毕业设计（论文）-垃圾破碎机的设计.doc

全套图纸加扣 3012250582编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 垃圾破碎机的设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 教授 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2012年5月20日全套图纸加扣 3012250582摘 要垃圾煤是以城市生活垃圾为主要原料，经过传送、破碎、干燥、燃烧反应、添加助燃剂和成型等工序而成的工业燃料，它具有垃圾处理和生产工业用煤制品两种功效。其中破碎是工序中的一个重要环节，而垃圾破碎机是一种实现垃圾破碎功能的专用环保设备。本文根据桂林某企业生活垃圾煤生产线中破碎机的工作要求，设计出一种可行的破碎机结构，满足强度和寿命要求。主要工作如下：进行破碎机的结构方案论证，绘制破碎机部件的机构装配图，用三维软件Solidworks对部件进行三维建模，并进行有关理论分析和计算。分析动力要求，选择原动机，编制关键零件的加工工艺卡。关键字：垃圾破碎机；破碎结构；三维建模；原动机；加工工艺卡AbstractGarbage coal is a kind of industrial fuel which is made from urban living garbage by the processes of transmission, breaking, drying, burning reaction, adding accelerant and forming. It has the function of both municipal garbage disposal and the production of industrial coal products. At the processes, the breaking is a important link, and Garbage crusher is a special environmental protection equipment that can realize the garbage crushing function. This paper according to the crusher work requirement of a guilin enterprise of in coal production line, designs a feasible crusher structure, that can meet the strength and useful life. The main work as follows，the demonstration of crusher structure project, and drawing the assembly of crusher institutions, for the parts 3 d modeling with 3 d software SolidWorks,and for the theoretical analysis and calculation.On the work power requirements,choose the mover, preparing the card of the processing technology of key parts.Keywords：Garbage crusher；Crushing structure；3 d modeling；rime motor；Processing process card；目 录引言11 简介21.1 国内外研究现状21.2 课题研究的意义31.3 毕业设计的任务要求32 垃圾破碎机的方案设计32.1 破碎的基本理论32.1.1破碎的目的32.1.2 破碎比42.1.3破碎方法42.2 垃圾破碎机的结构设计52.2.1破碎机的类型52.2.2破碎机选型研究62.2.3垃圾破碎机结构示意图72.2.4垃圾破碎机工作参数的确定82.3 垃圾破碎机结构的实体建模103 垃圾破碎机主要机构相关计算173.1 刀具的相关计算173.2 主轴的相关计算193.3 电动机选择203.4 V带传动的设计213.5 轴承的选择263.6 键的设计校核264 主轴的加工工艺卡编制275 破碎机的润滑和密封305.1 轴承的润滑305.2 轴承的密封316 结论31谢 辞33参考文献：34 全套图纸加扣 3012250582 第 36 页 共 34页引言当今社会，人类利用地球的资源创造了人类的幸福和繁荣，但人类在开发资源和创造产品的过程中，同时也产生了大量的废物。