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农村生活垃圾粉碎设备选型和试验
摘 要：针对金华市农村太阳能垃圾沤肥处理站,通过选型与试验出一台移动方便,适中,能耗低、可靠性好能快速粉碎小型块状垃圾的垃圾处理设备.通过该垃圾处理设备处理能大大提高发酵和腐化效率,减少污染,也可增加再生废弃物的回收利用和净化环境.
关键词：农村生活垃圾；粉碎设备；试验
1 概述
目前金华市各乡镇村级单位,都建立了太阳能垃圾沤肥处理站,对垃圾进行分类处理,取得了很好的效果.但在处理垃圾过程中,对有些体积较大（比如树枝条、甘蔗、玉米杆、大的菜叶、水果垃圾等）的进行沤肥处理效果不好,需要对其进行粉碎减量处理,以提高垃圾房空间利用率及垃圾发酵、腐化效率.
根据金华市“五水共治”工作领导小组办公室对农村生活垃圾综合处理工程要求,针对各乡镇垃圾处理站大小及处理量、各季节垃圾差异、不同垃圾软硬程度等综合因素,按不同功率、不同粉碎原理、不同结构方式引进多款机型,实地进行不同垃圾类型试验,检验不同机型的粉碎能力、适应性、进出料顺畅性、安全性、可靠性、耐用程度、操作方便性等综合性能情况,分析各款机型优缺点,在此基础上进行必要的改进,最终提出建议机型供推广使用.
2 选型与试验
经过前期大量调研及试验分析,对目前市面上主要生产处理垃圾设备优缺点做如下总结：
2.1 单轴垃圾破碎机
2.1.1 工作原理.切削部分由刀辊、刀粒、定刀和筛网构成,刀粒与定刀的最小安装间隙为0.1mm.电机通过减速机带动刀辊高速旋转,从而安装在刀辊上的刀粒与定刀形成切削,通过一次切削后,如果物料的尺寸小于筛网的孔径,则从网孔出料,否则物料在刀箱内进行二次或多次切削,达到出料的尺寸为止方能出料.
2.1.2 使用范围.可以用于破碎大捆的塑料瓶、罐、桶、箱、边角料、玻璃钢、废橡胶、废纸、旧地毯、木托板,生活垃圾,废旧金属,大口径铁皮箱等的环保破碎回收.
2.1.3 试验结果（结合我市实际情况）.昂贵,单机在3万～10万之间,体积较庞大、笨重,一般固定作业,不适合搬运移动.功率在7.5kw以上,比较耗能.该机采用筛网结构,对于纤维状垃圾（玉米包叶、茭白包叶等）及水分大的垃圾（菜叶,番薯藤等）容易产生堵塞.从高、体积大和质量重、筛网易堵等分析此机型不适合我市生活垃圾处理站需求.
2.2 双轴破碎机
2.2.1 工作原理.撕碎刀具采用特种合金钢经特殊的加工工艺制成,具有耐磨性好、强度高、可修复等特点,工作时两个撕碎齿刀之间实行差速相对运转方式,形成一个破碎齿腔,将进入的物料撕扯、挤压至需要的粒度.
剪切方式：
A 主剪切方式：动刀相邻刀面刃口形成剪切.
B 副剪切方式：动刀刀尖与隔套圆柱面形成剪切.
动刀厚度决定出料宽度：动刀厚度越薄,物料的出料宽度越窄.动刀刀尖距离决定出料长度：刀尖距离越小（即刀头数量越多）,出料长度越短.
2.2.2 使用范围.生活垃圾、工业垃圾破碎、有机垃圾破碎、医疗垃圾破碎、RDF破碎、塑料破碎、危险废弃物破碎、大件垃圾破碎、纸厂绞绳破碎、废旧金属破碎等.包括比较混杂物料（含金属、石头等）
2.2.3 试验结果.能满足各种垃圾的处理要求,效率高.但昂贵,单机在3万～10万之间,需要建输送带,体积较庞大、笨重,不适合搬运.功率在7.5kW以上,比较耗能.此机型适合大型工业、城市垃圾固定流水处理站,价高、笨重,同样不适合我市各农村生活垃圾处理站需求.
2.3 立式枝条粉碎机
2.3.1 工作原理.该机为固定式飞刀切片与锤刀击撞粉碎木材物料机械.其工作原理：将鲜树枝放入料槽（入料斗）中,枝桠通过高速旋转的刀片与底刀剪切共同作用旋切成木片碎屑,或通过锤刀旋转锤打击撞成木屑,经离心与风压作用通过后侧出料口（筛网）高速抛出.
2.3.2 使用范围：各种枝条状植物（树枝、树叶、秸秆等）.
2.3.3 试验结果.该机在4 500～5 500元之间,比较合理.整机比较小巧,装有轮子,易于搬运,通过询问该机大体符合我市农村生活垃圾的使用需求.
