CN109020635A - 一种有机垃圾发酵用自动化翻抛设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，包括梁架结构、翻抛车、横移机构、纵拖机构、供液供气系统、散料装置和自动检测与控制系统。所述的翻抛车包括车架、俯仰机构和翻抛装置。所述的翻抛装置包括传动箱和搅拌头。所述的搅拌头为双螺旋搅拌头，所述的双螺旋搅拌头包括喷气搅拌头和喷水搅拌头。本发明的设备在横向、纵向移动上实现自动化，减少了工人的劳动强度和误操作引起的事故。本发明的双螺旋搅拌头功能集成度高。双螺旋搅拌头在旋转过程中不仅能实现将底层物料翻抛到上层，实现发酵层温度调节的基本功能。还能根需求量自动补充生物发酵所需水分、氧气，并能实现对结块物料的粉碎。本发明原理简单，加工、装配易实现，运行操作简单。

Description

一种有机垃圾发酵用自动化翻抛设备

技术领域

本发明涉及垃圾发酵设备，特别是一种有机垃圾发酵用自动化翻抛设备。

背景技术

我国农业、畜牧业、养殖业的发展提高了人们的生活质量，同时也产生了大量的禽畜粪便、餐饮垃圾等有机垃圾。将这些有机垃圾回收、发酵再还田，不仅节约了资源，还防止了环境污染。有机垃圾发酵过程中的温度、湿度、氧气含量等参数决定了发酵的效率与质量，因此要适时调节这些发酵参数以提高发酵效率与质量。

随着我国经济的发展及农业部的大力支持，有机肥料发酵设备的理论研究与设备技术改造在我国逐步兴起，如河南豫星翻抛机、山东力扬翻抛机等。虽然现有的这些翻抛设备在一定程度上减轻了人们的劳动强度，提高了翻抛的自动化水平，但在温度、湿度、含氧量的调节上仍需要外部的专用设备及人员的操作，这就造成了基础建设和设备成本的增加，也提高了管理、运营成本。且此类设备运行的自动化程度低，什么时候以怎样的方式对发酵肥堆进行翻抛，也需要依靠人的经验；有些设备需要人工驾驶，这样会使人身健康受到发酵中产生的有害物质的侵害。因此一种在有机肥料发酵的过程中，既能检测发酵环境参数，又能在翻抛过程中沿料堆自动移动，并适时适量补充生物发酵所需的水分、氧气，且实现结块物料粉碎的自动化设备就成了有机肥料农业生产的必要装备。

综上所述，现有技术存在以下问题：

(1)自动化程度低。在温度、湿度、含氧量等参数调节上仍需要外部的专用设备及人员的操作。

(2)人的劳动强度大、对身体损害大。由于设备需要人工驾驶，这样会使人身健康受到发酵中产生的有害物质的侵害。

(3)对温度、湿度、含氧量等参数调节不专业。由于什么时候以怎样的方式对发酵肥堆进行翻抛，也需要依靠人的经验。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能够实现以下目的的有机垃圾发酵用智能翻抛设备：

(1)提高设备自动化程度。

(2)减小人员的劳动强度。

(3)依据生物学发酵原理，对整个翻抛过程中温度、湿度、含氧量进行控制并搅拌。

(4)提高翻抛效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，包括梁架结构、翻抛车、横移机构、纵拖机构、供液供气系统、散料装置和自动检测与控制系统。

所述的梁架结构包括横向梁架、纵向梁架、钢轨、钢绳、电缆桥架、扶梯和检修通道。所述的横向梁架和纵向梁架通过螺栓连接成矩形梁架，所述的扶梯通过螺栓固定在矩形梁架的一侧。检修通道铺设绝缘橡胶地板。所述的钢轨通过压轨器固定在两侧的纵向梁架上，所述的钢绳连接翻抛车与纵拖机构，通过纵拖机构的运行实现翻抛车沿钢轨的纵向移动。电缆通过电缆桥架随翻抛车移动，为设备运行提供动力。

所述的翻抛车包括车架、俯仰机构和翻抛装置。所述的翻抛装置包括传动箱和搅拌头。所述的搅拌头为双螺旋搅拌头，所述的传动箱一端与电动机连接，另一端分别与双螺旋搅拌头连接；所述的双螺旋搅拌头包括喷气搅拌头和喷水搅拌头，所述的喷气搅拌头和喷水搅拌头并排安装在传动箱的一端；

所述的电动机的启停由工控机进行控制，电动机通过螺栓固定在传动箱的箱体上，为双螺旋搅拌头的转动提供动力。

所述的传动箱内部包含传动齿轮系和旋转供液供气装置，传动齿轮系的一端与电动机伸出轴上的轴端齿轮啮合，另一端与双螺旋搅拌头的传动轴连接，将电动机的动力传递到双螺旋搅拌头。所述的旋转供液供气装置分别通过连接管连接外部的供液供气系统，将外部的气和水分别输送给喷气搅拌头喷水搅拌头；所述的连接管分别为水管和气管。

所述的车架上安装四个轨道轮，实现翻抛车在纵向梁架的钢轨上移动。

所述的俯仰机构主体为升降机。升降机机体通过销与车架相连，车架上的伸出杆通过销与传动箱箱体相连，传动箱箱体通过销与车架相连，从而将升降机的伸缩运动转化为传动箱的俯仰运动，进而带动连接传动箱的双螺旋搅拌头作俯仰运动。

所述的喷水搅拌头上的螺旋刀和喷气搅拌头上的螺旋刀的旋向相反，从而实现相向转动中的互相穿插与配合。在螺旋刀上安装粉碎螺栓，在喷水搅拌头和喷气搅拌头相向旋转过程中，结块的物料将被送到喷水搅拌头的螺旋刀和喷气搅拌头的螺旋刀之间，螺旋刀上的粉碎螺栓挤压、碰撞料块，达到粉碎结块物料的目的。

