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城市生活垃圾破包機
摘要 生活垃圾是指在日常生活中或者為城市日常生活提供服務(wù)的活動中產(chǎn)生的固體廢物，以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體廢物，是人類生活中必產(chǎn)生的一種成分相當復雜的異質(zhì)混合體。主要包括裝修后的磚瓦陶瓷、渣土、散落的砂漿和混凝土碎塊、細屑玻璃、金屬等各種裝飾裝修和包裝廢物餐廚類垃圾主要包括蔬菜、植物及動物等尸體，水果果皮及果核等廢舊家電類大件垃圾主要包括家用和單位用的木質(zhì)廢家具及廢家電等集貿(mào)市場類垃圾，主要包括菜皮、禽類和水產(chǎn)類加工廢物等。目前家庭垃圾均是裝入塑料袋中再扔到垃圾桶，因為塑料不易降解，市政部門將所有垃圾收集后要進行分離，現(xiàn)有技術(shù)分離效果不佳。本課題設(shè)計一款能夠完全的分離的裝置，通過優(yōu)化分析，得出經(jīng)濟可靠地方案。
關(guān)鍵詞 垃圾處理； 破包機； 經(jīng)濟型。
ABSTRACT
Life garbage refers to solid waste generated in daily life or to provide services for the city's daily life activities, as well as the laws, administrative regulations as solid waste city life garbage, is a component of heterogeneity will produce in the life of human beings is complex mixture. Including decoration, ceramic tile, residue, scattered mortar and concrete fragments, fines of glass, metal and other decoration and packaging waste and kitchen garbage including vegetables, plants and animal bodies, fruit peel and fruit stone waste home appliance kind of bulky waste includes household and units to use waste and waste wood furniture household appliances market garbage, including vegetable leather, poultry and aquatic processing waste. At present, the household garbage are packed in a plastic bag and then thrown into the trash, because the plastic is not easy to degrade, municipal departments will all garbage collection should be carried out after the separation, the existing technology poor separation effect. Design a complete separation of the subject, through the optimization analysis, the economic and reliable.
KEY WORDS Waste disposal; breaker; economy.
目 錄
前 言 5
1. 緒論 7
1.1. 研究意義 7
1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 8
1.3. 研究內(nèi)容 10
2. 總體方案設(shè)計 11
2.1. 方案擬定 11
2.2. 方案的選擇； 11
2.2.1. 動力源 11
2.2.2. 減速形式 11
2.2.3. 輸送方式 11
3. 刀具設(shè)計計算 12
3.1. 刀具方案 12
3.2. 材料選擇 13
3.2.1. 刀盤 13
3.3. 刀盤有限元分析 13
3.4. 刀盤座 15
3.5. 刀盤軸設(shè)計計算 16
3.5.1. 軸的總體設(shè)計信息 16
3.5.2. 確定軸的最小直徑 16
3.5.3. 軸的結(jié)構(gòu)造型 17
3.5.4. 支反力計算 17
3.5.5. 內(nèi)力 17
3.5.6. 彎曲應(yīng)力校核 18
4. 總體外形設(shè)計 19
4.1. 方案布置 19
5. 輸送帶的設(shè)計計算 20
2） 電動機功率計算 22
6. 帶傳動和螺旋輸送機的設(shè)計 23
6.1. 總體方案設(shè)計 23
6.1.1. 進料輸送滾筒驅(qū)動設(shè)計 23
6.1.2. 進料輸送帶設(shè)計 25
6.1.3. 刀軸驅(qū)動皮帶 26
6.1.4. 螺旋輸送機驅(qū)動 27
6.2. 設(shè)備的工作要求 29
