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(kāi)發(fā)的研究熱點(diǎn)[1]。其中，塑料成型加工廠生產(chǎn)制品過(guò)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(dòng)吸塑包裝機(jī)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，塑料片材通過(guò)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(guò)沖床將大張的片材用刀模分切成單個(gè)產(chǎn)品。通過(guò)沖床從吸塑裁切出塑料包裝后剩余的邊角料將在全自動(dòng)吸塑包裝機(jī)生產(chǎn)的同時(shí)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(jì)，一般的塑料加工平均會(huì)產(chǎn)生大約5%以上的邊腳廢料，而對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)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(wèn)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(jì)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(wèn)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(chǔ)料坑把料存在坑里后再裝袋。大部分的粉碎機(jī)都是以儲(chǔ)料盤(pán)儲(chǔ)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(chǔ)料桶后再把回收袋套在儲(chǔ)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(wèn)題。

針對(duì)以上問(wèn)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(guò)篩、鑼桿送料、儲(chǔ)料、下料稱重、自動(dòng)包裝等自動(dòng)化裝置，實(shí)現(xiàn)粉碎、包裝等全自動(dòng)化[2~3]。

1.1 整卷模式的送料、粉碎、過(guò)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(dòng)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(dòng)上料裝置。整卷模式的粉碎機(jī)組主要由升降傳動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)保護(hù)措施。整卷上料、粉碎、過(guò)篩等結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示，傳動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)小、牢固可靠等優(yōu)點(diǎn)。

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

機(jī)組具有自動(dòng)將通過(guò)曬網(wǎng)落料的顆粒通過(guò)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(cè)單元，一旦料滿，則粉碎電機(jī)將自動(dòng)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(wú)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(guó)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(dòng)稱量、自動(dòng)縫包等配套技術(shù)裝置

塑料粉碎機(jī)的整卷升送、粉碎、過(guò)篩等自動(dòng)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(shì)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(kù)，其粉碎速度只有每小時(shí)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(shí)。

為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，在整卷升送、粉碎、過(guò)篩、鑼桿上料等自動(dòng)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(dòng)稱量、自動(dòng)縫包等高自動(dòng)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(dòng)封包裝置等構(gòu)成。

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

（1）自動(dòng)稱量、自動(dòng)縫包等自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)及傳感器等構(gòu)成。工作原理是：儲(chǔ)料桶中物料通過(guò)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(hào)后，按預(yù)先設(shè)定好的程序值進(jìn)行控制，開(kāi)始進(jìn)行快速（快速、中加、慢加的同時(shí)）開(kāi)啟盛料門(mén)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(jì)量）時(shí)，停止快速加料信號(hào)輸出；進(jìn)行中速（中加、慢加同時(shí)）給料，當(dāng)重量叟Y（Y：為中速落料目標(biāo)重量，需精計(jì)量）時(shí)，停止中加信號(hào)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(jì)量）時(shí)，停止慢加信號(hào)輸出給料門(mén)安全關(guān)閉，定值稱量完成。物料袋自動(dòng)松開(kāi)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。縫包機(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(dòng)把裝滿塑料的編織袋送到縫包機(jī)自動(dòng)縫包，至此自動(dòng)送料、粉碎、過(guò)篩網(wǎng)出料，鑼桿提升送料至儲(chǔ)料桶并過(guò)稱縫包工序全部完成。

（2）自動(dòng)稱量、自動(dòng)縫包技術(shù)特點(diǎn)

一是，具有自動(dòng)送料、自動(dòng)稱量的功能，系統(tǒng)采用高、中、慢三速自動(dòng)控制下料，系統(tǒng)效率高，且根據(jù)包裝重量需求，可以自動(dòng)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(dòng)包裝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)整卷粉碎裝置由三菱PLC 自動(dòng)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(dòng)、自動(dòng)控制方式，手動(dòng)方式用于設(shè)備檢修、維護(hù)。同時(shí)，通過(guò)PLC 控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(zhǎng)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(dòng)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(xiàng)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(xiàng)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(shì)，從而使設(shè)備擁有十分顯著的節(jié)能效果。我們可以通過(guò)表2項(xiàng)目設(shè)備同傳統(tǒng)設(shè)備的功耗對(duì)比表進(jìn)行對(duì)比分析。

表2 項(xiàng)目設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的功耗對(duì)比

國(guó)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(xiàng)目研發(fā)設(shè)備的23.88 kW/T 功耗,傳統(tǒng)粉碎設(shè)備同項(xiàng)目設(shè)備耗能比率為235%。由此可見(jiàn)，整卷邊角塑料粉碎機(jī)組擁有優(yōu)勢(shì)顯著的節(jié)能特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)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(guò)PLC 自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)整卷上料、粉碎、過(guò)篩、稱重、縫包等全自動(dòng)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(chǎng)應(yīng)用前景較好。

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

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

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