畢業(yè)設(shè)計（論文）-垃圾分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

煙臺科技學(xué)院畢業(yè)論文第1章緒論研究意義隨著城市化進程的加快和人們生活水平的提高，垃圾產(chǎn)生量也在快速增長。垃圾總量中包含生活垃圾、建筑垃圾、餐廚垃圾等，其產(chǎn)生量均呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢。同時城市人口密度增加，而可供投放垃圾的場地卻不斷減少，導(dǎo)致垃圾處理難度增加。部分地區(qū)缺乏有效的垃圾分類和回收體系，導(dǎo)致垃圾處理效率低下。垃圾處理不當(dāng)會對環(huán)境造成嚴重污染，包括土壤、水體和大氣等。未經(jīng)處理的垃圾填埋場和焚燒廠會產(chǎn)生惡臭、滲濾液等污染問題，同時焚燒過程也會產(chǎn)生煙氣污染。目前，我國在垃圾處理技術(shù)方面還存在一些不足，如垃圾分類和回收技術(shù)、垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)等。這些技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用需要進一步加強，以提高垃圾處理效率和質(zhì)量。為了應(yīng)對這些問題，需要采取有效的措施，如加強垃圾分類和回收體系建設(shè)、推廣清潔能源、提高垃圾處理技術(shù)等。垃圾分選作為其中的一個過程，尤其的重要[1-3]。垃圾分類技術(shù)的發(fā)展對社會和環(huán)境具有深遠的意義。通過垃圾分類，可以有效回收可循環(huán)利用的資源，降低對自然資源的過度開采，有助于可持續(xù)發(fā)展。正確定位和處理垃圾種類有助于減少污染和資源浪費，保護環(huán)境免受有害物質(zhì)的侵害。垃圾分類減少了可回收和有害垃圾進入填埋場，保護土地資源[4-7]。推動垃圾分類意識，使居民更加積極參與環(huán)保，形成良好的社會風(fēng)氣。垃圾分類技術(shù)的發(fā)展有助于建立健全的法規(guī)體系，促進相關(guān)法規(guī)的實施，提高垃圾分類的法制化水平。在綜合考慮上述因素的情況下，垃圾分類技術(shù)的不斷發(fā)展對于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、改善環(huán)境質(zhì)量以及提高社會的整體環(huán)保意識都具有積極的影響[8-10]。因此，研究一款結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用范圍廣、精度高的垃圾分揀裝置迫在眉睫。1.2

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科技的進步，垃圾分類技術(shù)不斷創(chuàng)新。智能識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的應(yīng)用使得垃圾分類更加高效和準(zhǔn)確。智能垃圾桶等設(shè)備的出現(xiàn)，能夠自動分辨垃圾種類，提高了垃圾分類的便捷性，也鼓勵了公眾積極參與。一些城市采用數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，通過傳感器和數(shù)據(jù)分析實時監(jiān)測垃圾桶狀態(tài)，為城市管理提供了數(shù)據(jù)支持。相比西方和日韓等發(fā)達國家，我國的垃圾分揀裝置的普及度還不夠完善。這主要是由于我國的垃圾分揀裝置發(fā)展較晚，開發(fā)比較落后，其工作效率、應(yīng)用范圍距離國際先進水平還有一段距離。同時，外國的垃圾分揀設(shè)備成本較高，因此引進較少[11-15]。西方和日韓等發(fā)達國家的垃圾分揀設(shè)備已經(jīng)完成了通過研發(fā)到實際應(yīng)用，根據(jù)反饋問題進行升級改造在應(yīng)用的提升式循環(huán)，其先進性遠遠超過我國的垃圾分揀裝置。其主要體現(xiàn)在克服垃圾的材料特性，能夠?qū)φ承员容^高的流體進行分離，此項突破使國外垃圾分揀裝置相對于國內(nèi)垃圾分揀裝置的應(yīng)用范圍更加寬廣。同時，發(fā)達國家的垃圾分揀裝置的工作精度也要高于國內(nèi)現(xiàn)有的垃圾分揀裝置[15-19]。