生活垃圾破碎機(jī)的開發(fā)

王振海，傅 磊，艾洪超，何佩珍，孫希財(cái)

(1.天津百利陽光環(huán)保設(shè)備有限公司 天津300402；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 天津300222)

生活垃圾破碎機(jī)的開發(fā)

王振海1，傅 磊2，艾洪超1，何佩珍1，孫希財(cái)1

(1.天津百利陽光環(huán)保設(shè)備有限公司 天津300402；2.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 天津300222)

破碎機(jī)作為生活垃圾處理線的一個(gè)重要裝備，其作用是將大件垃圾破碎成所需尺寸，便于運(yùn)輸、焚燒、制肥、造粒等后續(xù)工藝。以往公司的固廢處理線上的破碎機(jī)都采用進(jìn)口產(chǎn)品，不僅費(fèi)用高，供貨周期長(zhǎng)，且受制于人。經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研和全面的技術(shù)論證，成功開發(fā)出了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)剪切式雙軸破碎機(jī)，產(chǎn)品獲多項(xiàng)中國實(shí)用新型專利。

生活垃圾 旋轉(zhuǎn)剪切式 雙軸 破碎機(jī)

0 引 言

國家“十三五”規(guī)劃綱要第10篇第43章第5節(jié)“大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)”中寫道：“實(shí)施循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)計(jì)劃，推進(jìn)生產(chǎn)和生活系統(tǒng)循環(huán)鏈接，加快廢棄物資源化利用。按照物質(zhì)流和關(guān)聯(lián)度統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)布局，推進(jìn)園區(qū)循環(huán)化改造，建設(shè)工農(nóng)復(fù)合型循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)，促進(jìn)企業(yè)間、園區(qū)內(nèi)、產(chǎn)業(yè)間耦合共生。推進(jìn)城市礦山開發(fā)利用，做好工業(yè)固廢等大宗廢棄物資源化利用，加快建設(shè)城市餐廚廢棄物、建筑垃圾和廢舊紡織品等資源化利用和無害化處理系統(tǒng)，規(guī)范發(fā)展再制造。實(shí)行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度。健全再生資源回收利用網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)生活垃圾分類回收與再生資源回收的銜接。”

生活垃圾處理是國家“十三五”重點(diǎn)投入的一個(gè)領(lǐng)域，破碎機(jī)作為生活垃圾處理線的一個(gè)重要裝備，其作用是將大件垃圾破碎成所需尺寸，便于運(yùn)輸、焚燒、制肥、造粒等后續(xù)工藝。

目前，我們的固廢處理線上所用破碎機(jī)采用的都是進(jìn)口產(chǎn)品，不僅費(fèi)用高，供貨周期長(zhǎng)，且受制于人。經(jīng)過充分的市場(chǎng)調(diào)研和全面的技術(shù)論證，公司決定自行研發(fā)。

1 破碎機(jī)的構(gòu)造

破碎機(jī)由電器控制系統(tǒng)、尾端法蘭、尾端軸承壓套、尾端軸承、尾端軸承內(nèi)法蘭、尾端密封圈、尾端軸承隔套、刀軸、回轉(zhuǎn)刀盤、刀盤隔環(huán)、定刀、驅(qū)動(dòng)端軸承隔套、驅(qū)動(dòng)端密封圈、驅(qū)動(dòng)端軸承、驅(qū)動(dòng)端軸承壓套、驅(qū)動(dòng)端法蘭、電動(dòng)減速機(jī)、箱體等組成，如圖1所示。