人类在其生产过程、经济活动与生活中无时不产生垃圾，而且数量在不断地增长。随着世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的要求，人们对城市生活垃圾所引起的污染越来越关注，并对各种类型废弃物的处置和利用进行了大量的研究和开发，取得了可喜的进展。在我国，随着城市化进程的加快，城市垃圾的产量迅速增加，对环境的污染问题越来越突出。城市生活垃圾是固体废弃物的混合体，它是指在人们日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，包括废纸、果皮、蔬菜、木屑、厨房余物、废塑料、废织物、废金属、废电池等居民生活中所能接触和涉及到的所有物品，它是一种与社会发展相伴而生的长期污染源。生活垃圾的固有特性对人类健康和环境具有重大影响1。其影响主要表现在以下几个方面：（1）对土地的影响。生活垃圾由于长时间未处理而使堆积量增大，占用了一定量的土地，并且因为其成分复杂，一定程度上改变了土壤的结构，使可耕种利用的土地减少。（2）对水体的影响。生活垃圾会直接或间接地流向河流、湖泊或海洋，其有害成分也会跟着流向河水、湖水和海水中，亦或者因为雨水的冲洗而渗入地下水体，使水质受到污染，影响水生生物和人们对水资源的利用。（3）对大气的影响。生活垃圾在堆积和处理的过程中会产生有害气体，对大气环境造成影响，影响空气质量。（4）对人类健康的影响。由于生活垃圾对土地、水体、大气的影响，人类会因为间接或直接饮用受污染的水质或呼吸受污染的空气而造成对健康的危害。现有生活垃圾的处理，主要是通过对垃圾的集中堆放、填埋以及焚烧等方式来减少生活垃圾的存有量。但这些对垃圾处理的方式会占用大量的土地，其渗滤液对地下水造成污染，易形成后续污染，焚烧也容易造成二次环境危害。如何真正做到对生活垃圾的无害化、减量化、资源化、低成本处理，是人类社会实现可持续发展的一个重要组成部分。生活垃圾煤生产线工艺方法是现代一种新型垃圾处理方法，通过对生活垃圾进行筛选、破碎、烘干、添加一定助燃剂、挤压成形等一系列生产工艺程序后，可以生产出锅炉用煤球和煤棒，实现变废为宝。由于其具有占地面积小、垃圾处理时间短、环境污染小、垃圾回收再利用等优点，可以有效地解决单纯对垃圾进行填埋和焚烧处理的缺陷。垃圾破碎机是一种用于固体废弃物破碎的专用环保设备，它是生活垃圾煤生产线中的一个重要工序，其研究与设计对生活垃圾处理有重要的现实意义。1 简介1.1 国内外研究现状在固体废弃物的预处理中，一般采用的是压实和破碎等方式。破碎是把废物转变成能够进一步加工或再处理所需的形状和大小。这种破碎方法通过人力或机械外力的作用，破坏固体废弃物内部分子间作用力，使废弃物破裂变碎。在固体废弃物的预处理中，可以利用外力作用使组成复杂且不规则的固体废弃物减小原来尺寸，有利于对固体废弃物的进行后续处理。对固体颗粒的破碎最早源于采矿工业，根据破碎作用分为挤压、冲击、摩擦、剪切和劈裂等。冲击是物料颗粒受到撞击变形脆裂破碎，而通常情况下使用的是挤压、摩擦或剪切的方式。早期的垃圾处理常常采用填埋的方式，随着经济发展和对环境要求标准的提高以及可持续发展的需要，出现了对固体废弃物的处理和利用，也因此发展了对固体废弃物破碎设备和方法研究，主要借鉴了采矿工业的机械破碎方法。我国的破碎设备起步比较晚，虽然取得了一定的发展，但主要借鉴于矿山破碎设备。对于生活垃圾的破碎设备，与先进发达国家相比，还存在较大的差距，主要是因为缺乏成熟的设计理论和足够的设计依据，破碎机的工作寿命短、工作效率低。国内对城市生活垃圾以焚烧和填埋为主的处理方式决定了我国垃圾破碎机的发展状况。垃圾破碎机的发展在国内还处于一个初步发展阶段，生活垃圾破碎机技术尚未成熟。目前国内仅有为数不多的几个厂商有自主研制的垃圾破碎设备，如专业生产垃圾破碎机的有上海百利环保设备有限公司、江阴广福机械有限公司垃圾处理场中的破碎机械大都为国外引进设备。而相对于专用的环保再生煤生产线垃圾破碎机，除桂林恒泰科技发展有限公司外，还没有其它专用的垃圾破碎机设备。