续发展的要求，特别适合普通中小企业加工制造，利于解决民生问题。“久瓦”成型机至今仍有很强实用价值和多变多发展的研究方向，未来更具有十分广阔的发展前景。比如“久瓦”成型机可以实现冲压一次实现多个成型效果，提高生产效率，以满足不同客户要求。