德國DOPPSTADT公司研制的SM318E型滾筒篩式垃圾分揀裝置其工作原理為[20]：垃圾經(jīng)過粉碎裝置進行破袋粉碎后輸送至圓筒篩分揀裝置，其裝置內(nèi)部有螺旋排屑裝置帶動粉碎后的垃圾在圓筒篩分揀裝置中移動，移動過程中將較細的垃圾碎料從表面的網(wǎng)篩排除，較粗的物料從另一側(cè)排出。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、使用經(jīng)濟的優(yōu)點，但存在能耗高、體積大的缺點。德國DOPPSTADT公司研制的WS720ETAIFUN型固定風(fēng)篩垃圾分揀裝置[21]，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、應(yīng)用經(jīng)濟的優(yōu)點，收到了市場的一致好評。其工作原理為將垃圾直接放入垃圾分選及的入口，同時垃圾分揀裝置內(nèi)部電扇工作產(chǎn)生氣流推動密度低的垃圾與密度高的垃圾分離，密度較高的垃圾進入下一道工序進行篩選。受限于該垃圾分揀裝置原理的約束，該分選機工作時，會帶走包括雞蛋皮、紙張等較輕的物體，導(dǎo)致其垃圾的利用不到位。日本SHINKOELECTRIC公司的磁力分選的列式非鐵金屬垃圾分揀裝置[22]，通過采用磁性材料制作，能夠分離出金屬材料中的非鐵材料。該垃圾分揀裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點，但受限于垃圾的材料特性，該垃圾分揀裝置只能區(qū)分磁性垃圾和非磁性垃圾應(yīng)用范圍有限。日本較為風(fēng)靡的一款生活垃圾分揀裝置，其工作對象為區(qū)分并分離不同顆粒大小的生活垃圾[23]。其工作原理為通過篩子對不同顆粒的垃圾進行區(qū)分，顆粒較大的垃圾會留在上面，顆粒較小的垃圾則通過篩子上的孔與較大顆粒的垃圾分開。該垃圾分揀裝置的優(yōu)點是工作范圍較廣，能夠完成大多數(shù)生活垃圾的分類，同時篩選速度較快效率高。但受限于生活垃圾的種類較多，每種垃圾的材料、形狀特性各不相同，因此該垃圾分揀機的穩(wěn)定性較差。綜上所屬，為國外現(xiàn)有垃圾分揀機的發(fā)展現(xiàn)狀，由此可以看出現(xiàn)有垃圾分揀裝置都存在明顯的短板，因此解決這些技術(shù)問題，研制一款結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣的垃圾分揀機迫在眉睫。目前，中國市場上常見的垃圾分揀裝置其工作原理和機械結(jié)構(gòu)相同性較大，使中國的垃圾分揀機較國外先進的垃圾分揀機差距較大，主要聚集在低端市場。因此，中國的垃圾分揀機相關(guān)企業(yè)，想要進軍高端垃圾分揀機市場需要抓住垃圾分揀機的發(fā)展趨勢。垃圾分揀機的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：垃圾分揀機的自動化程度將不斷提高?，F(xiàn)在已經(jīng)有自動識別、自動分類的垃圾分揀機，未來可能會有更高級的自動化技術(shù)，如無人值守、自動識別、自動分類、自動裝車等[24-25]。垃圾分揀機的智能化程度將進一步提高，包括機器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，可以更好地適應(yīng)不同類型垃圾的識別和分類，提高分揀效率和質(zhì)量。隨著垃圾處理需求的增加，垃圾分揀機的處理規(guī)模也將不斷擴大。這將需要更多的技術(shù)和資金投入，以提高分揀機的處理能力和效率。未來垃圾分揀機不僅是一種處理設(shè)備，更是一種再生資源產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵設(shè)備。它將與資源回收、加工、銷售等環(huán)節(jié)整合起來，形成一個完整的再生資源產(chǎn)業(yè)鏈[26]。垃圾分揀機的發(fā)展也將與城市管理、環(huán)保政策的發(fā)展相配合。未來，垃圾分揀機將更多地應(yīng)用于城市垃圾處理和回收領(lǐng)域，與城市管理、環(huán)保政策相互促進，共同推動城市環(huán)境的改善[27]。綜上所述，垃圾分揀機的發(fā)展趨勢是朝著更高程度的自動化、智能化、處理規(guī)模擴大、與再生資源產(chǎn)業(yè)鏈的整合以及與城市管理、環(huán)保政策的配合方向發(fā)展。1.3小結(jié)隨著城市化進程的加快和人們生活水平的提高，垃圾產(chǎn)生量也在快速增長。垃圾總量中包含生活垃圾、建筑垃圾、餐廚垃圾等，其產(chǎn)生量均呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢。