高效整卷邊角塑料粉碎機(jī)組的研發(fā)與應(yīng)用

王昌佑，王淮賢

（廣東隆興包裝實(shí)業(yè)有限公司，廣東 潮州 515638）

隨著塑料的廣泛應(yīng)用，各類塑料的回收利用成為節(jié)能環(huán)保及新能源開發(fā)的研究熱點(diǎn)[1]。其中，塑料成型加工廠生產(chǎn)制品過程中的廢品、邊角料的回收利用，可有效降低生產(chǎn)成本。吸塑包裝制品的制造大部分是采用全自動吸塑包裝機(jī)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，塑料片材通過吸塑成型工藝處理之后（即采用吸塑成型機(jī)將加熱軟化的塑料硬片吸附于模具表面，冷卻后，形成凹凸形狀的塑料），將進(jìn)行吸塑裁切,即吸塑成型后的塑料產(chǎn)品，經(jīng)過沖床將大張的片材用刀模分切成單個產(chǎn)品。通過沖床從吸塑裁切出塑料包裝后剩余的邊角料將在全自動吸塑包裝機(jī)生產(chǎn)的同時被剝離成為成卷塑料邊角料，如圖1 所示。

據(jù)不完全統(tǒng)計，一般的塑料加工平均會產(chǎn)生大約5%以上的邊腳廢料，而對于像吸塑包裝這類塑料加工，邊料率甚至可能達(dá)到15%~20%。如果對這些邊腳廢料進(jìn)行很好的利用，就能夠降低生產(chǎn)成本，通常采用粉碎機(jī)組方式將邊角料粉碎成顆粒后作為原料進(jìn)行重復(fù)使用。本文僅對吸塑成型加工中產(chǎn)生的廢品及邊角料如何高效回收的裝置進(jìn)行研究，并介紹粉碎回收設(shè)備的主要關(guān)鍵技術(shù)。

圖1 塑料容器成型后剩余的整卷邊角料

圖2 國內(nèi)傳統(tǒng)應(yīng)用的塑料邊角料粉碎設(shè)備

1 整卷邊角粉碎機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成

國內(nèi)傳統(tǒng)的塑料邊角料粉碎機(jī)，目前都以單片送料（或單片人工遞送）粉碎，而且物料的送料，都是采用人工往送料，漏斗投料等方式，造成送料慢，粉碎速度低，效率差，費(fèi)人工等問題，采用的粉碎裝備如圖2 所示。

由于傳統(tǒng)的塑料粉碎機(jī)設(shè)計上的不合理，也造成設(shè)備的使用不便利，以及造成環(huán)保方面的問題。傳統(tǒng)塑料粉碎機(jī)的出料口幾乎接近地面，使應(yīng)用企業(yè)只能在地面挖儲料坑把料存在坑里后再裝袋。大部分的粉碎機(jī)都是以儲料盤儲存料后人工裝袋，或有采用鼓風(fēng)機(jī)，以吸送的方法把粉碎料吸進(jìn)儲料桶后再把回收袋套在儲料桶的出料口進(jìn)行裝袋，該方法粉塵太大，存在不衛(wèi)生也不環(huán)保等問題。

針對以上問題，創(chuàng)新研發(fā)可應(yīng)用于塑料粉碎機(jī)的整卷升送、粉碎、過篩、鑼桿送料、儲料、下料稱重、自動包裝等自動化裝置，實(shí)現(xiàn)粉碎、包裝等全自動化[2~3]。

1.1 整卷模式的送料、粉碎、過篩主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

（1）粉碎裝置的主要結(jié)構(gòu)

通常全自動吸塑成型后產(chǎn)生的片材邊角料呈整卷收取，重量約100~150 kg，為方便片材整卷粉碎，本機(jī)組采用整卷自動上料裝置。整卷模式的粉碎機(jī)組主要由升降傳動裝置、推送料裝置、粉碎整卷塑料邊角裝置、篩網(wǎng)裝置、上料螺旋桿裝置等部分組成，并配有粉碎負(fù)載及超載處理警示裝置、盛料滿載處理警示裝置、送料鑼桿電機(jī)故障處理警示裝置等自動控制技術(shù)保護(hù)措施。整卷上料、粉碎、過篩等結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示，傳動系統(tǒng)示意圖如圖4 所示,粉碎機(jī)粉碎腔室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

（2）粉碎裝置主要技術(shù)特點(diǎn)