6.2.1. 螺旋輸送機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 29
6.2.2. 螺旋輸送機機體的設(shè)計 29
6.2.3. 輸送機的螺旋直徑和螺旋軸的轉(zhuǎn)速 29
6.2.4. 螺旋輸送機的功率計算和驅(qū)動裝置的型號選擇 31
6.2.5. 螺旋葉片的表面展開尺寸 32
6.3. 驅(qū)動端裝置的設(shè)計 32
6.3.1. 驅(qū)動端軸的最小直徑的確定 32
6.3.2. 中間軸承裝置 33
6.4. 尾端裝置的設(shè)計 34
6.4.1. 計算軸的最小直徑 34
6.5. 輔助減速機設(shè)計 34
7. 軸承校驗 35
結(jié)論 36
致謝 39
前 言
現(xiàn)代社會隨著工業(yè)的發(fā)展以及我們對物質(zhì)的需求越來越廣泛，地球上能源和資源的消耗越來越大，有些社會機構(gòu)甚至已經(jīng)開始計算，我們那些已經(jīng)探明礦產(chǎn)資源的開采還能維持多久。正是由于這樣的擔憂，我們不得不為我們的將來考慮，將來在資源耗盡以后我們拿什么來維持社會的發(fā)展和穩(wěn)定！近十幾年，很多科學家都在嘗試著發(fā)現(xiàn)其他的可以代替的能源資源，但是效果并不理想或者說是還沒有找到可以解決問題的辦法！
那么，在還不能完全解決資源危機之前，當下我們應(yīng)該想辦法去延緩資源的消耗。有一個詞會進入我們的腦?！厥绽?！我們可以對垃圾或者廢品進行資源的回收再利用，精簡節(jié)約的利用資源。
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的加快，城市生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的垃圾廢物也日益增多。城市生活垃圾的大量增加，使得垃圾處理日趨困難，由此而來的環(huán)境污染等問題逐漸的引起社會的關(guān)注。進年來，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量每年以10%的速度迅速增長，而城市生活垃圾處理能力相對滯后。
中國是一個正在高速發(fā)展的發(fā)展中國家，城市化的進程越來越快，城市的人口也在逐年增加，人們對于生活品質(zhì)以及資源環(huán)保等方面的意識也不斷的增強，面對一個幾百萬甚至上千萬人口的城市，一天的生活垃圾那是個很龐大的數(shù)字，如何處理這些生活垃圾在能源和環(huán)保方面有很重要的意義。科技的發(fā)展使得我們可以對其進行回收再利用。而垃圾破包機的設(shè)計在生活垃圾的處理中就有了很重要的意義！破袋是垃圾預處理中首先該解決的。它使得垃圾的處理更自動化、機械化，一定程度上提高了處理的效率節(jié)約了人力資源。
另一方面，大、中城市龐大人口壓力，每天、每月、每年產(chǎn)生的生活垃圾，本身就造成了環(huán)境的污染。目前，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量以每年10%的速度增長，而城市的垃圾處理能力發(fā)展相對滯后。解決城市生活垃圾問題已經(jīng)迫在眉睫?，F(xiàn)在城市生活垃圾處理的方法主要有填埋、焚燒和堆肥，在進行這些處理之前，我們先得將生活垃圾分類，而在分類之前我們得將生活垃圾破袋預處理。在預處理中破包機就起了關(guān)鍵的作用，它的效率直接影響城市生活垃圾的處理效率。
所以，在環(huán)保方面垃圾破包機也擔負著重要的作用。
為了解決城市的垃圾問題，世界上各國都投入了大量的人力物力，研制了一些垃圾處理方法和技術(shù)。在我國，因為對城市生活垃圾實施處理的實踐比較遲，目前國內(nèi)對袋裝垃圾破袋破碎與分選技術(shù)一體的研究與專用設(shè)備的開發(fā)起步較晚，處理的手段落后，難以實現(xiàn)機械化與自動化作業(yè)。目前的處理工藝主要有：
第一種方式為直接進行人工初選，然后進行篩選和人工分選。這種處理方法比較低級處理也比較簡陋。
第二種方式先對袋裝垃圾進行破袋，再進行篩選和人工分選。這種方法主要參考了歐美等國家的設(shè)備進行垃圾處理。國外的生活垃圾是分類袋裝收集，而我們國家暫時達不到這個要求，我國的生活垃圾是混合袋裝收集，所以國外的生活垃圾處理方式并不適合我國國情。
第三種方法在對袋裝垃圾進行破袋的同時，對垃圾中的大塊物料進行選擇性的破碎和分選，再進行篩分和人工的分選。
而我國的城市生活垃圾主要以居民生活垃圾為主，主要由易腐蝕物、煤炭、泥沙、塑料、紙類等構(gòu)成，成份復雜結(jié)構(gòu)變化大又很不均勻，不同于國外的可以分類收集。如果參照國外的垃圾處理方式，用告訴沖擊、剪切為主進行破袋，弊端很多。那些無機脆性物過度的破碎中間混合含水量很高的有機垃圾就無法有效的分離，直接影響有機肥料的質(zhì)量。特別是廢電池等有重金屬的垃圾破碎后，不但難分離，而且會析出液體造成污染。另外，處理中纏繞現(xiàn)象時有發(fā)生影響設(shè)備的工作。同時能耗、噪音也很大。
針對我國垃圾處理的現(xiàn)狀，我們需要開發(fā)出適合我國國情的垃圾破袋破碎分選設(shè)備，設(shè)備的發(fā)展趨勢要求在對袋裝垃圾進行破帶的同時，對垃圾中大塊物料進行選擇性破碎，并對垃圾物料進行分選，對纏繞設(shè)備的物料清除，再進行篩分和人工分選，使資源得到有效的回收利用。
