垃圾分揀裝置全套CAD圖紙與設計方案

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Accorrding to the composition analysis of the living waste ,we discovered the bigger size material are mainly paper ,platic etc of being made second use of,and the small size material are mainly mud,food remnant etc of compost material.Acorrding to the charateristics of living waste and oversea waste equipments,we designed the waste screening machine .Acorring as size of living waste,the machine can sort the chunk waste and the poeder waste. Firstly,the paper refers present condision of living waste and disposal equipments of waste. Then,we introduced sorts of waste equipments,sorts of driving,material framework and working theory,At last,we discussed the designed and caiculated way of cylinder screening machine of living waste. We established three-dimensional simulation of sorted machine adopting UG,and optimized framework of the machine. Key words:Living waste Cylinder Screening Sorted Machine design 第一章 緒論 1.1課題的研究背景 在現(xiàn)代社會經(jīng)濟快速發(fā)展，文化迅速繁榮，人類為了在發(fā)展過程中創(chuàng)造幸福和開發(fā)資源的同時創(chuàng)造產(chǎn)品，消耗了大量的土地資源，產(chǎn)生了大量的浪費。在現(xiàn)代都市經(jīng)濟和人口不斷增長的情況之下，垃圾的數(shù)目和品種也隨之不斷增加和變化，導致環(huán)境污染愈來愈嚴重，成為制約都市發(fā)展的一大要素。 城市居民在日常生活中產(chǎn)生的固體廢棄物稱為城市生活垃圾。它囊括了居民生活垃圾、公共場合產(chǎn)生的垃圾等。其主要成分一般為廢紙張、廢塑料、草木、灰土、磚瓦等。成分繁雜，有機物含量高是城市生活垃圾的主要特點。并且在某些情況下城市垃圾有可能發(fā)生會發(fā)生轉化，對附近地區(qū)造成一定影響，一旦處理方法采取不當，有害物將通過水、土壤、生物鏈等途徑對人體健康產(chǎn)生威脅。因此實現(xiàn)垃圾處理的減量化、資源化、無害化的重要在于垃圾處理技術的選擇。 在國內，隨著城市的發(fā)展，城市生活垃圾每年增長速率在8%至10%左右。相關統(tǒng)計表明，城市垃圾每年的產(chǎn)量己達1.6億噸，城市居民每天平均的垃圾產(chǎn)量已超過1kg。環(huán)境污染問題日益眼中，實施治理已經(jīng)刻不容緩。 在城市生活垃圾的治理方面，有很多國家設立了相關管理和科學研究機構，專門研究城市生活垃圾的相關問題，其中包括垃圾的來源、性質和對環(huán)境的危害等方面。尋找生活垃圾的處理、回收、利用的方法和治理措施，同時出版環(huán)保書刊在城市居民中宣傳環(huán)保意識。城市生活垃圾的處理和利用，逐步成為環(huán)境工程學的重要組成部分。由于世界環(huán)境問題的日益突出，人們提出了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，城市生活垃圾引起了人們愈來愈大的關注。世界各國也加大了對各種類型垃圾的處置和利用的研究和開發(fā)。 隨著近年來經(jīng)濟的加速發(fā)展，國內城市垃圾的產(chǎn)量持續(xù)增長，但是對垃圾的處理方式和處理技術還處于相對不成熟的階段，尤其相對于發(fā)達國家還有較大的差距?，F(xiàn)階段國內垃圾收集方式多為混合收集，衛(wèi)生填埋是大部分垃圾的處理方式，隨意堆放到河灘等行為也屢見不鮮，這些現(xiàn)象都給垃圾資源化造成了障礙。因此，對垃圾進行分選成為了實現(xiàn)城市生活垃圾的綜合利用的重要步驟。 我國生活垃圾分選方法大多仍采用手工分揀。最近幾年，國內對垃圾分類分選技術的研究有了一定的成果。但垃圾分選機的研究仍處于實驗階段，分選設備少，而且其中大部分都是從國外引進的。因此，為了使廢物綜合利用，減少環(huán)境污染，降低人們的勞動強度，垃圾分選設備的設計和研究是必要的。