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压缩机拆卸工艺及其开盖设备的研制 摘要 改革开放3 0 年来，我国经济得到了快速发展，家用电器的普及率逐年增加， 这也导致了废旧家电的淘汰量迅速攀升。其中废弃空调及冰箱占据了较大数量。 而废弃空调及冰箱中的重要部件一一压缩机，含有高质量的铜、铁、铝以及其 它非金属材料。因此，对废弃压缩机进行有效回收，不仅可以节约资源，也可 积累压缩机回收经验，而压缩机回收的重点在于对压缩机拆卸工艺的研究及其 开盖设备的研制。 本文在总结国内外现有的压缩机拆卸工艺基础上，利用拆卸与或法针对不 同型号压缩机的特点制定了拆卸工艺路径，实现了多品种压缩机的拆卸，满足 了产品个性化、多元化的需求；并对此拆卸路径中的压缩机开盖技术进行了深 入研究，应用层次分析法将本文所制定的开盖技术与传统的压缩机开盖技术进 行了对比，得出了本文提出的数控盘铣刀开盖技术的合理性；最后针对数控盘 铣刀开盖技术所涉及到的开盖设备进行了设计，研制出了一套开盖效率高、通 用性强的数控开盖设备。本文提出的压缩机拆卸工艺及开盖设备较好的结合了 我国劳动力成本低的国情，使整条拆卸工艺的成本控制在了合理的范围内。整 条流水线拟将应用到天津某环保技术有限公司进行试点操作，这将对我国压缩 机拆卸事业起到积极的推动作用。 关键词：压缩机拆卸 开盖设备 r e s e a r c ho nc o m p r e s s o rd i s a s s e m b l i n g t e c h n o l o g y a n do p e n i n g - c o v e re q u i pm e n t a b s t r a c t i nt h ep a s tt h i r t yy e a r so fo p e n i n g i n n o c a t i o n o u rc o u n t r y s e c o n o m yd e v e l o p q u i c k l y , t h ep r e v a l e n c eo fh o m e e l e c t r i c i t yi n c r e a s ey e a rb yy e a r , t h i sb r i n go nt h e q u a n t i t yo ft h ed i s t h r o n ee l e c t r i c i t y a m o n gt h e mt h ed i s t h r o n ea i r c o n d i t i o na n d i c e b o xa r et a k e u pm u c hr a t e b u tt h ec o m p r e s s o rh a s h i g hq u a l i t y c o p p e r ，i r o n ，a l u m i n i u me t cm e t a la n dn o n m e t a lm a t e r i a lw h i c hi st h ei m p o r t a n tp a r t o ft h ed i s t h r o n ea i r c o n d i t i o na n di c e b o x c a l l b a c k t h ed i s t h r o n ec o m d r e s s o r a v a i l a b i l i t yn o to n l yc a ns a v er e s o u r c e sb u ta l s oa c c u m u l a t et h ee x p e r i e n c eo ft h e c o m p r e s s o rc a l l b a c k ，t h e e m p h a s e s o ft h e c o m p r e s s o rc a l l b a c ki s c o m p r e s s o r d i s a s s e m b l yc r a f t w o r ka n dt h ek e ye q u i p m e n t sd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rs u m u pt h ee x i s t i n gc o m p r e s s o rd i s a s s e m b l ye r a f t w o r ka 1 1o v e rt h e w o r l d ，u s i n gd i s a s s e m b l ya n d d i s a s s e m b l yc r a f l w o r kp a t hs p e c i f i ct od i f f e r h o m o t y p ec o m p r e s s o r ，r e a l i z