隨著科技的發(fā)展，對破包機的設(shè)計會更人性化、效率化。設(shè)計合理的結(jié)構(gòu)，提高其破袋率，進行選擇性的破包同時降低能耗和噪音，這是城市生活垃圾破包機發(fā)展的方向！
1. 緒論
1.1. 研究意義
生活垃圾是指在日常生活中或者為城市日常生活提供服務(wù)的活動中產(chǎn)生的固體廢物，以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體廢物，是人類生活中必產(chǎn)生的一種成分相當復雜的異質(zhì)混合體。主要包括裝修后的磚瓦陶瓷、渣土、散落的砂漿和混凝土碎塊、細屑玻璃、金屬等各種裝飾裝修和包裝廢物餐廚類垃圾主要包括蔬菜、植物及動物等尸體，水果果皮及果核等廢舊家電類大件垃圾主要包括家用和單位用的木質(zhì)廢家具及廢家電等集貿(mào)市場類垃圾，主要包括菜皮、禽類和水產(chǎn)類加工廢物等。
日常生活中，生活垃圾幾乎已經(jīng)無處不在。每天我們都在生產(chǎn)無數(shù)的生活垃圾。而隨著生活水平的日益提高，生活垃圾的成分日趨復雜，垃圾處理處置方法與消融減容的矛盾日益突出，危害越來越嚴重，成為世界性的一大公害。垃圾的產(chǎn)生著伴隨異味、細菌、環(huán)境污染。垃圾處理問題已經(jīng)成為必須面對的一大難題。而對于城市這樣人口密集的地方，垃圾處理問題尤為突出。
據(jù)資料顯示，我國目前城市年人均垃圾產(chǎn)量為440千克。垃圾量的增長速度已經(jīng)快于GDP的增長速度。與此同時，我國的垃圾處理率僅為57. 3%，真正達到處理技術(shù)標準和資源化利用的比例更低，大量的城市垃圾以露天堆積的方式堆積在城市周圍，或僅僅簡易填埋處理，對城市居民的身心健康和周圍環(huán)境帶來嚴重的危害，用大量的土地填埋、焚燒帶來空氣污染，而且也造成垃圾中的許多可回收利用的資源的極大浪費。
因此，城市垃圾分類回收能更好地實現(xiàn)垃圾資源化，是垃圾產(chǎn)業(yè)化的必由之路。隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，我國垃圾資源化的能力也將得到更大發(fā)展。垃圾資源化帶來的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益均是客觀的。1噸廢紙，可造0.85噸好紙，可節(jié)省木材，可少砍棵17大樹，節(jié)約堿300kg，比生產(chǎn)等量紙減少污染74%，廢塑料占生活垃圾的%3一7%，1噸廢塑料可回煉600Kg無鉛汽油和柴油1噸易拉罐熔化后可結(jié)成1噸很好的鋁塊，可少采20噸鋁礦，廚房垃圾經(jīng)過生物技術(shù)就地處理堆肥，每噸可生產(chǎn)0.3噸有機肥料。垃圾分類回收后，使有用的垃圾重新進入到物質(zhì)的循環(huán)過程中，使垃圾達到減量化。降低垃圾運輸、處理費用，增加經(jīng)濟效益。
現(xiàn)今，居民大多還是將各種垃圾混合投放，制約了垃圾無害化處理的發(fā)展。因此在我國，
垃圾無害化處理依然是個難題，垃圾分類成為垃圾處理過程中的瓶頸。我國城市居民垃圾分類意識欠缺，可回收物垃圾桶形同虛設(shè)。北京市市政管理委員會高級工程師王維平曾告訴記者說“目前城市中大部分居民還沒有對生活垃圾進行分類的習慣，這是造成大量可回收物進入填埋場的原因之一。但是，居民分類意識的形成并非一日之功。所以，目前，只能依靠機械或者手工來完成垃圾分類的工作。由于垃圾場的環(huán)境十分惡劣，因此，為了解放這部分的人力，垃圾分類處理設(shè)備就尤為重要。集中處理垃圾的設(shè)備，通常包含幾個部分，即：破袋機，篩選機，和后期的分類機。
破袋機主要用于破開塑料垃圾袋，使里面的垃圾可以充分混合，打散，利于下一步的過濾篩分，目前家庭垃圾均是裝入塑料袋中再扔到垃圾桶，因為塑料不易降解，市政部門將所有垃圾收集后要進行分離，現(xiàn)有技術(shù)分離效果不佳。本課題設(shè)計一款能夠完全的分離的裝置。
1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外一些發(fā)達國家從60年代起由于資源緊張和環(huán)境惡化就開始重視和研究垃圾分類收集問題，并于70年代逐步開始實施垃圾分類收集和處理。國外的垃圾分類收集水平較高，也比較細致，這主要與國外發(fā)達的經(jīng)濟水平、居民較高的文化素養(yǎng)以及政府的大量資金投入以及相應(yīng)政策的制定、配套設(shè)施的建設(shè)等息息相關(guān)。
日本，被賦予“不產(chǎn)生廢料垃圾”的美譽。日本垃圾分類精細，垃圾最大分類有可燃物、
不可燃物、資源類、粗大垃圾，這幾類再細分為若干子項目。在回收方面，有的社區(qū)擺放著一排分類垃圾箱，有的沒有垃圾箱而是規(guī)定在每周特定時間把特定的垃圾放在特定地點，有專人及時拉走，送到各種垃圾處理場廠。 日本垃圾處理方式多樣，最重要式有垃圾焚燒、垃圾生物降解。垃圾再利用方面，最要有以焚燒生活垃圾時產(chǎn)生的灰渣、污泥等廢棄物為主原料生產(chǎn)環(huán)保水泥新型可再生利用的樹脂材料的應(yīng)用及回收垃圾發(fā)電廢紙?zhí)幚淼取Ｔ诶幚矸矫鎽?yīng)用的設(shè)備主要是廚房垃圾縮減機、廢油分解機等。
