CN106747751A - 具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种搅拌设备，具体为一种具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，包括发酵仓，发酵仓上设置有进料口和出料口，在发酵仓内设置有搅龙，在搅龙上设置有辅助搅拌装置。相对于现有技术，本发明在搅龙上设置有辅助搅拌装置，这样搅龙功能除了完成物料的输送外还要不断对物料进行打散和搅拌，利用切向摩擦力的动量传递手段增强固体颗粒间的运动与混合，提高物料的混合均匀程度，以提高灭菌效果以及发酵效率，大大提高了有机肥生产装备的稳定性和工作效率。

Description

具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备

技术领域

本发明涉及一种搅拌设备，具体为一种具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备。

背景技术

化肥的大量使用造成土壤中的有机质和有益微生物含量逐渐减少等各种问题，有机肥的使用促进植物光合作用、促进作物生根、平衡作物营养，使土壤得到改善，因此有机肥得到大量推广。传统有机肥生产方法为堆肥，生产过程堆制难、肥料养分含量低、产品与生产环境差、生产费时费工、劳动强度大。随着工业化的加快，近年来出现利用搅龙结构进行有机肥生产的发酵设备，虽然很大程度的提高有机肥生产效率，但也存在很多问题，如：物料发酵不均匀，搅龙易粘料和堵料等问题，影响了有机肥的肥效和设备生产效率。而这些问题主要源于内置的搅龙结构不恰当。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有采用搅龙搅拌的有机肥生产设备存在物料发酵不均匀，搅龙易粘料和堵料等问题，为解决上述问题，提供一种具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备。

本发明的目的是以下述方式实现的：

具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，包括发酵仓，发酵仓上设置有进料口和出料口，在发酵仓内设置有搅龙，在搅龙上设置有辅助搅拌装置。

辅助搅拌装置可根据受力的大小自动调节角度。

搅龙包括搅龙轴和设置在搅龙轴上的螺旋搅龙叶片，辅助搅拌装置设置在搅龙轴上，在螺旋搅龙叶片上设置有条形凸包。

辅助搅拌装置设置在搅龙轴上靠近进料口和出料口的位置。

辅助搅拌装置包括设置在搅龙轴上的搅拌杆，在搅拌杆的外端连接有角度可调的搅拌齿；搅拌齿为仿形鸡脚，仿形鸡脚与搅拌杆通过销铰接，在销的一端设置有分别与搅拌杆和仿形鸡脚连接的扭簧。

搅拌杆一端为鸡脚铰接段，另一端设置有杆帽，在搅拌杆的中部设置有螺纹段。

搅龙轴上设置有与辅助搅拌装置配合的固定孔，固定孔为两个对应设置在搅龙轴上的方孔和圆孔。

搅拌杆设置有杆帽的一端与圆孔配合，杆帽设置在搅龙轴的外侧，在杆帽和搅龙轴之间设置有套装在搅拌杆上的压簧，在搅拌杆的螺纹段连接有调节螺母，调节螺母设置在搅龙轴的内侧，搅拌杆与仿形鸡脚连接的一端与方孔配合；调节螺母一端为与搅拌杆的螺纹段配合的结构，另一端为内径大于搅拌杆最大外径的圆环型。

仿形鸡脚包括四个鸡脚趾和连接四个鸡脚趾的鸡脚掌，连接四个鸡脚趾的指尖的折线及外侧鸡脚趾和鸡脚掌的外缘形成鸡脚底面，鸡脚掌面积S1与鸡脚底面面积S2的比值为：S1∶S2≈29.6%。

鸡脚趾锥度θ为5～10⁰，四个鸡脚趾包括三个相邻的主脚趾和一个副脚趾，三根主脚趾的长度依次为L1、L2和L3，长度为L3的主脚趾与副脚趾相邻，三根主脚趾的长度比例为L1∶L2∶L3=15∶19∶14，三根主脚趾中相邻两个主脚趾之间的夹角为50°，三个主脚趾之间设置有弧形连接。

相对于现有技术，本发明在搅龙上设置有辅助搅拌装置，这样搅龙功能除了完成物料的输送外还要不断对物料进行打散和搅拌，利用切向摩擦力的动量传递手段增强固体颗粒间的运动与混合，提高物料的混合均匀程度，以提高灭菌效果以及发酵效率，大大提高了有机肥生产装备的稳定性和工作效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是辅助搅拌装置的安装示意图。

