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用于垃圾处理的过滤滚筒筛设计方案第一章 绪 论第一节 研究的目的与意义生活垃圾是指在日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物，是人类生活中必产生的一种成分相当复杂的异质混合体。主要包括装修后的砖瓦陶瓷、渣土、散落的砂浆和混凝土碎块、细屑玻璃、金属等各种装饰装修和包装废物餐厨类垃圾主要包括蔬菜、植物及动物等尸体，水果果皮及果核等废旧家电类大件垃圾主要包括家用和单位用的木质废家具及废家电等集贸市场类垃圾，主要包括菜皮、禽类和水产类加工废物等。日常生活中，生活垃圾几乎已经无处不在。每天我们都在生产无数的生活垃圾。而随着生活水平的日益提高，生活垃圾的成分日趋复杂，垃圾处理处置方法与消融减容的矛盾日益突出，危害越来越严重，成为世界性的一大公害。垃圾的产生着伴随异味、细菌、环境污染。垃圾处理问题已经成为必须面对的一大难题。而对于城市这样人口密集的地方，垃圾处理问题尤为突出。据资料显示，我国目前城市年人均垃圾产量为440千克。垃圾量的增长速度已经快于GDP的增长速度。与此同时，我国的垃圾处理率仅为57. 3%，真正达到处理技术标准和资源化利用的比例更低，大量的城市垃圾以露天堆积的方式堆积在城市周围，或仅仅简易填埋处理，对城市居民的身心健康和周围环境带来严重的危害，用大量的土地填埋、焚烧带来空气污染，而且也造成垃圾中的许多可回收利用的资源的极大浪费。因此，城市垃圾分类回收能更好地实现垃圾资源化，是垃圾产业化的必由之路。随着我国经济技术的发展，我国垃圾资源化的能力也将得到更大发展。垃圾资源化带来的经济效益和环境效益均是客观的。1吨废纸，可造0.85吨好纸，可节省木材，可少砍棵17大树，节约碱300kg，比生产等量纸减少污染74%，废塑料占生活垃圾的%3一7%，1吨废塑料可回炼600Kg无铅汽油和柴油1吨易拉罐熔化后可结成1吨很好的铝块，可少采20吨铝矿，厨房垃圾经过生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0.3吨有机肥料。垃圾分类回收后，使有用的垃圾重新进入到物质的循环过程中，使垃圾达到减量化。降低垃圾运输、处理费用，增加经济效益。现今，居民大多还是将各种垃圾混合投放，制约了垃圾无害化处理的发展。因此在我国，垃圾无害化处理依然是个难题，垃圾分类成为垃圾处理过程中的瓶颈。我国城市居民垃圾分类意识欠缺，可回收物垃圾桶形同虚设。北京市市政管理委员会高级工程师王维平曾告诉记者说“目前城市中大部分居民还没有对生活垃圾进行分类的习惯，这是造成大量可回收物进入填埋场的原因之一。但是，居民分类意识的形成并非一日之功。所以，目前，只能依靠机械或者手工来完成垃圾分类的工作。由于垃圾场的环境十分恶劣，因此，为了解放这部分的人力，垃圾分类处理设备就尤为重要。集中处理垃圾的设备，通常包含几个部分，即：破袋机，筛选机，和后期的分类机。破袋机主要用于破开塑料垃圾袋，使里面的垃圾可以充分混合，打散，利于下一步的过滤筛分。筛选机主要根据垃圾的形状颗粒大小，把垃圾初步分为几类。每类中都包含几种甚至十几种垃圾。后期的分类机形式比较多样，效果也不一而足。一般可以借助风能，电磁能等实现。目前还有很多需要分类，却没有切实有效的方法分类的垃圾，如废旧的手机电池。目前，借助人工的力量分选。筛选即把生活垃圾按颗粒大小初步分类，为后续的具体分类奠定一定的基础，减小后续分类的难度。筛选的效率一定程度上影响后续的具体化分类和回收处理。因此，设计一个效率比较高的垃圾筛选机时垃圾分类处理的关键。 第二节 国内外研究概况一、国外垃圾分类和垃圾处理现状国外一些发达国家从60年代起由于资源紧张和环境恶化就开始重视和研究垃圾分类收集问题，并于70年代逐步开始实施垃圾分类收集和处理。国外的垃圾分类收集水平较高，也比较细致，这主要与国外发达的经济水平、居民较高的文化素养以及政府的大量资金投入以及相应政策的制定、配套设施的建设等息息相关。日本，被赋予“不产生废料垃圾”的美誉。日本垃圾分类精细，垃圾最大分类有可燃物、不可燃物、资源类、粗大垃圾，这几类再细分为若干子项目。