分選處理作為垃圾資源化處理技術應用廣泛。經(jīng)過分選后，垃圾中可利用的成分得到回收再利用，一方面緩解了浪費資源的現(xiàn)象，另一方面減少了后續(xù)處理工序的進料量，有助于后續(xù)處理技術的實施。 1.1.1垃圾分選機的社會效益和可能優(yōu)點 資源化技術發(fā)展水平?jīng)Q定城市生活垃圾資源化的程度。技術發(fā)展程度低，會對產(chǎn)品回收率和附加值產(chǎn)生影響，造成的二次污染。但是技術太過復雜，又將導致資源化成本變高，也不可行。綜上，要想實現(xiàn)垃圾的資源化，必須采取真正可行的技術。 城市生活垃圾分離后，大多數(shù)材料被回收再利用。有機垃圾通過堆肥技術生產(chǎn)出的有機肥與化肥按照一定比例混合，可以制成用于農(nóng)業(yè)或綠化的有機復合肥。每1噸廢紙張，就可以產(chǎn)出0.8噸的再生紙，可以節(jié)省300到400千克燒堿、512千瓦時的電力、250噸水，使三廢排量減少75%。假如一個年產(chǎn)量150萬噸的造紙廠，能完全采用廢紙張作為生產(chǎn)原料，每年就可以減少120萬棵松樹的砍伐。1噸廢鋼鐵用于煉鋼，相當于1噸生鐵，可冶煉出成品鋼0.85噸，從而減少能耗，減少空氣污染；Ｉ噸廢塑料，可以再生出塑料顆粒0.5噸。生產(chǎn)新的玻璃制品過程中假如廢玻璃，同樣可以節(jié)能節(jié)水減少環(huán)境污染。目前我國每年社會上可回收利用的廢棄塑料約有100萬噸，實際利用約20萬噸，還有約80萬噸被當作垃圾未能加以利用。綜上所述，如果我們能將生活中大量的生活垃圾進行合理回收利用，可以預見巨大的社會效益和經(jīng)濟利益將會產(chǎn)生。 1.2城市生活垃圾的現(xiàn)狀和分析 1.2.1國外城市生活垃圾的現(xiàn)狀 城市每天產(chǎn)出的垃圾量巨大，城市生活垃圾已經(jīng)逐漸成為了全世界的課題。據(jù)統(tǒng)計，日本相較于十年前每日垃圾排放量翻了一番，英國也是15年間增加了一倍。歐洲經(jīng)濟共同體國家生活垃圾平均增長率為3%。德國4%，瑞典2%，韓國達到了11%。目前全世界年均產(chǎn)生垃圾總量超過100億噸，其中美國作為最大的垃圾產(chǎn)出國，每年總量在30億噸左右。在法國首都巴黎地，每天就要產(chǎn)生超過2800噸的生活垃圾，而且這一數(shù)字還在逐漸增加。 1.2.2我國城市生活垃圾的現(xiàn)狀 我國改革開放以來，城市數(shù)目和城市人口有了很大的發(fā)展，人民的生活水平也有了很大提高，因此，作為城市公害的生活垃圾產(chǎn)量也相當可觀（如表卜３所示）。處理城市生活垃圾，實現(xiàn)無害化、減量化和再資源化，消除城市生活垃圾的污染已成為我國必須解決的重大問題。隨著城市化進程的加快和人民生活水平的提高，國內各大城市近年來生活垃圾產(chǎn)量一直呈增長趨勢。從1986年到1998年的十二年間，我國城市生活垃圾年均產(chǎn)出總量翻倍。近十年來，國內城市生活垃圾產(chǎn)量在以每年10%的速度增長。2012年國內城市生活垃圾產(chǎn)量為1.6億噸，往年垃圾產(chǎn)出總量達60多億噸。據(jù)統(tǒng)計，北京一天產(chǎn)生垃圾1.2萬噸，一年400萬噸，國內另一個大城市上海市相比北京垃圾產(chǎn)出量更大，一年約600萬噸。其中填埋是最主要的處理方式，此外還有堆肥、焚燒等處理方式，因為這類處理方式每年被占用的土地就近千畝。 1.2.3城市生活垃圾的產(chǎn)生和分類 生活垃圾主要是從人類的消費活動中產(chǎn)生。它的產(chǎn)生是必然的，因為在一段時間內人利用自然資源的能力是有限的，不可能永遠把資源全部轉化為產(chǎn)品，總會有部分垃圾產(chǎn)生。轉化出來的產(chǎn)品都有使用壽命，一旦超過使用壽命，就成為垃圾。技術創(chuàng)新速度的快慢也決定著垃圾的產(chǎn)量和產(chǎn)品更新?lián)Q代的時間 生活垃圾的成分復雜具有多樣性。人們習慣于將生活垃圾產(chǎn)品從不同的方面進行分類。通常國內對城市生活垃圾分為有機物、無機物等不可回收垃圾和紙、木竹、塑料、橡膠、布、玻璃、金屬等可回收垃圾。 實際上國內外在城市生活垃圾的組成成分上也截然不同。許多有機物質是美國城市生活垃圾的特點，大部分成分可回收或燃燒；在中國大多數(shù)為無機材料。在上海、北京這樣大城市，有機物相較于其他中小城市較多，但仍有相當一大部分為無機物。即使在國內不同城市垃圾成分也存在一些差異。這些因素這就決定了中國垃圾處理方法和國外垃圾處理方法應該是不同的。 1.3意義和目的 城市生活垃圾雖然是廢棄物，但這并不表示垃圾就是百害無一利的。可能在某一方面他確實毫無價值，但是在另一方面卻能大放異彩。如降解垃圾中的有機廢物，可以得到制造有機肥料的好材料。有效的垃圾資源化可以在資源，能源的節(jié)約和保護和在減少污染和保護環(huán)境方面產(chǎn)生積極地作用。目前我國都市生活垃圾常采用的填埋、焚燒和堆肥處理都存在一定程度的劣勢。這一問題可以通過先分類回收城市生活垃圾，再生大部分有用物質，然后在進行填埋焚燒堆肥處理解決。