图3是搅拌杆结构示意图。

图4是调节螺母结构示意图。

图5是搅龙剖视图。

图6是图5中放大图Ⅰ。

图7是仿形鸡脚在发酵仓内自适应调节示意图。

图8是仿形鸡脚初始姿态的调节示意图。

图9是仿形鸡脚结构示意图一。

图10是仿形鸡脚结构示意图二。

图11是仿形鸡脚结构示意图三。

其中，1是仿形鸡脚搅拌齿；2是发酵仓；3是搅龙；4是仿形鸡脚；5是销；6是扭簧；7是开口销；8是搅拌杆；9是调节螺母；10是压簧；11是杆帽；12是杆柱；13是螺纹段；14是鸡脚铰接段；15是条形凸包；16是方孔；17是圆孔；18是副脚趾；19是鸡脚底面；20是鸡脚掌。

具体实施方式

如图1至图11所示，具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，包括发酵仓2，发酵仓2上设置有进料口和出料口，在发酵仓2内设置有搅龙3，在搅龙3上设置有辅助搅拌装置。辅助搅拌装置可根据受力的大小自动调节角度。

搅龙3包括搅龙轴和设置在搅龙轴上的螺旋搅龙叶片，辅助搅拌装置设置在搅龙轴上。

辅助搅拌装置设置在搅龙轴上靠近进料口和出料口的位置，在发酵仓2内形成进口搅拌区、中间发酵区和出口搅拌区三部分，辅助搅拌装置为仿形鸡脚搅拌齿1。仿形鸡脚搅拌齿1包括设置在搅龙轴上的搅拌杆8，在搅拌杆8的外端连接有角度可调的搅拌齿。

搅拌齿为仿形鸡脚4，仿形鸡脚4的结构如图9所示，仿形鸡脚为一体成型结构，仿形鸡脚4与搅拌杆8通过销5铰接，在销5的一端设置有分别与搅拌杆8和仿形鸡脚4连接的扭簧，销的另一端由开口销7固定；仿形鸡脚4包括四个鸡脚趾和连接四个鸡脚趾的鸡脚掌20，连接四个鸡脚趾的指尖的折线及外侧鸡脚趾和鸡脚掌20的外缘形成鸡脚底面19，鸡脚掌20面积S1与鸡脚底面面积S2的比值为：S1∶S2≈29.6%。鸡脚趾锥度θ为5～100，四个鸡脚趾包括三个相邻的主脚趾和一个副脚趾18，三根主脚趾的长度依次为L1、L2和L3，长度为L3的主脚趾与副脚趾18相邻，三根主脚趾的长度比例为L1∶L2∶L3=15∶19∶14，三根主脚趾中相邻两个主脚趾之间的夹角为50°，三个主脚趾之间设置有弧形连接。

搅拌杆87一端为鸡脚铰接段14，另一端设置有杆帽11，在搅拌杆8的中部设置有螺纹段13。

搅龙轴上设置有与辅助搅拌装置配合的固定孔，固定孔为两个对应设置在搅龙轴上的方孔16和圆孔17。

搅拌杆8设置有杆帽11的一端与圆孔17配合，杆帽11设置在搅龙轴的外侧，在杆帽11和搅龙轴之间设置有套装在搅拌杆8上的压簧10，在搅拌杆8的螺纹段13连接有调节螺母9，调节螺母9设置在搅龙轴的内侧，搅拌杆8与仿形鸡脚4连接的一端与方孔16配合。

在螺旋搅龙叶片上设置有条形凸包15，设置条形凸包15的目的是为了在螺旋搅龙叶片上形成非光滑表面。

有机肥生产中物料与发酵菌是否混合均匀是影响有机肥质量的关键因素，本设备将仿形鸡脚搅拌齿1应用到有机肥的输送发酵过程，如图1所示，仿形鸡脚搅拌齿1设置在搅龙3的前段和后段，因此，该结构将发酵过程分成三部分，即：进口搅拌区、中间发酵区和出口搅拌区。在进口搅拌区内，由仿形鸡脚搅拌齿1将发酵菌和物料搅拌均匀，搅拌完成后在中间发酵区内边输送边发酵，在此过程中，考虑到搅龙3的转速较慢，使得物料的起伏波动较小，因此，随着混合后的物料向后输送，会存在部分不完全发酵的物料，同时还有可能出现物料板结的问题，这会大大影响有机肥的质量，所以，在搅龙3后段设置出口搅拌区，对应也安装有仿形鸡脚搅拌齿1，可对物料进一步打散，提高物料的发酵效率和有机肥的生产质量。