在回收方面，有的社区摆放着一排分类垃圾箱，有的没有垃圾箱而是规定在每周特定时间把特定的垃圾放在特定地点，有专人及时拉走，送到各种垃圾处理场厂。 日本垃圾处理方式多样，最要有垃圾焚烧、垃圾生物降解。垃圾再利用方面，最要有以焚烧生活垃圾时产生的灰渣、污泥等废弃物为主原料生产环保水泥新型可再生利用的树脂材料的应用及回收垃圾发电废纸处理等。在垃圾处理方面应用的设备主要是厨房垃圾缩减机、废油分解机等。美国和德国主要采用立法的方式对垃圾的回收、处理和综合利用进行规范管理，以达到垃圾减量化、资源化，回收利用和回收再利用的目的。目前一些发达国家的绝大部分垃圾通过分选，回收金属、纸张、塑料等，易腐有机物进行发酵制沼气和有机肥，对不能回收和发酵的废物则进行焚烧，实现了最大程度、最低成本和最简易作业地回收资源，实现了垃圾处理的减量化和资源化。其垃圾的分类收运分类处置流程图如下：图1-1先进国家及地区垃圾分类收运、分类处置流程发达国家选择生活垃圾处理方式的一般原则是：首先是通过分类收集尽可能对生活垃圾中的有用物质进行回收和循环利用；其次是尽可能对生活垃圾中的可生物降解物进行堆肥处理；再次是尽可能对生活垃圾中的可燃物进行焚烧处理；最后是对不能进行其他处理的垃圾进行填埋处置。1、提倡分类收集和回收利用对生活垃圾尽可能进行回收和循环利用，最有效的途径是尽可能对生活垃圾实施分类收集。这是发达国家在实践中形成的共识。2、鼓励有机垃圾堆肥处理生活垃圾堆肥（包括厌氧消化）处理在发达国家也属于资源回收利用的范畴，生活垃圾分类收集方式为其提供了良好的发展条件。在各种堆肥方法中，目前应用最多的仍是条形堆肥和家庭仓式堆肥等低成本堆肥系统。3、稳步发展垃圾焚烧技术垃圾焚烧处理已有一百多年历史，但出现有控制的焚烧（烟气处理、余热利用等）只是近几十年的事。它与垃圾填埋处理相比，具有占地面积小、选址较容易，处理快速、减量化显著，无害化较彻底以及可回收焚烧余热等优点，在发达国家得到越来越广泛的应用。预计在将来垃圾焚烧技术仍会继续得到发展。4、卫生填埋是垃圾处理的基本方式二、国内垃圾分类及垃圾处理现状我国现行生活垃圾的处理方法，同样是堆肥、焚烧和卫生填埋。但是，由于我国在垃圾源头收集的部分就没有做到分类收集，致使后续的处理受到影响。玻璃等不易降解成分的存在使堆肥的质量下降，同时毒重金属等的物质会下渗到地下水中，造成水污染。因此，要耗费大量人力物力制造防水层来防止这些问题。含有塑料袋组分的垃圾焚烧时，会产生大量的二噁英等物质，极大污染环境。因此在处理垃圾的系统中，需要一系列的设备来完成对垃圾的分类。特别是，可回收物、玻璃和塑料袋等分选出来，减少资源的浪费，减少处理垃圾的危害。目前分类处理工艺主要有以下三种： 第一种方式为直接进行人工初选，然后进行筛选和人工分选。这种方法的水平比较低，主要用于国内生活垃圾处理厂比较简陋的工艺方式。第二种方式为先对袋装生活垃圾进行破袋，再进行筛选和人工分选。第三种方式为在对袋装垃圾进行破袋后，对生活垃圾中的大块物料进行选择性破碎和分选，再进行筛分和人工分选。国内对于垃圾的处理，有两个大的方向，一方面针对大中型垃圾处理场，有一整套的垃圾处理设备，从运输到堆肥，焚烧的处理终端。但大多都经过粉碎处理，垃圾分类处理的效果不明显。垃圾分类处理的设备目前比较欠缺。另一方面，出现了很多小型的针对小型垃圾的分类机，直接分类到终端。分有机物和无机物等几类。这类垃圾分类机械申请了专利，大部分垃圾分类机的分类原理主要是以生活垃圾的体积大小、轻重、软硬上通过机械运动而分类。还有一些是基于全自动智能垃圾分类机的研究。现介绍一种湖南省岳阳市风景园林管理局的邓忠廉设计的垃圾分类机，如图所示。 图1-2垃圾分类机（引用）1漏斗型; 2垃圾桶震动电动机; 3圆锥型震流机; 4电机; 5 旋转圆盘分类台; 6五色垃圾袋; 7垃圾倾卸平台8固定工作台; 9分类垃圾投入口; 10五色袋分流纵向输送带; 11五色袋分流横向输送带; 12五色袋分流纵向输送.圆锥型震流机内安装震动电动机和与圆锥型震流机相连接的震动板，圆锥型震流机的锥体下部与漏斗型垃圾桶的下部形成卸料出口。旋转圆盘分类台的中央轴装有伞齿轮，旋转圆盘分类台电机固定在分类台中央，且电机轴上装有伞齿轮与中央轴伞齿轮啮合。