美國和德國主要采用立法的方式對垃圾的回收、處理和綜合利用進行規(guī)范管理，以達到垃圾減量化、資源化，回收利用和回收再利用的目的。
目前一些發(fā)達國家的絕大部分垃圾通過分選，回收金屬、紙張、塑料等，易腐有機物進行發(fā)酵制沼氣和有機肥，對不能回收和發(fā)酵的廢物則進行焚燒，實現(xiàn)了最大程度、最低成本和最簡易作業(yè)地回收資源，實現(xiàn)了垃圾處理的減量化和資源化。其垃圾的分類收運分類處置流程圖如下：
圖1-1先進國家及地區(qū)垃圾分類收運、分類處置流程
發(fā)達國家選擇生活垃圾處理方式的一般原則是：首先是通過分類收集盡可能對生活垃圾中的有用物質(zhì)進行回收和循環(huán)利用；其次是盡可能對生活垃圾中的可生物降解物進行堆肥處理；再次是盡可能對生活垃圾中的可燃物進行焚燒處理；最后是對不能進行其他處理的垃圾進行填埋處置。
1、提倡分類收集和回收利用
對生活垃圾盡可能進行回收和循環(huán)利用，最有效的途徑是盡可能對生活垃圾實施分類收集。這是發(fā)達國家在實踐中形成的共識。
2、鼓勵有機垃圾堆肥處理
生活垃圾堆肥（包括厭氧消化）處理在發(fā)達國家也屬于資源回收利用的范疇，生活垃圾分類收集方式為其提供了良好的發(fā)展條件。在各種堆肥方法中，目前應(yīng)用最多的仍是條形堆肥和家庭倉式堆肥等低成本堆肥系統(tǒng)。
3、穩(wěn)步發(fā)展垃圾焚燒技術(shù)
垃圾焚燒處理已有一百多年歷史，但出現(xiàn)有控制的焚燒（煙氣處理、余熱利用等）只是近幾十年的事。它與垃圾填埋處理相比，具有占地面積小、選址較容易，處理快速、減量化顯著，無害化較徹底以及可回收焚燒余熱等優(yōu)點，在發(fā)達國家得到越來越廣泛的應(yīng)用。預計在將來垃圾焚燒技術(shù)仍會繼續(xù)得到發(fā)展。
4、衛(wèi)生填埋是垃圾處理的基本方式
我國現(xiàn)行生活垃圾的處理方法，同樣是堆肥、焚燒和衛(wèi)生填埋。但是，由于我國在垃圾源頭收集的部分就沒有做到分類收集，致使后續(xù)的處理受到影響。玻璃等不易降解成分的存在使堆肥的質(zhì)量下降，同時毒重金屬等的物質(zhì)會下滲到地下水中，造成水污染。因此，要耗費大量人力物力制造防水層來防止這些問題。含有塑料袋組分的垃圾焚燒時，會產(chǎn)生大量的二噁英等物質(zhì)，極大污染環(huán)境。
因此在處理垃圾的系統(tǒng)中，需要一系列的設(shè)備來完成對垃圾的分類。特別是，可回收物、玻璃和塑料袋等分選出來，減少資源的浪費，減少處理垃圾的危害。
目前分類處理工藝主要有以下三種：
第一種方式為直接進行人工初選，然后進行篩選和人工分選。這種方法的水平比較低，主要用于國內(nèi)生活垃圾處理廠比較簡陋的工藝方式。
第二種方式為先對袋裝生活垃圾進行破袋，再進行篩選和人工分選。
第三種方式為在對袋裝垃圾進行破袋后，對生活垃圾中的大塊物料進行選擇性破碎和分選，再進行篩分和人工分選。
國內(nèi)對于垃圾的處理，有兩個大的方向，一方面針對大中型垃圾處理場，有一整套的垃圾處理設(shè)備，從運輸?shù)蕉逊剩贌奶幚斫K端。但大多都經(jīng)過粉碎處理，垃圾分類處理的效果不明顯。垃圾分類處理的設(shè)備目前比較欠缺。另一方面，出現(xiàn)了很多小型的針對小型垃圾的分類機，直接分類到終端。分有機物和無機物等幾類。這類垃圾分類機械申請了專利，大部分垃圾分類機的分類原理主要是以生活垃圾的體積大小、輕重、軟硬上通過機械運動而分類。還有一些是基于全自動智能垃圾分類機的研究。
1.3. 研究內(nèi)容
垃圾破包機,有一組機架,機架中安裝軋輥,軋輥上安裝破碎利器,軋輥由動力和傳動機構(gòu)所帶動,其軋輥上的破碎利器是破碎板,破碎板的邊緣制有齒針。本實用新型是垃圾處理系統(tǒng)中的設(shè)備的一個組成部分,是采用旋轉(zhuǎn)中的破碎板上的齒針軋入垃圾包中,加上群體軋輥和滿布破碎板的本身,對垃圾進行擠壓、切割、互相撕拉、攪動等一系列作用,可將一切生活垃圾破碎,具有工作效率高,破碎效果好,使用壽命長等特點。
2. 總體方案設(shè)計
2.1. 方案擬定
結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，對垃圾袋自動分離裝置給出以下設(shè)計方案：
結(jié)構(gòu)組成
方案
A
B
C
動力源
電機
汽油機
柴油機
減速形式
斜齒輪減速
渦輪蝸桿減速
擺線針輪減速機
輸送方式（分離前）
螺旋輸送
皮帶輸送
刮板輸送
輸送方式（分離后）
螺旋輸送
皮帶輸送
刮板輸送
2.2. 方案的選擇；
2.2.1. 動力源
動力源可以選擇電機拖動，汽油機拖動，柴油機拖動，根據(jù)實際要求汽油機和柴油機噪音大，對環(huán)境污染大，占用空間大，選用電機拖動，工作現(xiàn)場能滿足電力要求，根據(jù)設(shè)備工作環(huán)境，軸向旋轉(zhuǎn)在兩個垂直平面上，選用以個電機需要渦輪蝸桿或錐齒輪傳動，結(jié)構(gòu)復雜，初步選用主電機為1.5Kw，輔助電機為0.25Kw兩電機方案。
2.2.2. 減速形式
選用現(xiàn)有的斜齒輪減速結(jié)構(gòu)，配合電機，選用NRF87,NRF37減速機，具有結(jié)構(gòu)緊湊，壽命高等優(yōu)點。
2.2.3. 輸送方式
帶式輸送機，螺旋輸送機，振動式輸送機，刮板輸送機，斗式提升機，垃圾由料斗進入輸送帶后，在分離刀具前被平穩(wěn)的運送到分割刀具處，這時需要選用平帶輸送方式，分離后，為了能強制輸出，這時選用螺旋輸送方式效果更好。