如图5、图6所示，搅龙轴上设置有两类孔，一类是方孔16，另一类是圆孔17，且在同一截面内的方孔16和圆孔17的中心对应；如图3所示，搅拌杆8从上到下依次包括杆帽11、杆柱12、螺纹段13及鸡脚铰接段14，其中杆帽11的径向尺寸最大，但其小于搅龙轴上的圆孔内径，这样可使搅拌杆8能透过搅龙轴上的圆孔直接穿入对应的方孔内；搅拌杆8上的杆柱可与搅龙轴上的方孔配合，限制搅拌杆的周向运动；调节螺母9和压簧10共同完成搅拌杆8的轴向定位，如图4所示为调节螺母9的结构简图，调节螺母9上端为薄壁圆筒结构，其上端圆桶内径的尺寸D大于搅拌杆上杆柱的最大幅宽，这样避免杆柱与螺母卡死的问题，调节螺母又可限制搅拌杆在单个方向上的轴向移动。搅拌杆另外一个方向的约束由压簧来完成，为确保搅拌杆不会产生回移，通常压簧的刚度系数选取较大。

鸡脚搅拌齿仿实际鸡脚的形态，仿形鸡脚4的仿形参数包括鸡脚掌占总脚底的面积、鸡脚与鸡腿（搅拌杆）的夹角、鸡脚趾的锥度值和长度比值以及脚趾间夹角和过渡圆弧的大小等。首先，仿形鸡脚4的鸡脚掌S1近似占总鸡脚底面积S2的29.6%；影响搅拌效果的主要是搅拌齿的前三根脚趾，这三根脚趾的长度比例依次是L1∶L2∶L3=15∶19∶14；每根脚趾锥度θ范围大致在5～10⁰之间，自带锥度的脚趾可降低物料对鸡脚的粘结程度，提高有机肥的生产效率；相邻两脚趾间的夹角M1和M2也近似相等，大致为50⁰左右。为提高设备的使用寿命，仿形鸡禽脚趾间的圆蹼，在仿形鸡脚4的脚趾间设计了一段圆弧R0。

除上述参数外，本发明结合鸡禽刨土时鸡脚的姿态以及实际生产特点，利用扭簧6和压簧10对鸡脚搅拌齿仿行设计，可实现初始姿态调节和自适应调节，通过这两种调节方式，鸡脚和鸡腿之间的夹角可在0～90⁰之间调整，适应不同的工况要求，具体调节过程如下：

仿形鸡脚4与搅拌杆8是铰接的，仿形鸡脚4可相对搅拌杆8转动，在扭簧6的作用下使得仿形鸡脚4能紧紧地压在发酵仓2的内壁上。如图7所示，此时仿形鸡脚姿态角度为A3，当发酵仓内的物料增多或其它情况引起搅拌困难时，扭簧6受到的阻力增大，扭簧6的张角也会随之增大，使得仿形鸡脚姿态角度减小为A4（仿形鸡脚与搅拌杆之间的锐角），此时，仿形鸡脚4与发酵仓内壁会产生间隙，进而缓解物料增多导致的问题；当物料减少时，扭簧受到的阻力减小，仿形鸡脚姿态角度恢复到A3，再次与发酵仓内壁接触，完成仿形鸡脚姿态的自适应调节。

仿形鸡脚的初始姿态是机器空载时仿形鸡脚与搅拌杆之间的夹角。由于发酵仓内径一定，仿形鸡脚的初始姿态主要由伸进发酵仓内搅拌杆的长度决定，具体调节过程如图8所示，当拧动调节螺母，使搅拌齿向搅龙轴内腔移动△h，压簧也会沿此方向移动△h，此时仿形鸡脚的姿态会在扭簧的作用下从A1转到A2；反之，当拧动调节螺母使搅拌齿向发酵仓内移动△h时，此时，搅拌杆会向下压动仿形鸡脚，鸡脚的姿态从A2转到A1。仿形鸡脚初始姿态可满足不同的物料要求，同时，又影响仿形鸡脚自适应调节发生的边界条件。