固定操作台上均布设置有座登，座登一侧设有分类垃圾投入口，垃圾投入口连接通道至输送带。垃圾分类机的工作过程汽车将五色袋装垃圾运到垃圾倾卸平台上，经自卸装置将垃圾翻到入漏斗型垃圾桶中，再经圆锥型震流机将垃圾均匀震流滑落到旋转圆盘分类台上。震动滑流在旋转台边的五色垃圾袋，工人坐在固定工作台周围座登的座位上，迅速捡起自己规定的某种色袋投放到分类垃圾投入口内，垃圾袋便会落到五色袋分流纵向输送带上，经输送再分别落到五色袋分流横向输送带上，再汇总落到五色袋分流纵向输送带上，自动送入腐殖、塑料、纸品、金属、其他五个不同的分类车间。本垃圾分类机的优点和效果利用重力落差，实现物流自动化，方便流水式生产操作机械伞型震动机防止垃圾箱出口堵塞，自动旋转工作台太方便工人分捡自己份内的色袋，操作十分方便。五色袋投入口的刷色与投入袋色同，避免了操作投错。两纵一横输送带，让垃圾自动分类送入五个分类车间彻底细分类，实现了垃圾分类自动、快捷、方便、规范化的目的。本分类机的主要缺点需要工人分拣垃圾，设备庞大、投资大，垃圾减量化效果不佳。第三节主要研究内容调查城市生活垃圾的组成，研究垃圾的最终处理去向，并由此分析垃圾的分类处理方式。调查垃圾处理设备的现状，并针对大中型垃圾处理厂的垃圾处理设备欠缺的现状，根据生活垃圾组成成份及物理特征制定垃圾筛选流程，设计一种集中处理垃圾的垃圾筛选设备。主要针对目前的垃圾筛选设备存在的问题，设计一种滚筒筛，达到初步解决这些问题的效果。主要通过利用筛孔的大小、形状和排列解决垃圾缠绕筛孔的问题。同时设计一种装置来实现二次破袋，提高混合垃圾接触滚筒筛的机会，提高筛选的效率。并根据目前垃圾的日产量，设计滚筒筛的尺寸，工作能力，并研究垃圾的运行轨迹，设置放置的倾斜角度的研究，设计出一套完整的筛选工具，令其具有一定实用性，以便投放市场，大量使用。第二章 总体方案设计第一节 对城市生活垃圾的组分研究对北京城市垃圾组分分类研究。自2010年11月到2011年3月，统计1000个垃圾袋，确定垃圾袋的直径通常为300mm。按照生活垃圾的后处理方式进行归类，如下：1.可回收垃圾主要有：金属系列主要有啤酒易拉罐扣手、瓶盖等；玻璃瓶系列，主要有厨房用佐料玻璃瓶、药用玻璃瓶、二两小酒瓶等；纸系列，主要有面巾纸、报纸、包装用硬纸壳、宣传传单纸等；塑料系列，各种冷鲜食品包装塑料盒、快餐盒、医药用包装塑料瓶等；2.可堆肥处理垃圾主要有厨房剩饭、剩菜等餐余小木条等家庭装饰材料；水果皮等残余，主要有苹果皮、苹果核、梨皮、梨核、柑桔皮、龙眼皮、龙眼核等；干果皮，主要有核桃皮、瓜子皮、棒子皮、开心果皮等；按照垃圾的体积大小、软硬程度进行归类如下：较硬、体积较大固体垃圾玻璃瓶系列，主要有厨房用佐料玻璃瓶、药用玻璃瓶、二两瓶等塑料系列中的医药用包装塑料瓶等体积尺寸为：高70mm到250mm，直径40mm到90mm。较硬、体积较小固体垃圾千果皮系列，主要有核桃皮、瓜子皮、棒子皮、开心果皮等系列，主要有啤酒易拉罐扣手、瓶盖等体积尺寸为高50mm，直径50mm。中等硬度、体积较大垃圾塑料系列，主要有各种冷鲜食品包装塑料盒、块餐盒纸系列主要有包装用硬纸壳。体积尺寸为长100mm到250mm，宽70mm到200mm，高30mm到100mm。还有其他柔软性、不易切碎垃圾纸系列，面巾纸、报纸、宣传传单纸，塑方便袋、各种食品包装袋，和软、易切碎垃圾蔬菜等，尺寸50mm。第二节 垃圾筛筒筛的方案一、筛选原理的选择（一）、现存的筛选工具原理目前，就筛选的原理主要分为固定筛、滚筒筛、振动筛及摆动筛等。1 固定筛。筛面由许多平行排列的筛条组成，可以水平安装或倾斜安装。这种设备由于构造简单、不耗动力，设备费用低且维修方便，在固体废物处理中应用广泛。2 滚动筛。滚动筛又叫转筒筛，其筛面为带孔的圆柱形筒体。操作时筛筒在传动装置带动下绕轴缓缓旋转；固体废物由筛筒一端给入，被旋转的筒体带起，当达到一定高度后应重力作用自行落下，如此不断地做起落运动，使小于筛孔尺寸的细粒透筛，而筛上的产品则逐渐移到筛的另一端排出。为使废物在筒内沿轴线方向前进，筛筒轴线一般倾斜一定角度安装。 3 振动筛。振动筛是利用振子激振所产生的复旋型振动而工作的。振子的上旋转重锤使筛面产生平面回旋振动，而下旋转重锤则使筛面产生锥面回转振动，其联合作用的效果则使筛面产生复旋型振动。