生活垃圾多级破碎成型一体机的设计论文

SCI论文（www.lunwensci.com）

　　摘要 ：在生活垃圾预处理的过程中， 破碎预处理是关键一步， 因此， 破碎机在生活垃圾预处理过程中具有独特优势， 现已被广泛 应用 。但由于生活垃圾含量种类复杂， 物理性质相差较大， 且传统的破碎机主要集中于大型物料的破碎， 具有破碎不彻底性， 且 仅实现对物料破碎等单一功能 。 因此， 为进一步实现生活垃圾有效破碎， 且破碎后物料快速成型， 减小物料体积， 提出多级差速 破碎与成型一体的生活垃圾处理新方法并设计了生活垃圾多级破碎成型一体机 。分析了该一体机的设计原理 、结构组成， 并对一 体机中的关键零部件设计进行分析 。该一体机能将含有软物与硬物混合的生活垃圾进行逐级破碎与成型， 为后期的运输 、焚烧和 成型处理等后续问题提供有利条件， 具有一定的现实意义。

　　关键词：生活垃圾,多级,差速,破碎,成型


　　Abstract: In the process of domestic waste pretreatment, crushing pretreatment is a key step, therefore, crusher has unique advantages in the process of domestic waste pretreatment, has been widely used. However, due to the complex contents and physical properties of domestic waste, and the traditional crusher mainly focuses on the crushing of large materials, with incomplete crushing, and only realize the single function of crushing materials. Therefore, in order to further realize the effective crushing of MSW, and the rapid forming of the crushed material, and reduce the volume of the material, a new MSW treatment method integrating multi-stage differential crushing and forming was proposed , and an integrated multistage crushing and forming machine for MSW was designed . The design principle and structure of the all-in-one machine were analyzed, and the design of key parts in the all-in-one machine was analyzed . The integrated function can contain the mixture of soft and hard solid waste for step by step crushing and molding, for the later transport, incineration and molding treatment and other follow-up problems to provide favorable conditions, has a certain practical significance.

　　Key words: municipal solid waste; multistage; differential speed; crush; molding

　　0 引言

　　随着人们生活水平的逐渐提高， 对环境质量的要求 也 越 来 越 高 。 据 统 计， 2018 年， 中 国 城 市 生 活 垃 圾 ( MSW ) 清运量达 2.28 亿t， 垃圾产量巨大， 使部分城市 出现“垃圾围城”的困境[1] 。对于生活垃圾的已有现状， 国家高度重视， 在“十三五”规划中要求对生活垃圾进 行减量化 、无害化 、资源化处理 。对于垃圾的处理， 不 管是填埋 、焚烧 、热解或是气化， 破碎预处理是生活垃 圾减量化的重要步骤[2-4] 。破碎预处理即在外力作用下， 客服物料之间的内聚力， 将大件的垃圾破碎成小件垃圾， 以进一步减小垃圾体积， 便于集中运输和存放， 为回收、 焚烧等后续处理提供便利条件。


　　对于生活垃圾的破碎处理， 目前主要集中于对大件 垃圾的破碎处理 。而生活垃圾种类复杂 、体积量大， 包含大件 、小件 、软物和硬物， 各物料混杂在一起， 物理 性质相差较大， 未经筛选进入破碎机中破碎， 对刀具影 响较大; 破碎后物料尺寸需符合要求; 对于软物料， 如 塑料等也需解决其抗缠绕等问题 。因此， 为进一步解决 生活垃圾不同物料破碎问题， 以及进一步缩小破碎后体 积， 本文设计了生活垃圾多级破碎成型一体机， 通过多 级差速破碎， 实现各类生活垃圾的有效破碎， 通过设计 螺旋输送挤压器实现破碎后的垃圾快速成型， 以更好地 实现垃圾轻量化 、资源化， 无害化处理[5-8]。