所述的纵拖机构包括纵拖电动机、纵拖减速器、槽轮、钢轴、固定架和防护罩。所述的槽轮通过键与钢轴连接，固定架通过螺栓连接到梁架结构上。纵拖电动机通过螺栓固定到固定架上，并通过纵拖减速器与槽轮连接，带动槽轮转动。连接翻抛车的钢绳绕到槽轮上，从而实现纵拖机构拖动翻抛车作纵向移动。防护罩通过螺栓固定到固定架上，为槽轮提供防尘保护。

所述的供液供气系统包括水泵、气泵和开度调节阀。水泵将储水槽中的水通过水管、开度调节阀输送到喷水搅拌头内的水喷射装置；通过控制开度调节阀的开度实现液体流速的控制；气泵将空气通过气管输送到喷气搅拌头内的空气喷射装置。水泵随翻抛设备横向移动。气泵安装在梁架结构上，随翻抛设备横向移动。所述的水喷射装置和空气喷射装置组成喷液喷气机构。

所述的横移机构包括四组电动机、减速器和轨道轮。所述的电动机通过减速器驱动轨道轮转动。轨道轮通过键与钢轴连接，梁架结构通过螺栓安装在基础面上的钢轨上，承载着整个翻抛设备在基础面上作横向移动。

所述的散料装置包括电动机A、散料斗A、电动机B、散料斗B、两个电动机固定架、散料斗固定架A和散料斗固定架B。电动机A通过链轮、链条与散料斗A连接，同时电动机A通过螺栓固定到一个电动机固定架上，散料斗A通过销连接到散料斗固定架A上。电动机B通过链轮、链条与散料斗B连接，同时电动机B通过螺栓固定到另一个电动机固定架上，散料斗B通过销连接到散料斗固定架B上。两个电动机固定架分别通过螺栓固定到梁架结构上。实现翻抛设备在横向移动时，散料斗A和散料斗B分别将物料均匀地散落到发酵料池中。散料斗A和散料斗B工作相互独立，分别控制。

所述的自动检测与控制系统包括工控机、以太网、PLC控制器、交换机、数据采集卡、温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器。不同的数据采集卡分别连接温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器，以获取温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器采集的数据；数据采集卡通过以太网、交换机将数据发送到PLC控制器；PLC控制器将处理后的数据通过以太网发送给工控机。所述的工控机、PLC控制器、交换机和数据采集卡均位于远程操作台，温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器位于料槽底部，所述的温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器统称为传感器。

进一步地，所述的传动箱包括轴端齿轮、双联齿轮、输水传动轴、轴套、旋转接头壳体、大齿轮、球面轴承A、球面轴承B和输气传动轴；所述的轴端齿轮通过键与电动机伸出轴连接，随电动机转动。所述的双联齿轮通过键与输水传动轴连接并同步转动；双联齿轮的右侧齿轮与大齿轮啮合。所述的大齿轮通过键与输气传动轴连接并同步转动，同时与双联齿轮的左侧齿轮啮合。所述的输水传动轴与输气传动轴均通过球面轴承A和球面轴承B支撑在齿轮箱体上，所述的齿轮箱体的左侧设置齿轮箱盖；这样在电动机的驱动下，输水传动轴与输气传动轴发生相向转动。

所述的水管的一端伸出传动箱体外与外部的供液供气系统连接，水管的另一端通过螺纹与旋转供液供气装置的旋转接头壳体连接。旋转接头壳体内圆设置圆周槽与水管连通，同时旋转接头壳体套在输水传动轴上，并通过O型圈进行密封。输水传动轴上的径向孔与旋转接头壳体上的圆周槽连通，同时位于输水传动轴轴心的轴向孔与径向孔连通，这样实现在输水传动轴转动时，外部供液供气系统的水持续通过径向孔进入到喷水搅拌头中的轴向孔，继而从位于喷水搅拌头尖端的轴向走液孔排出。

所述的气管的一端伸出传动箱体外与外部的供液供气系统连接，气管的另一端通过螺纹与旋转供液供气装置的旋转接头壳体连接。旋转接头壳体内圆设置圆周槽与气管连通，同时旋转接头壳体套在输气传动轴上，并通过O型圈进行密封。输气传动轴上的径向孔与旋转接头壳体上的圆周槽连通，同时位于输气传动轴轴心的轴向孔与径向孔连通，这样实现在输气传动轴转动时，外部供液供气系统的空气持续通过径向孔进入到喷气搅拌头中的轴向孔，从而给发酵料池的物料输送空气。所述的轴套安装在旋转接头壳体与球面轴承A之间，用于限制旋转接头壳体在输水传动轴及输气传动轴轴向上的移动。

所述的喷水搅拌头包括联轴器、内部软管、塔形接头A、内筒、塔形接头B、复位弹簧、活塞、密封圈、螺旋刀、螺栓安装孔和放液螺栓；所述的塔形接头A通过螺纹连接到输水传动轴的轴向走液孔的末端；所述的内部软管的一端通过卡扣与塔形接头A连接，另一端通过卡扣与安装在喷水搅拌头内的活塞上的塔形接头B连接。所述的联轴器通过螺栓固定在输水传动轴的端面上，并通过螺栓固连喷水搅拌头。这样在电动机的带动下，喷水搅拌头上的螺旋刀便会转动，将料堆的底层料堆翻新到上层。所述的复位弹簧安装在活塞和联轴器之间，活塞上通过螺栓固定一个导向滑块，整个喷水搅拌头为内外结构，导向滑块随活塞在喷水壳体内沿轴向移动，同时导向滑块在喷水壳体内壁上的滑槽中上下运动，用于防止活塞沿轴线的转动，活塞与喷水壳体通过导向滑块连接，并通过密封圈进行密封。内筒通过铆接的方式与活塞固连，随活塞上下移动，这样内筒便与喷水壳体形成了一个密闭空间。当工控机判断需要对料堆进行水补充时，外部供液供气系统将水输送到轴向走液孔后，再依次通过塔形接头B、内部软管、塔形接头A、活塞进入内筒与喷水壳体形成的密闭空间中。随着水的流入，密闭空间中的压力增大，内筒上移，复位弹簧被压缩。当内筒上移距离L后，内筒筒壁上的孔与喷水壳体上的孔相通，水从相通孔排出到料堆中，对料堆的湿度进行调节。水供应结束后，工控机关闭外部供液供气系统，密闭空间中的压力下降。随着压力的下降，在复位弹簧的作用下，内筒下移，内筒筒壁上的孔与喷水搅拌头壳体上的孔错位，从而防止料堆通过喷水搅拌头壳体上的孔进入内筒中。所述的放液螺栓安装在喷水搅拌头头部，用于通过放液螺栓及时排出喷水壳体中多余的水，对喷水搅拌头进行维护。