其振动轨迹是一复杂的空间曲线。该曲线在水平面投影为一圆形，而在垂直面上的投影为一椭圆形。调节上、下旋转重锤的激振力，可以改变振幅。而调节上、下重锤的空间相位角，则可以改变筛面运动轨迹的曲线形状并改变筛面上物料的运动轨迹。4 摆动筛。筛面倾斜角一般为120，通过曲柄连杆机构使筛框作水平往复运动，物料在抖动中向下滑移，实现大料和碎料从合格料中分离出来。（二）、对上述几种筛型的分析振动筛在较低频率时，筛面上生活垃圾淤积相当严重，当振动频率较高时淤积率有所下降:，但仍有淤积现象存在。当振动频率很高、淤积率己较低时，由于振动筛没有一让生活垃圾翻滚的作用，生活垃圾中大物料包裹小物料，致使振动筛的分选效率较低。而且，从动力消耗上来分析，实验中滚筒筛和振动筛配备了相同型号和功率的电机，当振动筛获得最高分选效率时，尽管此分选效率与滚筒筛分选效率相比己较低，但仍需要较大的动力消耗。振动筛不适合生活垃圾的筛分。滚筒筛的筛筒由4个滚轮支承，工作时，由电机、减速机等带动筒体一侧的两个主动滚轮旋转，依靠摩擦力作用，主题滚轮带动筒体回转，而另一侧的两个滚轮则起从动作用。滚动可以带动垃圾旋转，增加和筛筒的接触面积和接触时间。采取一定倾斜角放置的滚筒筛可以利用垃圾自身的重力和旋转时的离心力完成垃圾的分选。滚动筛的倾斜角会影响垃圾物料在筛筒体内的滞留时间，一般情况下，滚筒筛的倾斜角在25范围内选取，有时考虑到最佳的效能（生产率），也可超出。使用直线筛、平面摇筛的效率低下，经济效益很不明显。对于摆动筛，由于偏心轴对传动轴的径向倾斜角，会导致筛网产生垂直方向上的跳动和物料流。若倾斜角大则会出料速度太快，往往使一部分物料未经筛选，直接从出料口排除，降低了分选的效率。若倾斜角小，物料会堆积在筛网中心，从而妨碍出料。一般倾斜角的调节根据物料的粒度、比重、形状、含水率等调节。针对垃圾上述的几个性状都不是确定的。每个城市、每天垃圾的粒度、含水率等都是不确定的。因次，这种筛不适于筛选垃圾。综上考虑选择滚动筛作为垃圾分类设备的分选装置。二、筛孔的设计（一）、筛孔的形状设计方案一：螺旋状排布，圆形孔筛孔采用圆形，并螺旋状排布，中间或者两边不开孔，方便支撑或者传动。同时，为提高效率，设想滚筒的轴向长度可适度加长，并在筒体上开两种规格的筛孔，以便同时筛选出两个尺寸阶段的生活垃圾。具体形状如下图：方案二：轴向分布，长条形孔筛孔成长方形，均匀排布在筒体上，具体形状如下图： 比较以上两种方案，方案二形状和排布比较规则。同时，整个滚筒可由钢制长条焊接而成，节省加工费用，节省钢的用量，方便制造，价格低廉。但是，由于筛孔为矩形，在两孔之间的尖角上会缠绕丝状（多数为破袋后残余的塑料袋）垃圾。工作时间超过一定时间，则会堵塞筛孔，必须要停机，利用人工将缠绕的丝状垃圾清理干净，才能继续使用。对于方案一，圆形筛孔没有棱角，可以大幅度减少垃圾缠绕，堵塞筛孔的机会。大幅度减少因筛孔堵塞而造成的设备停机。另外，由于垃圾袋形状不规则，圆形是尺寸相等的形状里，面积最大的，因此形状不规则的垃圾更容易透过圆形筛孔。但，圆形孔需要再整个钢板上加工，加工费用和材料费用都大幅增加，使成本增加。由于垃圾筛选设备的使用年限长，粗略的计算若使用时间为10 年，每天清理筛孔堵塞一个小时，则一共因此而损失的工时为3650个小时，假设，每个小时，该设备可以处理5吨垃圾，则一共少处理18250吨生活垃圾。假设每处理一吨，垃圾场可盈利10元人民币，则一共损失十八万两千五百元。而成本的曾加为：一块2000mm6000mm的45钢板造价为4500元，而另一方面，切割钢板的费用比焊接的费用低。两者相比较，整体考虑，选用方案一，即选用没有尖角的圆形诸位筛孔的形状。配合导板影响下的垃圾的轨迹，滚筒的筛孔同样采用螺旋状排布，有利于过滤筛选，同时，减少堵塞的机会。同时，舍弃方案一中的筒体上排布两种孔的，由于垃圾透过筛孔落在传送带上，若使用两根传送带则给传送带的安装带来很多不便，若使用一根传送带，则两种尺寸的垃圾落在一根带上失去筛选意义。（二）、筛孔的直径设计针对生活垃圾的组成，垃圾的形状虽然不规则，但整体在0到250mm之间，切参差不齐。确定筛选须经过多次筛选才可以达到比较好的效果。