3. 刀具設(shè)計計算
3.1. 刀具方案
選用雙旋轉(zhuǎn)刀形式，六齒，旋轉(zhuǎn)方向和垃圾輸送方向一致。
刀盤直徑為80，刀尖直徑為180，這樣可以使垃圾袋全部破開，并能順勢把垃圾袋向上向后送出。
3.2. 材料選擇
3.2.1. 刀盤
選用45#鋼刀印淬火處理。
3.3. 刀盤有限元分析
根據(jù)實際處理物體，自重約4Kg，切割時受沖擊，取系數(shù)為3，則反作用力為
F=40*9.8*3=1176N
現(xiàn)結(jié)合proe5.0軟件對刀具進行有限元分析：
步驟如下：
建模并進入有限元分析界面
添加約束、載荷、材料屬性
創(chuàng)建靜力分析
經(jīng)分析可知，最大應(yīng)力為125.4MP≤244（45#許用應(yīng)力）
滿足設(shè)計要求。
3.4. 刀盤座
選用普通碳鋼。
3.5. 刀盤軸設(shè)計計算
軸的設(shè)計過程如下：
3.5.1. 軸的總體設(shè)計信息
軸的編號：001軸的名稱：圓形截面階梯軸
軸的轉(zhuǎn)向方式：單向脈動軸的工作情況：無腐蝕條件
軸的轉(zhuǎn)速：100r/min功率:0.2kW轉(zhuǎn)矩：19100N·mm
所設(shè)計的軸是實心軸
材料牌號：Q235,Q235F硬度(HB)：230
抗拉強度：440MPa屈服點：240MPa
彎曲疲勞極限：180MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限：105MPa
許用靜應(yīng)力：176MPa許用疲勞應(yīng)力：120MPa
3.5.2. 確定軸的最小直徑
所設(shè)計的軸是實心軸
A值為：118許用剪應(yīng)力范圍：30～40MPa
最小直徑的理論計算值：14.87mm滿足設(shè)計的最小軸徑：30mm
3.5.3. 軸的結(jié)構(gòu)造型
軸各段直徑長度：長度直徑
24mm 40mm
81mm 50mm
300mm 30mm
120mm 30mm
300mm 30mm
30mm 30mm
軸的總長度：855mm軸的段數(shù)：6
軸段的載荷信息：
直徑距左端距離垂直面剪力垂直面彎矩水平面剪力水平面彎矩軸向扭矩
40mm 12mm 500N 100N·mm 0N 0N·mm 0N·mm
30mm 255mm 50N 100N·mm 0N 0N·mm 0N·mm
30mm 465mm 50N 100N·mm 0N 0N·mm 0N·mm
30mm 675mm 0N 10N·mm 0N 0N·mm 0N·mm
軸所受支撐的信息：直徑距左端距離
50mm 64.5mm
30mm 840mm
3.5.4. 支反力計算
距左端距離水平支反力Rh1垂直支反力Rv1
64.5mm 0N-596.11N
距左端距離水平支反力Rh2垂直支反力Rv2
840mm 0N-3.83N
3.5.5. 內(nèi)力
x/mm d/mm m1/N·mm m2/N·mm
12 40 0 100
64.5 50 26350 26350
255 30 8041.04 8141.04
465 30 1542.04 1442.03
675 30 625.12 615.11
840 30 26.73 26.73
3.5.6. 彎曲應(yīng)力校核
危險截面的x坐標：255mm直徑：30mm
危險截面的彎矩M：263500N·mm扭矩T：100N·mm
截面的計算工作應(yīng)力：97.59MPa許用疲勞應(yīng)力：120MPa
255mm處彎曲應(yīng)力校核通過
危險截面的x坐標：255mm直徑：30mm
危險截面的彎矩M：263500N·mm扭矩T：100N·mm
截面的計算工作應(yīng)力：97.59MPa許用疲勞應(yīng)力：120MPa
255mm處彎曲應(yīng)力校核通過
危險截面的x坐標：255mm 直徑：30mm
危險截面的彎矩M：263500N·mm 扭矩T：100N·mm
截面的計算工作應(yīng)力：97.59MPa 許用疲勞應(yīng)力：120MPa
255mm處彎曲應(yīng)力校核通過
危險截面的x坐標：255mm 直徑：30mm
危險截面的彎矩M：263500N·mm 扭矩T：100N·mm
截面的計算工作應(yīng)力：97.59MPa 許用疲勞應(yīng)力：120MPa
255mm處彎曲應(yīng)力校核通過。
4. 總體外形設(shè)計
4.1. 方案布置
通過上面布局尺寸分析：滿足總體尺寸3.5m*2.5m*2.2m要求。
5. 輸送帶的設(shè)計計算
1）帶寬的確定
件料輸送
輸送件料時，帶寬應(yīng)比貨件的橫向尺寸大50-100mm，貨件對輸送帶的比壓應(yīng)小于5KPA，帶速一般取1.5m/s以下。
根據(jù)要求，單機分離速度30個/分鐘，單重平均為4Kg：
輸送能力 : Q=3.6*(Gv/a) (t/h)
式中 G-----貨件單件質(zhì)量，kg;
a------件料間距（含自身長度），m；
v------帶速，m/s 。
由已知可知 G=4kg
a=0.2m
v=0.2m/s
可知 帶寬L=680 mm
帶速v=0.2m/s
輸送能力Q= 7.2 t/h
2）輸送帶的選用
帶寬b=680mm
抗拉體材料：尼龍帆布
型號：NN-100