這樣不能能在經(jīng)濟方面節(jié)省大量資金，更為重要的是最大程度的實現(xiàn)了垃圾無害、減量和再資源化。手選，粉碎，篩選，分離，干燥等方法，可以回收從垃圾中有用的材料，不僅減少環(huán)境污染，而且具有較高的經(jīng)濟效益。城市生活垃圾資源化的實現(xiàn)，可以減少垃圾對環(huán)境的負面影響，無論是生活垃圾的填埋還是焚燒和堆肥，必須有一個預處理，將生活垃圾按一定特性分類收集和處理將得到的有用物質加以利用。特別是對中國目前的廢物大部分混合收集狀態(tài)更是如此。鑒于城市垃圾成分的復雜性和處理方式的多樣性，分選垃圾的資源化、能源化方面的重要操作。國內年均垃圾產(chǎn)量逐年增多，垃圾分選機械有很大用武之地，但目前國內垃圾分選機的研發(fā)還不成熟。因此設計一個適用于國內的分選機械進行垃圾分類，不僅可以緩解工人的勞動壓力和強度，還有利于垃圾的分類處理，既使得垃圾得到充分的利用，還有效的節(jié)約了資源，保護了環(huán)境。 通過分選從垃圾中提取出廢紙張、廢塑料、廢金屬等有用物質，不但節(jié)約了資源，而且還減少了垃圾運輸處理量。廢物資源化處理，減少了廢物填埋和焚燒量，還對自然環(huán)境和我們的居住環(huán)境起到了保護作用。垃圾加工過程當中出現(xiàn)的滲瀝水，也是植物無土栽培優(yōu)良的肥料。綜上所述垃圾分選在城市垃圾處理中起著極為關鍵的作用。現(xiàn)階段國外廠家掌握優(yōu)秀的設備及核心技術，這些設備和技術在工作效率和工作能力十分出眾，在垃圾分選方面有很好的表現(xiàn)。引進國外先進設備和技術的同時加大國內對分選機械的研發(fā)投入，對于提升我國垃圾綜合處理的能力與水平尤為關鍵。 1.4 研究的主要內容和方法 本課題研究的內容為城市生活垃圾分選機的設計與研究。通過調查研究，掌握相關信息設計垃圾滾筒篩分選機。本次設計的分選機主要根據(jù)混合垃圾中不同物質的不同物理尺寸進行分選，使用圓筒篩進行分選。目前國內外有許多垃圾分選機的資料，垃圾滾筒篩分選機與其他分選機在結構上有部分相似之處可以借鑒，以此幫助完成本次設計。 主要研究內容有以下幾個方面： (1)確定垃圾分選機的篩分類型及其基本參數(shù)； (2)對比其他分選機的，找出圓筒式篩分選機的優(yōu)勢與劣勢，進行應用可行性分析； (3)參照其他分選機，設計出城市生活垃圾圓筒篩分選機。主要需要選定分選機的動力裝置，對篩筒進行設計，設計傳動裝置，出料斗和其他輔助裝置。 (4)用AutoCAD繪制工程圖。 (5)對垃圾圓筒式分選機各參數(shù)進行驗證。 1.5本章小節(jié) 本章分析了國內外城市生活垃圾的產(chǎn)生歷史和現(xiàn)有狀況，并分析了多種城市生活垃圾分選設備的性能特點，在此基礎上，針對我國目前經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，確立了本課題的研究內容與方法。 第二章 垃圾分選機的主體結構設計 2.1垃圾分選機的總體設計 2.1.1垃圾分選機的總體技術要求 垃圾分選機是實現(xiàn)垃圾無害化、垃圾減量化和垃圾資源化處理過程中的重要設備。垃圾分選機工作的目的就是分類具有不同特性的垃圾。本次設計的分選機主要根據(jù)混合垃圾中不同物質的不同物理尺寸進行初步分選。使垃圾得到適當?shù)姆诸惡统浞值幕厥绽?，最終實現(xiàn)垃圾無害化、減量化和資源化。 目前垃圾處理中使用較多的篩分設備包括滾筒篩、固定篩、擺動篩、振動篩等。通過進一步查閱資料，決定使用的篩分結構為圓筒篩。其工作原理就是圓筒篩體作旋轉運動把垃圾按大小分級。篩面為打孔薄板，篩筒傾斜安裝，當物料進入篩體內部，將隨篩體的轉動做螺旋狀翻動，在此過程中留在篩體內的物料成為篩上物，從篩體底端排出。大小比篩孔小的物料被篩下成為篩下物。篩管長度，速度，直徑，孔的直徑，角度等影響篩分效率，各參數(shù)應滿足垃圾分離功率的需要和條件的停留時間。 為了方便物料出筒，分選機的篩筒徑向應該要有3°-5°的傾斜角，便于垃圾在筒內軸向前進。本次設計將篩孔設計為圓形，孔徑60mm?？紤]到需要分離的垃圾成分較為復雜，在篩筒內有可能相互發(fā)生纏繞，并且篩片也易磨損，故設計應該能夠方便清理和修理更換篩片。 通過資料查閱，該垃圾分選機的基本設計參數(shù)初定如下： (1)處理量：15~20t/h; (2)能耗：小于1kw?h/t; (3)篩筒轉速：5~10r/min; (4)篩筒內徑：1.5m； (5)篩筒長度：4.6m； (6)篩筒傾角：3°-5°。 2.1.2垃圾分選機的總體結構 垃圾圓筒篩分選機作為城市生活垃圾的預分選和堆肥處理的一種分選機械應用十分廣泛。如下圖所示，分選機主要由篩筒，減速器，支撐輪，傳動長軸，電機，進料斗，出料斗和機架組成。篩筒驅動方式為單側摩擦驅動。篩體分為四段。篩體依靠兩端摩擦輪圈傳動。生活垃圾圓筒篩分選機設計應考慮篩筒結構、驅動方式、傳動形式、性能參數(shù)等。 圖 垃圾分選機整體結構示意圖 2.2垃圾分選機動力輸入設計 2.2.1電動機的選用 一般機械的動力來源通常有電動機、汽油機和柴油機等。一般來說，柴油機和汽油機在移動頻繁的機組上使用較多，以便能隨時移動位置．