e dm o r eb r e e d c o m p r e s s o rd i s a s s e m b lv m e e tt o m d i v i d u a t i o na n dm o r em e m b e rp r o d u c tn e e d ；a l s ow e r e s e a r c ho nt h e d i s a s s e m b l yk e yt e c h n i q u ed e e p l y , a n da p p l yl e v e la n a l y t i c a lm e t h o dt oc o n t r a s t c o n v e n t i o n a lo p e n i n gt e c h n i q u ew i t ht h em e t h o dw h i c ht h ep a p e r e s t a b l i s h e d 。t h e n w ec o u l df i n di t s r a t i o n a l i t y a tl a s t ，w ed e s i g nae q u i p m e n tw h i c hu s e dt oo p e n c o m p r e s s o r ，t h ee q i p m e n th a s h i g he f f i c i e n c ya n ds t r o n g l y c u r r e n c y t h e d i s a s s e m b l yc r a f l w o r ka n dt h eo p e n i n g c o v e re q u i p m e n tw h i c ht h ep a p e rd e s i g n e d h a sc o m b i n e dt h es i t u a t i o no fo u r c o u n t r y sl o w l yl a b o u rf o r c e ，t h ec o s to ft h ew h o l e c r a f l w o r kc o n t r o l e dw i t h i nar a t i o n a l r a n g e ，a n ds t i l lr e a l i z eh a l f - a u t o m a t i z a t i o n w o r k t h ew h o l eg l i d el i n ew i l lb ea p p l i e dt os o m ec i r c u m s t a n c ep r o t e c tt e c h n i q u e c o r p o r a t i o nc o m p a n y , t h i sc o u l dp r o m o t ec o m p r e s s o rd i s a s s e m b l y k e yw o r d s ：c o m p r e s s o r ；d i s a s s e m b l y ；o p e n i n g c o v e re q u i p m e n t ： 插图清单 图2 1 压缩机简图1 0 图2 2 压缩机拆卸与或图1 0 图3 1 压缩机开盖原理图1 3 图3 2 压缩机开盖综合评价层次图1 4 图4 1 整机视图2 0 图4 2 主轴尺寸结构图2 4 图4 3 夹具主视图3 0 图4 4 夹具俯视图3 1 图4 5 夹具照片3 1 图4 6 整机尺寸结构图3 2 图5 1 压缩机开盖设备控制系统的结构框图3 3 图5 28 2 7 9 管理的矩阵键盘3 5 图5 38 2 5 5 与c p u 的连接3 6 图5 4d a c 0 8 3 2 的连接电路3 6 图5 5 光电隔离电路3 7 图5 - 6 四倍频与辨向电路3 7 图5 7 可变细分驱动电源的结构框图3 9 图5 8 步进电机正转时的绕组通电顺序3 9 图5 - 9 步进电机反转时的绕组通电顺序3 9 图5 1 0 细分控制原理框图。4 0 图5 1 1 十细分低速时电机绕组电流波形图4 0 图5 1 2 十细分高速时电机绕组电流波形图4 0 图5 1 3 光栅位移采集程序流程图4 2 图5 1 4 压缩机开盖的软件流程4 3 图5 1 5 压缩机开盖前后的照片4 4 表格清单 表1 1 我国2 0 0 9 - - - , 2 0 1 5 年压缩机报废量预测1 表3 1 随机一致性指标1 5 表3 2 判断矩阵a 的赋值1 5 表3 3 数控盘铣开盖方案评价结果1 6 表3 - 4 低温破碎方案评价结果1 7 表3 5 等离子切割开盖方案评价结果。