每層扯斷強度
每層厚度
每層重量m=1.02
3）輸送機總阻力的計算
1、選擇平行托輥形式,普通輥子
D=300mm
L=750mm
軸承型號：
旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量4.78kg
2、選擇傳動滾筒（膠面）
許用轉(zhuǎn)矩M=
許用合力F=49Kn
D=300mm
軸承型號：1316
轉(zhuǎn)動慣量J=6kg
3、計算總阻力
帶式輸送機長度：L=1660mm
查表得模擬摩擦系數(shù)f=0.02
重力加速度g=9.81
查表得輸送帶每米質(zhì)量=5.02
傾角
求得 Fu=611.44N
4）帶式輸送機功率的計算
傳動效率
=
=0.136 KW
5）輸送帶的最大張力F1
查表得傳動滾筒與橡膠帶間摩擦系數(shù)0.4
橡膠帶在滾筒上圍包角
F1=963.02 N
6）輸送帶的強度（輸送帶層數(shù)）
Z
安全系數(shù)n=10
Z=1.9 取 2
所以選用四層強度合適
7）滾筒轉(zhuǎn)速的計算
n=
n=100r/min
3.2傳動功率的計算
1） 傳動軸功率（）計算
傳動滾筒軸功率（）
2） 電動機功率計算
電動機功率
式中——傳動效率，一般在0.85~0.95之間選取；
——聯(lián)軸器效率；
每個機械式聯(lián)軸器效率：=0.98
——減速器傳動效率，按每級齒輪傳動效率.為0.98計算；
二級減速機：=0.98×0.98=0.96
---同步皮帶的傳遞的功率=0.9
——電壓降系數(shù)，一般取0.90~0.95。
根據(jù)計算出的值，查電動機型譜，按就大不就小原則選定電動機功率。
可知=0.136 KW
=
=0.169kw
6. 帶傳動和螺旋輸送機的設(shè)計
6.1. 總體方案設(shè)計
傳動布置方案
電動機→帶輪→螺旋輸送機機
6.1.1. 進料輸送滾筒驅(qū)動設(shè)計
一、初始條件
傳動功率P為：0.5(kW)
主動軸轉(zhuǎn)速n1為：100(r/min)
從動軸轉(zhuǎn)速n2為：100(r/min)
傳動比i：1
二、選定帶型和基準直徑
設(shè)計功率Pd:0.96(kW)
帶型:B型
小帶輪基準直徑dd1:160(mm)
小帶輪基準直徑dd2:160(mm)
三、軸間距的確定
初定軸間距a0:474.24(mm)
所需基準長度Ld:2000(mm)
實際軸間距a:749(mm)
四、額定功率及增量的確定
單跟V帶傳遞的額定功率P1:0.6(kW)
傳動比i≠1的額定功率增量ΔP1:0.5(kW)
五、帶速、包角和V帶根數(shù)
帶速v:0.84(m/s)
小帶輪包角α:180(°)
V帶的根數(shù)z :1
六、各項力的計算
V帶每米長的質(zhì)量m:0.12(kg/m)
單跟V帶的預緊力Fo:871.66(N)
作用在軸上得力Fr :1743.32(N)
6.1.2. 進料輸送帶設(shè)計
一、初始條件
傳動功率P為：0.3(kW)
主動軸轉(zhuǎn)速n1為：200(r/min)
從動軸轉(zhuǎn)速n2為：200(r/min)
傳動比i：1
二、確定帶輪直徑
小帶輪直徑d1:300(mm)
大帶輪直徑d2:300(mm)
三、計算帶速和軸間距
帶速v:3.14(m/s)
初定軸間距a0:1660(mm)
四、計算帶長和包角
所需帶長L:4262.48(mm)
小帶輪包角α1:180(°)
五、計算帶的參數(shù)
曲饒次數(shù)y:1.47(1/s)
帶厚δ:8.4(mm)
帶的截面面積A:14.97(mm^2)
帶寬b:63(mm)
六、計算作用在軸上的力
作用在軸上得力Fr :53.89(N)
6.1.3. 刀軸驅(qū)動皮帶
一、初始條件
傳動功率P為：0.5(kW)
主動軸轉(zhuǎn)速n1為：100(r/min)
從動軸轉(zhuǎn)速n2為：200(r/min)
傳動比i：1:2
二、選定帶型和基準直徑
設(shè)計功率Pd:0.96(kW)
帶型:B型
小帶輪基準直徑dd1:80(mm)
小帶輪基準直徑dd2:160(mm)
三、軸間距的確定
初定軸間距a0:534.6(mm)
所需基準長度Ld:1600(mm)
實際軸間距a:610(mm)
四、額定功率及增量的確定
單跟V帶傳遞的額定功率P1:0.3(kW)
傳動比i≠1的額定功率增量ΔP1:0.3(kW)
五、帶速、包角和V帶根數(shù)
帶速v:0.42(m/s)
小帶輪包角α:172.49(°)
V帶的根數(shù)z :2
六、各項力的計算
V帶每米長的質(zhì)量m:0.12(kg/m)
單跟V帶的預緊力Fo:871.59(N)
作用在軸上得力Fr :3478.88(N)
6.1.4. 螺旋輸送機驅(qū)動
一、初始條件
傳動功率P為：0.8(kW)
主動軸轉(zhuǎn)速n1為：100(r/min)
從動軸轉(zhuǎn)速n2為：100(r/min)
傳動比i：1
二、選定帶型和基準直徑
設(shè)計功率Pd:0.96(kW)
帶型:B型
小帶輪基準直徑dd1:160(mm)
小帶輪基準直徑dd2:160(mm)
三、軸間距的確定
初定軸間距a0:596.66(mm)
所需基準長度Ld:1600(mm)
實際軸間距a:549(mm)
四、額定功率及增量的確定
單跟V帶傳遞的額定功率P1:0.8(kW)
傳動比i≠1的額定功率增量ΔP1:0.8(kW)