圖3 塑料粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 塑料粉碎機(jī)的傳動示意圖

圖5 粉碎機(jī)粉碎腔室內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

粉碎裝置具有新穎獨(dú)特的結(jié)構(gòu), 由上部的強(qiáng)力切碎機(jī)構(gòu)（如圖5 中8、10、6 等部件構(gòu)成）和下部的細(xì)粉剪切機(jī)構(gòu)（如圖5 中8、11、5 等部件構(gòu)成）所組成。上部的強(qiáng)力切碎機(jī)構(gòu)具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、高擊碎力等特點(diǎn);它同時具有割裂、扯斷、切碎、撞擊、擠壓、雜碎等粉碎機(jī)理,使塑料聚合物都能得到粗碎成小塊狀。下部細(xì)碎機(jī)構(gòu)主要具有剪切功能,使上部得到的小塊狀物料得到細(xì)碎, 達(dá)到細(xì)度要求的物料從四周排出的要求。其具有質(zhì)量高、不堵塞、噪音低、振動小、牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)組具有自動升料裝置和推料裝置，使重達(dá)200 kg 重的物料能自動完成送料任務(wù)，快捷方便，節(jié)省人力。

機(jī)組具有自動將通過曬網(wǎng)落料的顆粒通過螺桿機(jī)構(gòu)送往粉料盛放斗的功能，而且在落料盛斗、粉料盛斗中分別加裝料量檢測單元，一旦料滿，則粉碎電機(jī)將自動停止，起到保護(hù)粉碎主機(jī)的作用。

機(jī)組結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整卷塑料邊角料無需分割成片再粉碎的整卷粉碎模式，顯著提升機(jī)組的工作效率，形成達(dá)到1 800 kg/h（旋刀直徑500 mm）粉碎量的具高效、兼容性高、環(huán)保的整卷邊角塑料粉碎關(guān)鍵技術(shù)，目前國內(nèi)傳統(tǒng)的用于塑料邊角粉碎機(jī)的工作效率約800 kg/h（旋刀直徑500 mm）。

1.2 塑料粉碎機(jī)的自動稱量、自動縫包等配套技術(shù)裝置

塑料粉碎機(jī)的整卷升送、粉碎、過篩等自動化技術(shù)及裝置雖大大提高了粉碎機(jī)的粉碎工作效率、使用功能，但高效粉碎勢必產(chǎn)生大量的碎料收集后道工序的工作壓力。若按照傳統(tǒng)的塑料邊角料粉碎后的收料工序，一般都是采用人工手工袋裝盛料，人工縫袋再送庫，其粉碎速度只有每小時回收碎料800 kg（旋刀直徑500 mm 的情況下）。按照傳統(tǒng)的邊角料粉碎后的收料工序?qū)⒁涮? 名以上的工人才能解決塑料粉碎后碎料的裝袋、縫袋的操作工序，每噸塑料邊角料的回收人工將達(dá)到5 人/小時。

為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在整卷升送、粉碎、過篩、鑼桿上料等自動化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上再創(chuàng)新研制出按預(yù)先設(shè)好的自動稱量、自動縫包等高自動化配套技術(shù)及裝置（如圖6 所示）。該裝置由定量包裝稱重、自動封包裝置等構(gòu)成。

圖6 自動稱量、自動縫包等自動化技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)圖

（1）自動稱量、自動縫包等自動化技術(shù)裝置

定量包裝稱主要由給料機(jī)構(gòu)、稱量斗、夾袋機(jī)構(gòu)、機(jī)架、吸風(fēng)口、氣動系統(tǒng)及傳感器等構(gòu)成。工作原理是：儲料桶中物料通過給料機(jī)構(gòu)落入稱量斗，控制器收到稱量斗傳感器的重量信號后，按預(yù)先設(shè)定好的程序值進(jìn)行控制，開始進(jìn)行快速（快速、中加、慢加的同時）開啟盛料門后，進(jìn)行快速給料，當(dāng)重量叟X（X：為快速落料目標(biāo)重量，需精確計量）時，停止快速加料信號輸出；進(jìn)行中速（中加、慢加同時）給料，當(dāng)重量叟Y（Y：為中速落料目標(biāo)重量，需精計量）時，停止中加信號輸出；進(jìn)入慢速（慢加）給料，當(dāng)重量值叟V（V：為最終落料目標(biāo)重量，需精確計量）時，停止慢加信號輸出給料門安全關(guān)閉，定值稱量完成。物料袋自動松開落入輸送帶進(jìn)入一下工序。