1 7 表3 6 手锯切割开盖评价结果1 7 表4 1 主轴前轴颈直径2 3 表4 2 运转系数的数值2 5 表4 3 硬度系数的数值2 6 表4 4 机器的使用寿命2 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 佥月垦工些态堂 或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：钟签字日期：吖年中月z 影日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金蟹王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权金a 曼王些态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：舛缈 签字日期：叫年乍月l 衫日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期& 咔9 月肪 电话： 邮编： 致谢 本文是在尊敬的导师刘志峰教授的悉心指导下完成的。刘老师在我两年多 的硕士学习期间给予我很多的支持和帮助。学业上，刘老师悉心指导，无论从 课程学习还是论文撰写，都倾注了无数的心血，这种不断的鼓励和殷殷的期望 使我大有收益；生活上，刘老师也竭尽所能地帮助我，解决我的后顾之忧，使 我顺利地完成硕士期间的学习。刘老师宽广的胸怀和高尚的品质以及平易近人 的态度，为我树立了做人的榜样；刘老师那严谨的治学作风以及诲人不倦的教 育情怀时时激励我克服困难，不断进取，使我受益终身。在此，谨向我敬爱的 导师表示我最崇高的敬意和衷心的感谢! 感谢刘光复教授、王玉琳老师、宋守许老师、张雷老师、黄海鸿老师等机 电教研室老师的精心指导和帮助! 感谢陈鹏、高洋、柯庆镝、刘涛等博士和侯贞贞、刘伟国、张少亭、闻诚、 杨德军、陈志军、仲榕南等硕士在硕士期间给予的支持和帮助。 感谢已毕业的孔祥明、卞世春、安吉阁、冯刚等硕士给予的帮助。 感谢我的家人多年来在经济和精神上给予我无私的支持、以及无微不至的 关怀和照顾，没有他们的关照，我是不可能完成我的学业以及现在所取得的一 些成就，衷心的感谢我的家人，祝愿他们永远健康、幸福。 感谢所有关心和帮助我的老师、同学和亲友。向本文引用过的文献的作者 表示感谢。 最后，谨向百忙之中抽出宝贵时间评审本论文的各位专家、学者致谢! 作者：钟俊 2 0 0 9 年4 月 第一章绪论 1 1 课题研究的背景和意义 随着科技的进步以及经济的飞速发展，人们对家电产品性能、功能的追求 越来越高，这使得家电产品不断升级换代，这也导致了各类废旧家电，尤其是 废弃空调、冰箱的淘汰数量迅速攀升。若大量废旧家电处理不当，会增加自然 资源的消耗，恶化自然环境，因此，废旧家电回收与再利用已引起人们高度的 重视，多国政府已经制定了相关法律、建立起回收体系、设立了废旧家电回收 处理工厂，实现资源循环利用，保护地球环境，促进经济可持续发展【l j 。 从资源利用率来看，我国仍然处于粗放型增长阶段。以单位g d p 产出能耗 来计算能源利用效率，我国与发达国家差距非常大。日本为l ，意大利为1 3 3 ， 法国为1 5 ，德国为1 5 ，英国为2 17 ，美国为2 6 7 ，加拿大为3 5 ，而我国 高达1 1 5 。我国的耗能设备能源利用效率比发达国家普遍低3 0 一- , 4 0 。如每1 0 0 0 美元g d p 排放的二氧化硫，美国为2 。3 千克，日本为o 3 千克，而中国高达1 8 5 千克2 1 。 而我国又是家用电器生产消费大国，家用电器在我国经过2 0 多年的高速发 展，已经得到了极大的普及。根据目前压缩机生产、销售以及更新换代速度， 经推测，从2 0 0 9 年到2 0 15 年废旧压缩机将急速增加，接近2 7 6 3 7 万台，如表 1 1 所示。 表1 - 1 我国2 0 0 9 、2 0 1 5 年家电报废量预测( 万台) 3 j 年份年废弃量 ( 单位：万台) 家用冰箱室内空调压缩机 2 0 0 99 2 4 。2 21 0 8 9 1 42 0 1 3 3 6 2 0 1 09 6 6 8 11 2 3 5 0 22 2 0 1 8 3 2 0 i l9 7 3 4 53 6 6 8 4 54 6 4 1 9 0 2 0 1 2 1 0 8 6 9 9 2 5 2 4 4 03 6 1 1 3 9 2 0 1 32 0 9 4 1 83 8 7 5 0 4 5 9 6 9 2 2 2 0 1 41 2 4 2 0 02 9 9 2 6 1 4 2 3 4 6 1 2 0 1 51 7 1 4 7 83 2 5 0 1 l4 9 6 4 8 9 在报废的压缩机中含有很多高价值的材料，如铜、铁、铝合金以及其它非 金属，它们都有很高的回收再利用价值。 根据调查结果显示，全世界电子电器废弃物8 0 被运到了亚洲，其中9 0 在中国消化，中国正在成为世界最大的电子电器垃圾集散地，而广州珠三角地 带更是洋垃圾进口的重要基地，其中压缩机所占的比重不容忽视，若处理不当 也将会带来很大的社会负担和环境隐患【4 】。 美国、德国、日本、芬兰、欧盟等发达国家都已相继出台了相关法律法规 对废旧家电的回收处理进行限制、引导。