畜禽粪便和沼液沼渣的固液分离机制作
畜禽粪便和沼液沼渣的固液分离机制作
0、引言
畜禽养殖业发展迅速，伴随而来的是大量的动物粪便和相关废弃物，沼气工程作为一项实用工
程系统，是目前处理畜禽粪便、改善环境和利用生物质能源的一种重要途径。但目前在以畜禽
粪便为主要原料的沼气工程中，仍然存在着一些问题，特别是对畜禽粪便进行发酵前的预处理
和发酵后的沼液沼渣分离成为一个瓶颈问题。沼气工程中物料的传送主要是依靠输送泵来实现
的，但是在传送过程中原料结块以及纤维状物体经常给泵、阀、外部和中心控制设备带来堵塞
难题。
现有的固液分离机在分离效率、连续运行及分离质量等方面仍不能很好地满足畜禽粪便及沼液
沼渣固液分离的需要，多数设备主要针对发酵后料液进行处理，分离出的固体含有结块原料及
纤维状物，液体中有机成分偏少，不适合发酵原料的前期处理。
本研究旨在研制一种能够很好地适应发酵前畜禽粪便的固液分离及发酵后沼液沼渣的固液分离
机，从而实现沼气系统不堵塞并高效连续运行。
1、整机结构及工作原理
1．1设计目标
1)结合畜禽粪便及沼液沼渣成分复杂、酸碱度高的特点，设计出一种满足畜禽粪便及沼液沼渣
分离的机器设备。
2)固液分离机满足联合作业的要求，一次性完成进料、传送、固液分离和出料等作业。
3)固液分离机的筛网能够与搅龙紧密贴合，搅龙叶片能将堵塞筛网的杂物清走;能在内腔压力过
大时自动向外移动，保护设备。
4)固液分离机固料出料端的拨料盘能够进行自动转动，转动速度满足作业要求，能按照作业需
要与分离机出料端端面自动接触或分离。
5)在满足功能要求的基础上，整机结构设计紧凑，减小整机的体积;在满足强度要求的前提下，
减轻整机的质量，节约使用材料。
6)畜禽粪便及沼液沼渣固液分离机的零件要满足互换性和可装配性的要求。
1．2整机结构
禽粪便及沼液沼渣固液分离机主要由机架、动力输入装置、进料机构、搅龙、浮动筛网系统及
出料分离二级减速系统等组成，整机结构如图 1所示。
1．3工作原理
禽粪便及沼液沼渣固液分离机作业时，电动机通过带轮带动搅龙轴旋转;需要分离的物料由进
料口处进料，搅龙轴上叶片在旋转运动的过程中将物料不断向右推进，推动至筛网处，液相物
料在挤压和离心力的作用下，通过筛孔分离出来:在向右运动的过程中，不断挤压分离，行至
筛网末端，完成固液分离。液相料液分离出去后，余下的固料不断在壳体内后侧与拨料盘之间
堆积，形成固料积存;随着积存固料压力的升高，固料推动拨料盘经万向球杆压缩压力弹簧，
同时在搅龙轴上向后侧移动，拨料盘脱离与壳体的接触配合，在拨料盘与壳体之间出现间隙;
当拨料盘上的从动块与减速大齿轮上的驱动块插入卡接配合时，转动的减速大齿轮带动拨料盘
旋转，将固料排出机外。
当固料减少固料积存段压力减小时，拨料盘在弹簧的作用下回位，使驱动块和从动块脱离配
合，重新密封固料积存段，暂不出料，完成一个出料过程。如此循环进行作业。
1．4主要技术参数
外形尺寸(长×宽×高)/m:3×0．7×1．2整机质量/kg:280 配套动力/kW:1．5筛网弹簧线径/
mm:5．5出料口弹簧线径/mm:4 筛网孔径/mm:10 筛孔横向间距/mm:20 筛孔纵向间距/mm:20 二
级减速传动比:1/4
2、关键部件设计
2．1搅龙轴及螺旋叶片
搅龙的整体结构如图 2所示。
叶片采用单头螺旋叶片，厚度为 3mm。叶片与料液的摩擦力应尽可能地小，故选择不锈钢板作
为材料。为了减少螺旋叶片在推料过程中发生的磨损，对螺旋叶片的推料面喷涂高硬度的合金
作硬化处理。
搅龙轴上共设置 11 片螺旋叶片，前端等螺距 120mm 设置 7片，主要起传输物料至分离筛网处
和对物料进行粗分离的作用。由于物料含水率在分离过程中逐步降低，所以后 4片根据含水率
不同，叶片螺距依次减少 10mm。在分离过程中，实际的叶片螺旋升程角需小于理论计算值才
能使物料运动不自锁;另外因焊接部位与物料存在摩擦。综合考虑上述因素，因此实际螺旋倾
角α应取理论螺旋倾角计算值的80%～90%。
轴径 d=60mm，，由于叶片螺距是变化的，经计算后，各含水率下的理论螺旋倾角 α、实际螺
旋倾角 α'及叶片螺距 L如表1所示。
2．2固液分离机筛网设计
固液分离机筛网如图 3所示。
为了能够去除料液中粗纤维和长纤维，保证分离的效果，对料液进行采样分析，对其中的粗纤
维和长纤维进行记录统计。经数据分析及后期实验优化后，设计孔径为 10．5mm，筛孔的轴向
和横向距离分别为 20mm。分离机的筛网是前后对称分布的，在筛网边框上焊接6个立柱，采
用拉簧分别将对应的立柱连接。在分离过程中，搅龙叶片与筛网紧密接触，将液料分离出来。
如果发生堵塞的情况，筛网会向外浮动，保护设备，在浮动的同时，搅龙会将堵塞筛网的物料
向前推进。
在此机构中，如果弹簧刚度过大，则筛网向外移动困难，在筛孔堵塞时会造成搅龙旋转受阻，
损坏电动机;刚度过小，则造成搅龙与筛网面接触不紧密，分离效果不理想。经过实验，筛网
的预应力 300N 左右合适，预紧拉伸量为 150mm。根据弹簧应力的计算公式 F=KX，则弹簧的
应力常数 K=F/X=2N/mm。根据设计要求，已定内径=20mm，自由高度 H=150mm，总圈数
N=30，有效圈数Nc=28，材质选择琴钢丝(G=21000)。弹簧常数公式为
式中G—线材的钢性模数;d—线径(mm);Dm=MD—中径(mm);Nc—有效圈数。代入设计数据，
即得所需线径d=4mm。
2．3固液分离机出料机构
摘要：
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畜禽粪便和沼液沼渣的固液分离机制作0、引言畜禽养殖业发展迅速，伴随而来的是大量的动物粪便和相关废弃物，沼气工程作为一项实用工程系统，是目前处理畜禽粪便、改善环境和利用生物质能源的一种重要途径。但目前在以畜禽粪便为主要原料的沼气工程中，仍然存在着一些问题，特别是对畜禽粪便进行发酵前的预处理和发酵后的沼液沼渣分离成为一个瓶颈问题。沼气工程中物料的传送主要是依靠输送泵来实现的，但是在传送过程中原料结块以及纤维状物体经常给泵、阀、外部和中心控制设备带来堵塞难题。现有的固液分离机在分离效率、连续运行及分离质量等方面仍不能很好地满足畜禽粪便及沼液沼渣固液分离的需要，多数设备主要针对发酵后料液进行处理，分离...
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作者：闻远设计
分类：非标机械电气自动化
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时间：2023-02-25