上海百利环保设备有限公司生产的垃圾破碎机是用于生活垃圾分选处理的专用设备，其作用是在分选过程中将体积较大的生活垃圾进行破碎。处理时可同时将垃圾中的软物、硬物、大件等物品破碎，并做到不缠绕、不堵料，在城市居民生活垃圾分选及处理过程中使用效果极好。在国外，德国是垃圾处理工程技术较先进的国家之一，德国的豪斯特曼、DOPPSTADT公司是世界一流水平从事垃圾处理工程的专业大公司，日本，荷兰等垃圾破碎机械也有各自的特色。下面介绍国外几种典型的垃圾破碎机2。（1）德国DOPPSTADT公司破碎机该公司生产的DW系列移动式辊子破碎机，其特点是辊子旋转缓慢，拖拽物料通过可过载保护的液压控制破碎梳；利用履带行走机构，即使地形复杂仍具灵活的机动性：破碎爪坚固耐用，拆换简单；大保护门，维护方便，部件易于拆换。中央润滑：有可靠的监视系统保护驱动组件。适用范围：废旧木头、铁路枕木、树干树根、大件家庭垃圾、建筑混合垃圾、工业及商业垃圾、床垫、地毯等。（2）日本富士重工业株式会社(Fuji Heavy Industries, Ltd. )剪切式破碎机该剪切式破碎机其优点有：液压驱动，破碎力大。破碎高效，可同时用两台液压马达驱动四个破碎轴，使破碎更高效。破碎尺寸统一，安装的格筛可以保证一致的破碎尺寸。维护费用低，刀片磨损后，可以焊接继续使用。应用范围：在对垃圾进行循环利用、焚烧、或回收之前进行预破碎的一种液压动力破碎机。（3）荷兰M&J工业公司垃圾破碎机该公司废物破碎所用的破碎刀采用特殊的材料制成，与同类产品相比，具有更长的使用寿命。切割平台独特的设计，不仅和刀具配合共同切割物料，大大延长刀具替换周期。M&J破碎机适用于所有类型的垃圾和废物：包括生活垃圾、家具、废弃木料、塑料、金属桶、纸等，M&J垃圾破碎设备在欧洲和美洲已经得到广泛应用。破碎机分为单轴和双轴、固定式和移动式多种组合，处理量从10-150吨/小时不等。从上面可以看出，德国、日本等发达国家在垃圾的分类和回收再利用等方面发展比较全面，垃圾的回收利用的技术相对国内先进许多，对垃圾破碎技术相对研究较多和相对成熟，其研究方法和技术值得国内借鉴。1.2 课题研究的意义垃圾破碎机可以对固体垃圾废弃物进行破碎。它是垃圾煤生产线的一个重要工序。破碎后的固体颗粒经过一定程度的烘干，然后添加一定助燃剂与其进行混合搅拌，最后对混合物进行挤压成形，可以生产出锅炉用的煤球和煤棒，实现了对垃圾的处理，更重要的是做到无害化、减量化、资源化、效益化、社会化，符合可持续发展战略。1.3 毕业设计的任务要求本文根据垃圾煤生产线中对破碎机的工作要求，设计一种可行的破碎结构，进行了垃圾破碎机的设计，满足生活垃圾煤生产线的生产要求。主要完成的工作内容如下：（1）完成不少于4万字符的机械类相关外文翻译；（2）进行破碎机结构方案论证；（3）绘制破碎机部件机构的装配图和主要零件图，并进行有关的理论分析和计算，绘图工作量折合A0图纸3张以上，其中包含两张A3以上的图纸；（4）根据动力要求，选择合适的原动机；（5）编制关键零件的加工工艺卡；（6）使用三维软件对部件进行建模；（7）按照格式要求编写设计说明书。2 垃圾破碎机的方案设计2.1 破碎的基本理论2.1.1破碎的目的破碎是指通过机械外力的作用，破坏物体内部的凝聚力和分子间的作用力而使物体破裂变碎的操作过程。破碎是重要的预处理工艺，破碎的目的主要体现在以下方面：（1）减小垃圾颗粒的尺寸。由于原始固体垃圾成分不同、密度各异、形状不规则、尺寸变化大，如果不经破碎，不利于垃圾煤的成型。（2）增加垃圾的比表面积。对固体垃圾的破碎可以有效地增加比表面积，有利于提高垃圾的燃烧效率。（3）为后续加工做准备。固体垃圾经破碎后，对后续工序中的垃圾燃烧、混合搅拌均匀、湿化成型等都具有重要影响。2.1.2 破碎比在破碎过程中，原始物料粒度跟破碎产物粒度的比值称为破碎比。它可以表示固体废物被破碎的程度。在工程实际设计中，破碎比可以采用固体废物破碎前的最大粒度与固体废物破碎后的最大粒度之比来表示： （2-1）这个破碎比叫做极限破碎比，以可以用来选择破碎机给料口的宽度。在科研和理论研究中，常采用破碎前的平均粒度与固体废物破碎后的平均粒度之比来表示，这一破碎比称为真实破碎比，它可以反映固体废物的实际破碎程度。一般破碎机的平均破碎比在330之间。 （2-2）固体废物每经过一次破碎机破碎程序的称为一个破碎段。