五、帶速、包角和V帶根數(shù)
帶速v:0.84(m/s)
小帶輪包角α:180(°)
V帶的根數(shù)z :1
六、各項力的計算
V帶每米長的質(zhì)量m:0.12(kg/m)
單跟V帶的預緊力Fo:871.66(N)
作用在軸上得力Fr :1743.32(N)
6.2. 設(shè)備的工作要求
載荷平穩(wěn)，單向運轉(zhuǎn)，每日工作一班，工作四年，允許螺旋輸送機機主軸轉(zhuǎn)速誤差小于5%，車間有三相交流電源。
6.2.1. 螺旋輸送機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
常見的傾斜固定式螺旋輸送機，其結(jié)構(gòu)比較簡單。主要由驅(qū)動裝置，料槽，螺旋軸，驅(qū)動端軸承，中間吊掛軸承，尾部端軸承，進料口，卸料口等部分組成靠螺栓聯(lián)接,并用中間軸承支承。同時,為了保證分節(jié)裝配后輸送機的整體剛度,槽體的連接處和螺旋軸的連接處需分開一段距離。由于物料在螺旋輸送機中的運送完全是一種滑移運動,為了使螺旋軸處于較為有利的受拉狀態(tài)，設(shè)計時將驅(qū)動裝置和出料口安裝在輸送機的同一端,把進料口放在尾部附近。
6.2.2. 螺旋輸送機機體的設(shè)計
6.2.3. 輸送機的螺旋直徑和螺旋軸的轉(zhuǎn)速
1) 螺旋直徑的確定
按公式，得螺旋直徑
式中 ——螺旋葉片直徑（米）；
——物料的輸送量（噸/時）；
——物料的堆積比重（噸/米3）；
——水平輸送時物料在輸送機內(nèi)的填充系數(shù)；
——表示物料綜合特性的經(jīng)驗系數(shù)；
——傾斜向上輸送時輸送量的校正系數(shù)；(見表2-2)
由表2-1，可以查得輸送煤粉時:=0.0415；=0.4；=0.6； =75；
由表2-2，=0.8；將原始數(shù)據(jù),
=0.0415=0.2170
按表2-3將螺旋直徑圓整為標準螺旋直徑，=0.25m。
2) 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定
a) 按公式帶入螺旋直徑，得螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)：
= =150
把帶入公式 ，校核填充系數(shù)：==0.2837
此時=0.2837<0.35～0.45，所以降低螺旋機的轉(zhuǎn)數(shù)為n=120r/min ；
再次校核填充系數(shù)==0.3546∈(0.35～0.45),所以螺旋機的轉(zhuǎn)數(shù)確定為n=120r/min
b) 螺旋葉片螺距：S=0.8D=0.8×250=200mm.
輸送機載荷的橫斷面面積:F===0.01391805
物料在輸送時的運移速度:===0.4m/s
故:所選螺旋軸葉片直徑D=250mm,螺旋軸轉(zhuǎn)速n=120r/min
6.2.4. 螺旋輸送機的功率計算和驅(qū)動裝置的型號選擇
1) 螺旋輸送機的功率計算
螺旋軸克服阻力所需功率:N=
在公式中
N——螺旋軸所需之功率（千瓦）；
——功率備用系數(shù)；
——生產(chǎn)率（噸/時）；
——物料總阻力系數(shù)；
L---輸送機水平投影長度（米）
H---輸送機垂直投影長度(米)
功率備用系數(shù)，考慮在低生產(chǎn)率時螺旋自重對功率的影響較大，以及為了計入空轉(zhuǎn)時的損失，一般取=1.2～1.4；
此時螺旋輸送機傾斜向上輸送，取“+”；
式中=1.2，取=1.3。
帶入公式計算得：N= =0.6914KW
按公式得驅(qū)動裝置功率：===0.7355KW
由于采用浮動聯(lián)軸器將驅(qū)動裝置與螺旋軸直接連接，在其軸上不存在有懸臂負荷，故只需校驗轉(zhuǎn)速比：
==0.0058
由表2-6可知當=250時，=0.060。由于0.0058<0.060，故是安全的。
2) 驅(qū)動裝置的型號選擇
由,,查<<螺旋輸送機手冊>>表1-13,得驅(qū)動裝置為:右裝的，功率為的型電動機和型的減速器構(gòu)成.
由，和選得的型號。
6.2.5. 螺旋葉片的表面展開尺寸
由計算得知螺旋葉片的大圓直徑，螺旋螺距, 螺旋葉片內(nèi)徑為d=70mm,葉片寬度b=(D-d)/2=(250-70)/2=90mm
查相關(guān)參考書得出: ,D1=275mm,S=200mm,L=54mm,L`=19mm, δ=4mm,d=70mm. 所以葉片寬度b=(D-d)/2=(250-70)/2=90mm
圖2-2 實體螺旋葉片展開圖
螺旋葉片計算公式 ，代入相關(guān)數(shù)據(jù)得
=52.14mm
按公式 R=b+r=90+52.14=142.14mm
按公式
6.3. 驅(qū)動端裝置的設(shè)計
6.3.1. 驅(qū)動端軸的最小直徑的確定
1) 求出軸上功率P.轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T，有之前計算得:p=0.7355kw.n=120r/min
T=9.55106=9.55×1060.7355/120=58.53103
2) 初步確定軸的最小直徑.
選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3(機械設(shè)計),取A=112于是得
==112=20.50mm.
