基于圆筒式垃圾分类筛选机的改进设计含7张CAD图
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基于圆筒式垃圾分类筛选机的改进设计含7张CAD图,基于,圆筒,垃圾,分类,筛选,改进,设计,CAD
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XX设计（XX）题 目： 垃圾分类筛选机的设计 英文题目： Design of garbage sorting and screening machine 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 20XX年 5 月 10日摘要：本设计主要就分析了国内一款集成联体型生活垃圾分类机的研究现状，进行了垃圾分选机的改进设计，上款垃圾分类筛选主要存在的问题就是垃圾分类不彻底，垃圾分类回收率低，在此基础上我们设计出了圆筒式垃圾分类筛选机械装置，根据不同物质的不同物理尺寸进行分选，从而提升了垃圾回收利用率，巧妙的采用PLC可实现精准控制，做到随用随停，本次设计的目的针对于国内的分选机械进行垃圾分类，不仅改善和缓解工人的劳动压力和强度，使得垃圾得到充分的利用，还有效的节约了资源，保护了环境；本设计的另一个意义是希望能够带动垃圾回收利用行业，促进进一步加快我国垃圾回收行业的整体进步。关键字：分选机 结构设计 机械装置目录1 总体结构设计51.1 垃圾分选机的总体设计要求51.2垃圾分选机动力输入设计51.2.1 选择电动机类型51.2.2 确定电机工作时的功率61.2.3 减速器的选用71.2.4 联轴器的设计71.3垃圾分选机筛筒的设计81.3.1筛筒的整体设计81.3.2筛片的设计91.3.3 筛架的设计91.5 传动长轴的设计111.6 前端主动托轮组的设计141.6.1 托轮的设计141.6.2 前端主动托轮轴的设计151.7 后端主动托轮组的设计171.8 支撑托轮组的设计172 垃圾分选机的部分结构设计192.1垃圾分选机进出料斗的设计192.2 终端出料斗的设计202.3下部出料斗的设计212.4 机械装置存在的问题212.5 使用要求及注意事项22总 结23参考文献24致 谢261 总体结构设计1.1 垃圾分选机的总体设计要求根据前面国内外调查现状，本垃圾分选机的基本原理为：利用圆筒筛体作旋转运动把垃圾按大小分级，筛面为打孔薄板，筛筒倾斜安装，当垃圾物料进入筛体内部，将随筛体的转动做螺旋状翻动，在此过程中留在筛体内的物料成为筛上物，从筛体底端排出。大小比筛孔小的物料被筛下成为筛下物，筛管长度，速度，直径，孔的直径，角度等影响筛分效率，为了方便物料出筒，分选机的筛筒径向应该要有4度左右的倾斜角，便于垃圾在筒内轴向前进，该垃圾分选机的基本设计参数初定如下：(1)处理量：15t/h;(2)能耗：0.8kwh/t;(3)筛筒转速：8r/min;(4)筛筒内径：1.5m；(5)筛筒长度：4.8m；(6)筛筒倾角：4；1.2垃圾分选机动力输入设计1.2.1 选择电动机类型在选择电机时要考虑的第一件事就是功率选择，总而言之，请注意以下两点：一是发动机的功率太小了容易发生了一个所谓的“马车”的现象，二是使用长时间过载，电机可能会破坏发动机的保温材料，当发动机输出功率太大的时候，“大卡机”的现象不能完全使用，不仅因为它不好。还因为功率系数和效率并不理想。这也导致了电力损失，为了正确选择发动机输出功率，必须经过以下公式计算或比较（2.1）。 （2.1）这里p是计算的力，测量单位是千瓦，f是所需的张力，单位是N，v是工作机的线速度m / s。另外。最常见的是使用类比来选择发动机功率，测试方法是让电机为相关设备供电，应该用较少的动力更换发动机。如果测得的电机电流超过标明的额定电流40以上，这个时候，需要考虑扭矩发动机输出的公式（2.2）。 (2.2) 式中：P：代表功率，单位是kw；N：电机的额定转速，单位是r/min；T：转矩，单位是Nm；下表2.1为不同型号的发电机的拉力力矩情况，从中能够看出，随着拉力的增大，力矩也在进一步增大，根据电动机在匀速转动时的转矩，以电动机的最大转矩为标准。表2.1 发动机输出扭矩力矩号数/号0.40.60.81.01.52.0直径/mm0.100.120.140.160.200.23拉力/Kg4.85.66.88.39.912.7力矩0.000650.00250.00290.00330.0 0410.0047我们根据电机在匀速转动时的转矩为依据，以电动机的最大转矩为衡量标准，选取2.0系列三相异步电动机系列直流电动机，如图2.1所示。