垃圾分類技術(shù)的發(fā)展對社會和環(huán)境具有深遠的意義。對比國內(nèi)外不同類型的垃圾分揀機，并分析其優(yōu)缺點，并思考垃圾分揀機的發(fā)展趨勢，為后面垃圾分揀機的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定一定的基礎(chǔ)。第2章研究內(nèi)容與目標(biāo)2.1研究內(nèi)容本文研究內(nèi)容為城市生活垃圾分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析分揀方式，以降低工人勞動強度及提高勞動效率為目標(biāo)，開展垃圾分揀裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計及優(yōu)化。主要研究內(nèi)容如下：1.了解多垃圾分揀裝置的發(fā)展現(xiàn)狀以及未來發(fā)展趨勢，明確垃圾分揀裝置的原理以及主要結(jié)構(gòu)部分。2.對垃圾分揀裝置進行總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，對比各設(shè)計方案選出最優(yōu)方案。3.方案確定后對各部分進行設(shè)計，包括驅(qū)動裝置的設(shè)計受力分析以及執(zhí)行裝置的設(shè)計等。4.用AutoCAD進行二維圖的繪制。5.進行設(shè)計說明書的撰寫。2.2設(shè)計方案方案一：風(fēng)力分揀裝置風(fēng)力分揀裝置如圖2.1所示，其工作原理為將垃圾直接放入垃圾分選及的入口，同時垃圾分揀裝置內(nèi)部電扇工作產(chǎn)生氣流推動密度低的垃圾與密度高的垃圾分離，密度較高的垃圾進入下一道工序進行篩選。圖2.1風(fēng)力分揀裝置該方案具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、應(yīng)用經(jīng)濟的優(yōu)點，但受限于該垃圾分揀裝置原理的約束，該分選機工作時，會帶走包括雞蛋皮、紙張等較輕的物體，導(dǎo)致其垃圾的利用不到位。方案二：浮力分揀裝置浮力分揀裝置如圖2.2所示，將絞碎后的垃圾碎料送入進料端，在水槽里注滿水根據(jù)密度的不同使密度較小的垃圾在水面漂起，密度大的物料排入出料口。圖2.2浮力分揀裝置該方案優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，分揀效果好；缺點為造成大量生活污水。方案三：圓筒篩分揀裝置圓筒篩分揀裝置如圖2.3所示，垃圾經(jīng)過粉碎裝置進行破袋粉碎后輸送至圓筒篩分揀裝置，其裝置內(nèi)部有螺旋排屑裝置帶動粉碎后的垃圾在圓筒篩分揀裝置中移動，移動過程中將較細的垃圾碎料從表面的網(wǎng)篩排除，較粗的物料從另一側(cè)排出.圖2.3圓筒篩分揀裝置該方案具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、使用經(jīng)濟的優(yōu)點，但存在能耗高、體積大的缺點。對比上述三種方案可以發(fā)現(xiàn)，方案一由鑒于其基本原理簡單，根依據(jù)其物理特屬性分揀進行篩選，該設(shè)備使的應(yīng)用局限性范圍極其狹窄，并非普遍適常大，不屬于通用型的設(shè)備，很有因此可能達不到無法實現(xiàn)預(yù)想期的處理效果。；方案二產(chǎn)生大量的生活廢水；相比起前兩種方案，方案三結(jié)構(gòu)簡單，容易維修和管理，工作平衡可靠，運輸穩(wěn)定，操作方便，工作原理清晰簡單，適合于室內(nèi)或室外使用。結(jié)合上述三種方案對比，采用方案三圓筒篩分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)理論計算與校核。2.3研究方法與手段（1）調(diào)查法。通過搜集大量的數(shù)據(jù)進行分析、比較、總結(jié)歸納，提供規(guī)律性知識。有目的、有計劃、有系統(tǒng)的搜索有關(guān)垃圾分揀裝置的現(xiàn)實狀況和歷史狀況的材料的方法。（2）觀察法。通過對具有相似功能的機器，如：砂石分離圓筒篩工作的觀察，對圓筒篩分揀裝置有了初步的設(shè)計。（3）文獻研究法。通過調(diào)查相關(guān)文獻來獲得資料，從而全面地、正確的了解掌握圓筒篩分揀裝置的研究問題，為設(shè)計圓筒篩分揀裝置提供設(shè)計思路與數(shù)據(jù)參考。（4）繪圖法。采用SolidWorks和AutoCAD進行繪圖。