经过数百万年的进化，生活在地下和地表的小动物虽然进化出形态各异的身体结构，但都具有非光滑的体表，如蜣螂、蝼蛄、蜈蚣和蚯蚓等，这些小动物时刻与土壤接触，体表却不粘土，经过仿生学的专家大量试验和研究后，发现这些生物的非光滑体表具有良好的减阻、脱附、耐磨的功能。为提高搅龙的防粘和耐磨的能力，如图5所示，本发明仿生这种非光滑生物体表在搅龙面上设计了呈螺旋排列的条形凸包15，在输送过程中，可降低搅龙面的粘料问题，并提高搅龙面的耐磨性和输送能力。

本发明的搅龙除了完成物料的输送外还同时能够不断对物料进行打散和搅拌，利用切向摩擦力的动量传递手段增强固体颗粒间的运动与混合，以提高灭菌效果以及发酵效率。利用鸡在用鸡脚刨土时，物料被向后刨射出，这个过程会打散物料并提高物料的混合均匀程度，根据此设计了仿生鸡脚搅拌齿，并应用到有机肥的生产过程中，大大提高了有机肥生产装备的稳定性和工作效率。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，包括发酵仓，发酵仓上设置有进料口和出料口，在发酵仓内设置有搅龙，其特征在于：在搅龙上设置有辅助搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：辅助搅拌装置可根据受力的大小自动调节角度。

3.根据权利要求1或2所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：搅龙包括搅龙轴和设置在搅龙轴上的螺旋搅龙叶片，辅助搅拌装置设置在搅龙轴上，在螺旋搅龙叶片上设置有条形凸包。

4.根据权利要求3所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：辅助搅拌装置设置在搅龙轴上靠近进料口和出料口的位置。

5.根据权利要求3所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：辅助搅拌装置包括设置在搅龙轴上的搅拌杆，在搅拌杆的外端连接有角度可调的搅拌齿；搅拌齿为仿形鸡脚，仿形鸡脚与搅拌杆通过销铰接，在销的一端设置有分别与搅拌杆和仿形鸡脚连接的扭簧。

6.根据权利要求5所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：搅拌杆一端为鸡脚铰接段，另一端设置有杆帽，在搅拌杆的中部设置有螺纹段。

7.根据权利要求6所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：搅龙轴上设置有与辅助搅拌装置配合的固定孔，固定孔为两个对应设置在搅龙轴上的方孔和圆孔。

8.根据权利要求7所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：搅拌杆设置有杆帽的一端与圆孔配合，杆帽设置在搅龙轴的外侧，在杆帽和搅龙轴之间设置有套装在搅拌杆上的压簧，在搅拌杆的螺纹段连接有调节螺母，调节螺母设置在搅龙轴的内侧，搅拌杆与仿形鸡脚连接的一端与方孔配合；调节螺母一端为与搅拌杆的螺纹段配合的结构，另一端为内径大于搅拌杆最大外径的圆环型。

9.根据权利要求5所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：仿形鸡脚包括四个鸡脚趾和连接四个鸡脚趾的鸡脚掌，连接四个鸡脚趾的指尖的折线及外侧鸡脚趾和鸡脚掌的外缘形成鸡脚底面，鸡脚掌面积S1与鸡脚底面面积S2的比值为：S1∶S2≈29.6%。

10.根据权利要求9所述的具有仿生功能的有机肥生产搅拌装备，其特征在于：鸡脚趾锥度θ为5～10⁰，四个鸡脚趾包括三个相邻的主脚趾和一个副脚趾，三根主脚趾的长度依次为L1、L2和L3，长度为L3的主脚趾与副脚趾相邻，三根主脚趾的长度比例为L1∶L2∶L3=15∶19∶14，三根主脚趾中相邻两个主脚趾之间的夹角为50°，三个主脚趾之间设置有弧形连接。