美国早在2 0 世纪9 0 年代就对废旧家 电的处理指定了一些强制性的条理，随后在2 0 0 2 年针对废旧家电的回收利用又 出台了一系列法规法令，对废弃家电产品的回收比率都做出明确的规定，使废 旧家电的回收利用过程能够达到政府所规定的各项要求和技术指标。美国的一 些州，如新泽西州和宾西法尼亚州，还通过征收填埋和焚烧税来促进有关企业 回收利用废弃物。2 0 0 3 年9 月份，加利福尼亚州通过了电子废弃物回收再利用 法案，规定从2 0 0 4 年7 月1 日起顾客在购买新的电脑或电视机时，要交纳每件 6 到1 0 美元的电子垃圾回收处理费。据了解，美国环保局目前正在考虑建立一 个全国性的体系，通过经济手段来鼓励回收和重新使用废弃电子产品。德国一 直依据上个世纪9 0 年代先后出台的循环经济与废弃物管理法以及信息产 业废旧设备处理办法对废旧家电进行积极的回收利用。同时，各州还根据自 己的实际情况制定了各种有关旧家电回收的地方法规。各种相关法规和办法在 涉及旧家电方面除了对其回收和利用进行具体的规定外，都强调了国家环保政 策的一大原则：谁污染谁治理，从而明确了生产者的职责。日本早在2 0 0 1 年4 月1 日就实施了家用电器回收法，根据这项法律，家电生产企业必须承担回 收和利用废弃家电的义务。家电销售商有回收废弃家电并将其送交生产企业再 利用的义务；消费者也有承担家电处理、再利用的部分义务。这项法律还规定 了生产企业必须回收再利用废弃家电的比例，具体比例为：空调6 0 以上、冰 箱5 0 以上。相关生产企业若在规定的时间内，达不到上述回收重复利用的比 例，将受到相应的处罚。如消费者要废弃这些家电，应同销售商或厂家指定的 回收企业联系，由他们负责收回，并送到生产厂家指定的地点，但消费者必须 为此承担相关费用。欧盟也于2 0 0 3 年7 月初，正式颁布了处理废弃电子产品指 导法令，明确要求欧盟所有成员国必须在2 0 0 4 年8 月1 3 日以前，将此指导法 令纳入其正式法律条文中。根据欧盟的这项规定，今后电器生产企业必须无条 件回收自己的废旧产品。此外，欧盟还从2 0 0 6 年7 月1 日起开始禁止在新电子 和电器设备中使用包括铅、汞、镉等在内的有害物质 s l 。 国内也出台了一系列关于废旧家电产品回收的法律法规。其中，废旧家电 及电子产品回收处理管理条理规定，家电生产企业应当采用绿色设计，可以 自行进行废旧家电处理或可委托有资质的处理企业处理；并明确规定家电经销 商和售后服务机构有义务回收废旧家电，回收的废旧家电应当交售给有资质的 处理企业【6 】。2 0 0 6 年2 月2 8 日由信息产业部牵头起草，信息产业部、国家发 展和改革委员会、商务部、海关总署、国家工商行政管理总局、国家质量监督 检验检疫总局、国家环境保护总局联合发布的电子信息产品污染控制管理办 法，已于2 0 0 7 年3 月1 日正式施行。这是我国第一部专门的电子废弃物管理 立法。电子信息产品污染控制管理办法旨在减少或消除因电子信息产品中含 2 有有毒物质或元素，或则电子信息产品中含有的有毒有害物质或元素超过国家 标准或行业标准，从而导致电子信息产品对环境、资源以及人类身体生命健康 以及财产安全所造成的破坏、损害、浪费或其他不良影响。为了加强我国的电 子废弃物管理，国家环保总局、国家发展和改革委员会也正在制定专门的电子 废弃物管理立法，拟从不同侧面对电子废弃物的管理作出规定。与电子废弃物 管理联系密切的其它法律还有固体废物污染环境防治法、清洁生产促进法、 产品质量法、循环经济法等1 7 j 。 这些法律法规都反映了当前各国对废旧电子电器产品回收问题的强烈重 视。这些法规的共同之处是都强调了产品的强制回收责任，并且要求回收过程 无害化。随着这些法律法规的出台，一方面对规范管理、合理利用废旧产品资 源，保护环境，促进废旧电子电器产品的回收和利用起到重要作用；另一方面， 对制造企业的发展方向也将起到合理的引导与相应的限制。 因此，无论是基于资源可循环利用的经济利益或是环境利益考虑，废旧空 调、冰箱的回收再利用已经到了克不容缓的地步。而在空调、冰箱的回收工艺 过程中，其贵重物品一一压缩机的拆卸是个技术难点，只有实现了拆卸才能使 使压缩机进入下一步的回收利用过程当中，拆卸工艺的选择及其开盖设备的设 计直接影响到压缩机的回收经济性，以及拆卸过程和回收结果对自然环境和人 体健康的影响，而我国在压缩机拆卸方面的研究尚处于起步阶段，因此加强对 压缩机拆卸工艺的研究以及开盖设备的研制就显得非常重要。 1 。2 国内外压缩机拆卸处理现状 发达国家废旧压缩机拆卸回收工作开展的较早，像日本、德国在这方面更 是走在世界的前列。他们应用产品全生命周期设计的理论，开展面向回收再利 用技术的设计与制造研究，开发废旧家电回收处理工艺及技术。他们推行保护 环境的绿色工程，通过制定相关的法律法规来约束和指导压缩机拆卸回收利用。 压缩机的拆卸回收已经实现网络化、机械化和产业化，并创造出了巨大的社会 经济效益，逐渐发展成为利润丰厚的新行业。