圖1 破碎機(jī)總裝圖Fig.1 General assembly drawing of crusher

2 主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

破碎機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下：

型號(hào)：TBH-GP-J-500/1,900；

破碎腔尺寸：長(zhǎng)1,900,mm×寬1,100,mm；

外型尺寸：長(zhǎng)4,880,mm×寬2,700,mm×高2,600,mm；

處理量：20,t/h；

刀盤尺寸：φ500×60,mm；

刀盤結(jié)構(gòu)：組合式(可拆卸)；

驅(qū)動(dòng)方式：電機(jī)減速機(jī)。

3 工作原理

破碎機(jī)的工作原理是由兩臺(tái)電機(jī)減速機(jī)作為動(dòng)力，各自電機(jī)減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)破碎機(jī)的兩根破碎軸，以不同的旋轉(zhuǎn)方向及轉(zhuǎn)速作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每根破碎軸上裝有若干個(gè)破碎刀部件，數(shù)個(gè)隔環(huán)，第1根破碎軸裝配形式是1個(gè)破碎刀部件1個(gè)隔環(huán)，依次裝配共計(jì)若干個(gè)破碎部件，第2根破碎軸裝配形式是1個(gè)隔環(huán)1個(gè)破碎刀，依次裝配若干個(gè)破碎部件，兩根破碎軸平行裝配在箱體軸承座上，兩根破碎軸上的破碎刀與隔環(huán)交錯(cuò)排列，由于兩根破碎軸以不同的旋轉(zhuǎn)方向(對(duì)峙旋轉(zhuǎn))及不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以兩根破碎軸上的破碎刀產(chǎn)生相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)，即將物料破碎。破碎刀頭由前角、后角及刀楔角組成，它主要起到將被破碎物料抓住進(jìn)行破碎的作用，破碎軸兩側(cè)裝有梳刀，將破碎過程中夾在兩刀之間的物料剔除，保證刀具順利工作。箱體部件是支撐破碎軸部件的鋼結(jié)構(gòu)框架，能夠保證兩根破碎軸裝配后具有一定的精度，這樣才能夠保證破碎機(jī)的破碎精度。箱體部件還包括定刀部分，定刀是決定破碎機(jī)破碎精度的關(guān)鍵部件。

機(jī)座部件是支撐箱體部件和固定電機(jī)減速機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)框架。其材質(zhì)均采用優(yōu)質(zhì)碳鋼型材。

4 破碎刀的設(shè)計(jì)

破碎刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸取了國外先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，為確保刀具使用壽命，破碎刀頭采用合金工具鋼制造，完成粗精加工，經(jīng)過多次熱處理及表面處理。刀具使用壽命更長(zhǎng)，達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平。

4.1 結(jié)構(gòu)形式特征

主要包括：軸孔、刀盤基體、刀齒、容料槽、刃口、刃曲面、刃尖、刃尖間距、齒底圓角、齒背線等，如圖2所示。設(shè)計(jì)了對(duì)稱刀盤和偏心刀盤兩種結(jié)構(gòu)，如圖2、3所示。

圖2 回轉(zhuǎn)刀盤(對(duì)稱刀盤)Fig.2 Rotation cutter(symmetric cutter)

圖3 偏心刀盤，雙向工作刀盤Fig.3 Off center cutter，bidirectional cutter

4.2 兩種刀盤對(duì)比

偏心刀盤由于其容料槽尺度比較大，常使用于物料顆粒粒度在基礎(chǔ)級(jí)以上、破碎后粒度尺度比較大的情況下，在雙刀軸使用情況下對(duì)刀之間相互作用有限；對(duì)稱刀盤容料槽尺度相對(duì)較小但在雙刀軸使用情況下可相互剪切作用，提高能量利用率。

4.3 刀盤制造形式及材質(zhì)

高頻熱處理一體刀盤、堆焊一體刀盤、活動(dòng)刀頭式刀盤、刀頭焊接刀盤、可換刀片式刀盤、刃口堆焊式刀盤。刀片常用材質(zhì)可采用彈簧鋼、工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷合金等。

4.4 刀盤主要形態(tài)參數(shù)選取

回轉(zhuǎn)包線直徑、齒形、刀刃曲面、徑向齒高、齒面傾角、刀齒數(shù)及其排列方式、刃尖頂角、容料槽截面形狀及位置、刀盤厚度等。

刀盤排列轉(zhuǎn)角選取：回轉(zhuǎn)對(duì)稱刀盤沿螺線排列，通常選取的轉(zhuǎn)角范圍是5～60 °，如圖4所示。

圖4 刀盤排列轉(zhuǎn)角選取示意圖Fig.4 Selection of turn angle of cutter arrangement

刀盤到刃口端面跳動(dòng)量的確定：為保證加工質(zhì)量及效率，要求相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相鄰刀盤面間距在0.1～0.2,mm范圍內(nèi)，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)刀刃端面軸向跳動(dòng)μ≤0.2,mm。