拟定筛选分三级，每级筛选颗粒物的直径分别为50mm，100mm和150mm。在进入筛筒前在传送带上会人工或是机械挑选出体积非常大的大型的建筑垃圾、家具残骸等尺寸大，密度也大的垃圾，其余进入垃圾处理流程的筛选环节。筛筒在整个垃圾处理设备流程中的位置：破袋二次破袋一级滚筒筛传送带物料斗混合垃圾进一步分选传送带筛上物筛上物二级滚筒筛筛下物筛下物（三）、筛筒内部设计为了能够更好的实现筛选，针对垃圾分类处理的上一环节破袋的效率低，设计了一种破袋的装置。即在滚筒内加装一个二次破袋装置，以便提高破袋效率，提高筛选效率。有以下几种方案:方案一：滚筒中心 设有转轴，在轴上安装带有锯齿的刀片，刀片旋转划破垃圾袋，达到二次破袋效果。对方案一的分析：在滚筒内安装旋转轴，要带动滚筒筛旋转，在滚筒筛口要加装轴承，轴承的尺寸比较大，需要特殊制造。因此制造设备的成本会急剧增加。另外，这样会缩小筒口，减低滚筒筛的有效工作面积。方案二：滚筒体旋转，在筒体上焊接四棱锥状突起，达到在旋转过程中划破垃圾袋的效果。最终方案的确定：可以两种方案叠加起来，共同承担起二次破袋的功能。整个装置有刀架和刀组成，针对垃圾在筒内的运动轨迹，即角度为大约54,7度的抛物线，设计刀具倾斜放置，沿筒壁一周都有刀片，当滚筒旋转起来时，就可以起到一定的补充破袋功能。同时在刀架的上侧，安装几个小直径的螺栓，同时把底部磨的尖锐。当垃圾密度比较大，轴向的运动速度比较大时，可以充当刀具划破垃圾袋，补充破袋效果。第三节 传动方案设计由于工作条件是在厂房之内，有稳定的三相交流电，同时估计滚筒筛的速度不是太高，所需扭矩不是很大，对同步要求也同样不高，选用电机作为原动机。电动机的转度太快，显然需要降速增扭，有以下两种传动方案。一、 方案一 (一) 、方案设计采用电动机-减速器-带传动-滚筒筛(二) 、方案一分析带传动具有一定的弹性，能减缓冲击、吸收振动、传动平稳。当带过载时，带在带轮上打滑可防止其他零件损坏，保护原动机。而且结构简单，成本低。可适用于中心距较大的场合。但是，由于靠摩擦传动，带的滑动是传动比不准确，一旦垃圾离得水分落到带上，减小摩擦力，圆周力不够，带会因整体打滑出现，出现剧烈摩擦，甚至损坏。设备的可靠性较低。同时，传动的外形尺寸较大，传动的效率低，需要比较大的电机功率。带的寿命较短，而且，易被腐蚀，需经常更换。使设备的停机频繁，效率降低。如果整个装置密封则尺寸过大，若不密封则在恶劣的工作环境中寿命会降低很多。因此舍去这种传动方案。二、 方案二 (一) 、方案设计采用电动机-减速器-支撑轮-摩擦传动-滚筒筛(二) 、方案二分析采用摩擦传动，因而只需带动小轮，小轮可以通过摩擦带动滚筒转动。摩擦轮传动是利用两轮直接接触所产生的摩擦力来传递运动和动力的一种机械传动。最简单的摩擦轮传动，由两个相互压紧的圆柱形摩擦轮组成。在正常传动时，小轮依靠摩擦力的作用带动滚筒转动，需要保证两轮面的接触处有足够大的摩擦力，使小轮产生的摩擦力矩足以克服滚筒轮上的阻力矩。如果摩擦力矩小于阻力矩，两轮面接触处在传动中会出现相对滑移现象，小轮将带不动滚筒旋转。若曾加压在小轮上的正压力，则会增加作用在轴与轴承上的载荷，导致增大传动件的尺寸，使整个传动机构笨重。同样，在恶劣的环境下，摩擦力很难保证足够的稳定性，一旦摩擦力减小，则滚筒筛不能顺利旋转，导致设备停机，减小工作效率。但是，摩擦轮可以在支撑的同时，把支撑滚筒自身的重力的支撑力，这种有害的力产生的摩擦力转化为传动的所需的摩擦力，不需另加支撑结构。这是这种传动形式的一大优点。同时，由于齿轮传动具有的以下特点：结构紧凑，比带传动所需的空间尺寸小。传动效率高，传动比精确稳定，可以采用封闭式，工作可靠、寿命长。不受环境干扰太大。可以用齿轮传动代替带传动或摩擦传动。为了尽量避免摩擦这种传动形式，改进第一种方案，将带传动改为齿轮传动。同时，将两种传动形式结合起来，用两根类似摩擦轴的轴将整个滚筒体支撑起来，将滑动摩擦力转化为滚动摩擦力，很大程度上减少了传动中功率的损失。最终传动方案：电动机-减速器-齿轮传动-滚筒筛（采用摩擦轮支撑及辅助传动）第四节 辅助机构设计一、 惰轮设计为防止滚筒在旋转时，由于不正常的震动和摩擦造成周向的位移，在支撑轮的旁边加装一个可以自由滚动的惰轮，可以阻止和导正滚筒的周向位移，同时不会带来剧烈的摩擦，影响滚筒的正常运转。