第3章垃圾分揀裝置的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1垃圾分揀裝置的總體技術(shù)要求 國內(nèi)現(xiàn)有滾筒篩垃圾分選裝置根據(jù)篩子的種類可以劃分為：擺動篩、固定篩、滾筒篩和振動篩。查閱資料，對相關(guān)篩的優(yōu)缺點進行分析，最終選取圓筒篩為垃圾分揀裝置的篩子?？紤]垃圾在分揀裝置中的出筒，圓筒篩徑向需留有3°-5°的傾斜角，以便垃圾排除。對現(xiàn)有垃圾分揀裝置進行考察，初步將垃圾分選裝置的的基本參數(shù)規(guī)定如下：(1)工作效率：15~20t/h;(2)功率：小于1kw?h/t;(3)圓筒篩轉(zhuǎn)速：5~10r/min;(4)圓筒篩內(nèi)徑：1.5m；(5)圓筒篩長度：4.6m；(6)圓筒篩傾角：3°-5°。3.2垃圾分揀裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖所示，為垃圾分揀裝置的結(jié)構(gòu)圖。分揀裝置主要有10部分構(gòu)成，分別為：機架、進料斗、電機、減速器、圓筒篩、支撐輪、傳動長軸、出料斗、下部出料筒和防護罩組成。其工作原理為;電機固定在機架上，通過聯(lián)軸器連接減速器進而帶動支撐輪旋轉(zhuǎn)通過摩擦力帶動圓筒篩旋轉(zhuǎn)，垃圾從進料斗進入圓筒篩內(nèi)，垃圾在圓筒篩中旋轉(zhuǎn)，受到其離心力的用垃圾被推到圓筒篩的內(nèi)壁上，體積較小的垃圾會穿過圓筒篩筒壁的通孔，最終落入下部出料斗內(nèi)，體積較大的垃圾收到其本身重力的影響劃出圓篩筒，落入出料斗內(nèi)。圖3.1垃圾分揀裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖3.3電動機的選用工業(yè)上常用的動力來源主要由柴油機、汽油機和電動機。其中，柴油機具有輸出功率高、耐用的優(yōu)點，但其噪音較大、排放相對較高污染環(huán)境；汽油機具有維護成本低、燃料容易獲取的優(yōu)點，但存在燃料價格波動較大、經(jīng)濟比較差的缺點；電動機具有效率高、零排放、噪音小的優(yōu)點，因此選擇電動機為垃圾分揀裝置的動力來源。考慮到電機需要固定在機架上工作，因此選取Y系列三相異步電動機作為動力源。參考垃圾分揀機的參數(shù)要求，其工作效率為15～25t/h，功率小于1KW?h/t，因此電機的功率選擇在15～25KW之內(nèi)。查閱相關(guān)設(shè)計資料，選取電動機功率為15KW?，F(xiàn)有電動機有開放型，保護型，防爆型和封閉型幾種類型。開放型電動機：適用于環(huán)境條件較為溫和、干燥、無腐蝕性氣體和粉塵的場所，如辦公室、車間等。這種電動機結(jié)構(gòu)簡單、散熱良好，但易受環(huán)境影響，需要定期清潔和維護。保護型電動機：適用于環(huán)境條件較為惡劣、多灰塵、濕度較高或可能有輕微腐蝕性氣體的場所，如一般工業(yè)車間、礦山等。這種電動機在結(jié)構(gòu)上增加了防護罩或風(fēng)機罩等裝置，提高了對外部環(huán)境的適應(yīng)能力。防爆型電動機：適用于易燃易爆場所，如化工廠、油田、油輪等。這種電動機在結(jié)構(gòu)上增加了防爆措施，如采用防爆外殼、使用特殊材料等，以防止電機內(nèi)部產(chǎn)生的火花或高溫引發(fā)爆炸。封閉型電動機：適用于潮濕、多粉塵、腐蝕性氣體較多的場所，如水泵、風(fēng)機等。這種電動機在結(jié)構(gòu)上采用了封閉式設(shè)計，防止外部環(huán)境的灰塵、水汽等物質(zhì)進入電機內(nèi)部，提高了電機的使用壽命和可靠性?？紤]到垃圾分揀裝置的工作環(huán)境比較惡劣，會受到污水、灰塵的影響，因此保證電機的正常工作狀態(tài)，和工作人員的安全。因此選擇封閉式電動機。查閱相關(guān)資料可知，選擇電機的外殼防護等級為封閉式（IP44）。最終選?。傧盗械娜喈惒诫妱訖C其功率為15kw其類型為防護式（IP44），型號為Y180L-6，該電機的同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速970r/min，額定最大轉(zhuǎn)矩2.0kn?m滿載效率89.5%，凈重200kg。3.4減速器的選用由上節(jié)可知垃圾分揀裝置的動力來源為一臺電機過高的轉(zhuǎn)速不能滿足實際的工作要求，因此應(yīng)選擇合適的減速器降低傳動過程中的轉(zhuǎn)速。計算垃圾分揀裝置減速器的傳動比。按照篩筒轉(zhuǎn)速8~15r/min進行計算：(1)求總傳動比i:(3-1)設(shè)計圓筒篩的外圓直徑1500mm，減速器聯(lián)接驅(qū)動的托輪直徑350mm。