但操作復雜，噪音也較大，而且不利于長時間連續(xù)工作。電動機相比前兩種動力來源則較容易操作，噪音也較小，經(jīng)濟性也較好。垃圾分選機在廠房內工作，不需要頻繁移動，所以本次設計動力來源選為電動機。 為了滿足生產(chǎn)機械的要求，通常首選的電動機具有結構簡單，工作穩(wěn)定，維修方便的優(yōu)點，較低的價格。一般來說采用交流電動機，其中交流異步電動機比交流同步電動機更適合生產(chǎn)機械。 在垃圾分選機的工作過程中，電機固定在機架上，無其他特殊要求，因此在設計中選用Y系列三相異步電動機。 Y系列三相異步電動機是一般用途的全封閉扇冷式鼠籠型三項異步電動機。功率等級與安裝尺寸相同，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。宜使用在沒有特殊驅動要求的設備上。Y系列電動機特點是高效、節(jié)能、噪音低、振動小、運行可靠，標準化程度高。徐州七洲特種電機有限公司和江蘇貝得電機股份有限公司等國內廠商均生產(chǎn)該類型電動機。 根據(jù)工作參數(shù)的要求，處理量為15～25 t/h，能耗小于1KW?h/t，則可選擇15～25KW的電動機。通過參考國外垃圾分選機的設計參數(shù)，確定采用電動機功率為15KW。 常見電動機有開放型，保護型，封閉型和防爆型幾種類型。 開啟式電機價格低廉，良好的到散熱條件，但外界的灰塵，油脂，水，鐵和其他異物很容易進入機器，影響電機的正常運行。所以開啟式電機通常只能在干燥潔凈的環(huán)境下使用。 防護式電機能防止水滴、鐵屑等外界異物的進入，但是不能防潮，灰塵也容易進入電機內，所以常在干燥無塵的環(huán)境中使用。 封閉式電機又分為自冷，強制通風和密封。前兩個電機能防止來自任何方向的水滴或雜質，灰塵和水分不易進入，適用于潮濕，多土，風雨侵蝕，蒸汽或氣體腐蝕的環(huán)境中；密閉式常用于液體的工作環(huán)境等。 防爆式電機和封閉式電機一樣為密閉結構，分為隔爆、增安和正亞三種不同類型，適用于較為危險的工作環(huán)境，比如周圍有易燃易爆的情況下常使用防爆式電機。外殼防護型電動機必須與環(huán)境相適應，否則電機不能正常運行或損壞，或造成災難的電機故障。由于垃圾分選機的實際工作環(huán)境處于開放環(huán)境，處理垃圾過程中現(xiàn)場環(huán)境惡劣，垃圾分選過程中可能有灰塵和污水外泄，需要防止灰塵和其他異物進入電機，影響工作狀態(tài)，而且需要保證操作人員安全。 查表10-2-1和表10-2-2，選擇外殼防護等級為封閉式（IP44）。封閉式電機能夠防止粗導線接近殼內帶電或轉動部件，還能防止顆粒較大的異物進入電機并且水飛濺任何方向對電機均無不良影響。 電機的安裝型式分為立式與臥式。由于臥式電機安裝簡單方便，價格便宜．所以應用較多。在需要垂直運轉和簡化傳動裝置時采用立式電機，立式電動機的價格較貴?？紤]經(jīng)濟性。采用B3安裝型式，安裝到基礎構件（機架）上。 在垃圾分選機工作過程中，對電動機的安裝方式無特殊要求。因此從簡單經(jīng)濟性出發(fā)，選擇臥式安裝方式。 查表10-4-1．與15KW電機對應的電機座型可選擇2級、4級和6級，2級電機的同步轉速為3000r/min，4級電機的同步轉速為1500r/min，傳動比都比較大，但機器空間較小，使傳動受到限制；6級電機的同步轉速為1000分／分，傳動比較小，因此選定6級電機。根據(jù)以上分析，查表10-4-1，選定垃圾分選機的電動機為15kw的Ｙ系列防護式（IP44）三相異步電動機，型號為Y180L-6，其同步轉速1000r/min，滿載轉速970 r/min，額定最大轉矩2.0kn?m滿載效率89.5%，凈重200kg。查表10-2-3，選有底腳和有軸伸，安裝到基礎構件上的安裝型式。電動機Y180L-6的機座號為180L，查表10-4-2，得到機座號180L的安裝尺寸。 2.2.2減速器的選用 電動機的輸出轉速很高，一般不能直接連接到設備上使用。中間都需要減速器先將速度降低，才能滿足設備工作需要。Y180L-6電機同步轉速1000r/min，滿載轉速970r/min，直接輸出對于垃圾分選機顯然轉速太高，不能滿足垃圾分選機的實際工作要求，所以需要減速器降低轉速。減速器是在電動機和工作機之間的獨立傳動部件。一般以齒輪、蝸桿傳動等傳動件裝在鑄造或焊接的剛性箱體中而構成。一些減速器和電機構成一個組合，結構緊湊，易于使用。在我國，已經(jīng)有許多國家標準的減速器，都在大批量生產(chǎn)，可以按照樣本選擇。根據(jù)選擇減速器的一般原則，對于垃圾分選機使用減速器的具體型號進行選擇。具體考慮以下幾個方面的問題。 1．按照整體布局要求進行減速器型式的選擇 在沒有其它特殊要求的情況下，常首先考慮選用圓柱齒輪減速器，其輸入軸與輸出軸互相平行。因為這類減速器加工方便，效率高，成本低。當要求電動機軸與輸出軸之間成90°角布置時，可以采用圓錐齒輪或圓錐一圓柱齒輪減速器。當傳動比大，要求結構緊湊時，可以選用蝸桿傳動，但蝸桿傳動效率較低，適用于短期間歇使用。當要求結構緊湊、傳動比大、效率高、重量輕時，可以選用行星齒輪減速器（如漸開線齒輪行星傳動、擺線針輪行星傳動）或諧波齒輪傳動。 