惰轮采用悬臂支撑，不阻碍支承轴和支撑轴座。同时，悬臂轴上套有轴承，焊接在钢板上，钢板可同时起到保护支撑轮不受掉落的垃圾腐蚀的作用。二、 轴向挡块设计轴的支撑轮采用与钢有大的摩擦因数的材料制造，摩擦产生的轴向力足以平衡倾斜带来的轴向重力的轴向分力。但是，一旦摩擦的相对表面因为使用不当造成摩擦系数急剧下降时，摩擦力有可能小于重力的轴向分力，从而产生轴向的窜动。轴端设有半圆形挡块，阻止这种轴向的窜动，防止滚筒的下滑。轴向挡块采用圆钢制造，与钢制的滚筒的摩擦因数小到0.02，产生的摩擦力不到20N，因此不会影响滚筒的正常旋转。为防止含水垃圾对支撑轮的污染，需在支撑轮和惰轮外加装挡板。三、 齿轮箱的设计齿轮传动要求良好的工作环境，防止沙粒等磨蚀，同时，因齿轮传动的发热量比较大，需要及时散热和良好的润滑，选择油池润滑。齿轮箱可以作为润滑油池，起到润滑的作用。齿轮箱的内壁可以起到支撑轴承的作用。齿轮箱分上下两部分，采用螺栓连接，同时下部装有油面指示器和通气栓塞。箱体内壁距齿轮齿顶约20mm的距离，方便齿轮运转，当出现不正常振动时，不致损坏齿轮。轴承盖通过螺栓连接到齿轮箱上。齿轮箱底部内壁倾斜，利于润滑油的流动，当润滑油被齿轮带起飞溅到齿轮箱内壁上，可以顺利流回大齿轮底部，节省润滑油的耗损。四、 导板的设计当每小时通过的垃圾量比较大时，容易堵塞滚筒，在滚筒内行进困难，严重影响滚筒筛效率。为了解决这个问题，在滚筒的内壁上焊接一螺旋长条状的导板，并在导板上设计棱锥形小突起，方便导料，加快垃圾向下推进速度，减少堵塞的可能。小突起为四棱锥状，在导板疏导垃圾的过程中，遇到未破的垃圾袋可以划破垃圾袋，起到补充破袋，增大垃圾与滚筒筛的接触机会的作用。第三章 设计计算书第一节电机的选择一、 转速的确定(一) 、设计的条件和数据本设计的滚筒筛针对垃圾集中处理的筛选部分，拟定处理能力为（t/h）5，并且在环境比较恶劣的条件下工作，利用齿轮传动，三相电作为能源出入。根据垃圾在滚筒中的行进速度，拟定滚筒筛的直径为1000mm。根据调查垃圾的平均直径和直径分布设定垃圾滚筒筛的筛孔直径为50mm。滚筒筛为倾斜4c放置。(二) 、传动方案分析与拟定为了尽量减少整个传动机构的整体尺寸，选用斜齿轮传动。同时，加装一个减速器，用于减速增扭。传动方案图：图3-1拟定的传动方案为：斜齿轮传动，电机带动通用减速器(两级平行轴齿轮传动)小齿轮端转动，通用减速器的大齿轮端带动小齿轮旋转，小齿轮带动齿圈旋转，齿圈通过过盈配合连接滚筒筛一同旋转。(三) 、滚筒筛的速度确定据滚筒筛体的使用特性，选用45钢板，密度为7.85g/，估算总质量：钢板面积为，其上布满了尺寸为40mm和80mm的筛孔，有空的面积估算为，6.282300500=7.2，空面积和空周面积比为0.5024，则实体面积占0.4976，总实体面积为7.20.4976=3.58。总质量约为：（3.58+7006.28500）107.85g/=453.57kg。粗估筒体连同齿轮的总重量为560kg，目前我国大部分城市生活垃圾的平均密度0.240.4t/m3。筒的质量为： l=l0.4t/=0.942t=942kg总重量为：560+942=1502kg物料沿筛面轴线方向的平均速度.v 可表示为v=l/ t根据目标处理能力，即5t/h,设定筛筒长6000mm。当筛体倾斜安装时, 实际的物料运动轨迹变为不规则的螺旋线, 该螺旋线的螺距 近似为： 即 =40.5msin54.7cos54.7tan4=65.9mm由于回转运动中物料离心力的存在, 筛体转速n 的取值一般总是小于其临界转速nc , 通常为了获得较好的筛分效果, 应使物料在筛体内作较大的翻动。可以计算使物料在筛体获得最大抛落落差的条件, 即在右图中使得图3-2 取最大值，令，可求的。滚筒筛转速最大落差值=32.153r/min根据经验，选滚筒筛的转速略低于最大落差值取为30r/min为1.57m/s。二、 电机的选择整个滚筒筛的质量为1502kg，总重力为14719.6N。