生活垃圾破碎機的開發

王振海，傅 磊，艾洪超，何佩珍，孫希財

(1.天津百利陽光環保設備有限公司 天津300402；2.天津職業技術師范大學機械工程學院 天津300222)

生活垃圾破碎機的開發

王振海1，傅 磊2，艾洪超1，何佩珍1，孫希財1

(1.天津百利陽光環保設備有限公司 天津300402；2.天津職業技術師范大學機械工程學院 天津300222)

破碎機作為生活垃圾處理線的一個重要裝備，其作用是將大件垃圾破碎成所需尺寸，便于運輸、焚燒、制肥、造粒等后續工藝。以往公司的固廢處理線上的破碎機都采用進口產品，不僅費用高，供貨周期長，且受制于人。經過充分的市場調研和全面的技術論證，成功開發出了具有獨立知識產權的旋轉剪切式雙軸破碎機，產品獲多項中國實用新型專利。

生活垃圾 旋轉剪切式 雙軸 破碎機

0 引 言

國家“十三五”規劃綱要第10篇第43章第5節“大力發展循環經濟”中寫道：“實施循環發展引領計劃，推進生產和生活系統循環鏈接，加快廢棄物資源化利用。按照物質流和關聯度統籌產業布局，推進園區循環化改造，建設工農復合型循環經濟示范區，促進企業間、園區內、產業間耦合共生。推進城市礦山開發利用，做好工業固廢等大宗廢棄物資源化利用，加快建設城市餐廚廢棄物、建筑垃圾和廢舊紡織品等資源化利用和無害化處理系統，規范發展再制造。實行生產者責任延伸制度。健全再生資源回收利用網絡，加強生活垃圾分類回收與再生資源回收的銜接?！?/p>

生活垃圾處理是國家“十三五”重點投入的一個領域，破碎機作為生活垃圾處理線的一個重要裝備，其作用是將大件垃圾破碎成所需尺寸，便于運輸、焚燒、制肥、造粒等后續工藝。

目前，我們的固廢處理線上所用破碎機采用的都是進口產品，不僅費用高，供貨周期長，且受制于人。經過充分的市場調研和全面的技術論證，公司決定自行研發。

1 破碎機的構造

破碎機由電器控制系統、尾端法蘭、尾端軸承壓套、尾端軸承、尾端軸承內法蘭、尾端密封圈、尾端軸承隔套、刀軸、回轉刀盤、刀盤隔環、定刀、驅動端軸承隔套、驅動端密封圈、驅動端軸承、驅動端軸承壓套、驅動端法蘭、電動減速機、箱體等組成，如圖1所示。

圖1 破碎機總裝圖Fig.1 General assembly drawing of crusher

2 主要設計技術參數

破碎機設計技術參數如下：

型號：TBH-GP-J-500/1,900；

破碎腔尺寸：長1,900,mm×寬1,100,mm；

外型尺寸：長4,880,mm×寬2,700,mm×高2,600,mm；

處理量：20,t/h；

刀盤尺寸：φ500×60,mm；

刀盤結構：組合式(可拆卸)；

驅動方式：電機減速機。

3 工作原理

破碎機的工作原理是由兩臺電機減速機作為動力，各自電機減速機直接驅動破碎機的兩根破碎軸，以不同的旋轉方向及轉速作旋轉運動，每根破碎軸上裝有若干個破碎刀部件，數個隔環，第1根破碎軸裝配形式是1個破碎刀部件1個隔環，依次裝配共計若干個破碎部件，第2根破碎軸裝配形式是1個隔環1個破碎刀，依次裝配若干個破碎部件，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交錯排列，由于兩根破碎軸以不同的旋轉方向(對峙旋轉)及不同轉速運轉，所以兩根破碎軸上的破碎刀產生相對剪切運動，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行破碎的作用，破碎軸兩側裝有梳刀，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構框架，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的破碎精度。箱體部件還包括定刀部分，定刀是決定破碎機破碎精度的關鍵部件。

機座部件是支撐箱體部件和固定電機減速機的鋼結構框架。其材質均采用優質碳鋼型材。

4 破碎刀的設計

破碎刀的結構設計吸取了國外先進的結構形式，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，經過多次熱處理及表面處理。刀具使用壽命更長，達到同行業先進水平。

4.1 結構形式特征

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。設計了對稱刀盤和偏心刀盤兩種結構，如圖2、3所示。

圖2 回轉刀盤(對稱刀盤)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級以上、破碎后粒度尺度比較大的情況下，在雙刀軸使用情況下對刀之間相互作用有限；對稱刀盤容料槽尺度相對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

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

4.4 刀盤主要形態參數選取

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

刀盤排列轉角選取：回轉對稱刀盤沿螺線排列，通常選取的轉角范圍是5～60 °，如圖4所示。

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

刀盤到刃口端面跳動量的確定：為保證加工質量及效率，要求相對運動的相鄰刀盤面間距在0.1～0.2,mm范圍內，根據使用經驗刀刃端面軸向跳動μ≤0.2,mm。

跳動角α：刃口跳動相對主軸截面擺動角。

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 主軸的設計(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、抗彎曲強度可以改善總體性能，以此需要在結構形式、材料及其加工熱處理工藝方面進行相關試驗。

圖5 主軸設計示意圖Fig.5 Schematic of main shaft design

6 刀軸的裝配

刀軸裝配主要包括：回轉刀盤、主軸、刀盤隔環、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、維護保養便捷性等；需要綜合考慮各組件之間相互關系及主要影響因素分解。

總體性能通過改善組織結構、提高零部件功能性參數、使用可靠的新技術方案等來提高?？煽啃灾饕紤]關鍵承載組件工作可靠性，例如軸承、刀盤、主軸等。

對刀盤適當壓緊有利于保持其工作穩定性；有利于減小其與主軸接觸面的應力集中；有利于強化主軸剛度。但是預緊力要有合理的限度，過大的預緊力會對主軸造成不利影響。因此需要在結構布置及壓緊方法上采取相應的措施。

7 結 語

通過幾年的努力，成功開發出了具有天津百利陽光環保設備有限公司獨立知識產權的旋轉剪切式雙軸破碎機，產品已獲得多項中國實用新型專利，專利及專利號分別為：固體垃圾旋轉剪切式雙軸單破碎機，ZL 201,020,508,023.0；一種用于破碎機上的剪切裝置，ZL 200,920,250,959.5；移動式破碎機，ZL 20,1020,614,477.6；旋轉剪切式細破碎機，ZL 20,112,0,419,067.0；一種固體垃圾破碎機，ZL 201,120,421,332.9。

開發的多款多個型號的破碎機已逐步投放到市場，產品受到客戶的好評，性能指標達到國際同類產品的水平，取得了巨大的經濟效益，成為公司的一個新的經濟增長點，同時取得了良好的社會效益，產品獲得了天津市河北區科學技術進步一等獎。

對于產品存在的不足，我們將進一步優化結構設計，提高破碎刀的使用壽命，降低成本?！?/p>

［1］ 破碎設備安全要求[S]. GB 18452—2001.

［2］ 成大先. 機械設計手冊[M]. 5版，北京：化學工業出版社，2007.

［3］ 王振海，孫濤，劉昆，等. Q/12YJ4287-2013固體垃圾處理機標準[S]. 天津百利環保有限公司，2013.

Development of a Household Refuse Crusher Machine

WANG Zhenhai1，FU 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