通过试验对于树枝条,树叶、干燥的秸秆效果很好.对于菜叶,番薯藤、玉米包叶、萝卜、菜头等水分较大及纤维柔性较多的垃圾无法处理,因为该机采用筛网结构,对上述垃圾处理时,马上产生堵塞.
通过对改进筛网不同孔径甚至拆除筛网等多次试验,对农村上述垃圾均存在易堵和粉碎效果差现象,所以否决了该机作为我市农村生活垃圾处理设备机型.
2.4 卧式枝条粉碎机
2.4.1 工作原理.该机在旋转的圆筒安装一把刀片作为动刀,在固定的机壳上安装一把刀片作为定刀,物料通过物料口进入切削内腔,通过动刀与定刀的作用,把物料切成片,在通过高速内腔撞击及动刀的二次切割,使物料达到破碎效果,经离心与风压作用通过出料口高速抛出.
2.4.2 使用范围：各种枝条状植物（树枝、树叶、秸秆等）.
2.4.3 试验结果.该机8 800元左右,功率13匹,易于搬运.初步判断比较适合我市农村生活垃圾粉碎的处理要求.因为该机在永康市有厂家,我们没有购买样机,我们自己备了试验材料到厂家厂里进行试验.试验的结果是纤维状包叶（玉米包叶、茭白包叶）,效果不理想.树枝条、树叶、玉米杆没问题,粉碎效果很好.但是像番薯、萝卜、玉米棒等短块头的物料就无法粉碎.
此机型对农村部分垃圾粉碎效果不理想、稍高,综合分析该机不适合我市生活垃圾粉碎处理.
2.5 铡草机
2.5.1 工作原理.由电机作为配套动力.将动力传递给主轴,主轴另一端的齿轮通过齿轮箱、万向节等将经过调速的动力传递给压草琨,当待粉碎加工的物料进入上下压草琨之间时,被压曹锟夹持并以一定的速度送入铡切机构,经高速旋转的刀具切碎后经出草口抛出机外.
2.5.2 使用范围.用于铡切青（干）玉米秸秆、稻草等各种农作物秸秆及牧草的农业畜牧饲料加工机械.
2.5.3 试验结果（结合我市实际情况）.该机有两种样式,一种功率为2.2kW小型铡草机,3 000元左右,易于搬运；一种为5.5kW带输送带的铡草机,8 000元左右,较重,可拖动、搬运.
通过对厂家的问询及网上资料的查找.我们课题组认为该种机型能处理我市农村的各种有机垃圾.于是我们从河南那边购买了两台样机.
在我院试验工厂经过两次试验,结果如下：小型铡草机适合长条状的秸秆,枝条等,不适合块状、短粗的物料（萝卜、番薯、毛芋等）.
具有输送带的铡草机基本能处理我市各农村生活垃圾处理站的各有机垃圾,比较顺畅.但该机有一定的局限性：
1）体积太庞大,我市农村垃圾站仓库小,垃圾房门较小,摆放进出难；
2）自重较重,可移动但较费劲；
3）偏高；
4）由于结构形式限制,垃圾出口位高,对烂瓜、水果类等多水分垃圾适应性差.结合我市农村垃圾处理站的实际特点,我们否定了该种机型.
2.6 新型垃圾粉碎机
2.6.1 工作原理粗硬物料通过斜料筒进入粉碎室,物料被刀盘端面切成6mm薄片,再被高速旋转的粉碎刀连续捶打成碎片,最后,碎片从出料口被高速抛出.
小软物料通过直料筒进入粉碎室,物料被刀盘端面切成50mm左右料段,再被高速旋转的粉碎刀连续捶打成碎片,最后,碎片从出料口被高速抛出.
2.6.2 使用范围.农村生活有机垃圾,包括玉米杆、茭白包叶、蔬菜叶、番薯藤、南瓜藤、枝条等.
2.6.3 试验结果（结合我市实际情况）.该机原型机为武义周一公司生产的枝条粉碎机（图1）,经初步试验,对树枝、玉米杆粉碎效果好,出料顺畅.对玉米包叶、茭白包叶处理时出料不够顺畅.
首先对出口进行改进,改进后第一轮样机试验工作在雅畈菜场进行,主要针对菜叶、菜头、玉米包叶、茭白包叶等难碎、易堵农村菜场垃圾进行机械处理.其试验结果：玉米包叶、茭白包叶能撕碎成细条,切断效果不理想；块头较大的西瓜、冬瓜需要先切小块点才能粉碎,否则无法进入料仓进行粉碎,要被卡住；其它菜叶、烂果、番薯藤条类粉碎效果好.但各种垃圾物料出料均较顺畅.
该机在4 500～5 500元之间,功率6.3kW,比较合理.整机比较小巧,重量轻（两人即可台上车）,易于搬运.底座装有轮子,移动非常轻便（类似行李箱）,适合现有不同垃圾房间移动作业.根据其工作原理,该机具有大小、软硬等不同垃圾粉碎处理功能,并具有切、捶、风送等粉碎特点.