如果所要求的破碎比不大，则一个破碎段就可满足要求；有些固体废物的分选工艺，则要求入料的粒度很细，此时破碎比就很大，需要设置几台破碎机即需几个破碎段来组成破碎流程。其总破碎比等于各段破碎比的乘积，即：。破碎的段数是决定破碎工艺流程的一个基本指标，它由破碎废物的原始粒度和最终粒度来决定。破碎段数愈多，其破碎流程愈复杂，一般情况下应该尽量减少破碎段数。2.1.3破碎方法根据对固体废物进行破碎所用的外力及消耗能量的形式，其破碎方法可以分为机械能破碎和非机械能破碎两种。机械能破碎是利用破碎机对固体废物施加外力而将其破碎，如冲击破碎、剪切破碎等。非机械能破碎是利用电能、热能等对固体废物进行破碎的新方法，如低温冷冻破碎、减压破碎及超声波破碎等。本文主要介绍机械能破碎的方法，目前广泛采用的机械能破碎方法有挤压、劈裂、弯曲、冲击、磨剥和剪切破碎等方法。（1）挤压，如图2.1(a)所示，物料置于两破碎工作面之间，随着两工作面逐渐逼近而对物料施加压力使其破碎。这种方法的主要特点是其作用力是逐渐增大的，而且力的作用范围大，可用于破碎较硬的物料。（2）劈裂，如图2.1(b)所示，利用尖齿楔入物料时产生的劈力，将物料劈裂，这种方法的主要特点是力的作用点较为集中，可以使物料产生局部的破裂。这种方法适用于破碎脆性物料。（3）折裂，如图2.1(c)所示，物料在破碎工作面上如同受集中载荷的作用，因此，在作用点处受劈力和弯曲的共同作用，从而折裂、破碎。（4）研磨，如图2.1(d)所示，破碎工作面在物料上相对滑动时，对物料施加剪切力，使物料的表面部分磨碎。（5）冲击，如图2.1(e)所示，通过破碎机械的冲击部件以很大的速度撞击物料，以及物料与物料之间的相互撞击，在冲击力作用下使物料急剧破碎。这是一种动力破碎的方法，可以获得较大的破碎比，且所消耗的功率较小。（6）剪切，如图2.1(f)所示，利用运动的刀刃，对物料进行剪切，使其发生断裂。这种方法适用于非脆性物的破碎，广泛用于生活垃圾的破碎处理。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 图2.1 破碎方法（a）挤压；（b）劈裂；（c）折裂；（d）研磨；（e）冲击；（f）剪切。2.2 垃圾破碎机的结构设计2.2.1破碎机的类型破碎机的种类较多，按照破碎机对物料的作用力分类，可以分为剪切式破碎机、冲击式破碎机、锤式破碎机和颚式破碎机等。根据破碎机转轴安装结构方式分类，可以分为立式和卧式两种。这些破碎机可以为设计结构合理的垃圾破碎机提供参考，本文介绍几种常用的破碎设备3-4。（1）剪切式破碎机剪切式破碎机是通过固定刀和旋转刀之间的啮合作用，将固体废物切开或割裂成符合要求的尺寸和大小。剪切式破碎机由剪切刀具（固定刀和旋转刀）、主轴、叶片、筛网等组成。旋转刀安装在高速旋转的叶片上，固定刀安装在机体上，在叶片的下方，有筛网，用来分选物料。剪切式破碎机可以设计为单轴和双轴两种。剪切式破碎机具有破碎比大、功耗低、噪声小等特点，适用于硬度不够大、韧性的物料。（2）冲击式破碎机冲击式破碎机是通过外力对物料的碰撞与冲击，从而达到破碎物料的目的。冲击式破碎机由板锤、研磨板、冲击板、筛网等组成。板锤利用一般楔块或液压装置固定在转子体的槽内，冲击板用弹簧支撑，由一组钢条组成，冲击板下面是研磨板，后有筛网。冲击式破碎机主要用于破碎家具、电子产品等生活废物。冲击式破碎机具有破碎比大，适应性强，构造简单等特点，适用于破碎中等硬度、脆性等废物。（3）锤式破碎机锤式破碎机主要是通过带锤头的转子利用冲击、打锤等作用将物料破碎的机械设备。锤式破碎机由转子，机体等组成，转子由主轴、圆盘、销轴和锤头组成，在转子下部安装有筛网，破碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛网排出，大于筛孔尺寸的粗粒级留在筛网上继续受到锤头的打击，最后通过筛网排出机外。锤式破碎机又分为钟锤和摆锤两种，锤式破碎机特别适用于硬度大的物料。（4）颚式破碎机颚式破碎机是一种间歇式工作的破碎机械，主要用于中等硬度以上废物的粗碎和中碎，其工作原理是：物料被夹在固定颚板和可动颚板之间，借助于可动颚板周期性地靠近或离开固定颚板，使物料受到挤压、劈裂和弯曲作用而破碎，破碎后物料靠自动的重力从下部排出。鄂式破碎机的特点是结构简单，不易堵塞，工作可靠，制造容易，破碎比为310，但生产率低，破碎比小，产品粒度不均匀。