在垃圾分選機的傳動過程中，對減速器的傳動無特殊要求。因此主要應該從結構簡單、效率好、安裝維護方便和經(jīng)濟適用方面考慮。則該設計選用硬齒面圓柱齒輪減速器。 硬齒面圓柱齒輪減速器主要包括ZDY（單級）、ZLY（兩級）、ZSY（三級）和ZFY（四級）四大系列。硬齒面圓柱齒輪減速器適用于冶金、礦山、運輸、建筑、化工、輕工、能源等行業(yè)。該型號減速器齒輪均采用優(yōu)質合金鋼經(jīng)滲碳淬火而成，齒面硬度達HRC54-62。中心距，傳動比等主要均經(jīng)優(yōu)化設計，主要零、部件互換性好。采用磨齒工藝，體積小、重量輕、精度高、接觸好、可靠性高、傳動平穩(wěn)、噪音低。承載能力大，比齒面減速器承載能力提高七倍。傳動效率高，可達96％，使用壽命長。一般采用油池潤滑，自然冷卻，當熱功率不能滿足時，可采用循環(huán)油潤滑或風扇，冷卻盤管冷卻。 泰興市華夏減速機廠、上海諾為傳動機械有限公司和德州奧力機械有限公司等國內廠商均生產(chǎn)該類型減速器。 2.根據(jù)傳動的主要參數(shù)選擇減速器的傳動級數(shù)和尺寸 根據(jù)減速器傳遞的功率P，輸入軸轉速n，總傳動比i（或輸出軸轉速ｎ’）確定減速器的級數(shù)。如對圓柱齒輪減速器，i<=8~10可用單級圓柱齒輪減速器，i＝8～60可選用二級圓柱齒輪減速器，i＝40~400可用三級圓柱齒輪減速器。己知p、n，i則可按減速器樣本選定減速器的型號。對于常用標準的硬齒面圓柱齒輪減速器，根據(jù)表9-2-1，公稱傳動比范圍為，一級圓柱齒輪減速器i＝1.25~6.3，二級圓柱齒輪減速器i＝6.3~20，三級圓柱齒輪減速器i＝22.4~100。 根據(jù)設計參數(shù)，可以初步計算出減速器應該采用的傳動比的范圍。 按照篩筒轉速8~15r/min進行計算： (1)求總傳動比i: (2-1) 設計篩筒傳動圈直徑1500mm左右，減速器聯(lián)接驅動的托輪直徑350mm左右。 (2)求出第二級傳動比: (2-2) (3)則求出減速器的傳動比i1． (2-3) 在垃圾分選機的設計中，確定減速器傳動比為i1＝20 查表9-2-1用二級圓柱齒輪減速器（ZLY型）。 3.考慮其它要求選擇減速器型式 有些減速器還有其它要求，如機器人傳動裝置的減速器有運動精度、剛度、回差等方面的要求。在高溫、低溫、高速等條件下工作的減速器也有許多特殊要求。在垃圾分選機的工作過程，對減速器沒有其他的特殊要求，因此確定選用二級硬齒面圓柱齒輪減速器。根據(jù)電動機額定功率15kw，效率89.5%，可以計算電動機的最大輸出功率（即減速器的最大輸入功率）為： (2-4) 查表9-2-3，公稱傳動比i為20，輸入轉速1000r/min的情況下，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，低速級中心距160mm時許用輸入功率為26.5kw。 由此可得， (2-5) 選用低速級中心距140mm的減速器，能夠滿足功率需要。 根據(jù)垃圾分選機的總體結構，選擇ZLY減速器的裝配型式為II型，即左后側輸入，右前側輸出。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)由于電動機輸出軸直接通過聯(lián)軸器聯(lián)接減速器輸入軸，按下面公式進行強度計算： (2-6) 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，轉速慢，電動機驅動．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 (2-7) 所選減速器強度足夠。 (2)由下面公式進行熱功率校核： (2-8) —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)； 垃圾分選機減速器的使用環(huán)境條件主要為較大的廠房場所，也可以在戶外、露天。采用空氣自然冷卻。查由表9-2-5可得，減速器熱功率為＝35kw：由表9-2-7，減速器是自然通風冷卻，按夏天室內最高溫度不超過400溫度，?。?.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 (2-9) 所選減速器散熱能力滿足要求。 由此，可以選擇ZLY140-20-1 ZBJ19004-1988減速器。查表9-2-2，得到ZLY 140-20-1減速器的安裝尺寸。 2.2.3電動機和減速器之間聯(lián)軸器的選用 在電動機和減速器之間的傳動，要通過聯(lián)軸器來實現(xiàn)。根據(jù)垃圾分選機的需要以及電動機和減速器的型號選用合適的聯(lián)軸器。根據(jù)在垃圾分選機的工作過程中，傳動軸有3°傾角，載荷比較平穩(wěn)的特點，以及簡單實用原則，查表5-2-1，選用TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。其特點是結構簡單，維護方便，承載能力大，具有一定補償兩軸相對偏移和一般減振性能。一般應用于啟動品、經(jīng)常正反轉、載荷平穩(wěn)的工況。