所述的喷气搅拌头和喷液搅拌头结构和工作原理相同，喷气搅拌头用于喷射空气。

进一步地，所述的发酵料池的底部埋设五组传感器，每组传感器均包括温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器。

进一步地，所述的粉碎螺栓沿螺旋刀的螺旋方向均布，螺旋刀沿周向每旋转度安装一个粉碎螺栓。

进一步地，所述的自动检测与控制系统的工作方法，包括以下步骤：

A、程序运行后进入初始化程序，完成传感器信号输出、通信通断、控制模块连接的自检程序，并报出相应故障。整个设备、翻抛车进行找零，触发零点位置传感器。操作台通过旋转旋钮选择控制方式为手动控制方式或者自动控制方式；如果选择手动控制方式，则转步骤B；否则转步骤C；

B、在手动控制方式下，根据工作要求分别执行以下程序：

B1、旋转添加物料旋钮；横移机构带动散料装置在发酵料池上横向移动，移动过程中散料斗均匀从零点转动到最大限位点。等待下一步工作指令。

B2、旋转试运行旋钮；横移机构、纵拖机构、俯仰机构、散料装置分别自动从各自的参考零点运动到最大限位并返回零点；搅拌头运转五分钟；水泵与气泵同时启动一分钟，停止一分钟，动作两次后停止。等待下一步工作指令。

B3、旋转清洗旋钮；PLC控制器控制水泵继电器吸合并控制开度调节阀完全打开，三分钟后水泵继电器断开，且开度调节阀闭合。等待下一步工作指令。

C、在自动控制方式下，PLC控制器定时通过传感器获取发酵料池中的温度、水分、含氧量信息。PLC控制器通过分析得到的数据，计算出生物发酵的效率与质量，判断出当前所处的发酵阶段。通过比较当前值与预设当前阶段最佳发酵条件值，控制翻抛装置、水喷射装置和空气喷射装置动作，及时定量地补充水和空气。当发酵料池温度的当前值高于最佳发酵条件值中的温度值时，转步骤C1；当发酵料池水分含量的当前值高于最佳发酵条件值中的水分含量时，转步骤C2；当发酵料池含氧量的当前值高于最佳发酵条件值中的含氧量时，转步骤C3，否则，等待下一步工作指令。

C1、俯仰机构将搅拌头调节至物料的某一深度处。翻抛电动机运转，带动搅拌头转动。纵拖机构拖动翻抛车在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构带动翻抛设备在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构拖动翻抛车反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构带动翻抛装置在横向上再步进规定距离后停止。至翻抛装置运行到发酵料池另一端，触发另一端的位置传感器。横移机构、纵拖机构、俯仰机构回到零点，触发零点位置传感器。等待下一步工作指令。

C2、俯仰机构将搅拌头调节至物料的某一深度处。翻抛电动机运转，带动搅拌头转动。水泵运行接触器吸合，进行抽水工作。开度调节阀根据PLC控制器的计算结果打开一定开度。纵拖机构拖动翻抛车在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构带动翻抛装置在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构拖动翻抛车反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构带动翻抛装置在横向上再步进一定距离后停止。至翻抛装置运行到发酵料池另一端，触发另一端的位置传感器。水泵运行接触器断开，开度调节阀闭合，横移机构、纵拖机构、俯仰机构回到零点，触发零点位置传感器。等待下一步工作指令。

C3、俯仰机构将搅拌头调节至物料的某一深度处。翻抛电动机运转，带动搅拌头转动。气泵运行接触器吸合，进行充气工作。纵拖机构拖动翻抛车在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构带动翻抛装置在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构拖动翻抛车反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构带动翻抛装置在横向上再步进规定距离后停止。至翻抛装置运行到发酵料池另一端，触发另一端的位置传感器。气泵运行接触器断开，横移机构、纵拖机构、俯仰机构返回到零点，触发零点位置传感器。等待下一步工作指令。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.相对于现有的翻抛设备，本发明的设备在横向、纵向移动上实现自动化，减少了工人的劳动强度和误操作引起的事故。

2.本发明中的翻抛车可在牵引下进行纵向移动，也可随设备进行横向移动，可对大面积堆放的物料进行翻抛。解决了现有装备只能对条垛物料进行翻抛的问题。

3.相对于现有的螺旋式翻抛机，本发明的双螺旋搅拌头功能集成度高。双螺旋搅拌头在旋转过程中不仅能实现将底层物料翻抛到上层，实现发酵层温度调节的基本功能。还能根需求量自动补充生物发酵所需水分、氧气，并能实现对结块物料的粉碎。本发明原理简单，加工、装配易实现，运行操作简单。

4.相对于现有的螺旋式翻抛机，本发明的智能螺旋搅拌头能通过俯仰机构进行角度调节，从而调节搅拌头插入物料的深度，以适应不同物料深度的翻抛。

5.相对于现有的液体、气体旋转接头，本发明中的喷液喷气机构结构简单，加工成本低，装配易实现。不存在现有旋转接头长期使用出现的不平衡、内部零件腐蚀、堵塞等问题。适用于发酵螺旋翻抛等低转速场合。