各国的回收企业根据自己的国情， 制定出了相应的压缩机拆卸回收方案。 1 2 1 国内拆卸处理现状 废旧家电的拆卸处理方式受区域内的人员工资水平、回收企业厂况、技术 和设备等经济因素制约。 我国国情是：家电回收是有偿回收，回收成本高；劳动力成本低，相 当于发达国家的3 0 4 0 分之一；城乡差距大，东西发展不平衡，经济不发达 地区对旧家电需求量很大，大量废旧空调、冰箱进入二手市场。造成了大型的 废旧家电拆卸企业总是货源不足，更谈不上拆卸工艺的完善性和装备的先进性。 因此，会出现下列现状：拆卸企业数量多、规模小，拆解过程以手工为主， 手段原始落后，造成拆卸效率较低，经济效益不明显；缺乏上规模、上水平 的现代化拆卸处理企业，管理较为混乱，造成资源大量的浪费和环境严重污染。 产品生产企业没有参与到产品的拆卸过程中，缺乏面向拆卸回收的产品设计 理念，其发展模式仍是单向的线型模式【s 】。 针对我国当前的国情，因此国内大多数压缩机的拆卸工艺自动化程度均不 高，尤其是压缩机拆卸工艺中的技术难点一一压缩机开盖，多采用手工或手工、 机械相结合的拆卸方式。典型的开盖技术有： 手提锯切割，其价格低廉，常用于小批量的回收处理，目前国内主要采 用此种方式。优点是所用设备简单廉价，缺点是劳动强度大，效率低，切口质 量差，不适合批量生产； 等离子切割，利用高速、高温和高能的等离子体，迅速熔化被切割的压 缩机外壳，并借助外部的高速气流，将熔化的材料排开，直至等离子气流束穿 透工件背面而形成切口，从而达到切割的目的。等离子弧切割时切口窄，切割 面质量好，切割速度快。但因压缩机的外壳不是平整的钢板，而是回转体，在 等离子切割过程中，很难保证割炬与外表面保持恒定的距离，若不小心，将割 炬碰到了外壳，将会烧坏电极。另外，在切割过程中高速的气流会将熔化的金 属渣粒吹到压缩机的内部，给后续回收造成不便； 氧一乙炔( 或氧一丙烷) 气割，利用乙炔或丙烷气体与氧气混合燃烧的预 热火焰，将压缩机外壳钢板加热到燃烧点，并在氧气射流中剧烈燃烧而将金属 分开，可燃气体与氧气的混合以及切割氧气的喷射是利用割炬来完成的，该方 法的优点是成本低，切割速度快。缺点是由于氧气射流的喷射，使得火星、熔 珠和铁渣四处飞溅，容易造成灼烫事故，被熔金属在高温作用下蒸发、冷凝成 为金属烟尘，吸入人体后对健康有害，另外，切割时不好控制火焰，火焰及熔 化的金属液滴会对内部零件造成影响； 砂轮片切割，利用砂轮片进行切割的优点是设备成本低，切割效率高， 缺点是噪音大，砂轮磨损快，粉尘大，砂轮磨损快、易破碎，不安全； 车床车削，对于圆柱形的空调压缩机，可以采用普通卧式车床来切开外 壳。将卡盘的卡爪加长，夹紧压缩机的外壳，用切断车刀进行切割。该方法利 用通用机床，不需专用设备，开盖效率较高，但只能处理圆柱形的压缩机，对 于非圆形截面的压缩机无能为力，且装夹效率低。 铣刀开盖，此项专利源白海尔集团公司，其工作原理是是将废旧压缩机 固定在转盘上，通过铣刀调整定位装置使铣刀抵靠在废旧压缩机的机壳预切割 位置，通过固定在转盘上的废旧压缩机转动，铣刀对固定在转盘上的废旧压缩 机机壳进行切割。该技术采用了简单的机械结构，设备投资少，能耗低，设备 易于操作，铣刀切割快捷，劳动效率较高。 中国专利0 2 2 3 5 5 2 9 公开的一种铣圆球，挖坑( 内圆弧) 机床，此机床也 4 可用于压缩机开盖技术，但采用了较为复杂的切削结构，整个机床结构复杂， 造价高，并不适合于切削各种类型和结构的压缩机。 1 2 2 国外拆卸处理现状 发达国家在电子产品拆卸工作开展的较早，拆卸技术先进，体系比较成熟， 废旧空调、冰箱拆卸货源充足。但是，劳动力资源紧缺，故在压缩机拆卸时多 采用自动化程度较高的拆卸方式。如低温破碎，此项技术在国外的应用范围较 为广泛。 这种拆卸工艺的特点：自动化程度高，降低了工人的劳动强度。设备 的成本高、能耗高、噪音大、磨损严重，容易造成企业的亏损以及相关的环境 问题。 1 3 论文的主要工作及内容 综观目前废弃压缩机拆卸的国内外研究现状可知，传统的废弃压缩机拆卸 工艺，尤其是相关的压缩机开盖技术虽然已比较成熟，如利用液氮冷却破碎等 开盖技术已开始工业应用，但在开盖过程的环境性以及资源、能源消耗方面存 在着某些不足。本文提出了压缩机拆卸的关键技术一一数控盘铣开盖技术，建 立了具有高材料回收率、低能耗以及良好环境性能的新型废弃压缩机拆卸工艺。 这一研究在其它废弃家电产品拆卸处理方面也存在有着广阔的应用前景。 合肥工业大学是国内较早开展机电产品绿色设计与绿色制造的研究单位之 一，结合废弃电冰箱、空调等家用电子电器产品，对产品结构的可拆卸性能、 产品的拆卸路径分析、产品回收性能和材料回收等方面进行了广泛的研究，在 废旧产品拆卸技术与方法方面积累了丰富的经验，发表了有关研究论文和专著， 这些研究为本项目的深入开展奠定了良好的基础。已建立废旧产品再资源化实 验室，系统地开展废弃压缩机及其他机电产品的拆卸处理研究。 