鎮(zhèn)江市遠程傳動機械有限責任公司、西寧市星泰減速機成套設備有限公司和河北省吳橋東風減速機廠等國內廠商均生產(chǎn)該類聯(lián)軸器。 一般連軸器是根據(jù)載荷情況、轉矩、軸直徑和工作轉速來選擇。轉矩Tc由下式求出： (2-10) 式中 —理論轉矩，N?m； —公稱轉矩，N?m； —計算轉矩，N?m； P—驅動功率，kw； K—工作情況系數(shù)； n—工作轉速，r/min； 由設計可知，聯(lián)軸器聯(lián)接電動機和減速器，聯(lián)軸器的工作轉速n也就是Y180L-6電動機的輸出轉速，最大為n＝1000r/min。由設計知道，垃圾分選機屬于均勻載荷，查表5-2-2，得工作情況系數(shù)為K＝1.0～1.5，取K＝1.5計算。驅動功率也就是電動機的功率P＝15KW。 (2-11) 由表10-4-2，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)沒有標準的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。 2.3垃圾分選機篩筒的設計 2.3.1篩筒的整體設計 根據(jù)對現(xiàn)有國外的垃圾圓筒篩和國內多種其他用途的圓筒篩的調查利研究，圓筒篩有多種類型。根據(jù)同一圓周上篩片的多少可分為單片篩和多片篩結構。單片篩便于制造，但是安裝和更換不方便。多片篩在制造要求上相對復雜，但是更換更方便，便于維護。 圖2－2篩筒的整體設計圖 篩筒的結構形式也有多種：圓形、多邊形和圓加多邊復合形。通常采用圓形，因為圓形平衡度好，圓轉平穩(wěn)，加工簡單。多邊形和復合形的平衡度差，運轉震動沖擊大，適宜圓筒直徑較大和速度較低的情況。在本設計中，我們設計篩筒結構為圓形。采用多篩片安裝到篩架上，方便拆卸更換和維護。篩筒的兩邊同時設計滾圈，作傳動環(huán)使用。如圖2-2所示。 2.3.2篩片的設計 篩片材料采用8mm厚的Q235鋼板。查表2-1-5，采用1.1m寬、8mm厚的鋼板制作。篩筒采用同一旋轉面六篩片組合，每片篩成6儼弧，內接圓直徑為1500mm。篩孔的形狀有方孔、圓形孔、六邊形孔等。我們將篩孔設計為60圓形孔。篩片設計如圖2-3所示。通過螺栓與篩架聯(lián)接，方便拆卸和維修。根據(jù)設計要求的篩簡直徑1.5m，篩片展開為1080mm總共48塊篩片采用鋼板16塊 774mm?？梢圆捎?.1m寬、2.4m長的鋼板分為三塊。 圖2－3篩片設計圖 2.3.3篩架的設計 篩架起著支撐篩片的作用，要達到一定的強度。并且根據(jù)總體設計，篩架兩端還要設計傳動滾圈，傳遞動力。篩架各部分可采用螺栓連接或直接焊接。螺栓連接的好處是可以方便更換部件。焊接的好處是強度要更高，結構更可靠。根據(jù)實際情況，篩架沒有必要頻繁更換篩架部件，所以采用焊接成型。篩架兩側傳動滾圈和中間聯(lián)接圈、進料端和出料端兩側擋緣均采用18mm厚Q235-A鋼板；中間圈焊接加強肋緣，用15mm厚Q235-A鋼板。各部分結構如圖2-4所示。 2－4中間圈、傳動滾圈和擋緣零件示意圖 中間篩環(huán)肋條采用45X45X5的Q235-A角鋼。角鋼上打孔，方便安裝篩片，如圖2-5。每條肋由兩條角鋼背向焊接而成。篩架共用角鋼48條。 圖2－5肋角鋼的設計圖 圖2－6篩架的設計圖 篩架各部件做好后進行焊接，設計如圖2-6所示。焊接應保證篩架的圓度，特別是兩端的傳動滾圈。由于篩筒徑向與水平面有傾角，篩筒轉動過程中上側擋緣要承受一定的力，因此在出料端上側焊接緣托，采用12mm厚鋼板。篩架總躍4680mm。 對篩架承重進行初步校核。 粗算篩筒內垃圾物料重。 根據(jù)設計要求，并已知電機轉速和減速器減速比，篩筒的轉速可租略計算為： (2-12) 垃圾在滾筒內的運動是一個復雜的過程。近似把垃圾的運動簡化作先隨滾動到篩筒頂端，然后往下作自由落體到篩筒底端的運動。則垃圾在這一過程中的時間為篩筒運動半轉的時間加上從頂端自由落體到底端的時間。 前半段時間為： (2-13) 后半段時間為： (2-14) 整段過程前進距離為： (2-15) 則前進速度約為： (2-16) 則大塊垃圾在篩筒內的總時間為： (2-17) 取處理量為15t/h，垃圾一般篩下物比較多，假定在篩筒內有1/3。則分選機工作時，同一時間在篩筒內的垃圾量為： (2-18) 經(jīng)過計算，篩筒部件重量為1747ｋｇ?？傊貫?907ｋｇ。則工作時篩筒部件重力為： (2-19) 由篩架設計知兩輪中間距離4.53ｍ。將整個篩架看著一個整體，篩體均由肋角鋼支撐重量。則可近似按均布載荷計算肋角鋼承受的攝大彎矩： (2-20) 按每條肋板平分載荷計算，周向為6條肋扳，每條肋由兩條45x45x5角鋼焊接成 ，則每條 (2-21) 2.3.4篩筒的傾斜角確定 垃圾分選機工作工程中，垃圾從篩筒一端進入，小尺寸的物料篩分后從篩筒下部送出，大塊物料從另一端送出。為了使物料能夠從一端運動到另一端，一般可以采用導流板或者使篩筒傾斜的方法。該設備采用了篩筒傾斜安裝的方法。篩筒的傾角靠機架的整體設計保證。設計機架前設計篩筒的傾角。圓筒徑向傾角一般為3°~5°。垃圾分選機篩筒的傾斜角會影響垃圾物料在篩筒內的滯留時間口”。在該設計中，垃圾分選機篩筒的傾斜角設計為5°。 