6.相对于现有的翻抛设备，本发明采用自动检测与控制系统，自动化程度高。将传感器技术应用到发酵环境监测中，数据采集卡采集传感器检测的温度、湿度、含氧量等数据，并发送给控制器。控制器通过分析获取的各个数据与当前最佳发酵条件值，计算出要液体、气体最佳补充时间与补充量，并输出动作指令，控制螺旋翻抛装置、喷射装置进行定时定量工作。自动检测与控制系统通过定时模式采集发酵料池中的发酵数据，并分析温度、湿度、含氧量等物理量的变化速率，判断出当前发酵所处的阶段。在不同的发酵阶段设置不同的发酵条件参数，可实现在各个发酵阶段都能达到最佳发酵条件。从而减少了运营成本和环境对人身健康的危害。

附图说明

图1是翻抛设备与基础建设示意图；

图2是翻抛车运动轨迹示意图；

图3是翻抛设备结构示意图；

图4是翻抛车结构示意图；

图5是梁架结构示意图；

图6是纵拖机构示意图；

图7是散料装置结构示意图；

图8是翻抛装置示意图；

图9是传动箱结构示意图；

图10是旋转供液供气装置结构示意图；

图11是螺旋翻抛结构示意图；

图12是控制系统原理示意图；

图13是测控过程流程示意图。

图中：1、传感器；2、发酵料池；3、储水槽；4、翻抛装置；5、翻抛车；6、梁架结构；7、纵拖机构；8、供液供气系统；9、横移机构；10、散料装置；11、车架；12、俯仰机构；13、搅拌头；14、传动箱；15、横向梁架；16、钢轨；17、钢绳；18、纵向梁架；19、电缆桥架；20、检修通道；21、扶梯；22、纵拖电动机；23、纵拖减速器；24、防护罩；25、固定架；26、钢轴；27、槽轮；28、电动机固定架；29、电动机A；30、散料斗A；31、散料斗B；32、电动机B；33、翻抛电动机；34、齿轮箱盖；35、齿轮；36、输气传动轴；37、输水传动轴；38、球面轴承B；39、球面轴承A；40、双联齿轮；41、齿轮箱体；42、轴端齿轮；43、O型圈；44、锁紧螺母；45、连接管；46、旋转接头壳体；47、轴套；48、导向滑块；49、密封圈；50、放液螺栓；51、喷水壳体；52、螺旋刀；53、粉碎螺栓；54、内筒；55、活塞；56、塔形接头B；57、弹簧；58、内部软管；59、联轴器；60、塔形接头A；101、旋转供液供气装置；102、喷液喷气机构；103、喷水搅拌头；104、喷气搅拌头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。

如图1所示，本发明的基础建设分为发酵料池2、储水槽3和翻抛装置3。翻抛装置3位于发酵料池2之上。发酵料池2用于有机物料发酵，储水槽3用于补充生物发酵所需的水分。在发酵料池2底部埋设五组传感器1，五组传感器1在料池底部呈五点采样分布。每组传感器1包括一个温度传感器、一个湿度传感器和一个氧气浓度传感器。发酵料池2的两个侧壁的上面安装钢轨16，翻抛设备通过两侧的轨道轮压在钢轨16上，可沿发酵料池2作横向移动。

如图2所示，在翻抛过程中，翻抛车5在纵拖机构7的牵引下沿纵向从发酵料池2的A端移动到B端，并触发B端的接近开关。随后设备在横移机构9的运动下，设备前进距离L后停止。纵拖电动机22反向转动，牵引翻抛车5从B端向A端移动，进行下一个L宽度物料的翻抛，直到触发A端的接近开关，设备再向前移动距离L，直到完成整个发酵料池2中物料的翻抛。

如图3所示，翻抛设备主要包括翻抛车5、梁架结构6、纵拖机构7、供液供气系统8、横移机构9和散料装置10。纵拖机构7通过钢绳17与翻抛车5连接，拖动翻抛车5在梁架机构的钢轨16上纵向移动。供液供气系统8的水泵固定在梁架上，并潜入到储水槽3中，在横移机构9的运动下实现沿横向连续供水。散料装置10固定到梁架机构上，随梁架机构横向移动，在移动过程中将料斗中的物料均匀散布到料池中。

如图4所示，翻抛车5车架11上安装四个轨道轮，实现在纵向钢轨16上的移动。传动箱14通过销连接与车架11相连；俯仰机构12通过销连接与车架11相连，同时伸出轴与传动箱14通过销连接。通过控制升降机伸出轴的长度，实现双螺旋搅拌头13在α角度范围内摆动，从而调节双螺旋搅拌头13插入物料的深度。

如图5所示，梁架结构6的三条横向梁架15与两条纵向梁架18通过螺栓固定在一起。两条纵向钢轨16通过压轨器固定在对应的两条横向梁架15上，用于翻抛车5的纵向移动。在纵向梁架18上通过螺栓固定电缆桥架19，实现电缆随设备横向移动和随翻抛车5纵向移动，为系统供电。在其中两条横向梁架15间连接检修通道20，方便人员对设备进行定期检修与维护，同时安装扶梯21，方便人员上下设备。

如图6所示，在两条纵向梁架18上通过螺栓分别固定主动的纵拖机构7和从动的纵拖机构，两个机构的槽轮27通过钢绳17连接，钢绳17两端通过压绳板与翻抛车5的车架11固定在一起。主动的纵拖机构7的纵拖电动机22通过纵拖减速器23带动槽轮27转动，槽轮27的转动通过钢绳17转化为翻抛车5在纵向钢轨16上的移动。翻抛车5的纵向移动范围通过翻抛车5架上的位置传感器与纵梁上的限位点确定。

如图7所示，散料装置10的三个固定架25通过螺栓固定到一条横梁上。每相邻两个固定架25间通过销连接散料斗A30、散料斗B31的一端。并在两个散料斗的另一端分别安装散料装置10的电动机A29和电动机B32。电动机A29和电动机B32通过螺栓连接到固定架25上。电动机A29输出轴通过齿轮35齿条与散料斗A30相连，通过控制电动机A29的转动带动散料斗A30的倾斜，将物料散落到发酵料池2中。电动机B32和散料斗B31与电动机A29和散料斗A30的工作方式相同。散料斗的倾斜角度通过固定架25上的位置传感器与散料斗上的限位点确定。