　　1 破碎机的设计原理

　　针对 生 活 垃 圾 的 含 量 种 类 (瓜 皮 、鱼 刺 、骨 头 、 塑料袋等) 多样性， 提出对生活垃圾进行多级差速破 碎处理的方法， 为进一步减小垃圾体积， 将该方法与 成型方法结合， 设计了多级破碎成型一体机 。该装置主要包括破碎区部分和成型区部分 。破碎区又分别由 一级破碎区和二级破碎区组成 。一级破碎区 (硬物垃 圾破碎区) 主要用于鱼刺和骨头等硬物垃圾的破碎， 对于瓜皮和塑料袋等软物垃圾仅初次破碎 。这主要是 由于塑料袋等软物垃圾的特有物理特性导致其在一级 破碎机区破碎效果不佳 。二级破碎区 (软物垃圾破碎 区) 主要对一级破碎过程中未破碎完全的垃圾进行再 次破碎， 尤其是软物垃圾 。成型区设计了螺旋挤压器， 通过螺旋输送物料至挤压区， 进行挤压成型， 为了保 证其成型效果， 破碎后的垃圾可添加辅助原料， 如木 屑 、碎秸秆 、石灰 、少量粘接剂等， 将辅助原料与破 碎的垃圾均匀混合后再进行挤压成型， 可促进其成型 效果 。

　　2 破碎机的结构设计

　　2.1 整机结构

　　该多级生活垃圾破碎成型一体机的总装图如图 1 所 示 。主要包括了进料口 、一级破碎区 、二级破碎区 、混 合区 、成型挤压区 、螺旋传输区 、减速电机和支架 。破 碎区和成型区的设计参数分别如表 1 和表 2 所示。


　　整机通过 3 个减速机分别对一级破碎 、二级破碎 、 混合成型提供动力， 一级破碎与二级破碎分别通过两组 啮合齿轮传递运动， 且两组啮合的齿轮为不等大， 主要 是使两对破碎滚产生相对运动速度差以达到差速破碎， 提高破碎效果。

　　四轴双级生活垃圾破碎成型一体机的整个工作流程 如图 2 所示， 包括生活垃圾的投放 、生活垃圾破碎 ( 一 级破碎后再进行二级破碎)、 混合物料 (在破碎后的垃圾 中添加辅助添加剂并均匀混合， 配制成具有一定粘性的 混合物料)、 传输物料 、挤压物料 、物料成型几个阶段， 通过这一系列流程， 是实现对垃圾的有效破碎和成型， 以达到对垃圾的减量化处理。


　　生活垃圾通过人工或自动上料器完成物料的投放， 投放的垃圾由进料斗进入破碎区， 通过一级破碎将垃圾 中的体积较大或较硬的鱼刺或骨头等进行初次破碎， 待 符合下落的尺寸要求后， 通过一级破碎区的双破碎滚相 对转动将垃圾转入二级破碎区 。二级破碎区采用的是双 破碎滚紧凑安装， 并保留较小的滚刀间距， 以便对垃圾 进行二次精细化破碎， 且二级破碎齿的自身结构特点将 对生活垃圾中存在的柔性软物垃圾 (如塑料袋 、碎布条 等) 进行有效地剪切破碎 。经二级破碎后的垃圾在转入 挤压成型区完成物料成型， 辅助添加剂 (如木屑 、石 灰 、粘接剂等) 由进料口进行投放， 并与破碎后的垃圾 进行均匀混合 。添加辅助添加剂不仅能有效吸收生活 垃圾中的水分， 以便达到成型含水量的要求[9- 10]， 也能 进一步加强垃圾物料之间的粘合， 对于实现垃圾的稳 定成型， 进而实现其垃圾的减量化处理具有较大的现 实意义 。

　　2.2 破碎刀结构设计

　　破碎刀结构如图 3 所示， 采用组装式机架滚刀， 其 主要包括刀刃 、刀盘 、刀刃定位安装孔 、刀盘安装孔， 采用八边形内孔定位于破碎轴上， 以减少或消除不必要 的键槽孔， 改善破碎轴抗扭 、抗弯曲强度等性能 。刀刃 使用螺栓与刀刃定位安装孔紧固刀刃与刀盘上， 刀刃的设计采用了侧倾角为 80° 的刀刃， 减小因破碎垃圾时产 生过大的破碎冲击力， 且刀刃采用硬质合金材料[11- 12]。