驅(qū)動端軸的最小直徑，顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使所選聯(lián)軸器的孔徑與之相適應(yīng)，故需同時選取聯(lián)軸器型號聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩T=KT,查《機械設(shè)計》表14-1.考慮到轉(zhuǎn)矩變化不大，故取K=1.5,則:
T=KT=1.558.530=87.8N
按照計算轉(zhuǎn)矩T應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件。
6.3.2. 中間軸承裝置
中間軸承又稱為吊掛軸承，因為它脫空懸置在槽頂?shù)膬?nèi)壁板條或角鋼上。由于它處于輸送物料之中，一般都做稱對開式滑動軸承，其軸承采用粉末冶金，巴氏合金，青銅，鑄鐵及其他的減磨材料，在個別情況下為了減少摩擦阻力。視需要也可以安裝上滾動軸承，不過必須保證有可靠的密封，以防止微塵物料進入軸承。所有的中間軸承都是用固定在平蓋板上方的油杯注油潤滑，在緊靠軸承附近的平蓋板上，開設(shè)有觀察孔，以便于觀察軸承和消除軸承處因物料的堆積所引起的阻塞。GX型螺旋輸送機的中間軸承裝置，如圖所示，它是用粉末冶金材料作軸襯的一種對開式滑動軸承，且軸襯呈球面型，以利于自動調(diào)心。 如下圖所示為中間軸承裝置。
而中間軸由《化工起重運輸手冊;螺旋輸送機與斗式提升機》表1-37，查得。其他尺寸見裝配圖。
螺旋軸呈螺旋輸送機的回轉(zhuǎn)部分，設(shè)計時可以采用實體螺旋，螺旋輸送機的轉(zhuǎn)軸一般采用鋼管制成，在其兩端頭，焊偶連接法蘭，結(jié)構(gòu)如下圖。
圖2-5 螺旋軸示意圖
由前面的計算得D=250mm.S=200mm。查考資料得,螺旋軸之間用對開式中間滑動軸承連接
6.4. 尾端裝置的設(shè)計
6.4.1. 計算軸的最小直徑
由前知功率 P=0.7355=0.70kw,轉(zhuǎn)速，扭矩T=58.53Nm
初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)《機械設(shè)計》表15—3，取,于是得
軸的最小直徑顯然是安裝在法蘭軸套處，取此處d=45mm
6.5. 輔助減速機設(shè)計
輔助減速機選定功率為0.25KW。
選用平帶驅(qū)動，通過皮帶輪和惰輪改向?qū)崿F(xiàn)，分離裝置同向運行。
設(shè)計方案
采用如上圖所示的平帶傳動，實現(xiàn)兩輪的同步同向運轉(zhuǎn)。
7. 軸承校驗
由驅(qū)動裝置設(shè)計計算可知，螺旋傳動裝置處的軸承受力最大，而其他部分軸承和螺旋傳動裝置處的軸承選用同一型號，所以僅對此處軸承校核即可
已知數(shù)據(jù)如下：作用在軸上得力Fr :1743.32(N)，選用33210軸承，設(shè)計壽命為15000h。
滾動軸承設(shè)計報告
一、設(shè)計信息
設(shè)計者 Name=
設(shè)計單位 Comp=
設(shè)計日期 Date=2013-3-27
設(shè)計時間 Time=14:38:54
二、設(shè)計參數(shù)
徑向力 Fr=900 (N)
軸向力 Fa=17400 (N)
軸頸直徑 d1=50 (mm)
轉(zhuǎn)速 n=200 (r/min)
要求壽命 Lh'=15000 (h)
溫度系數(shù) ft=1
潤滑方式 Grease=脂潤滑
三、被選軸承信息
軸承類型 BType=角接觸球軸承
軸承型號 BCode=33210
軸承內(nèi)徑 d=50 (mm)
軸承外徑 D=90 (mm)
基本額定動載荷 C=112000 (N)
基本額定靜載荷 Co=155000 (N)
極限轉(zhuǎn)速(脂) nlimz=4300 (r/min)
四、當量動載荷
接觸角 a=15 (度)
負荷系數(shù) fp=1.5
判斷系數(shù) e=-1.284
徑向載荷系數(shù) X=0.67
軸向載荷系數(shù) Y=-0.574
當量動載荷 P=14076.9 (N)
軸承所需基本額定動載荷 C'=-79481.22 (N)
五、校核軸承壽命
軸承壽命 Lh=41971 (h)
驗算結(jié)果 Test=合格
結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計包括了以下內(nèi)容:
1、垃圾袋物分離裝置的最后方案的最經(jīng)濟確定，根據(jù)形態(tài)矩陣方法擬定3種以上的可行設(shè)計方案，通過分析選擇一種雙電機減速機結(jié)構(gòu)，通過平帶傳動和輸送物料，達到了簡單結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)分離要求。
2、垃圾袋物分離裝置所使用刀具的設(shè)計，根據(jù)選定的設(shè)計方案，對刀具種類的進行選定，通過計算與分析，驗證了刀具強度符合要求。
3、垃圾袋物分離裝置的總體外形設(shè)計，滿足總體尺寸3.5m*2.5m*2.2m要求。
4、垃圾袋物分離裝置的傳送設(shè)計，通過分析滿足強度和使用壽命要求。
綜上所述，本設(shè)計符合設(shè)計要求。 參考文獻
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[12]George R. Keller. Hydraulic System Analysis. Cleveland, Ohio: Hydraulics and Pneumatics Magazine, 1978.
致謝
到今天我的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)圓滿的完成了。在此，我要特別感謝我的指導老師許老師，在這段時間內(nèi)他給了我莫大的幫助，正由于他的熱心地幫助和指導，我的畢業(yè)設(shè)計才能夠順利的完成。許老師嚴謹治學的態(tài)度和精神也是我在這次設(shè)計過程中學到的寶貴的財富。
我在課題的研究過程中,還得到了楊根喜老師的熱心幫助,在此向他表示感謝！
大學四年的學習和生活即將告別。感謝這四年各位老師對我的教誨，各位同學給我的幫助！感謝與我共同走過大學的朋友們、同學們！同時祝愿你們在以后的日子里，開心、快樂！
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