如图8所示，翻抛电动机33将输出轴动力传递给传动箱14，传动箱14通过传动轴将动力传递给喷液喷气机构102。旋转供液供气装置101连接外部水管、气管与传动轴，实现喷液喷气机构102在转动时，外部水、气的连续供给。

如图9～11所示，双螺旋搅拌头13的转动由翻抛电动机33提供动力，翻抛电动机33的输出轴通过键连接轴端齿轮42。轴端齿轮42与安装在喷水搅拌头103上端的双联齿轮40的小齿轮啮合，双联齿轮40通过键连接喷水搅拌头103的输水传动轴37，将动力传递到输水传动轴37。输水传动轴37轴端放置挡片以防止双联齿轮40发生轴向窜动。输水传动轴37上加工排液孔，排液孔分轴向和径向两段，两段孔相交。径向段的孔与装配在输水传动轴37上的旋转供液供气装置101的旋转接头壳体46的内腔相通，旋转接头壳体46通过连接管45与传动箱14连接；轴向段的孔通过螺纹与塔形接头A60连接，塔形接头A60的另一端连接内部软管58的一端；内部软管58的另一端与塔形接头B56连接，塔形接头B56的另一端通过螺纹连接到活塞55。锁紧螺母44通过螺纹连接到输水传动轴37，另一端与旋转接头壳体46接触，旋转接头壳体46另一端与轴套47一端接触，以防止旋转接头壳体46轴向窜动，轴套47另一端与球面轴承A39接触，球面轴承A39通过螺栓固定到齿轮箱盖34上；球面轴承B一端与输水传动轴37轴肩接触，另一端与锁紧螺母44接触，并通过螺栓固定到齿轮箱体41上。活塞55通过铆钉与内筒54固定，固定面涂布密封胶。活塞55还通过滑键与喷水搅拌头103连接，防止内筒54发生轴向转动。在活塞55与喷水搅拌头103的内壁之间安装密封圈49，增加内腔气密性。联轴器59通过螺栓固定在输水传动轴37的端面上，并通过螺栓固连喷水壳体51。粉碎螺栓53安装在螺旋刀52上。这样，外部水泵便可将污水依次通过外部水管、连接管45进入到旋转供液供气装置101壳体46的内腔中。经过传动轴上的径向孔、轴向孔到达塔形接头A60。再通过内部软管58、塔形接头B56、活塞55到达内筒54。随着液体的进入，喷水搅拌头103内腔压力增大，内筒54上移，位于套筒与活塞55之间的弹簧57被压缩，内部软管58弯曲。内筒54移动一定距离后，位于内筒54壁上的孔与喷水搅拌头103筒壁上的孔相交，孔打开，液体喷入肥堆中。喷液完成后，外部水泵停止工作，腔内压力减小，弹簧57开始复位，将内筒54推开，相交孔相离，防止物料进入喷水搅拌头103内腔。打开喷水搅拌头103末端放液螺栓50，将内腔中残留的污水排出，减小内腔的腐蚀。

双联齿轮40的大齿轮与喷气搅拌头104的齿轮35啮合，带动喷气搅拌头104转动，实现两个经向孔搅拌头13的相向转动。其空气喷气原理与液体喷液原理相同。在两个螺旋搅拌头13的螺旋刀52上均布置通孔，通孔沿螺旋搅拌头13轴线方向呈梯度分布，通孔上安装粉碎螺栓53，粉碎螺栓53凸出在刀面上。螺旋刀52焊接到螺旋搅拌头13外壁上，这样便可使凸出的粉碎螺栓53随螺旋搅拌头13转动。当块状物料在螺旋翻抛过程中被送到两个螺旋搅拌头13之间时，凸出的粉碎螺栓53便挤压、撞击块料，达到粉碎物料的目的。

如图12所示，智能控制系统包括检测单元、数据传输单元、数据采集单元、信息处理单元和监控单元。其中检测单元主要为温度检测、湿度检测、氧气浓度检测等传感器1。数据传输单元包括以太网和交换机。数据采集单元以数据采集卡为主。信息处理单元采用PLC，作为下位机。监控单元采用工控机，作为上位机。PLC采用定时的方式获取传感器1检测到的发酵料池2条件。传感器1将检测到的温度、湿度、氧气浓度等信号发送给数据采集卡。数据采集卡将信号转换成数字量，并通过以太网连接交换机，交换机通过以太网将数据发送给工控机。工控机以报表的形式记录不同时间段的数据。工控机也可通过以太网将用户指令发送给PLC，PLC依据指令输出开关量信号或模拟量信号给数据采集卡，从而控制接触器的开合、开度调节阀的开度，从而实现对电动机、水泵、气泵的运行控制。

如图13所示，程序运行后进入初始化程序，完成传感器信号输出、通信通断、控制模块连接等自检程序，并报出相应故障。翻抛设备进行找零，触发零点位置传感器。操作台可以通过旋转旋钮开选择控制方式为手动或者自动。

在手动控制方式下，可以通过旋转添加物料旋钮、试运行旋钮、清洗旋钮分别执行程序1、程序2、程序3。这3条程序运行方式如下：

程序1：横移机构9带动散料装置10在料池横向上移动，移动过程中散料斗均匀从零点转动到最大限位点。

程序2：横移机构9、纵拖机构7、俯仰机构12、散料装置10分别自动从各自的参考零点运动到最大限位并返回零点；搅拌头13运转五分钟；水泵与气泵同时启动一分钟，停止一分钟，动作两次后停止。

程序3：PLC控制水泵继电器吸合并控制开度调节阀完全打开，三分钟后水泵继电器断开，且开度调节阀闭合。

在自动控制方式下，PLC定时通过传感器1获取的发酵料池2中的温度、水分、含氧量信息。PLC通过分析得到的数据，计算出生物发酵的效率与质量，判断出当前所处的发酵阶段。通过比较当前值与预设当前阶段最佳发酵条件值，控制翻抛装置4、喷液喷气机构102动作，及时定量地补充水、空气。即通过检测到发酵料池2中的温度、水分含量、含氧量来决定是否执行程序4、程序5、程序6。这3条程序运行方式如下：