从机型特点、试验粉碎效果及对垃圾的适应性表明该机基本符合我市农村生活垃圾粉碎使用要求,所以初定为适用机型.但有待进一步改进和提高其性能.
在金东区塘雅镇垃圾沤肥处理站进行现场试验,该机对现场提供的垃圾粉碎物料都能顺畅的进行处理.但同时也发现问题：塘雅镇垃圾沤肥处理站垃圾入口与长山的形式和尺寸完全不一样,致使垃圾无法喷到垃圾房.临时拆除样机出口弯头,垃圾直喷垃圾房的进门,会造成垃圾房门处堆赌.
针对此问题,我们实地考察了金东和婺城各乡镇的10几个垃圾处理房,发华现有各农村生活垃圾处理站的垃圾入口,没有一个统一的建设标准.有形式不一样的,大体可分3类,即使形式完全一样,尺寸也相差较大（在一倍左右）.这对样机的出口设计带来一定难度和性能的负面影响.
通过对垃圾房形式、尺寸的综合分析,拟采用“加长+旋转”的方式使样机出口具有“伸长+增高”效果,以应对不用尺寸的垃圾入口.针对粉碎效果和出口形式等方面对该机器进行了较大改进.
1）入口右侧加定刀一把,增加物料剪切功能,提高粉碎效果.
2）入口右上侧加护板一块,目的：盖住定刀突出部位,防进口物料堵塞.
3）入口上部加盖板一块,位置超水平轴心线,目的：缩小上部入口,防物料不进定刀剪切直接吸入,提高粉碎效果.
4）出口加长40cm,加弯头,加旋转机构,加快速紧固机构,以适应垃圾房入口布局.
5）进料斗高度减低20cm,实际斗深90cm,符合安全要求,同时提高操作方便性.
根据市五水共治办“有电用电,无电用油“的要求,我们设计了电动机机型（图2）,电机功率5.5kw.目前,针对样机出口适应性问题,又设计出了“出料口改为负压式透明软管”式样机（图3）,以适应多种垃圾房进料口,并对其它细节进一步完善当中.
3 结论
经过收集物料粉碎技术现状和现有市场上对工业、农业废料破碎（粉碎）机的大量调研,同时直接与相关厂家进行技术咨询、询价,在此基础上进行了原理分析和归类总结,并制定了引进样机和试验方案.
现有可用于垃圾破碎（粉碎）处理的主要分3类：1）单（双）轴垃圾破碎机——适用各种工农业、软硬质垃圾,体积大而重,昂贵,一般在5万元左右.2）大小型铡草机——适用农业类稻草,软韧性垃圾,部分带有揉搓功能,体积较大,垃圾出口高,对湿粘含水率高垃圾适应性差,稍偏高,一般在1万元左右.3）枝条粉碎机——适用各种枝条、秸秆等含水率不高、粘性小农林废弃物,大部分有筛网过滤功能,部分具有捶打、揉搓和风送功能,低廉,一般在0.5万元左右.
从上、体积和重量及移动操作方便性上分析,单（双）轴垃圾破碎机,虽对物料适应性广、破碎能力强,但受高价和不可移动性限制,基本不适用于我市农村生活垃圾处理要求,不予引进和试验.所以,我们有选择地引进了6款铡草机和枝条粉碎机作为选型试验对象.
此次选型试验,我们选取了婺城长山垃圾处理站、婺城雅畈菜场、金东塘雅垃圾处理站、武义吴宅村垃圾处理站及我院试验基地等具有代表性的共5个试验场所,并对6款样机进行了近20次的各种农村生活垃圾试验,并针对农村生活垃圾中的玉米包叶和茭白包叶等难碎易堵,番薯藤、南瓜藤、烂瓜果等高水分、难进难出垃圾进行了重点和多次实验,对部分机型进行了同时对比试验.并对初选合适机型进行了多次改进及试验.
从试验结果看,带有过滤功能的机型均不适应我市农村生活垃圾粉碎处理要求,对湿粘垃圾适应性差的铡草机同样不符合处理要求.只有一款带有综合性能的新型枝条粉碎机基本符合垃圾粉碎处理性能要求.其原型机为武义周一公司生产的枝条粉碎机.
在此原型机基础上经过多轮试验、多次结构改进,样机性能得到较大提升.并针对适应垃圾房入口和电、油动力方便性已制作有不同样机3台,在各试点进行耐久性、可靠性示范应用试验.目前从样机的、重量、操作和移动方便性、对各种垃圾物料的适应性、粉碎效果、进出料顺畅性、可靠性等方面均基本符合我市农村减量化垃圾粉碎要求,极具推广价值.其特点如下：
1）结构简单、轻便、可靠——移动、运输方便,直连传动,故障率低.
2）工作稳定——进出料顺畅.
3）适应各种农村减量化垃圾,粉碎效果良好——满足农村沤肥垃圾及粉碎工艺要求.
4）操作简单、安全——反拉或开关电启动、各进出口符合机械安全标准要求.
5）低廉——适宜大批量推广应用.
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