2.4垃圾分選機的傳動設計 一般傳動方式有鏈傳動、齒輪傳動、皮帶傳動。該設備采用摩擦傳動。這是一般傳動中不多見的。摩擦傳動的運動平穩(wěn)、噪聲小，傳動效率隨外載荷變化而變化，效率低。驅動滾輪與篩筒滾圈的接觸面積不能太小，太小篩筒體會發(fā)生滑動，功率得不到充分利用，特別是在處理垃圾的物流量小載荷低的狀態(tài)下，更容易發(fā)生滑動。因此，對于采用摩擦傳動的垃圾圓筒篩，其滾輪和滾圈的接觸面積應該保證。 圖2—9總體傳動圖 按照篩筒驅動方式，可分為圓筒中心軸驅動和圓筒外側驅動。中心驅動的好處便于設計和單個零件的制造，能夠合理分配動力。但是對于有傾斜角度的篩簡，軸的對心要求高，對安裝的要求較高。而且由于垃圾中成分復雜。中心軸容易纏繞雜物，而且由于中心軸的存在，使篩筒內空間縮小，不便于對篩筒內部進行清理。外側驅動又分為單邊驅動和雙邊驅動。對于雙邊驅動又可分為集中驅動和分別驅動兩種。外側驅動由于轉動軸不再篩筒內部，不會產(chǎn)生分離物纏繞，也便于對篩筒內部進行清理和檢修。 在驅動選擇上，單邊驅動設計制造簡單。便于控制。雙邊驅動設備平穩(wěn)，功率利用合力。雙邊驅動的分別驅動情況下，如果垃圾物流量小，則可以關掉一邊驅動，節(jié)省運轉成本?？紤]驅動簡單化原則，在本設計的生活垃圾圓筒分選機中．選用單邊摩擦驅動?？傮w傳動如圖2-9所示。 2.4.1傳動長軸的設計 在本設計中，篩筒采用單側傳動。由于前后距離很長，需要設計一根長軸來連接前后的驅動輪（主動主動托輪和后端主動托輪）。由于整個設備處于5°傾角狀態(tài)，而且軸比較長，所以與兩端的驅動輪軸采用萬向節(jié)聯(lián)接。該軸主要是起傳遞轉矩的作用。根據(jù)軸的載荷情況可分為轉軸、心軸、傳動軸三類。轉軸承受彎矩和轉矩；心軸只承受彎矩，不傳遞轉矩：傳動軸主要承受轉矩，不承受或只承受較小彎矩。由設汁知傳動長軸只傳遞轉矩，只承受自重產(chǎn)生的彎矩，為典型的傳動軸。 1.選擇軸的材料 軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較?。詰幂^為廣泛。45號鋼等優(yōu)質中碳鋼是直軸最常用的材料。Q235-A等普通碳素鋼用于不重要的軸或者受栽較小的軸。合金鋼具有較高的機械強度，用于受載大、結構尺寸受限制、需提高軸頸的耐磨性及處于高溫或腐蝕等條件下的軸。鑄鋼、球墨鑄鐵和一些高強度鑄鐵，易于鑄成外形復雜的軸，它們吸振性好，對應力集中敏感性低。 由于該軸比較長，設計該軸中間為空心軸?？招妮S的兩頭焊接實心軸頭。由于該軸只傳遞轉矩，受載較小，查表5-1-1，中間空心軸選用20鋼制作，軸頭選用45鋼制作。 2.計算軸徑 對于尺寸較大的軸一般采用鍛造毛坯，而對于較小的軸一般采用圓鋼車制。該軸的軸頭亦采用圓鋼車制。為了減輕質量或者結構需要，有一些機器的軸采用空心的截面。因為傳遞轉矩主要靠軸的近表面材料，所以空心軸比實心軸在材料的利用上較為經(jīng)濟。所以中間段采用鋼管為空心軸。按扭轉強度計算只需知道轉矩大小，方法簡單，但計算精度低。主要用于下列情況： 1)傳遞轉矩或以轉矩為主的傳動軸； 2)初步估算軸徑以便進行機構設計； 3)不重要軸的最終計算。 已知該長軸主要是傳遞轉矩，可以只按軸所受的轉矩進行計算。扭轉強度條件為： 式中：T————軸傳遞的轉矩，， ————軸的抗扭截面系數(shù)，mm； P————軸的傳遞功率，kw； n————軸的轉速r/min； ————軸材料的許用切應力，Mpa。 對實心軸，，則實心軸徑選擇的計算公式為： 對空心軸，，而空心軸徑選擇的計算公式為： 上兩式中： ————軸的直徑，mm； T————軸傳遞的轉矩，，； ————軸傳遞的功率，kw； ————軸的轉速，r/min； ————軸材料的許用切應力，Mpa； ————系數(shù)，； y————空心軸的內徑和外徑之比， 傳動長軸實心軸頭用45鋼，查表5-1-1，由于彎矩相對轉矩較?。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 電動機轉速。減速器減速比i=20，則傳動軸的轉速為， 則傳動長軸的實心軸頭軸徑為： 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： 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，則內徑為64mm，壁厚8mm。 3.傳動長軸的總體結構設計 由設計條件得知，該軸為光軸，軸上無其他部件，該軸主要是傳遞轉矩。簡單的設計結構如圖2-10所示。 實心軸頭采用直徑80mm的45鋼制作。中間空心軸采用外徑80mm，壁厚8m的20鋼無縫鋼管制作。實心軸頭與空心軸的聯(lián)接采用焊接。為了聯(lián)結牢靠，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)結為一體，增加軸傳遞扭矩的牢固性。傳動長軸通過萬向節(jié)聯(lián)軸器與前端主動托輪軸和后端主動托輪軸聯(lián)接。 圖2-10傳動長軸示意圖 2.4.2前端主動托輪組的設計 圖2-11前端主動托輪組 主動托輪除了傳動作用之外，同時也起作支撐輪的作用。