(2)求出第二級傳動比:(3-2)(3)則求出減速器的傳動比i1．（3-3)初步取減速器的傳動比為i1＝20查表9-2-1用二級圓柱齒輪減速器（ZLY型）。根據(jù)已知情況，減速器的輸入功率為電機的輸出功率：(3-4)查閱相關(guān)資料可知，在傳動比為20，轉(zhuǎn)速1000r/min的條件下，ZLY減速器低速級中心距125mm時許用輸入功率為12kw，低速級中心距140mm時許用輸入功率為18kw。由此可得，(3-5)減速器選取140mm的低速中心距。根據(jù)垃圾分揀裝置的總體結(jié)構(gòu)，選擇ZLY減速器的裝配型式為II型，即左后側(cè)輸入，右前側(cè)輸出。由此確定減速器的型號為ZLY140-20-1，ZBJ19004-1988。對硬面圓柱齒輪減速器的承載能力進行計算。(1)減速器輸入軸與電動機的輸出軸固定，因此進行強度計算：(3-6)式中：—減速器的允許傳遞功率，kw；—減速器名義輸入功率，kw；Ka—工況系數(shù)。由表9-2-3，＝18kw；由于傳動采用摩擦傳動，轉(zhuǎn)速慢，電動機驅(qū)動．按輕微沖擊（均勻）載荷，每天工作8h，由表9-2-6，Ka＝1；由前面的計算，取P＝13.4kw，得(3-7)所選減速器強度足夠。(2)由下面公式進行熱功率校核：(3-8)—減速器的熱功率；—環(huán)境溫度系數(shù)；—負荷率系數(shù)；—功率利用系數(shù)；考慮到垃圾分揀裝置的工作環(huán)境。查閱相關(guān)資料可知，減速器熱功率為＝35kw：查閱相關(guān)資料可知，減速器的冷卻方式為自然冷卻，按工作環(huán)境溫度最高40攝氏度，?。?.35，負荷率按100％計算，取=1，由許用功率利用率p/p1=13.4/15=0.895.取=1，由此得(3-9)所選減速器散熱能力滿足要求。由此，可以選擇ZLY140-20-1ZBJ19004-1988減速器。查閱相關(guān)資料可知，得到ZLY140-20-1減速器的安裝尺寸。3.5聯(lián)軸器的選用電動機輸出軸和減速器輸入軸之間需要聯(lián)軸器進行固定可連接?？紤]到垃圾分揀裝置在工作過程中載荷相對平穩(wěn)的特點，選用TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。該聯(lián)軸器具有承擔(dān)載荷大、價格便宜和保養(yǎng)方便的優(yōu)點。根據(jù)載荷等尺寸要求對聯(lián)軸器進行選型，轉(zhuǎn)矩Tc由下式求出：(3-10)式中—理論轉(zhuǎn)矩，N?m；—公稱轉(zhuǎn)矩，N?m；—計算轉(zhuǎn)矩，N?m；P—驅(qū)動功率，kw；K—工作情況系數(shù)；n—工作轉(zhuǎn)速，r/min；已知聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速和電機的轉(zhuǎn)速相同，則轉(zhuǎn)速最大為1000r/min，其工作時負載相對均衡，查取相關(guān)資料可知其工況系數(shù)K＝1.0～1.5，取K＝1.5計算。其驅(qū)動功率為電機額定功率。(3-11)查閱相關(guān)資料可知，電動機Y180L-6的輸出軸軸徑為：48m。由表9-2-9，ZLY140-20-1減速器的輸入軸軸徑為28mm。根據(jù)電動機和減速器的軸徑，查表5-2-22，發(fā)現(xiàn)沒有標(biāo)準(zhǔn)的LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器能夠滿足軸徑要求。根據(jù)公稱轉(zhuǎn)矩，初步選定電動機和減速器之間的LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器型號為TL7，軸孔需要自行加工。TL7公稱轉(zhuǎn)矩為Tn＝500Ｎ?ｍ。因為，所以選用TL7型彈性套柱銷連軸器滿足功率要求。3.6篩筒的整體設(shè)計查閱關(guān)于垃圾分揀裝置圓筒篩的相關(guān)資料，得出圓筒篩根據(jù)同一圓周上篩片的多少可分為單片篩和多片篩結(jié)構(gòu)。其中多片篩的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、價格較高，但維護方便容易更換；單片篩結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，但更換相對復(fù)雜。根據(jù)形狀的不同篩筒還可以分為：圓形篩筒、多邊形篩筒和圓加多邊復(fù)合篩筒。