　　破碎滚安装方式如图 4 所示， 采用 15° 角螺旋错开式 安装， 以保证各种垃圾被渐进破碎， 减小破碎阻力 。各 破碎刀盘之间装有隔环， 主要是防止在破碎过程中过大 的冲击力导致零件损坏 。为紧固其隔环与破碎刀， 两端 分别配备锁紧螺母对其进行夹紧 。通过以上方式安装刀 具， 既保证了对各种垃圾的有效破碎， 也延长了装置的 使用寿命。


　　2.3 螺旋输送挤压器的设计

　　螺旋输送挤压器结构如图 5 所示 。主要由减速机 、 联轴器 、耐磨套 、混合腔 、混合轴桨 、输送管 、螺旋输 送器 、螺旋挤压器 、挤压出料口 、接料板组成 。其工作 过程主要是通过电机驱动实现桨叶转动， 桨叶在转动过 程中对物料进行搅拌， 从而完成物料的均匀混合; 混合 均匀后的物料再经螺旋输送至螺旋出口处， 在螺旋锥度 段实现变体积挤压， 最后完成对物料的挤压成型， 从而 达到对垃圾的减量化处理。


　　3 结束语

　　破碎机在生活垃圾预处理过程中非常重要， 其能够提高生活垃圾的处置效率和资源化利用 。为更好地处理 生活垃圾中的复杂物料， 也为更好地缩小破碎物料体积， 本文设计了生活垃圾多级破碎成型一体机， 并详细分析 了破碎机的工作原理 、结构设计以及关键零部件设计。


　　破碎部分主要采用双级破碎的方式， 实现两组不等 大的啮合齿轮传动， 进而驱动破碎滚转动， 并由其转动 过程中产生的速度差， 实现差速破碎物料， 以提高物料 破碎效率 。成型部分， 设计了螺旋输送挤压器 。以破碎 的生活垃圾掺混生物质为实验原料， 在挤压成型区绕有 电阻丝 。 电阻丝产生的热可使生物质中的木质素软化起 到粘接作用， 实现物料的挤压粘接， 提高其成型率和降 低成型料的延展性。

　　参考文献：

　　[1] 中华人民共和国国家统计局 . 中国统计年鉴[M]. 北京:中国统 计出版社,2019.

　　[2] 应雨轩,林晓青, 吴昂键,等 . 生活垃圾智慧焚烧的研究现状及 展望[J]. 化工学报,2021.72(2):886-900.

　　[3] 王玉梅 . 城市生活垃圾分类处理及经济效益分析[J]. 中国资源 综合利用,2019.37(11):97-99.

　　[4] Eswaraiah C, Gupta A, Nagarajan R, et al. Minimization of fines generation in size reduction of coals by impact crusher[J]. Fuel Processing Technology, 2008. 89(7):704-714.

　　[5] 郭大江,林顺洪,米林,等 . 生活垃圾破碎成型一体化处理系统 设计[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版), 2019. 21(5): 103- 107.

　　[6] 陈晓勇 . 城市袋装生活垃圾选择性破碎研究[J]. 机械传动 , 2006(1): 67-68.

　　[7] 王振海 ,傅磊 , 艾洪超 ,等 . 生活垃圾破碎机的开发[J]. 天津科 技, 2016. 43(8): 75-77.

　　[8] 吴剑 . 小型振动破碎机设计[J]. 铸造设备与工艺 ,2021(3):14-17.

　　[9] 赵啦啦,臧峰,王忠兵,等 . 差动分级齿辊式破碎机设计及运动 仿真[J]. 煤矿机械,2011(6):19-21.

　　[10] 盛金良, 高瑜刚,郝冰波 . 城市生活垃圾破袋破碎一体机性能 实验研究[J]. 环境卫生工程, 2016. 24(5): 38-40.

　　[11] 唐少让,黄美发,刘夫云 . 城市生活垃圾破碎机旋转刀的有限 元分析[J]. 世界科技研究与发展,2008.30(6):816-818.

　　[12] 巫忠民 . 剪切式生活垃圾破碎机刀具磨损分析及控制[J]. 江 西建材, 2017(17): 287-288.

关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/52258.html