廢舊輪胎破碎機的設計

【摘要】：在交通和物流發達的今天，廢舊輪胎也漸漸成為另外一大污染源---“黑色污染”。廢舊輪胎在自然條件下難分解，而且人為處理不當還會造成嚴重的環境污染。本設計的廢舊輪胎破碎機，通過雙低耗電機提供動力，經過擺線針輪減速機降低轉速、提高扭矩，然后通過錕軸上的刀具咬合，對廢舊輪胎進行切碎。

【關鍵詞】：廢舊輪胎；環境污染；破碎機

引言

隨著經濟的發展，車輛數量的增加帶動了經濟的發展，同時汽車輪胎的消耗和磨損也帶來了一個“黑色污染”---廢舊輪胎。中國每年產生的廢舊輪胎以8%-10%的速度遞增[1]。回收利用率僅為50%左右，不到西方發達國家的30%，造成了巨大的資源浪費，也極大地污染了我們賴以生存的環境。

目前，我國回收利用廢舊輪胎的用途主要有三種[3]：一是直接粉碎，做成粉膠，用來鋪設公路，以便節約大量的瀝青；二是經過脫硫技術后制造再生膠，用于生產膠管、膠墊等，也可以按一定比例添加到新制輪胎中，以節約大量的天然橡膠、合成橡膠；三是通過熱分解的方式，分解出重油、炭黑等重要的化工原料。

從加工流程來看，無論是做成膠粉，還是熱分解抑或脫硫，對廢舊輪胎進行一定的破碎是十分必要的，這不僅僅可以提高半成品的生產率，同時也給后續的加工帶來了很大的便利。通過吸收切碎機的工作原理和對傳統煤炭破碎機的結構改良，設計了一款利用錕式刀具切廢舊輪胎的環保機器。它不僅繼承了切碎機的粒度要求，而且還具備了煤炭破碎機的高效率和穩定性。

工作原理

由于廢舊輪胎具有彈性和韌性，因此不能通過施加壓力導致其發生脆性破碎，而只能通過足夠剪切使其分離破碎。單個刀具與隔環的咬合的剖面視圖，如圖1所示：

當廢舊輪胎從入料口進入時，先被刀具齒尖咬住，由于刀具組之間存在一個偏轉角度，越靠下的部分先開始受到拉切力。隨著錕軸的轉動，輪胎受到的剪切力越來越大，直達刀具尖端與另外一軸上的隔環相切嚙合時，絕大部分橡膠和鋼絲斷裂，隨著刀軸的偏轉，將剩余的粘連部分切斷。同一水平面上的部位，并不是同時受剪切力的，這樣在破碎過程中不但有刀具的剪切力，還有齒間形成的拉應力。

雙軸破碎機工作機構的平面圖，如圖2所示：

在方軸的帶動下，刀具不斷的旋轉，同時將力矩傳遞到刀具上，刀刃與匹配的隔環咬合著力，這樣當廢棄輪胎進入刀具的輻射區時，就開始被擠壓切割，直到與隔環相嚙合時，大部分碎片會開始從廢棄輪胎上被切割下來，達到破碎的目的。

此外，刀具結構的設計上，每6把刀具為一套，每把刀具的偏轉角為10°。這樣設計的目的是：在安裝完成后，由于偏轉角的存在，兩錕軸形成了螺旋刀具庫，這樣能夠使切合著力點分開，切割輪胎的時間點錯開，從而提高切碎效率和降低機器承受的負荷。雙軸破碎機工作機構的三維示意圖，如圖3所示：

改進方案

在了解廢棄輪胎的組成以后，傳統的破碎機不進行整改是不適合用來破碎輪胎的，只有符合實際加工需求的機器才能有產能，才有提高生產效率一說。

首先，是對工作機構的改進：通過箱體和其他機構的設計，取消錕軸間的間隙，使得刀具與隔環咬合相切。

其次，將整體式的機架的改為框架式，在同樣的承載能力下，通過合理的結構設計，達到減少耗材、減輕重量的目的。

最后，是對傳動方案的改進：取消帶傳動和齒輪傳動，直接采用擺線針輪減速機來降低轉速。這樣不僅結構緊湊，還大大節省空間。

設計內容

將剛性破碎機發展設計成柔性破碎機，在保證能破碎廢棄輪胎的工作前提下，減少錕齒的磨損、強化機架，使得在長時間的生產過程中不會因為物料硬度而發生變形，降低事故率，提高破碎率，保證日常工作的進行。

（1）廢棄輪胎破碎機的工作結構分析設計；

（2）減速機構的分析與設計；

（3）整體機架優化設計。

結論

本設計的設旨是：綠色環保、節能高效、便捷緊湊。主要有以下幾個特點：（1）生產耗材量少；是一款定位綠色回收的機器。（2）采用擺線針輪減速機，減少能量傳遞的交接次數，降低損耗；采用低耗雙電機拖動，提供足夠的動力對廢舊輪胎進行撕裂。（3）機構簡單、結構緊湊、零部件向國家標準靠攏，機器具有很高的可換性和穩定性。在經濟迅猛發展、汽車占有量不斷攀升的今天，對廢棄輪胎破碎的設計具有很大的研究意義和價值。

參考文獻：

[1]王洪欣 曹亞斌.錕式破碎機變軸等速比傳動機構[J].機械科學與技術，2012.

[2]王宏 劉永平.破碎篩分理論工藝及設備進展[J].全國粉體設備，2010.

作者簡介：宋開功（1982-），男，山東章丘人，單位：山東協和學院機電工程學院。