石材加工廢材回收裝置設計與應用

楊開懷，傅樅春，林生鳳，程艷，陳太麗

（1.福建船政交通職業學院機械與智能制造學院，福建 福州 350007；2.福建省建筑科學研究院有限責任公司，福建 福州 350025；3.福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025）

0 引言

當前，石材加工已成為福建省重要的支柱產業，極大地帶動了產業發展和經濟增長[1]。但與此同時，石材加工過程產生大量的邊角料等廢棄物，如未加以處理將造成巨大資源浪費和嚴重的環境污染[1-3]。研究報道，近年來由石材行業造成的“牛奶溪”“塵肺病”“石漠化”等現象或問題越來越多[4-8]。因此，如何高效資源化開發利用石材，并進行再利用，不斷緩解資源開發與環境保護之間的矛盾，已成為解決石材資源浪費和石材加工廢棄物環境污染的重要手段[3-5]。

石材加工廠在對原材料進行加工和對產品進行修整的過程中，會產生大量石粉以及形狀各異的塊狀和片狀廢材，這些廢材可以滿足建筑用砂、碎石和摻合料的原材料要求，經適當工藝處理可以加工成碎石、人工砂、石屑、石粉等替代產品或原材料。為此，我們設計利用石材加工廢材制備人工砂應用于砂漿和混凝土中，實現環境保護、提升經濟效益，推動石材資源利用可持續發展。然而，大多數石材加工廢材回收裝置，需要人工對工作臺進行清理，既不便于回收裝置的管理，影響了工作效率，同時清理時容易發生廢材隨處掉落的情況，降低了廢材回收率。為此，本研究設計了一種石材加工廢材回收裝置用于解決上述問題，并成功應用于石材加工設備中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等廢材，取代粉煤灰，制備成保溫隔熱砌塊，顯著提高了石材資源利用率、有效降低了成本[9]。

1 石材加工廢材回收裝置

1.1 石材加工廢材回收裝置結構設計

圖1為設計的石材加工廢材回收裝置結構示意圖，圖2為限位裝置處結構局部剖視圖，圖3為圖1中A處結構放大圖。圖中：1底座、2支撐架、3承重臺、4限位裝置、41伸縮桿、42彈簧、43移動塊、5回收裝置、51滑動塊、52固定塊、53支撐柱、54限位座、55電動推桿、56滑動座、57絲桿、6凹槽、7滑動板、8連接帶、9轉動裝置、91轉動塊、92液壓頂桿、93支撐座、10收集箱。

圖1 石材加工廢棄物回收裝置示意圖

圖2 限位裝置處結構局部剖視圖

圖3 A處結構放大圖

1.2 實施方式

所設計的石材加工廢材回收裝置，包括底座，底座上固定連接支撐架，支撐架上固定連接承重臺，承重臺內安裝設有限位裝置，限位裝置上端面擠壓接觸回收裝置，限位裝置設有伸縮桿，伸縮桿下端固定連接在底座內、上端固定連接移動塊，伸縮桿外側貫穿設有彈簧，彈簧上端固定連接移動塊，移動塊上端面與滑動塊擠壓接觸，伸縮桿最大長度與移動塊的高度和小于承重臺的高度，彈簧為壓縮彈簧，移動塊為矩形結構，滑動塊與移動塊接觸時彈簧處于壓縮狀態，當滑動塊向上移動時，彈簧恢復原狀，推動移動塊向上移動拉升伸縮桿，當移動塊上面與承重臺位于同一平面時，彈簧恢復成原狀，移動塊停止移動，進而能夠避免當滑動塊移動時承重臺臺面形成缺口，進而提高清理效率。

進一步地，回收裝置包括滑動塊，滑動塊兩端均固定設有固定塊，固定塊遠離滑動塊一端固定連接支撐柱，支撐柱滑動貫穿限位座連接電動推桿，限位座固定連接滑動座，電動推桿下端固定連接在滑動座上，滑動座滑動卡接在底座的外壁上，滑動座上貫穿連接絲桿，絲桿一端轉動貫穿至底座的一側、另一端轉動卡接在底座內，絲桿遠離限位裝置的一端底座上設有凹槽，凹槽內滑動卡接有相匹配的滑動板，滑動板一端固定連接轉動裝置，滑動板上方底座一端上固定連接帶，連接帶一側貼合在轉動裝置的上端面，轉動裝置一側固定連接支撐架，轉動裝置下方設有收集箱，收集箱放置在底座上，滑動塊、固定塊均為矩形結構，支撐柱下端與限位座的最大間距大于滑動塊的高度，滑動座為倒“T”字形結構，凹槽為圓弧形結構。轉動裝置包括轉動塊，轉動塊下端面鉸接液壓頂桿，液壓頂桿另一端鉸接在支撐座上，支撐座上端鉸接轉動塊、一端固定連接支撐架，驅動電動推桿向上推動支撐柱在限位座上滑動，支撐柱上端推動固定塊使滑動塊向上移動，當滑動塊下端面與承重臺臺面位于同一水平面時，停止驅動電動推桿，然后轉動絲桿，使滑動座在承重臺上移動，由上述滑動座的連接關系，則滑動塊做相同的移動，滑動塊滑動推動承重臺上的廢材向轉動裝置一側移動，當廢材移動至轉動塊上時，停止轉動絲桿，然后驅動液壓頂桿，使轉動塊在支撐座上轉動，轉動塊拉動滑動板在凹槽內移動對上端連接帶進行支撐，連接帶避免承重臺上加工廢材由轉動塊和承重臺的間隙直接落至底座上，轉動塊上的廢材滑落至收集箱內，進而快速完成了廢材的回收工作。