程序4：俯仰机构12将搅拌头13调节至物料的某一深度处。翻抛电动机33运转，带动搅拌头13转动。纵拖机构7拖动翻抛车5在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上步进一定距离后停止；纵拖机构7拖动翻抛车5反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上再步进一定距离后停止。至设备运行到发酵料池2的另一端，触发另一端的位置传感器。横移机构9、纵拖机构7、俯仰机构12回到零点，触发零点位置传感器。

程序5：俯仰机构12将搅拌头13调节至物料的某一深度处。翻抛电动机33运转，带动搅拌头13转动。水泵运行接触器吸合，进行抽水工作。开度调节阀根据PLC的计算结果打开一定开度。纵拖机构7拖动翻抛车5在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上步进一定距离后停止；纵拖机构7拖动翻抛车5反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上再步进一定距离后停止。至设备运行到发酵料池2另一端，触发另一端的位置传感器。水泵运行接触器断开，开度调节阀闭合，横移机构9、纵拖机构7、俯仰机构12回到零点，触发零点位置传感器。

程序6：俯仰机构12将搅拌头13调节至物料的某一深度处。翻抛电动机33运转，带动搅拌头13转动。气泵接触器吸合，进行充气工作。纵拖机构7拖动翻抛车5在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上步进一定距离后停止；纵拖机构7拖动翻抛车5反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器；此时横移机构9带动翻抛设备在横向上再步进一定距离后停止。至设备运行到发酵料池2另一端，触发另一端的位置传感器。气泵运行接触器断开，横移机构9、纵拖机构7、俯仰机构12返回到零点，触发零点位置传感器。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，其特征在于：包括梁架结构(6)、翻抛车(5)、横移机构(9)、纵拖机构(7)、供液供气系统(8)、散料装置(10)和自动检测与控制系统；

所述的梁架结构(6)包括横向梁架(15)、纵向梁架(18)、钢轨(16)、钢绳(17)、电缆桥架(19)、扶梯(21)和检修通道(20)；所述的横向梁架(15)和纵向梁架(18)通过螺栓连接成矩形梁架，所述的扶梯(21)通过螺栓固定在矩形梁架的一侧；检修通道(20)铺设绝缘橡胶地板；所述的钢轨(16)通过压轨器固定在两侧的纵向梁架(18)上，所述的钢绳(17)连接翻抛车(5)与纵拖机构(7)，通过纵拖机构(7)的运行实现翻抛车(5)沿钢轨(16)的纵向移动；电缆通过电缆桥架(19)随翻抛车(5)移动，为设备运行提供动力；

所述的翻抛车(5)包括车架(11)、俯仰机构(12)和翻抛装置(4)；所述的翻抛装置(4)包括传动箱(14)和搅拌头(13)；所述的搅拌头(13)为双螺旋搅拌头(13)，所述的传动箱(14)一端与电动机连接，另一端分别与双螺旋搅拌头(13)连接；所述的双螺旋搅拌头(13)包括喷气搅拌头(104)和喷水搅拌头(103)，所述的喷气搅拌头(104)和喷水搅拌头(103)并排安装在传动箱(14)的一端；

所述的电动机的启停由工控机进行控制，电动机通过螺栓固定在传动箱(14)的箱体上，为双螺旋搅拌头(13)的转动提供动力；

所述的传动箱(14)内部包含传动齿轮系和旋转供液供气装置(101)，传动齿轮系的一端与电动机伸出轴上的轴端齿轮(42)啮合，另一端与双螺旋搅拌头(13)的传动轴连接，将电动机的动力传递到双螺旋搅拌头(13)；所述的旋转供液供气装置(101)分别通过连接管(45)连接外部的供液供气系统(8)，将外部的气和水分别输送给喷气搅拌头(104)喷水搅拌头(103)；所述的连接管(45)分别为水管和气管；

所述的车架(11)上安装四个轨道轮，实现翻抛车(5)在纵向梁架(18)的钢轨(16)上移动；

所述的俯仰机构(12)主体为升降机；升降机机体通过销与车架(11)相连，车架(11)上的伸出杆通过销与传动箱箱体相连，传动箱箱体通过销与车架(11)相连，从而将升降机的伸缩运动转化为传动箱(14)的俯仰运动，进而带动连接传动箱(14)的双螺旋搅拌头(13)作俯仰运动；

所述的喷水搅拌头(103)上的螺旋刀(52)和喷气搅拌头(104)上的螺旋刀(52)的旋向相反，从而实现相向转动中的互相穿插与配合；在螺旋刀(52)上安装粉碎螺栓(53)，在喷水搅拌头(103)和喷气搅拌头(104)相向旋转过程中，结块的物料将被送到喷水搅拌头(103)的螺旋刀(52)和喷气搅拌头(104)的螺旋刀(52)之间，螺旋刀(52)上的粉碎螺栓(53)挤压、碰撞料块，达到粉碎结块物料的目的；

所述的纵拖机构(7)包括纵拖电动机(22)、纵拖减速器(23)、槽轮(27)、钢轴(26)、固定架(25)和防护罩(24)；所述的槽轮(27)通过键与钢轴(26)连接，固定架(25)通过螺栓连接到梁架结构(6)上；纵拖电动机(22)通过螺栓固定到固定架(25)上，并通过纵拖减速器(23)与槽轮(27)连接，带动槽轮(27)转动；连接翻抛车(5)的钢绳(17)绕到槽轮(27)上，从而实现纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)作纵向移动；防护罩(24)通过螺栓固定到固定架(25)上，为槽轮(27)提供防尘保护；