1 3 1 论文的选题和研究目标 本论文的选题源于国家科技支撑计划项目“绿色制造关键技术与装备 ( 2 0 0 6 b a f 0 2 a 1 7 - 0 2 ) 。 论文在总结现有废弃压缩机拆卸工艺方法的基础上，提出了数控盘铣的开 盖方法，并建立了压缩机拆卸理论模型。 本研究针对我国废弃压缩机拆卸工艺研究和应用的现状，以实现材料的高 回收率和拆卸过程中良好的环境性能为目标，针对压缩机拆卸过程中开盖难的 特点，制定了套适合我国国情的拆卸工艺路径以及研制出了一套开盖设备。 研究成果的实施可以有效降低目前废弃压缩机材料回收率低、二次污染严重的 现状，提高资源的利用率。同时，还可以加快新技术在废弃电子电器产品拆卸 处理中的应用，对提高我国产业的经济效益、降低环境危害、促进拆卸产业发 展、实现我国制造业的绿色化和国民经济的可持续发展具有深远影响。 1 3 2 论文的研究内容 论文研究的主要内容包括以下三部分： 1 、压缩机拆卸工艺的分析 通过拆卸与或法建立了压缩机拆卸模型，得出适合我国国情的废弃压缩机 拆卸工艺路径。 2 、废弃压缩机开盖技术的研究 分析了国内外常用的压缩机开盖技术，并在此基础上提出了适合我国国情 的压缩机开盖技术，最后运用层次分析法将本文提出的压缩机开盖技术的优点 进行了量化。 3 、开盖设备的研制 对开盖设备的机械部分以及控制部分进行了设计，实现了开盖设备的数控 操作。 1 3 3 论文的结构 根据研究内容，本文的结构安排如下： 第一章，介绍废弃压缩机拆卸的背景和意义，国内外废弃压缩机拆卸处理 现状，最后介绍本文选题的背景和研究内容以及结构安排。 第二章，分析建立了压缩机拆卸工艺理论模型，提出了适合我国国情的压 缩机拆卸工艺路径。 第三章，设计了一套适合我国国情的压缩机开盖工艺路径，并应用层次分 析法将本文提出的压缩机开盖技术与传统的压缩机开盖技术进行了评比，将其 优点进行了量化。一 第四章，对压缩机开盖设备的机械部分进行了设计，实现了开盖设备的硬 件功能。 第五章，对要所机开盖设备的控制部分进行了设计，实现了开盖设备的数 控操作。 第六章，对全文进行了总结和展望。 6 第二章压缩机拆卸工艺的研究 拆卸是实现产品生命周期完整性与封闭性的必要环节。拆卸是指从产品上 系统地分离零件、组件、部件或其他零件集合体的方法。对废旧压缩机进行拆 卸的主要目的是：从产品中获得贵重材料和有价值的零部件，以便直接或经过 再制造获得重新利用；通过初步拆卸，简化需要粉碎处理部件的材料组成，以 简化后续分选处理，提高材料回收纯度：从产品中剔除可能损害回收设备( 主 要是粉碎机) 的高强度零部件；从产品中取出对环境和人体有害的材料【9 】。拆 卸主要有以下几种方式：将产品自顶向下拆到最底层，即对产品进行完全拆 卸，最终得到的是一个个单独的零件。这种拆卸方式仅适用于理论研究，在实 际中应用很少，因为对产品进行完全拆卸往往是不经济的。对产品进行部分 拆卸。这种拆卸方式在实际拆卸中应用最为广泛。特定目标的拆卸。这种特 定目标往往是可翻新重用、零部件材料的价值很高或对环境影响较大【l 0 1 。 2 1 拆卸的分类 按照零部件的损坏程度，分为非破坏性拆卸( 不损伤任何零件，如螺钉的 旋松等) 、部分破坏性拆卸( 一些低价值的零件受到损坏，如激光切割等) 和完 全破坏性拆卸( 产品受到完全破坏，如粉碎等) 。 按照拆卸程度，分为完全拆卸和部分拆卸。 按照拆卸工艺，分为顺序拆卸( 零件一个一个地被拆卸) 和并行拆卸( 同 时拆卸若干个零件) 。 按照自动化程度，分为自动拆卸、半自动拆卸和手工拆卸。 按照拆卸目的，分为回收性拆卸、维修性拆卸和研究性拆卸。 2 2 拆卸原则 产品拆卸的总原则是，一方面获取最大的利润，另一方面是使零部件材料 得到最大限度的利用，并使最终产生的废弃物数量为最小。在产品拆卸过程中， 当某一点( 该点称为经济回收的极限点) 的回收价值已小于拆卸成本时，则表 明此时的拆卸已开始进入负价值阶段。在这种情况下，产品的进一步拆卸从经 济效益的角度来讲己无利可图。因此，在废旧产品拆卸过程中必须遵循一定的 原则，这些原则包括【1 0 】： 若零件回收价值加上该零件不回收而进行其他处理所需的费用大于拆卸 费用，则拆卸该零件。 若零件的回收价值小于拆卸费用，而两者之差又小于该零件的处理费用， 则拆卸该零件。 若零件的回收价值小于拆卸费用，而两者之差又大于该零件的处理费用， 则不拆卸该零件，除非为了获得剩余部分中其它更有价值的零件材料所必须进 7 行的拆卸。 对所有无法拆卸回收利用的零件材料都需要进行填埋或焚烧处理。 2 3 压缩机拆卸工艺规划 h o m e md em e l l ol s 等人运用与或图研究拆卸回收模型【1 1 1 。c a o t 运用p e t r i 网对拆卸回收模型进行定性分析【1 2 】。清华大学高建刚等人提出了可拆卸性筛 子，运用包容盒检测、穿刺检测和步进静态干涉检测相结合的方法，对零件之 间拆卸运动干涉进行判定 1 3 。山东大学李剑峰等人提出了一种具有层次化、模 块化特点的机电产品拆卸回收模型及其拆卸序列生成方法。