2.2.2破碎机选型研究设计结构合理的破碎设备主要取决于破碎机的类型、废弃物的物理性质和组成成分以及破碎处理的要求等因素，通过参考有关文献资料，选用破碎机时可参考表2.15。表2.1 破碎设备的选用功能结构待处理废物废塑料废橡胶动植物残骸废纸木片废织物炉渣灰土废金属破玻璃片建筑废物混合垃圾软硬厨房垃圾散料垃圾压碎鄂式卧式立式摆锤重锤冲击剪切单轴双轴摆锤重锤注：表示推荐，表示可用，表示不可用。表2.2 不同城市的垃圾成分所占的百分比（%）厨余灰土砖瓦纸类塑料织物玻璃金属木竹年份北京44.159.60.8814.2813.712.026.341.077.472003上海67.33-1.378.7713.481.905.150.731.272000广州69.97-3.866.3917.544.313.010.972.431997由表2. 21可知，常见城市生活垃圾中的厨余、纸类、塑料、木竹比例占整个城市生活垃圾的90%以上，因而采用一般的锤式或颚式破碎机结构，无法破碎具有塑性性质的塑料橡胶纸张等垃圾成分，因而选择剪切式破碎方式是垃圾煤生产线中垃圾破碎机的最佳破碎方式。2.2.3垃圾破碎机结构示意图剪切式破碎机采用旋转剪切式的破碎方法，它由箱体、电机传动系统、旋转刀、固定刀、筛网等组成，破碎垃圾时，旋转刀在电机的带动下与安装在箱体上的固定刀形成合抱啮合作用，将处于旋转刀和固定刀之间的垃圾破碎。其结构示意图为：图2.2 破碎机结构示意图1.进料口； 2.上箱体；3.旋转刀；4. 刀架；5.主轴；6.固定刀；7.筛网；8.下箱体。2.2.4垃圾破碎机工作参数的确定由于城市生活垃圾的复杂性和不确定性，破碎机的设计在某种程度上是一种经验积累的过程，破碎机的工作参数及结构参数的确定一般是通过经验和实验测得，或者通过参考矿山破碎设备确定。破碎机的工作参数主要包括：（1）生活垃圾破碎强度的确立垃圾破碎强度在破碎机结构的设计中是基础性参数。破碎物料的强度一般表现为物料粉碎的难易程度，破碎机的破碎原理表现为对垃圾的剪切、挤压、撕裂方式，通常以垃圾的抗压强度作为物料软硬程度和破碎难易程度的指标。垃圾的破碎强度与其组成成分有直接关系，由表2.2可知，城市生活垃圾以厨余、纸张和塑料等成分占90以上，只有少量坚硬成分如金属等，但金属成分在再生煤生产线工艺中预先已经筛选出去。按照矿山行业对矿物的划分，一般抗压强度大于200MPa的物料称为最坚硬物料；抗压强度在150MPa200MPa称为坚硬物料；抗压强度在50MPa150MPa称为中硬物料；当抗压强度小于50MPa时称为低硬物料或软性物料。结合实验硬度检测及有关资料统计，表2.3是各种成分的分类。表2.3 各种物料的硬度表最坚硬物料坚硬物料中硬物料软物料刚玉碳化硅烧结镁砂钢材铁矿石电石金属矿石矿渣石灰石大理石白云石砂岩泥灰石岩盐页岩杂有石块的粘土石棉矿石膏矿板石烟煤粘土竹木纸制品厨余废料从上表可以看出，城市生活垃圾中除石灰石、大理石或砂岩占有垃圾成分的少量之外，其它都是软性物料，而生活垃圾中并不含有刚玉和铁矿石等工业坚硬和最坚硬物料。因而选择以中硬物料的抗压强度50MPa150MPa的中间值即100MPa作为生活垃圾破碎强度的设计参数，能够完全满足再生煤生产线工艺中的垃圾破碎机的强度要求。（2）转子体转速的确定转子体由刀架、主轴以及旋转刀组成，是垃圾破碎机的关键部件。转子体转速的大小与物料性质、破碎产品粒度、旋转刀与固定刀的磨损等因素有关。随着转速的增加可使破碎比以及产品中细粒级含量增加，但是周转速度过大，将显著地增加功率消耗，同时会引起旋转刀与固定刀的强烈磨损。在确定转子转速时，可以参考以下的公式6： （2-3）式中，K1为修正系数；f为物料与剪切刀具的摩擦系数；为物料的密度；d为物料的平均线度；D为转子体的直径。修正系数K1，一般取K1=200300，本文取K1=230；干硬物料在金属表面上的摩擦f取0.3，软湿物料f取0.5，由于垃圾破碎机在实际生活过程中，垃圾中的物料比较复杂，而且城市生活垃圾中一般都含水分，所以取f=0.5 ；为物料的密度，取城市生活垃圾密度的较高值， = 2 * 10-4kg/cm3；d为物料的平均线度，取其值为d=10.5cm；D是转子的直径，本文设置D=50cm。由式子2-3可以算的n的值为n=500r/min。（3）破碎机破碎比的确定在工程实际设计中，破碎比为固体废物破碎之前的最大粒度与固体废物破碎后的最大粒度之比。根据生产工艺流程，设置两段破碎，总破碎比，在设计过程中，为便于简化，通常将破碎比设计成。