前端主動托輪軸的前端通過聯(lián)軸器聯(lián)接減速器輸出端，后端通過萬向節(jié)聯(lián)接傳動長軸。如圖2-11所示。為了統(tǒng)一規(guī)格和簡單設計，后端主動托輪和支撐托輪除托輪軸頭和相應的軸承端蓋不同之外，其他設計完全相同。 為設計簡單，聯(lián)軸器同樣選擇TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。查表9-2-9，ZLY 140-20-11減速器輸出軸直徑為65mm。 1.托輪的設計 托輪起著給篩筒傳遞動力和支撐托輪轉動的作用。因為垃圾分選機采用摩擦傳動，鋼與鋼的摩擦系數(shù)較小，而且制作過程中，不能同時保證制作精度和摩擦系數(shù)，所以在托輪外圈加橡膠圈作為摩擦圈。托輪主體采用ZG270-500材料鑄造。外圈采用聚丁二烯橡膠制作。為了保證外圈橡膠在傳動過程中不至于脫落，在托輪主體上設計凸槽。同時為了防止傳動時橡膠圈在鋼圈外打滑，在鋼圈外圈徑向上設計溝槽。設計如圖2-12所示。托輪寬為100mm，直徑360mm。 圖2-12托輪示意圖 ２、前端主動托輪軸的設計 前端主動托輪軸前端軸頭和后端軸頭都只傳遞轉矩。中間安裝托輪段還要承受篩筒和托輪本身產(chǎn)生的彎矩。前端主動托輪軸后端軸頭受力和傳動民軸軸頭相同，設計為相同軸徑，為60ｍｍ。分選機傳動到前端主動托輪軸的總效率為： 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： = 由前端主動拖輪軸傳遞功率p=12.3kw，轉速為n=50r/min,采用45鋼制作，查表5-1-7，取兆帕，取A=103 前端主動拖輪軸前端軸頭的軸徑為： 則取軸徑為65mm，與減速器輸出軸相同。 前端主動拖輪軸的中間段既要傳遞轉矩，又要承受篩筒和拖輪軸自身的重量產(chǎn)生的彎矩，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： 式中：————軸的直徑，mm； ————軸在計算界面上的工作應力，Mpa ————軸在計算截面上的合成彎矩， ————軸在計算截面上的轉矩， ————許用彎曲應力，Mpa ————根據(jù)切應力變化性質而定的校正系數(shù)， 切應力按對稱循環(huán)變化時，=1， 切應力按對脈動循環(huán)變化時， 切應力按對稱循環(huán)變化時， 由于垃圾分選機，前端主動拖輪軸的切應力是有重力產(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），又知拖輪寬100mm，兩端設計60mm間隔，以軸承邊緣為支撐點，假定載荷為集中載荷，則軸的最大彎矩為： 前端主動拖輪軸的傳遞的轉矩為： 查表5-1-1，45鋼正火和回火時，=55Mpa， 則前端主動拖輪軸中間段軸徑為： 則前端主動拖輪軸中間段的軸徑為80mm。 動力輸入端軸頭開18mm寬，長100mm的鍵槽，安裝平鍵傳動。軸與托輪也采用鍵鏈接傳動，軸上鍵槽為22mm寬，100mm長。由此前端主動拖輪軸如圖2-13所示。 圖2-13前端主動托輪軸 3.軸承的選擇 軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類。通常使用的是滾動軸承。按照承受載荷的方向和公稱接觸角口值來劃分，滾動軸承可分為向心軸承、向心角接觸軸承、推力軸承和推理角接觸軸承 由于整個機構有5°傾角，受力分析知軸承會有5°的接觸角。根據(jù)載荷方向，選擇向心接觸軸承中的圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承可以承受以徑向載荷為主的徑、軸聯(lián)合載荷，外圈可以分離，內圈和外圈可以分別安裝，在安裝和使用過程中，可以調整軸承的徑向和軸向游隙，一般成對使用。根據(jù)均分承擔載荷原則，前端主動托輪軸承受的重量為437+32=469（kg），又知前端主動傳動軸中間段重為12kg。則一對軸承承擔總重為469+12=481（kg）。則單個軸承靜載荷為： (2-39) 同時根據(jù)軸的結構，查表6-1-54，選擇內徑80mm的圓錐滾子軸承30216(GB/T297-1994)。 4.安裝及其他部件設計 根據(jù)軸、軸承設計軸承座、軸承蓋和隔套等部件。在軸承靠近軸承座兩端外側安裝油封，防止灰塵等異物進入軸承內部，影響傳動效率。 2.4.3后端主動托輪組的設計 在傳動長軸的后端，通過萬向節(jié)聯(lián)軸器聯(lián)接后端主動托輪軸。和前端主動托輪相同，后端主動托輪除了傳動輪作用之外，同時也起作支撐輪的作用。后端主動托輪軸如圖2-14所示。參照前端主動托輪組，后端主動托輪組結構與前端主動托輪組基本一致。 圖2-14后端主動托輪軸 2.4.4支撐托輪組的設計 傳動軸的另一側，有兩個支撐托輪。支撐托輪是起著支撐篩筒轉動的作用。除沒有動力輸入和輸出軸頭外，支撐托輪組的主體結構和主動托輪組一致。組裝后支撐托輪組如圖2-17所示。 圖2-17支撐托輪組 2.4.5傳動可靠性的校核 根據(jù)整體設計，兩托輪之間距離為945mm，而托輪軸與篩筒中軸的距離為930mm（托輪半徑與篩筒半