其中圓形篩筒結(jié)構(gòu)簡單、旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)；其余兩種結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、平衡度較差。垃圾分揀裝置工作時速度較慢同時篩筒徑向面積要求較大，因此選取圓形篩筒作為垃圾分揀裝置的篩筒，同時考慮其經(jīng)濟型采用單片式結(jié)構(gòu)。圖3.2篩筒的整體設(shè)計圖垃圾分揀裝置為了使垃圾在篩筒里從進料口到達出料口，一般使用篩筒傾斜的辦法依靠垃圾本身的重力使其移動。設(shè)計機架前設(shè)計篩筒的傾角。圓筒徑向傾角一般為3°~5°。本次設(shè)計中垃圾分揀裝置篩筒的傾斜角為5°。3.7垃圾分揀裝置的傳動設(shè)計現(xiàn)有的機械傳動方式主要由齒輪傳動、鏈傳動、皮帶傳動和摩擦傳動，齒輪傳動具有精度高的優(yōu)點，但傳動距離短；鏈條傳動傳動距離較遠，但造價相對較貴；皮帶傳動容易打滑精度較低；摩擦傳動傳動相對平穩(wěn)同時噪聲相對小，但精度低。結(jié)合垃圾分揀裝置的工作要求，選取摩擦傳動作為其傳動方式。圖3.3總體傳動圖考慮到圓筒篩的驅(qū)動方式，有中心軸驅(qū)動和圓筒外側(cè)驅(qū)動兩種。中心驅(qū)動具有設(shè)計簡單制作方便的優(yōu)點；但對工作環(huán)境有要求?？紤]到垃圾分揀裝置的工作環(huán)境較為復(fù)雜，垃圾種類較多，因此選取圓筒外側(cè)驅(qū)動作為其驅(qū)動方式。外側(cè)驅(qū)動有雙邊驅(qū)動和單邊驅(qū)動兩種，單邊驅(qū)動造價相對低，但運行不夠平穩(wěn)；雙邊驅(qū)動具有負載大、運行平穩(wěn)的優(yōu)點；考慮到成本因垃圾分揀裝置的驅(qū)動方式為單邊圓筒外側(cè)摩擦驅(qū)動?？傮w傳動如圖3.7所示，其工作原理為電機通過減速器減速帶動主動托輪旋轉(zhuǎn)，主動拖輪通過傳動軸與被動托輪連接，兩組托輪旋轉(zhuǎn)通過摩擦力帶動篩筒旋轉(zhuǎn)。3.8傳動長軸的設(shè)計垃圾分揀裝置的總體設(shè)計可知傳方式為單邊圓筒外側(cè)摩擦驅(qū)動，由于圓筒篩的長度較大，因此需要一根長軸作為傳動軸連接前后摩擦輪。根據(jù)是否承受轉(zhuǎn)矩和彎矩，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、傳動軸和心軸三類。分析垃圾分揀裝置在工作狀態(tài)中，長軸需要傳遞摩擦輪的轉(zhuǎn)矩，以及自身的較小彎矩，屬于傳動軸。選擇軸的材料由于該軸比較長，設(shè)計該軸中間為空心軸。空心軸的兩頭焊接實心軸頭。由于該軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，受載較小，查閱相關(guān)資料，中間空心軸選用20鋼制作，軸頭選用45鋼制作。計算軸徑考慮到該傳動軸較長，受載荷較小因此設(shè)計為空心軸，其材質(zhì)為20號鋼，軸的兩端為45號鋼制作。根據(jù)選材的經(jīng)濟型，選取鋼管為長軸的中心段。已知該長軸主要是傳遞轉(zhuǎn)矩，可以只按軸所受的轉(zhuǎn)矩進行計算。扭轉(zhuǎn)強度條件為：(3-12)式中：T————軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，，————軸的抗扭截面系數(shù)，mm；P————軸的傳遞功率，kw；n————軸的轉(zhuǎn)速r/min；————軸材料的許用切應(yīng)力，Mpa。對實心軸，(3-13)則實心軸徑選擇的計算公式為：(3-14)對空心軸，(3-15)而空心軸徑選擇的計算公式為：(3-16)上兩式中：(3-17)————軸的直徑，mm；T————軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，，；————軸傳遞的功率，kw；————軸的轉(zhuǎn)速，r/min；————軸材料的許用切應(yīng)力，Mpa；————系數(shù)，(3-18)y————空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，(3-19)傳動長軸實心軸頭用45鋼，查表5-1-1，由于彎矩相對轉(zhuǎn)矩較?。ㄖ皇茏灾氐膹澗兀?，且載荷平穩(wěn)，故取，A=103。由于前后兩個拖輪驅(qū)動整個篩筒。按前后拖輪功率平分原則計算，傳遞功率按平時輸出功率計算，則(3-20)電動機轉(zhuǎn)速。