两边的支承轴所受总压力为14719.6cos4=14683.74N启动时候所需功率，要求在1s内启动: 轴的角加速度为： 2601s=3.14 rad/ =7.4349 Kg惯性阻转矩： =7.43493.14=23.35 Nm阻转矩为： =11330.50N0.10.5m=566.5 Nm大于惯性阻转矩。所以按阻转矩计算所需功率，可以顺利启动.消耗的所需功率：根据资料通用减速器的效率为91%，联轴器的效率99%，齿轮传动的效率为98%，轴承的效率为0.995，整个传动系统的总效率： =91%98%99%99.5%=87.8%P=T=566.5 Nm1.57m/s0.5m=1.78kw =2.03kw选取电动机的额定功率，使： =2.032.64kw一级斜齿轮传动比在3-5之间，故电动机转速的可选范为： 90150r/min加装一个二级减速器传动比在59.7之间。电动机转速的可选范为4501455 r/min。根据以上范围和电机标准选定河南电机厂生产的三相异步电动机，功率为3kw，转速为710转。效率82%。表3-1电动机型号额定功率/kw满载转速/(r/min)堵转转矩额定转矩最大转矩额定转矩效率Y132M-837102.02.082%第二节齿轮参数的计算和校核一、 确定传动比根据滚筒筛转速选定通过减速斜齿轮传动和通用减速器传动。总传动比为：71030=23.67。分配两级的传动比暂定为3，和7. 9选用斜齿轮传动和通用二级减速器。转速： = =710=/=/=710/7.9=89.9（r/min） =/=8.9/3=29.96（r/min）功率：P1=2.030.990.91=1.83kWP2=1.830.980.995=1.78KW转矩：=9549=27.3=9549=194.16=9549=566.57将上述数据列表如下：表3-2轴号功率P/kW N /(r.min-1) /(Nm) 传动比 i 02.0371027.3 7.9 11.8390194.16 21.7830566.573二、 齿轮的设计计算和校核选用标准斜齿轮，齿轮配合为外啮合传动。(一) 、选择材料 精度等级和齿数1. 材料选择考虑齿轮的工作环境，速度比较低，周围的粉尘含量比较高，对于强度要求比较高，对于速度及精度的要求都比较低，考虑采用软齿面材料，即，采用将齿轮毛皮经过调制处理后，切出的齿轮。根据常用齿轮材料及其性能表，选用调制钢。小齿轮：40Cr，调质，280 HBS大齿轮：40钢，调质，240 HBS根据材料性能许用接触应力：小齿轮的疲劳强度极限：=600MPa大齿轮的疲劳强度：=550MPa =0.9600MPa=540MPa。 =0.9550MPa=522.5MPa。齿面粗糙度：齿根表面粗糙度： =10 m， =10 m大、小齿轮设计修缘量：(二) 、初步确定主要参数按齿面解接触疲劳强度设计试选 ， 许用接触应力： =（）=531.25 MPa小齿轮的名义转矩：通用减速器的效率为0.96，传动比为7.9 。p=2.21kw 初步确定模数、齿数、螺旋角，取模数m=3.5 mm初选=121=2acos/m(u+1)，m取3.5取1=99，2=u1，取2=298。2经圆整后，齿数比发生了变化，实际齿数比为u=2/1=3.02载荷系数k：取k=2齿宽系数： =0.7计算大、小齿轮分度圆直径 =347.21mm 0.7347.21=243.04mm计算纵向重合度： =0.3180.799计算载荷系数K：K=11.111.41.42=2.21按实际载荷修正分度圆直径为： =243.04386.68mm计算尺宽及模数 :，取模数为4按齿根弯曲强度设计： 确定计算参数： 根据纵向重合度，查的螺旋角影响系数齿轮的弯曲疲劳极限为计算弯曲疲劳许用应力 S取1.4。 计算大、小齿轮的并加以比较计算当量齿数： =105.78 =318.42查齿形系数和应力校正系数： 2.18 1.79 2.06 1.97 大齿轮数值比较大。设计计算： =2.18mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于有齿根弯曲疲劳强度，选取齿面接触疲劳强度计算得到的法面模数，满足齿根弯曲疲劳强度要求。=取=95，284齿数比 计算中心距：a=774.93mm圆整中心距为：775mm圆整中心距后修正：=arccosm(2+1)/2a=11.998计算大小分度圆直径：= =修正齿宽为：=0.7388.49=271.94mm。