一般来说，物料尺寸越小，所需加热和燃烧的时间就越短，同时尺寸越小，物料的比表面积也就越大，与空气的接触就越充分，越有利于提高燃烧的效率，资料显示，固体物质的燃烧时间与物料的粒度的12次方成正比。设计破碎机垃圾颗粒的破碎后的垃圾粒度为10mm能够完全满足生产线的实际需要。表2.4 垃圾粒度抽样统计表抽样50kg垃圾粒度(mm)统计粒度所占质量比例（）最大粒度成分样品150751.5纸板、塑料样品250791.3塑料、木屑样品350800.1布块、瓷砖样品450780.3石片、塑料样品550751.2菜料、塑料袋以此可以看出，垃圾中的大部分物料主要以纸板、塑料、厨余为大颗粒成分，大部分以混合粘土为主要成分，因此，以垃圾的最大统计粒度即80mm作为破碎机的最大设计粒度，能够完全满足实际条件。综合入料和出料的粒度，获得破碎机的设计一段破碎比为： （2-4）二级破碎后总的理论破碎比可达，这样的破碎结果完全能满足再生煤生产线所需燃烧和成型的尺寸。2.3 垃圾破碎机结构的实体建模本文运用三维设计技术，对破碎机的零部件及整机进行实体建模，使其直观地看到实体的形状和结构，并以此为基础，进行了部分重要零部件的受力分析。（1）主轴的实体建模主轴是动力传递的关键零件，常用材料为20钢、45钢、20Cr、40Cr等，由于垃圾破碎机的工作状况复杂，因而选用抗冲击能力较强的40Cr作为主轴的材料，经热处理工艺后，可以提高主轴的使用寿命。轴的两端各加工出螺纹孔，用于带轮和飞轮的轴向定位；为了减小轴向分力，轴承选用了圆锥滚子轴承；键槽采用圆头平键；轴承的安装采用轴肩定位；由于转子以较高的速度运转，为防止轴的周向跳动和减少噪音，轴承内径和轴的外径配合精度较高，因而在轴肩处留有退刀槽便于磨削加工，降低轴的表面粗糙度。破碎机工作时，为了保证固定刀和旋转刀的之间稳定，将主轴支撑方式设计为两端固定。图2.3 主轴（2）刀架的实体建模刀架与主轴通过键连接成一体。这种结构可以通过铸造工艺生产，选用铸钢材料，以增强刀架结构强度。图2.4 刀架（3）刀具的实体建模刀具是破碎机的关键零件，也是破碎机容易发生失效的零件，在设计其结构时，主要从卸载和安装方便的角度上考虑。因此在设计刀具时，结构越简单越好。刀具的安装孔设计成U形孔，以便于对刀具进行安装间隙调整，满足工艺破碎要求。 图2.5 刀具（4）带轮的实体建模由于生活垃圾的组成成分复杂，且垃圾尺寸大小不均匀，因而在垃圾破碎中对破碎机的冲击较大。由于带传动具有缓和冲击，吸收振动，传动平稳等优点，故破碎机采用V带传动。图2.6 V带轮（5）飞轮的实体建模飞轮在生活垃圾破碎机中的作用是储能和平衡惯性力，以增加破碎机在垃圾破碎时连续剪切的稳定性，同时转子在较高速度运转和受工作剪切力作用下会产生的不平衡惯性力。飞轮在经平衡计算获得的结构尺寸应使飞轮的相对轴心的转动惯量等于或接近带轮的转动惯量，以获得动平衡和储能的最佳效果。其动平衡的平衡计算公式是： （2-5） 图2.7 飞轮（6）筛网的实体建模筛网的作用是分选垃圾，将破碎后的垃圾尺寸小于筛网小孔尺寸的筛出破碎机破碎腔，大于筛网孔径尺寸的垃圾颗粒留在破碎腔内，在旋转刀具的带动下进行第二次破碎，筛网的小孔尺寸就是垃圾破碎粒度，垃圾的破碎粒度设计为10mm。图2.8 筛网（7）轴承座和端盖的实体建模轴承座是用来安装轴承，用来支撑来自轴承上的载荷。端盖则是与轴承座配合使用，对轴承进行轴向固定。图2.9 轴承座图2.10 轴承座端盖（8）机座的实体建模机座用来安放轴承座，承受整个系统的载荷，本文设计机座是用板件焊接而成，并设计有加强筋，以加强机座的强度，下面板块加工有通孔，以便用来将其与地面固定。图2.11 机座（9）套筒的实体建模套筒内径设计成与轴中间段外径尺寸一样，进行过渡配合，用来对刀架进行轴向固定，防止刀架窜动，影响破碎效果。 图2.12 套筒 （10）下箱体的实体建模下箱体设计在成两块垂直板件间焊接两块水平板件，以便进行固定刀的安装，垂直板下端设计有加强筋，以使其强度加强，下端板块同样加工通孔，以便与地固定连接。图2.13 下箱体（11）上箱体的实体建模上箱体上端设置有开口作为进料口，两半圆形孔与下箱体配合形成完整圆形，防止物料向外飞溅。图2.14 上箱体（12）转子体的实体建模刀架的左端轴向定位通过轴的轴肩实现，右端利用套筒实现轴向定位。刀具的安装通过螺栓与螺母配合直接连接在刀架上，这样的结构便于更换刀具。