近年来，人们又提 出目标拆卸理论， h s r i n i v a s a n 等采用波传播的抽取方法对目标拆卸的拆卸序列生成算法进 行了研究，并提出了目标拆卸序列优化指标，即待拆卸零件个数【l 引。 m i g u e l a n g e l g a r c i a 等用波传播的方法求解最低成本目标拆卸序列【1 5 】。李方义给 出了目标零部件拆卸序列规划算法的具体流程。合肥工业大学刘志峰等人采用 间接法、约束解除法两种方法来生成目标拆卸序列【l6 1 。 图论法在拆卸工艺中具有较直观的视觉效果，故我们定义了图论法中的一 种，拆卸与或图【1 7 】作为压缩机的拆卸模型。 在拆卸与或图g 舭，= ( v ，e ) 中，n 元集部件顶点代表从产品的虬个零件中任 取n 个零件所构成的集合。这种数学意义上的集合，在物理上不一定可以构成 产品的一个部件。为此，称g 。d 中所有的部件顶点为数学部件顶点，而其中代 表产品真实部件的部件顶点称为物理部件顶点。在使用拆卸与或图进行产品拆 卸回收规划之前，必须从数学部件的顶点中筛选出物理部件顶点，以保证规划 结果的正确性。此外，根据产品拆卸回收规划的自身特点，部分物理部件顶点 和零件顶点也要予以剔除。除顶点的剔除外，代表拆卸工艺的边也存在上述筛 选问题。 当产品包含2 0 个以上的零件时，其拆卸与或图中顶点的数量超过10 0 万， 而边的数量多达1 7 亿以上。如何正确、有效地对数量极多的顶点和边进行筛选， 就成为拆卸与或图在产品拆卸回收规划中应用的瓶颈。 本文在针对压缩机拆卸回收规划研究中，根据压缩机种类繁多，但是相应 零部件略有不同，其结构、主要零部件也基本相同，因此本课题选取滚动活塞 式压缩机的几大关键零部件为例进行拆卸研究来回避与或图拆卸法的瓶颈问 题。 2 3 1 压缩机拆卸工艺的建模 定义1 ：设a 为非空，p 0 ) = 乜s l a s a 。若矿p ( a ) ， 且v 不为空集，则定 义v 为a 的一个顶点。 定义2 ：设v 为a 的一个顶点集合，v 的元素个数为lvi 。当 lvi 2 时，任取v 中的元素“，v l ，v 2 ，1 ，。2 ) ，若m ，v 2 ，1 ，。互不相交，且 “= 1 ，l + 1 ，2 + + 1 ，。，则定义集合e = 函，1 ，v 2 ，v 。 为a 在v 中的一条边，顶点u 为该边的主顶点，顶点u ，v ：，v 。为该边的从顶点，由a 在v 中的所有边组成的 集合e 称为a 在v 中的边集合。当v 的元素个数为1 或2 时，定义a 在v 中 的边集合e 为空集。 定义3 ：设v 为a 的一个顶点集合，e 为a 在v 中的边集合，定义g 。= ( y ，e 为a 关于v 的集合与或图。 定义4 ：设e = 缸，v 。，v ：，y 。) 为集合与或图中的一边，定义 ，v 。) ，( “，v ：) 0 ，v 。) 之间的关系为顶点u 在e 中的与关系。 定义5 ：在集合与或图中，以同一个顶点为主顶点的所有边之间的关系称 为该顶点的主或关系：以同一个顶点为从顶点的所有边之间的关系称为该顶点 的从或关系。 规定1 ：定义1 中的集合a 代表丧失使用价值的产品，集合a 中的元素与 零件相互对应，a 的个数代表零件( 不包括螺纹紧固件) 数量。 规定2 ：定义1 中的v = p ( a ) ，则v 的个数代表了丧失使用价值的零件，1 元集元素称为零件顶点，代表构成产品的零件，其他元素称为部件顶点。 规定3 ：定义2 中的m = 2 。 定义6 ：符合规定l 、2 、3 的集合即称为拆卸与或图。 定义7 ：在拆卸与或图模型中，对于边g = 缸，v ，： ，称1 ，为u 在e 中的左从 项点，v ，为u 在e 中的右从顶点。 定义8 ：在拆卸与或图模型中，若边e ，以e ，的左从顶点为主顶点，则称e ：为 e ，的左子边，若民以e 。的右从顶点为主顶点，则称e ，为e 的右子边。 图2 1 和图2 2 分别为压缩机简图和拆卸与或图。 9 q b c d e f g q 一上盖幻一下壳 c 一铜丝d 一转子 。一硅钢片 f 一偏心轴9 一气缸 图2 1 压缩机简图 图2 2 压缩机拆卸与或图 1 0 图2 - 2 中，a ，b ，c ，d ，e ，f ，g 分别与图2 1 中a ，b ，c ，d ，e ，f ，g 所代表零部件 相一致。 2 。3 2 压缩机拆卸序列的生成 根据压缩机拆卸与或图得出，压缩机所有可能拆卸分解序列共计8 种，分 别为： 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， ( 下壳，铜丝，气缸) ，( 转子，硅钢片，偏心轴) 一上盖，下壳，( 铜丝，气缸) ， ( 转子，硅钢片) ，偏心轴一一上盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，( 转子，硅钢片，偏心 轴，铜丝，气缸) 一一上盖，下壳，( 转子，硅钢片) ，偏心轴，( 铜丝，气缸) 一一 上盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，铜丝，( 转子，硅钢片， 偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，铜丝，( 转子，硅钢片，偏心轴) 。