圆整之后取：小齿轮的直径大于160mm，小于500mm，采用腹板式。大齿轮为齿圈。(三) 、其他几何参数的计算i. 分度圆压力角 ii. 齿顶高系数 =1iii. 顶隙系数 c=0.25iv. 基圆直径 v. 齿顶高 vi. 齿根高 vii. 全齿高 viii. 齿顶圆直径 ix. 齿根圆直径 x. 齿顶压力角 =23.32at2= 21.61xi. 端面重合度 1.76xii. 轴向重合度 =4.55 （b=minb1，b2）xiii. 总重合度 = + =1.76+4.55=6.31三、 齿轮结构设计大齿轮采用齿圈设计，内直径为1000mm，小齿轮的内径为170mm（根据轴颈选定）。由于小齿轮的直径大于160mm，小于500mm，选用腹板式。轴孔直径 d=170mm轮毂直径 =1.2d=1.2170=204mm圆整到50mm轮毂长度 L=280mm轮缘厚度= 68(mm) 取 =8mm轮缘内径 =-2h-20 =352mm 取= 350 mm腹板厚度 c=0.3b=0.3280=84取c=85mm腹板中心孔直径 =0.5(+)=0.5(204+350)=277(mm)腹板孔直径 =0.25（-）=0.25（350-204）=36.5mm 取=36.5 mm齿轮倒角n=0.5m=0.54=2第三节传动轴的设计一、 滚筒筛的传动校核计算(一) 、滚筒的粗估直径滚筒主要承受扭矩，应按扭转强度条件设计计算，把滚筒筛筒体看做一个空心轴。则初步估算轴径：得。由于滚筒筛上布满圆形筛孔，使其强度和刚度大大下降。由于工作能力的要求，扩大滚筒的直径为1000mm。(二) 、滚筒的校核校核当滚筒筛即充当轴的直径为1000mm时， 1. 斜齿轮的受力分析：分度圆直径d1=1/cos= mm转矩为=9549=566.57圆周力为 2. 计算轴所受的弯矩：绘制轴的受力简图：图3-3水平面受力简图：图3-4求支撑反力 联立方程组，解得：N N 垂直方向受力简图：图3-5联立方程组，解得： 1751.46N 绘制水平面弯矩图、垂直面弯矩图及合成弯矩图 N水平面弯矩图：图3-6垂直面弯矩为：垂直面弯矩图：绘制合成弯矩图： 1064587.38Nmm轴所受扭矩为T=566.57Nm = = 28.970轴的弯扭强度合格。轴的刚度校核：轴的直径为1000mm，属空心轴，内外直径比为0.99，两点悬臂支撑， 根据材料力学的公式校核挠度。轴的弯曲刚度条件为：挠度： yy mm y轴的允许挠度，mm。偏转角： rad 轴的允许偏转角，rad。钢化两支撑之间的轴，计算悬臂部分的挠度：E：滚筒即钢管的弹性模量，I滚筒即钢管的截面惯性矩对于45钢：E=197GPa，I=1933258260 钢化悬臂部分，两支撑之间的轴的最大挠度：计入轴的重量，即轴上有均布载荷和集中力。大梁中点的挠度最大，计算其挠度。均布力为滚筒重力的分力为14683.743000=4.89N 挠度应小于0.0002L=30000.0002=0.6校核合格。二、 小齿轮传动轴的计算(一) 、轴的直径计算根据公式初步估计轴的直径。查表得=110。小齿轮传动轴转动的功率为。考虑有两个键槽，将直径增大10%为41.93mm，根据联轴器的额定转矩，调整轴的直径为60mm。此直径为阶梯轴的最小直径，即与减速器相连的轴段的直径。(二) 、轴的结构设计轴中间有键槽，用于小连接齿轮轴上的零件。轴上其他零件包括挡油环等相对两轴承对称分布，齿轮左面由轴肩轴向固定，联接以平键作过渡配合固定，两轴承分别和轴承端盖定位，采用过渡配合固定。齿轮宽为280mm，轴承宽为116mm。从左到右，第一段与轴承配合，第二段与小齿轮配合，第三段仍与轴承配合。传动零件齿轮、联轴器相配合的轴段长度应比传动零件轮毂宽度略小5mm左右所以确定各轴段的直径。其余各段轴长与对称布置有关，可由齿轮开始向两端逐步确定。(三) 、轴的校核1. 小斜齿轮的受力分析小齿轮的分度圆直径为：d1=1/cos=388.5 mm 齿轮轴的扭矩为： =9549=194.16Nm 小齿轮所受径向力为： 小齿轮所受圆周力为： 小齿轮所受轴向力为 2. 绘制轴的受力简图两轴承之