所述的供液供气系统(8)包括水泵、气泵和开度调节阀；水泵将储水槽(3)中的水通过水管、开度调节阀输送到喷水搅拌头(103)内的水喷射装置；通过控制开度调节阀的开度实现液体流速的控制；气泵将空气通过气管输送到喷气搅拌头(104)内的空气喷射装置；水泵随翻抛设备横向移动；气泵安装在梁架结构(6)上，随翻抛设备横向移动；所述的水喷射装置和空气喷射装置组成喷液喷气机构(102)；

所述的横移机构(9)包括四组电动机、减速器和轨道轮；所述的电动机通过减速器驱动轨道轮转动；轨道轮通过键与钢轴(26)连接，梁架结构(6)通过螺栓安装在基础面上的钢轨(16)上，承载着整个翻抛设备在基础面上作横向移动；

所述的散料装置(10)包括电动机A(29)、散料斗A(30)、电动机B(32)、散料斗B(31)、两个电动机固定架(28)、散料斗固定架(25)A和散料斗固定架(25)B；电动机A(29)通过链轮、链条与散料斗A(30)连接，同时电动机A(29)通过螺栓固定到一个电动机固定架(28)上，散料斗A(30)通过销连接到散料斗固定架(25)A上；电动机B(32)通过链轮、链条与散料斗B(31)连接，同时电动机B(32)通过螺栓固定到另一个电动机固定架(28)上，散料斗B(31)通过销连接到散料斗固定架(25)B上；两个电动机固定架(28)分别通过螺栓固定到梁架结构(6)上；实现翻抛设备在横向移动时，散料斗A(30)和散料斗B(31)分别将物料均匀地散落到发酵料池(2)中；散料斗A(30)和散料斗B(31)工作相互独立，分别控制；

所述的自动检测与控制系统包括工控机、以太网、PLC控制器、交换机、数据采集卡、温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器；不同的数据采集卡分别连接温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器，以获取温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器采集的数据；数据采集卡通过以太网、交换机将数据发送到PLC控制器；PLC控制器将处理后的数据通过以太网发送给工控机；所述的工控机、PLC控制器、交换机和数据采集卡均位于远程操作台，温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器位于料槽底部，所述的温度传感器、湿度传感器和含氧量传感器统称为传感器(1)。

2.根据权利要求1所述的一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，其特征在于：所述的传动箱(14)包括轴端齿轮(42)、双联齿轮(40)、输水传动轴(37)、轴套(47)、旋转接头壳体(46)、大齿轮(35)、球面轴承A(39)、球面轴承B(38)和输气传动轴(36)；所述的轴端齿轮(42)通过键与电动机伸出轴连接，随电动机转动；所述的双联齿轮(40)通过键与输水传动轴(37)连接并同步转动；双联齿轮(40)的右侧齿轮与大齿轮(35)啮合；所述的大齿轮(35)通过键与输气传动轴(36)连接并同步转动，同时与双联齿轮(40)的左侧齿轮啮合；所述的输水传动轴(37)与输气传动轴(36)均通过球面轴承A(39)和球面轴承B(38)支撑在齿轮箱体(41)上，所述的齿轮箱体(41)的左侧设置齿轮箱盖(34)；这样在电动机的驱动下，输水传动轴(37)与输气传动轴(36)发生相向转动；

所述的水管的一端伸出传动箱(14)体外与外部的供液供气系统(8)连接，水管的另一端通过螺纹与旋转供液供气装置(101)的旋转接头壳体(46)连接；旋转接头壳体(46)内圆设置圆周槽与水管连通，同时旋转接头壳体(46)套在输水传动轴(37)上，并通过O型圈(43)进行密封；输水传动轴(37)上的径向孔与旋转接头壳体(46)上的圆周槽连通，同时位于输水传动轴(37)轴心的轴向孔与径向孔连通，这样实现在输水传动轴(37)转动时，外部供液供气系统(8)的水持续通过径向孔进入到喷水搅拌头(103)中的轴向孔，继而从位于喷水搅拌头(103)尖端的轴向走液孔排出；

所述的气管的一端伸出传动箱(14)体外与外部的供液供气系统(8)连接，气管的另一端通过螺纹与旋转供液供气装置(101)的旋转接头壳体(46)连接；旋转接头壳体(46)内圆设置圆周槽与气管连通，同时旋转接头壳体(46)套在输气传动轴(36)上，并通过O型圈(43)进行密封；输气传动轴(36)上的径向孔与旋转接头壳体(46)上的圆周槽连通，同时位于输气传动轴(36)轴心的轴向孔与径向孔连通，这样实现在输气传动轴(36)转动时，外部供液供气系统(8)的空气持续通过径向孔进入到喷气搅拌头(104)中的轴向孔，从而给发酵料池(2)的物料输送空气；所述的轴套(47)安装在旋转接头壳体(46)与球面轴承A(39)之间，用于限制旋转接头壳体(46)在输水传动轴(37)及输气传动轴(36)轴向上的移动；