跳動(dòng)角α：刃口跳動(dòng)相對(duì)主軸截面擺動(dòng)角。

刀盤與主軸配合間隙：小于等于Δ＝L×tanα≈L×sinα＝L×(μ/D＋d/2)＝50×(0.2/500＋180/2)＝0.029,4,mm。

5 主軸的設(shè)計(jì)(見圖5)

采用階梯面過度需要平滑的圓角過度，減少或消除不必要的槽孔，改善主軸抗扭、抗彎曲強(qiáng)度可以改善總體性能，以此需要在結(jié)構(gòu)形式、材料及其加工熱處理工藝方面進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

圖5 主軸設(shè)計(jì)示意圖Fig.5 Schematic of main shaft design

6 刀軸的裝配

刀軸裝配主要包括：回轉(zhuǎn)刀盤、主軸、刀盤隔環(huán)、軸承、間隔法蘭、刀盤壓緊裝置等，如圖6所示。

圖6 刀軸裝配示意圖Fig.6 Schematic of cutter shaft assembling

裝配要求：包括使用性能、可靠性、制造工藝成本、維護(hù)保養(yǎng)便捷性等；需要綜合考慮各組件之間相互關(guān)系及主要影響因素分解。

總體性能通過改善組織結(jié)構(gòu)、提高零部件功能性參數(shù)、使用可靠的新技術(shù)方案等來提高。可靠性主要考慮關(guān)鍵承載組件工作可靠性，例如軸承、刀盤、主軸等。

對(duì)刀盤適當(dāng)壓緊有利于保持其工作穩(wěn)定性；有利于減小其與主軸接觸面的應(yīng)力集中；有利于強(qiáng)化主軸剛度。但是預(yù)緊力要有合理的限度，過大的預(yù)緊力會(huì)對(duì)主軸造成不利影響。因此需要在結(jié)構(gòu)布置及壓緊方法上采取相應(yīng)的措施。

7 結(jié) 語

通過幾年的努力，成功開發(fā)出了具有天津百利陽光環(huán)保設(shè)備有限公司獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋轉(zhuǎn)剪切式雙軸破碎機(jī)，產(chǎn)品已獲得多項(xiàng)中國實(shí)用新型專利，專利及專利號(hào)分別為：固體垃圾旋轉(zhuǎn)剪切式雙軸單破碎機(jī)，ZL 201,020,508,023.0；一種用于破碎機(jī)上的剪切裝置，ZL 200,920,250,959.5；移動(dòng)式破碎機(jī)，ZL 20,1020,614,477.6；旋轉(zhuǎn)剪切式細(xì)破碎機(jī)，ZL 20,112,0,419,067.0；一種固體垃圾破碎機(jī)，ZL 201,120,421,332.9。

開發(fā)的多款多個(gè)型號(hào)的破碎機(jī)已逐步投放到市場(chǎng)，產(chǎn)品受到客戶的好評(píng)，性能指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的水平，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，成為公司的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)取得了良好的社會(huì)效益，產(chǎn)品獲得了天津市河北區(qū)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

對(duì)于產(chǎn)品存在的不足，我們將進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高破碎刀的使用壽命，降低成本。■

［1］ 破碎設(shè)備安全要求[S]. GB 18452—2001.

［2］ 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 5版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［3］ 王振海，孫濤，劉昆，等. Q/12YJ4287-2013固體垃圾處理機(jī)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 天津百利環(huán)保有限公司，2013.

Development of a Household Refuse Crusher Machine

WANG Zhenhai1，F(xiàn)U Lei2，AI Hongchao1，HE Peizhen1，SUN Xicai1
(1．Tianjin Baili Sun Environmental Protection Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300402，China；
2．School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China)

Crusher machine，as an important equipment in domestic refuse treatment line，is to break large pieces of garbages into required sizes for transport，incineration，fertilizer，granulation and other follow-up processes．Former solid waste treatment line crushers are imported equipment，which feauture high cost，long delivery cycle，and controlled by others. Therefore，after adequate market research and comprehensive technical demonstration，researchers finally succeeded in developing a Tianjin Baili Sun Environmental Protection Equipment Co.，Ltd．rotary shear type biaxial crusher with independent intellectual property rights，which have been granted a number of utility model patents in China.

domestic refuse；rotary shear；biaxial type；crusher machine

X705

A

1006-8945(2016)08-0075-03

2016-08-02