減速器減速比i=20，則傳動軸的轉(zhuǎn)速為，(3-21)則傳動長軸的實心軸頭軸徑為：(3-22)傳動長軸空心軸用20鋼，查表5-1-7，取，A=126。取y=0.8則傳動長軸的空心軸外徑為：(3-23)由此，取傳動長軸實心軸頭軸徑為60mm，空心軸軸徑為80mm，由y=0.8，則內(nèi)徑為64mm，壁厚8mm。3.傳動長軸的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)垃圾分揀裝置的工作原理可知；傳動軸主要是傳遞轉(zhuǎn)矩，因此沒有其他部件，所以該軸為光軸?？紤]到，傳動軸中心為鋼管制作，兩端選取采用直徑80mm的45鋼制作。其鏈接方式考慮采取焊接方式。為了聯(lián)結(jié)牢靠，在聯(lián)接頭處開V型槽焊接，焊接牢固后，在螺紋聯(lián)接的中段圓周方向間隔90°配打四個直徑15，深14mm的孔（含空心軸壁厚8mm）堆焊，將軸頭和空心軸聯(lián)結(jié)為一體，增加軸傳遞扭矩的牢固性。傳動長軸通過軸器與前端主動托輪和后端被動托輪聯(lián)接。3.9前端主動托輪組的設(shè)計圖3.4前端主動托輪組如圖所示，為前端的主動托輪，其作用為傳動和支撐的作用，該托輪一端通過聯(lián)軸器與減速器連接，另一端通過聯(lián)軸器和傳動軸連接?？紤]其經(jīng)濟型，前端和后端托輪除一側(cè)托輪軸有區(qū)別，其他設(shè)計一樣。為設(shè)計簡單，聯(lián)軸器同樣選擇TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。查閱相關(guān)資料，ZLY140-20-11減速器輸出軸直徑為65mm。托輪的設(shè)計如圖2-12所示，托輪為兩端帶有軸的圓柱形，其材質(zhì)為Q235A，考慮垃圾分揀裝置工作時對摩擦系數(shù)有要求；將橡膠圈附著在托輪外側(cè)作為摩擦圈。圖3.5托輪示意圖２、前端主動托輪軸的設(shè)計由分析可知托輪中心軸的作用時傳遞轉(zhuǎn)矩同時中間部分還需承受一部分彎矩主要來源于自身和篩筒的重量。因此設(shè)計軸的直徑為60ｍｍ。分選機傳動到前端主動托輪軸的總效率為：(3-24)式中：————電機與減速器之間聯(lián)軸器的傳動效率，查表取值0.98————減速器的傳動效率，查表取值0.96————減速器與前端主動拖輪軸之間聯(lián)軸器的傳動效率，同故=0.980.960.98=0.92，則前端主動拖輪軸前端的傳動功率為：=(3-25)由前端主動拖輪軸傳遞功率p=12.3kw，轉(zhuǎn)速為n=50r/min,采用45鋼制作，查閱相關(guān)資料，取兆帕，取A=103前端主動拖輪軸前端軸頭的軸徑為：(3-26)則取軸徑為65mm，與減速器輸出軸相同。托輪軸的作用時傳遞轉(zhuǎn)矩同時中間部分還需承受一部分彎矩主要來源于自身和篩筒的重量。按彎扭合成強度計算前端主動拖輪軸中間段，查表5-1-9，實心軸按彎扭合成強度計算公式為：(3-27)(3-28)式中：————軸的直徑，mm；————軸在計算界面上的工作應(yīng)力，Mpa————軸在計算截面上的合成彎矩， ————軸在計算截面上的轉(zhuǎn)矩，————許用彎曲應(yīng)力，Mpa————根據(jù)切應(yīng)力變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)，切應(yīng)力按對稱循環(huán)變化時，=1，切應(yīng)力按對脈動循環(huán)變化時，(3-29)切應(yīng)力按對稱循環(huán)變化時，(3-30)由于垃圾分揀裝置，前端主動拖輪軸的切應(yīng)力是有重力產(chǎn)生，屬于對稱循環(huán)變化，則=1。由計算可以得知，篩筒的重量為1747+160=1907（kg），按四個拖輪平均承擔(dān)篩筒重量，則單個拖輪承受的重量為，又知單個拖輪重32kg。則前端主動拖輪軸承受的重量為477+32=509（kg），受力為5090N.前端主動拖輪軸的傳遞的轉(zhuǎn)矩為：(3-31)45鋼正火和回火時，=55Mpa(3-32)則前端主動拖輪軸徑為：(3-33)則前端主動拖輪軸軸徑為80mm。3.10后端主動托輪組的設(shè)計篩筒工作時需要保持平衡，后端托輪組輪固定在傳動軸的一端，其主體結(jié)構(gòu)與前端主動托輪相似主要區(qū)別為托輪軸的長短。