图2.15 转子体（13）破碎机整机的实体建模垃圾破碎机的结构包括了传动和支撑系统，还有其它辅助性结构装置，如机箱的设计，其中机身入料口的设计需要考虑的因素包括垃圾的给料粒度、垃圾的处理能力、破碎机零部件的安装维修性能以及加工的便捷性等条件。如给料口、机身盖、固定刀、筛网等零件的安装等。破碎机的动力传动系统主要由传动电机、传动V带、带轮、传动键、传动主轴等构成。支撑结构主要由机座、轴承座、轴承实现。 图2.16 破碎机整机图3 垃圾破碎机主要机构相关计算3.1 刀具的相关计算刀具的受力分析图如下图3.1 刀具受力图破碎机旋转刀转动时，夹在旋转刀和固定刀之间的垃圾颗粒被剪切破碎。为防止刀具刀口碰撞，设计旋转刀和固定刀的安装间隙为12mm。刀具主要承受由剪切力产生的剪切应力和由挤压力产生的挤压应力，其中和是垃圾颗粒和刃口的接触合力的分力。垃圾的破碎粒度应该是垃圾在进入破碎腔后，被旋转刀和固定刀夹持并开始碎裂时的垃圾尺寸，因而在分析垃圾在破碎时的受力状况时，应以垃圾的破碎粒度作为垃圾的计算尺寸，而不是由垃圾被压缩前的原始自然延展尺寸。由上述可以知道，垃圾破碎后的粒度为10mm。通过计算可以得出刀具刃口所承受的最大工作剪切力和最大剪切应力，以及最大的挤压力和最大挤压应力： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） 式中：为城市生活垃圾破碎机破碎强度，取P=100MPa，；最大受力垃圾截面积，以刀具总长所夹垃圾作为计算面积，单位为；S切向弧面的总面积，可近似表示为刀具斜面面积，单位；刀具刃口受力截面面积，单位为；最大垃圾材料截面尺寸，D取0.01m；受力垃圾总长度，单位为，以刀具长度作为最大计算值L=0.4m，即假设固定刀和旋转刀之间填满固体垃圾并同时被剪切；刀具刃口宽度，取刃口宽度L1=2mm作为计算值；L2 刀具斜面宽度，单位mm；刀具刃口处的剪切应力，单位为MPa；垃圾颗粒破碎时的压力角，这里取 。其中刀具厚度设计为12mm。通过机械设计手册和材料性能试验，可以获得该刀具材料,因而可以由以下公式得到8： （3-5） （3-6） （3-7）其中：为刀具材料的抗拉强度，单位为MPa；刀具材料的许用拉应力，单位为MPa；刀具材料的许用剪切应力，单位为MPa；刀具材料的许用挤压强度，单位MPa；安全系数，取；许用抗拉强度和许用剪切应力的折算安全系数，取=0.8；许用抗拉强度和许用前切应力的折算安全系数，取=2。根据公式（3-5）,（3-6）,（3-7），可以得到、，通过比较可以得到，满足强度要求。刀具所承受的挤压力F，可以根据垃圾的挤压强度为其破碎强度100MPa，算得刀具刃口的接触合力亦挤压力为： （3-8）为进一步改善破碎机刀具的受力状况，将固定刀和旋转刀安装成一定夹角，可以使垃圾在破碎过程中以“剪刀式”的破碎方式，使垃圾局部破碎效果大大提高。在破碎强度一定情况下，刀具刃口在不同安装角度下所承受的应力是不变的，但承受的切向总力随角度的增加而减少。本文设计安装时将夹角设计为。由于垃圾的抗压强度最大设计为100MPa，当刀具以夹角安装时，此时刃口面的挤压力由于受力面的增大而稍有增加： （3-9）这种“剪刀式”结构所受应力最小，有助于解决刀具崩裂、刀口钝化、刀具磨损等问题。3.2 主轴的相关计算主轴是破碎机动力传递系统中的主要零件，一般情况下，圆轴类零件扭转时需要进行强度和刚度计算。由于生活垃圾破碎机在实际应用中对轴的扭转刚度不高，因而只需对其扭转强度校核即可。为保证轴安全地工作，要求轴的最大扭转切应力必须小于其许用扭转切应力，即圆轴的扭转强度条件由以下公式校核8： （3-10）对于圆实心轴的抗扭截面系数，可以通过以下公式进行计算： （3-11）其中：最大扭转切应力，单位为MPa；轴横截面的抗扭截面系数，单位为cm3；横截面上的扭矩，单位为N.m；轴的直径，单位为cm；许用扭转切应力，单位为MPa；考虑适当的安全系数，许用扭转切应力与许用拉应力有如下关系8： （3-12） 主轴的材料为40Cr，其抗拉强度为，取系数为0.8作为计算值，并取n1.2，得到： （3-13） 在轴的强度校核中，应以轴的最小直径处作为计算参考尺寸，本文设计破碎机主轴中，轴的最小直径在位于轴的两端安装带轮和飞轮处的直径，其值为d60mm。刀具刃口与回转轴心的距离=250mm，即可计算出轴所需要传递的最大扭矩T，结合公式可得： （3-14） 因此，轴所承受的实际最大扭转切应力在许可范围内，因而在理论上这种结构尺寸是合理可行的。