，气缸一一上盖， 下壳，铜丝，( 转子，硅钢片) ，偏心轴，气缸一一上盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片， 偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴) ，气缸一一上盖，下壳，铜丝，( 转子，硅钢片， 偏心轴) ，气缸一一上盖，下壳，铜丝，( 转子，硅钢片) ，偏心轴，气缸一一上盖， 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，( 铜丝，转子) ，( 铜 丝，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，转子，硅钢片，( 铜丝，气缸) ，偏心轴一一上 盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，转子，硅钢片，( 铜 丝，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，转子，硅钢片，( 铜丝，偏心轴) ，气缸一一上 盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 铜丝，( 下壳，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，铜丝，( 下壳，气缸，转子， 硅钢片，偏心轴) 一一上盖，下壳，铜丝，( 转子，硅钢片) ，偏心轴，气缸一一上盖， 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 压缩机一一上盖，( 下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖， 下壳，( 铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸) 一一上盖，下壳，( 铜丝，硅钢片) ， 转子，偏心轴，气缸一一上盖，下壳，铜丝，转子，硅钢片，偏心轴，气缸 根据实验拆卸时间多少作为拆卸序列的优选原则，选定耗时较少的第8 种 拆卸序列作为本课题的最优拆卸方案。 2 4 小结 本章基于与或图拆卸理论，建立了压缩机拆卸工艺模型，制定出了相应的 拆卸工艺路径。 1 2 第三章压缩机开盖技术的研究 在压缩机整个拆卸工艺过程中，压缩机的开盖是个不容忽视的技术难点， 开盖的效率、效果都对整个拆卸过程起着非常重要的影响作用。制定一套成本 低、效果明显、通用性强、节约能源的压缩机开盖方案，在压缩机的拆卸过程 中有着很重要的作用。 3 1 压缩机开盖方案 本课题压缩机开盖方案工作原理为：先让被夹紧在分度盘上的压缩机由伺 服电机驱动回转一周；在其转动的同时利用直线光栅记录压缩机的外壳形状； 再由数控装置控制盘铣刀沿着压缩机外壳旋转一周，即可实现压缩机的开盖。 其原理示意圈如图3 一l 所示： 可# 的先艟到头 目# 锄* r 、， 、 一一 一 一_ e 一一一一一e e 三三二主三主童p * ”“。历荡黪弼掣沥獗 盘岳目盎集；性联接 田3 - 1 压缩帆开盖原理田 3 2 开盖方案的评价 32i 评比指标体系设计 在各种压缩机的开盖技术选取路径中，为建立一个内容完整、包含全面、 评价客观的评价体系，可从经济、环境、资源再利用率、能源消耗率四种属性 出发，以拆卸效率( p 1 ) 、设备成本( p 2 ) 、场地成本( ! 0 3 ) 、劳动力成本( p 4 ) 、 能源消耗( p 5 ) 、零件再利用率( p 6 ) 、能源利用率( p 7 ) 、噪音( p 8 ) 和粉尘( p 9 ) 这9 个特征指标来研究所有的开盖工艺。 其中，p 1 。p 5 是压缩机开盖工艺路径经济效益的指标，p 6 和p 7 是资源再 利用率指标，p 8 和p 9 是环境影响指标。 根据指标归一处理方法，可以将压缩机开盖过程中所有影响开盖综合效益 的的因素进行归一计算，这使得开发开盖设备的运算过程变得简单。 32 2 建立层次分析结构 模型总目标是压缩机开盖方案综合效益评价，选取具有代表意义的四种压 缩机开盖方案：数控盘铣刀开盖、低温破碎开盖、等离子切割开盖、手锯开盖， 分别作为各选方案方案l 、2 、3 、4 。建立模型如图3 - 2 所示。 压缩机开盖综合评价 经济效益ii 资源再利用率 ij 环境效益 回 收 效 塞 设 备 成 太 场 地 成 本 劳 动 力 成 太 能 源 消 耗 零 部 件 再 利 用 塞 能 源 再 利 用 窒 噪 音 粉 尘 方案1ll 方案2li 方案3ll 方案4 3 2 3 构造判断矩阵 图3 - 2 压缩机开盖综