包裝縫袋由縫包機(jī)支撐架、縫包機(jī)和輸送帶構(gòu)成?？p包機(jī)縫包速度與輸送帶保持同步，當(dāng)裝滿物料的袋落在輸送帶后，操作工即把袋口整平，由輸送帶自動把裝滿塑料的編織袋送到縫包機(jī)自動縫包，至此自動送料、粉碎、過篩網(wǎng)出料，鑼桿提升送料至儲料桶并過稱縫包工序全部完成。

（2）自動稱量、自動縫包技術(shù)特點(diǎn)

一是，具有自動送料、自動稱量的功能，系統(tǒng)采用高、中、慢三速自動控制下料，系統(tǒng)效率高，且根據(jù)包裝重量需求，可以自動調(diào)節(jié)下料重量；控制精度高，每包重量誤差在0.1 kg 范圍。

二是，傳輸中縫包裝置，使得自動包裝實(shí)現(xiàn)自動化，減少人力。

2 粉碎機(jī)組的控制系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 粉碎機(jī)組的工藝流程

全自動整卷粉碎裝置由三菱PLC 自動控制，采用觸摸屏裝置，可以方便設(shè)置技術(shù)參數(shù)進(jìn)行控制。系統(tǒng)具有手動、自動控制方式，手動方式用于設(shè)備檢修、維護(hù)。同時，通過PLC 控制實(shí)現(xiàn)整個機(jī)組的工藝流程，具體工藝流程如圖7 所示。

圖7 粉碎機(jī)組工作流程

2.2 粉碎機(jī)控制技術(shù)要求

（1）粉碎速度：1 800 kg/h；

（2）粉碎整卷邊角料規(guī)格：直徑900 mm，長880 mm；

（3）整卷邊角重量：燮200 kg；

（4）定額稱量：10~50 kg；

（5）稱量速度：2~3 T/h；

（6）縫包速度80~120 P/h；

（7）供氣壓力0.5~0.7 MPn；

（8）電動機(jī)功率：45 kW；

（9）額定用電量：43 kW；

（10）旋轉(zhuǎn)刀刃直徑：500 mm。

3 粉碎機(jī)組的實(shí)踐效果分析

3.1 整卷邊角塑料粉碎技術(shù)同傳統(tǒng)模式性能差異

整卷邊角塑料粉碎技術(shù)同傳統(tǒng)模式的高效、高人工效率的性能差異分析具體表現(xiàn)如表1 所列。

表1 整卷邊角塑料粉碎技術(shù)與傳統(tǒng)模式差異

3.2 設(shè)備的節(jié)能分析

整卷邊角塑料粉碎機(jī)組，不但有顯著的工作效率表現(xiàn)，而且在設(shè)備整機(jī)運(yùn)行上有顯著的節(jié)能表現(xiàn)，具體體現(xiàn)在：擁有整卷粉碎結(jié)構(gòu)的項目研發(fā)設(shè)備同單片粉碎的業(yè)內(nèi)同類設(shè)備的整機(jī)功率的耗能不但有所減低，而且項目研發(fā)設(shè)備粉碎能力達(dá)到1 800 kg/h 的工作效率，比業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)粉碎設(shè)備有顯著的優(yōu)勢，從而使設(shè)備擁有十分顯著的節(jié)能效果。我們可以通過表2項目設(shè)備同傳統(tǒng)設(shè)備的功耗對比表進(jìn)行對比分析。

表2 項目設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的功耗對比

國內(nèi)同類粉碎設(shè)備每噸邊角料耗能56.25 kW/T，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于項目研發(fā)設(shè)備的23.88 kW/T 功耗,傳統(tǒng)粉碎設(shè)備同項目設(shè)備耗能比率為235%。由此可見，整卷邊角塑料粉碎機(jī)組擁有優(yōu)勢顯著的節(jié)能特征。

4 結(jié)束語

全自動整卷邊角塑料粉碎機(jī)組具有整卷粉碎的高效處理能力，并且通過PLC 自動控制，實(shí)現(xiàn)整卷上料、粉碎、過篩、稱重、縫包等全自動功能。實(shí)踐證明，該裝備較傳統(tǒng)粉碎設(shè)備具有高效、環(huán)保等特點(diǎn)，市場應(yīng)用前景較好。

[1]李 慧, 馬正先. 廢舊塑料的粉碎[J]. 中國塑料，2001，15(4):86-90.

[2]王昌佑.自動高效率塑料粉碎機(jī)[P].中國：ZL200920167843.5，2009-2-16.

[3]王昌佑.自動高效率塑料粉碎機(jī)[P].中國：ZL200910157467.6，2009-1-15.