以上计算是基于刀具刃口同时承受最大量的垃圾时的应力，而实际垃圾在处于破碎状态时动刀和定刀之间的垃圾量不到刀口长度的三分之一，也就是说，以上理论计算值作为设计参数，在实际工作中将间接地增加三倍以上的安全性能。3.3 电动机选择在选择垃圾破碎机的电机时，如果功率偏低，则动力不足，破碎机在工作中可能出现转子卡死现象。电机主要根据以下方面进行选择：（1）电机功率和转速的确定垃圾破碎机的功率消耗与很多因素有关，但主要取决于物料的性质、转子体的转速、破碎比和生产能力9。现在没有比较准确的公式可用于计算垃圾破碎机的功率，在选配电动机时，可以按以下经验公式估算功率P ： （3-15）式中，K2为修正系数；Q为生产率；n为转子体转速；i为破碎比，本文设计Q为10t/h，修正系数K2参考矿山破碎设备确定，矿山设备一般取1.22.0，对于破碎生活垃圾，取最小值K2=1.2。在设计电机支撑轴承时，选用密封性能较好的骨架油封（又称唇形密封圈）作为轴承润滑油的密封，选用电机转速应低于1500r/min时能够满足条件，经计算电机功率的选择如下：P48KW （3-16）（2）电机的结构形式选择电机的结构形式选择主要是根据电机在工程实际应用环境来决定的，在正常环境条件下，采用一般防护式电机，在粉尘较多的情况下，采用封闭式电机。垃圾破碎机在破碎过程中，由于转子体以较高速度运转，通常会带动细小垃圾颗粒的运动，因而适合选择封闭式电动机。（3）电动机的类型选择针对破碎机的需要选择合适的电动机类型，通常在不需要调速的机械装置里应优先选用笼型异步电动机，需要补偿电机功率因素及获得稳定的工作速度时应选择同步电机，需要自动伺服控制的情况下，应选用伺服电机。再生煤生产线整个生产过程由一台中央控制器控制生产的整个流程，而破碎机在破碎过程中只需要有启动和关机两个控制动作，无需更为精密的控制，因而在选择电机时可以选择笼型三相异步电动机，其中的控制电路只需增加一个控制开关即可实现自动控制。对于一般生产机械，在满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便的电动机。从一般要求看，交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，鼠笼式异步电动机优于绕线式异步电动机。所以在系列产品中优先选用Y系列产品。综合上述，本文选用的电机参数为：P=55KW,n=1000r/min。3.4 V带传动的设计V带传动的设计要根据传递的动力选择V带的类型，根据其尺寸和传递效果，确立带轮的V带的根数和截型尺寸进行带轮的设计。由上述知：电动机功率P=55KW,n1=1000r/min（1）计算Pca的值根据工作情况系数KA表11，选取KA=1.3表3.1 工作情况系数KA工 况软 启 动负 载 启 动每天工作小时/h1010-16161010-1616负载变动微小液体搅拌机，避风机（7.5kw）离心式水泵和压缩机，轻型输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷），通风机（7.5kw），旋转式水泵和压缩机，发电机，金属切削机床，印刷机，旋转筛，锯木机1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机，斗式提升机，往复式水泵和压缩机，起重机，磨粉机，冲剪机床，橡胶机械，振动筛，组织机械，重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机，磨碎机1.31.41.51.51.61.6根据公式，代入数值，计算。得： （3-17）（2）选择V带截型根据计算功率Pca和小带轮转速n1选取D截型。 图3.2 普通V带选型图（3）确定小带轮基准直径D1根据表 V带轮的最小基准直径及普通V带轮的基准直径系数选取D1=355mm表3.2 普通V带轮的最小基准直径带型YZABCDE205075125200355500表3.3 普通V带轮的基准直径系数截型基准直径D/minC200、212、224、236、250、265、280、300、315、335、400、450、500、560、600、630、710、750、800、900、1000、1120、1250、1400、1600、2000、D355、375、400、425、450、475、500、560、600、630、7