其結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3.6后端托輪組3.11支撐托輪組的設(shè)計篩筒工作時需要保持平衡，支撐輪固定在篩筒的一端，支撐輪屬于被動運動，其主體結(jié)構(gòu)與主動托輪相似，不存在連接傳動軸的軸頭，其結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3.7支撐托輪組3.12傳動可靠性的校核圓篩筒的受力方式如圖所示，圓篩筒中心與兩個托輪形成一個的邊三角形。由于其托輪位置相互對稱，因此每個托輪所受到的力相同。如圖所示為垃圾分揀裝置的受力分析，當(dāng)分揀裝置工作時，垃圾進入圓篩筒，受到重量的影響，圓筒篩與托輪之間的正壓力變大，考慮到鋼與橡膠兩種材料的摩擦系數(shù)為0.8，同時垃圾分揀裝置工作時轉(zhuǎn)速相對較低，因此篩筒能夠避免打滑的現(xiàn)象。3.8圓篩筒托輪配合示意圖3.13小結(jié)對垃圾分揀裝置進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇了其電機型號和減速器、聯(lián)軸器，設(shè)計器圓筒篩的結(jié)構(gòu)和托輪等構(gòu)件，對傳動軸進行了設(shè)計和校核。第4章垃圾分揀裝置的配套結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1進料斗的設(shè)計圖4.1進料斗常見的進料方式主要有傳送帶和斗式兩種。其中料斗的使用成本較低，操作簡單，但人力消耗較大；傳送帶的進料方式自動化成都高，但成本較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜?？紤]垃圾分揀裝置的工作情況，采用斗式進料的方式。進料斗的材質(zhì)選取Q235A鋼板，其結(jié)構(gòu)如圖所示，該進料斗整體形狀為帶有圓形接口的長方體形，其內(nèi)部為中空形狀，圓形接口大小與圓形篩筒大小相同，工作時，其底部安裝在機架上，圓形接口與圓形篩筒對接，保證垃圾的進入。4.2終端出料斗的設(shè)計根據(jù)垃圾分揀裝置的工作原理，較大體積的垃圾從圓篩筒末端出來，因此需要設(shè)計一款出料斗。其材質(zhì)為Q235A鋼板，其結(jié)構(gòu)如圖所示，整體為帶有凹槽的長方體形狀。圖4.2終端出料斗4.3下部出料斗的設(shè)計圖4.3下部出料斗考慮到尺寸的垃圾從圓篩筒的小孔中篩出，因此為便于收集，設(shè)計下部出料斗。其材質(zhì)為Q235A鋼板，其結(jié)構(gòu)如圖所示，整體為帶有凹槽的梯形形狀。4.4機架的設(shè)計圖4.4機架如圖所示，機架的整體結(jié)構(gòu)為帶有5°傾斜角的梯形，其材質(zhì)為Q235A，中部留有通孔方便圓形篩筒分揀體積較小的垃圾進入下部出料斗，其傾斜面上留有4組圓形通孔用于固定其托輪組。4.5防護罩的設(shè)計圖4.5防護罩考慮到尺寸的垃圾從圓篩筒的小孔中篩出，旋轉(zhuǎn)中的圓形篩筒具有一定的危險性，因此為便于垃圾的收集和安全防護，設(shè)計安全防護罩。其材質(zhì)為Q235A鋼板，其結(jié)構(gòu)如圖所示，整體為U形。4.6小結(jié)本章對垃圾分揀裝置的進出料斗、機架、防護罩進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。第5章結(jié)論本設(shè)計為垃圾分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，相對于市面上現(xiàn)有的垃圾分揀裝置，該分揀裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用范圍廣、精度高的優(yōu)點。本篇文章的工作內(nèi)容如下：對比國內(nèi)外不同類型的垃圾分揀機，并分析其優(yōu)缺點，并思考垃圾分揀機的發(fā)展趨勢，設(shè)計了一款圓篩筒式的垃圾分揀裝置；該裝置以電機為動力源，通過帶動圓筒篩中旋轉(zhuǎn)，分揀出不同體積的垃圾。對垃圾分揀裝置進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇了其電機型號和減速器、聯(lián)軸器，設(shè)計器圓筒篩的結(jié)構(gòu)和托輪等構(gòu)件，對傳動軸進行了設(shè)計和校核。通過Solidworks建立了垃圾分揀裝置的三維模型，通過CAD建立了垃圾分揀裝置的二維模型，展示了垃圾分揀裝置的基本結(jié)構(gòu)，該垃圾分揀裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用范圍廣、精度高的優(yōu)點。

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