1.3 工作原理

本設計中，石材放置在承重臺上進行加工處理，石材加工結束后，取出加工后的石材，然后驅動電動推桿向上推動支撐柱在限位座上滑動，支撐柱上端推動固定塊使滑動塊向上移動，當滑動塊下端面與承重臺臺面位于同一水平面時，停止驅動電動推桿，當滑動塊向上移動時，彈簧恢復原狀，推動移動塊向上移動拉升伸縮桿，當移動塊上面與承重臺位于同一平面時，彈簧恢復成原狀，移動塊停止移動，進而能夠避免當滑動塊移動時承重臺臺面形成缺口，進而提高清理效率，然后轉動絲桿，使滑動座在承重臺上移動，由上述滑動座的連接關系，則滑動塊做相同的移動，滑動塊滑動推動承重臺上的廢材向轉動裝置一側移動，當廢材移動至轉動塊上時，停止轉動絲桿，然后驅動液壓頂桿，使轉動塊在支撐座上轉動，轉動塊拉動滑動板在凹槽內移動對上端連接帶進行支撐，連接帶避免承重臺上加工廢材由轉動塊和承重臺的間隙直接落至底座上，轉動塊上的廢材滑落至收集箱內，進而快速完成了廢材的回收工作，避免人工進行清理收集工作，提高了收集效率，同時避免清理時廢材隨處掉落的情況，提高廢材收集率。

2 結構創新

與原有技術和原有結構相比，本研究所設計的石材加工廢材回收裝置具有如下創新：

（1）驅動回收裝置，當滑動塊下端面與承重臺臺面位于同一水平面時，停止驅動電動推桿，當滑動塊向上移動時，操作限位裝置，進而能夠避免當滑動塊移動時承重臺臺面形成缺口，進而提高清理效率，同時便于回收裝置的管理，操作簡單，實用性強，便于推廣使用。

（2）驅動回收裝置，滑動塊滑動推動承重臺上的廢材向轉動裝置一側移動，當廢材移動至轉動塊上時，停止轉動絲桿，然后驅動轉動裝置，轉動塊拉動滑動板在凹槽內移動對上端連接帶進行支撐，連接帶避免承重臺上加工廢材由轉動塊和承重臺的間隙直接落至底座上，轉動塊上的廢材滑落至收集箱內，進而快速完成了廢材的回收工作，避免人工進行清理，提高了清潔效率，同時避免清理時廢材隨處掉落的情況，顯著提高廢材回收率。

3 應用

將所設計的石材加工廢材回收裝置，直接應用于石材加工設備中，用以收集石材加工后的石屑、石粉等廢棄物，并利用收集的石粉取代粉煤灰，加上其他材料和輔料、填充物，直接制備成保溫隔熱砌塊，如圖4所示。對制備出的一系列不同石粉取代率的保溫隔熱砌塊進行性能測試，其試驗結果見表1。

圖4 石材廢棄物制備保溫隔熱砌塊

表1 石粉取代率對保溫隔熱砌塊性能的影響

從表中可以看出，利用所設計的回收裝置收集的石粉等廢棄物可以直接替代粉煤灰用于生產保溫隔熱砌塊，所生產出來的砌塊性能與全部采用粉煤灰生產的砌塊性能相當。當用石粉取代部分粉煤灰后，砌塊的塊體密度、干燥收縮率變化不大，抗壓強度變化較明顯，且隨著石粉取代率的增加，抗壓強度先提高后降低。這主要是因為，石粉顆粒小，不僅包裹在骨料周圍，并能填充到骨料間的孔隙、微孔和毛細管內，從而抵消砌塊微孔和毛細管的內部壓力，降低砌塊內部大氣孔和大孔隙的數量，提高抗壓強度；當石粉超過一定量后，多余的石粉粘附在骨料的表面，導致水泥漿對骨料的包裹性下降，使得砌塊的強度降低。在本組試驗條件下，當石粉取代率為15%時，性能最優，表明所設計的石材加工廢材回收裝置能夠直接應用于石材加工廢棄物的收集和再利用，能夠有效提高石材加工廢棄物收集效率和收集率，顯著提高石材加工廢棄物再利用比例，操作簡單，實用性強，便于推廣使用。

4 結語

本研究設計了一種石材加工廢材回收裝置，改進設計了底座和連接支撐架、承重臺，改進了承重臺、限位裝置、回收裝置、支撐柱、電動推桿、滑動座的鏈接方式和運動工作方式，便于回收裝置的管理，進而顯著提高廢材回收和清理效率，避免人工進行清理收集工作，同時避免了清理時廢材隨處掉落的情況，顯著提高了石材加工廢材回收效率和回收率。

將該裝置應用于石材加工設備中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等廢材，取代粉煤灰，加上其他材料和輔料、填充物，制備成保溫隔熱砌塊，砌塊性能與全部采用粉煤灰生產的砌塊性能相當，有利于石材加工廢棄物的回收和再利用，顯著提高了石材資源利用率、有效降低了成本。