所述的喷水搅拌头(103)包括联轴器(59)、内部软管、塔形接头A(60)、内筒(54)、塔形接头B(56)、复位弹簧(57)、活塞(55)、密封圈(49)、螺旋刀(52)、螺栓安装孔和放液螺栓；所述的塔形接头A(60)通过螺纹连接到输水传动轴(37)的轴向走液孔的末端；所述的内部软管的一端通过卡扣与塔形接头A(60)连接，另一端通过卡扣与安装在喷水搅拌头(103)内的活塞(55)上的塔形接头B(56)连接；所述的联轴器(59)通过螺栓固定在输水传动轴(37)的端面上，并通过螺栓固连喷水搅拌头(103)；这样在电动机的带动下，喷水搅拌头(103)上的螺旋刀(52)便会转动，将料堆的底层料堆翻新到上层；所述的复位弹簧(57)安装在活塞(55)和联轴器(59)之间，活塞(55)上通过螺钉固定一个导向滑块(48)，整个喷水搅拌头(103)为内外结构，导向滑块(48)随活塞(55)在喷水壳体(51)内沿轴向移动，同时导向滑块(48)在喷水壳体(51)内壁上的滑槽中上下运动，用于防止活塞(55)沿轴线的转动，活塞(55)与喷水壳体(51)通过导向滑块(48)连接，并通过密封圈(49)进行密封；内筒(54)通过铆接的方式与活塞(55)固连，随活塞(55)上下移动，这样内筒(54)便与喷水壳体(51)形成了一个密闭空间；当工控机判断需要对料堆进行水补充时，外部供液供气系统(8)将水输送到轴向走液孔后，再依次通过塔形接头B(56)、软管、塔形接头A(60)、活塞(55)进入内筒(54)与喷水壳体(51)形成的密闭空间中；随着水的流入，密闭空间中的压力增大，内筒(54)上移，复位弹簧(57)被压缩；当内筒(54)上移距离L后，内筒(54)筒壁上的孔与喷水壳体(51)上的孔相通，水从相通孔排出到料堆中，对料堆的湿度进行调节；水供应结束后，工控机关闭外部供液供气系统(8)，密闭空间中的压力下降；随着压力的下降，在复位弹簧(57)的作用下，内筒(54)下移，内筒(54)筒壁上的孔与喷水搅拌头(103)壳体(46)上的孔错位，从而防止料堆通过喷水搅拌头(103)壳体(46)上的孔进入内筒(54)中；所述的放液螺栓安装在喷水搅拌头(103)头部，用于通过放液螺栓及时排出喷水壳体(51)中多余的水，对喷水搅拌头(103)进行维护；

所述的喷气搅拌头(104)和喷液搅拌头(13)结构和工作原理相同，喷气搅拌头(104)用于喷射空气。

3.根据权利要求1所述的一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，其特征在于：所述的发酵料池(2)的底部埋设五组传感器(1)，每组传感器(1)均包括温度传感器(1)、湿度传感器(1)和含氧量传感器(1)。

4.根据权利要求1所述的一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，其特征在于：所述的粉碎螺栓(53)沿螺旋刀(52)的螺旋方向均布，螺旋刀(52)沿周向每旋转90度安装一个粉碎螺栓(53)。

5.根据权利要求1所述的一种有机垃圾发酵用智能翻抛设备，其特征在于：所述的自动检测与控制系统的工作方法，包括以下步骤：

A、程序运行后进入初始化程序，完成传感器(1)信号输出、通信通断、控制模块连接的自检程序，并报出相应故障；整个设备、翻抛车(5)进行找零，触发零点位置传感器(1)；操作台通过旋转旋钮选择控制方式为手动控制方式或者自动控制方式；如果选择手动控制方式，则转步骤B；否则转步骤C；

B、在手动控制方式下，根据工作要求分别执行以下程序：

B1、旋转添加物料旋钮；横移机构(9)带动散料装置(10)在发酵料池(2)上横向移动，移动过程中散料斗均匀从零点转动到最大限位点；等待下一步工作指令；

B2、旋转试运行旋钮；横移机构(9)、纵拖机构(7)、俯仰机构(12)、散料装置(10)分别自动从各自的参考零点运动到最大限位并返回零点；搅拌头(13)运转五分钟；水泵与气泵同时启动一分钟，停止一分钟，动作两次后停止；等待下一步工作指令；

B3、旋转清洗旋钮；PLC控制器控制水泵继电器吸合并控制开度调节阀完全打开，三分钟后水泵继电器断开，且开度调节阀闭合；等待下一步工作指令；

C、在自动控制方式下，PLC控制器定时通过传感器(1)获取发酵料池(2)中的温度、水分、含氧量信息；PLC控制器通过分析得到的数据，计算出生物发酵的效率与质量，判断出当前所处的发酵阶段；通过比较当前值与预设当前阶段最佳发酵条件值，控制翻抛装置(4)、水喷射装置和空气喷射装置动作，及时定量地补充水和空气；当发酵料池(2)温度的当前值高于最佳发酵条件值中的温度值时，转步骤C1；当发酵料池(2)水分含量的当前值高于最佳发酵条件值中的水分含量时，转步骤C2；当发酵料池(2)含氧量的当前值高于最佳发酵条件值中的含氧量时，转步骤C3，否则，等待下一步工作指令；

C1、俯仰机构(12)将搅拌头(13)调节至物料的某一深度处；翻抛电动机(33)运转，带动搅拌头(13)转动；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛设备在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛装置(4)在横向上再步进规定距离后停止；至翻抛装置(4)运行到发酵料池(2)另一端，触发另一端的位置传感器(1)；横移机构(9)、纵拖机构(7)、俯仰机构(12)回到零点，触发零点位置传感器(1)；等待下一步工作指令；

C2、俯仰机构(12)将搅拌头(13)调节至物料的某一深度处；翻抛电动机(33)运转，带动搅拌头(13)转动；水泵运行接触器吸合，进行抽水工作；开度调节阀根据PLC控制器的计算结果打开一定开度；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛装置(4)在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛装置(4)在横向上再步进一定距离后停止；至翻抛装置(4)运行到发酵料池(2)另一端，触发另一端的位置传感器(1)；水泵运行接触器断开，开度调节阀闭合，横移机构(9)、纵拖机构(7)、俯仰机构(12)回到零点，触发零点位置传感器(1)；等待下一步工作指令；

C3、俯仰机构(12)将搅拌头(13)调节至物料的某一深度处；翻抛电动机(33)运转，带动搅拌头(13)转动；气泵运行接触器吸合，进行充气工作；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)在纵向上从零点移动到最大限位点处，触发纵向最大限位传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛装置(4)在横向上步进规定距离后停止；纵拖机构(7)拖动翻抛车(5)反向运动至纵向零点处，触发纵向零点位置传感器(1)；此时横移机构(9)带动翻抛装置(4)在横向上再步进规定距离后停止；至翻抛装置(4)运行到发酵料池(2)另一端，触发另一端的位置传感器(1)；气泵运行接触器断开，横移机构(9)、纵拖机构(7)、俯仰机构(12)返回到零点，触发零点位置传感器(1)；等待下一步工作指令。