图2.1 笼型三相异步电动机1.2.2 确定电机工作时的功率电机正常工作时所需要的功率PW（2.3）。= （2.3）式中，取。电动机的输出功率P0（2.4）：= （2.4）其中，齿轮传动效率，联轴器的效率，滚动轴承效率，所以：得： （2.5）选取电动机的额定功率，使,查机械设计手册得电动机的额定功率为：。根据工作参数的要求，处理量为15 t/h，能耗小于0.8KWh/t，通过参考国外垃圾分选机的设计参数，设计拟定功率为15KW的电动机，所以电动机选择型号为：2.0系列笼型三相异步电动机，1.2.3 减速器的选用根据设计参数，可以初步计算出减速器应该采用的传动比的范围，按照筛筒转速8r/min进行计算：(1)求总传动比i: (2.6)设计筛筒传动圈直径1500mm左右，减速器联接驱动的托轮直径350mm左右。(2)求出第二级传动比: (2.7)(3)则求出减速器的传动比i1 (2.8)在垃圾分选机的设计中，确定减速器传动比为i120，经过理论分析可用用二级圆柱齿轮减速器。1.2.4 联轴器的设计在电动机和减速器之间的传动，要通过联轴器来实现。根据垃圾分选机的需要以及电动机和减速器的型号选用合适的联轴器，一般连轴器是根据载荷情况、转矩、轴直径和工作转速来选择，转矩Tc由下式求出： (2.9) 式中理论转矩，Nm；公称转矩，Nm；计算转矩，Nm；P驱动功率，kw；K工作情况系数；n工作转速，r/min；由设计可知，联轴器联接电动机和减速器，联轴器的工作转速n也就是电动机的输出转速，最大为n1000r/min。工作情况系数取K1.5计算，电动机的功率15KW。 (2.10)根据公称转矩，初步选定电动机和减速器之间的LT型弹性套柱销联轴器型号为TL7，轴孔需要自行加工。TL7公称转矩为Tn500。因为，所以选用TL7型弹性套柱销连轴器满足功率要求。1.3垃圾分选机筛筒的设计1.3.1筛筒的整体设计设计筛筒结构为圆形。采用多筛片安装到筛架上，方便拆卸更换和维护。筛筒的两边同时设计滚圈，作传动环使用，如图2.2所示。图2.2 筛筒的整体设计图1.3.2筛片的设计筛片材料采用8mm厚的Q235钢板，筛片设计如图2.3所示。通过螺栓与筛架联接，方便拆卸和维修。根据设计要求的筛简直径1.6m，筛片展开为1200mm总共50块筛片采用钢板16块780mm，可以采用1.2m宽、2.5m长的钢板分为三块。图2.3筛片设计图1.3.3 筛架的设计筛架起着支撑筛片的作用，要达到一定的强度，根据实际情况，筛架没有必要频繁更换筛架部件，所以采用焊接成型。筛架两侧传动滚圈和中间联接圈、进料端和出料端两侧挡缘均采用20mm厚Q235钢板；中间圈焊接加强肋缘，用18mm厚Q235钢板，中间筛环肋条采用Q235钢板。角钢上打孔，方便安装筛片，如图2.4。每筛架共用角钢50条。图2.4筛架的设计图根据设计要求，并已知电机转速和减速器减速比，筛筒的转速可租略计算为： (2.11) 垃圾在滚筒内的运动可以近似简化为：垃圾先随滚动到筛筒顶端，然后往下作自由落体到筛筒底端的运动。前半段时间为： (2.12)后半段时间为： (2.13)整段过程前进距离为： (2.14)则前进速度约为： (2.15)则大块垃圾在筛筒内的总时间为： (2.16)取处理量为15t/h，垃圾一般筛下物比较多，假定在筛筒内有1/3。则分选机工作时，同一时间在筛筒内的垃圾量为： (2.17)经过计算，筛筒部件重量为1747。总重为1907。则工作时筛筒部件重力为： (2.18)由筛架设计知两轮中间距离4.53。将整个筛架看着一个整体，筛体均由肋角钢支撑重量。则可近似按均布载荷计算肋角钢承受的摄大弯矩： (2.19)按每条肋板平分载荷计算，周向为6条肋扳，每条肋由两条45x45x5角钢焊接成，则每条 (2.20)2.4 机械装置的传动设计如图2.5所示，在驱动选择上，单边驱动设计制造简单。便于控制。双边驱动设备平稳，功率利用合力。双边驱动的分别驱动情况下，如果垃圾物流量小，则可以关掉一边驱动，节省运转成本。考虑驱动简单化原则，在本设计的生活垃圾圆筒分选机中选用单边摩擦驱动。图2.5总体传动图1.5 传动长轴的设计1.5.1 选择轴的材料已知该长轴主要是传递转矩，可以只按轴所受的转矩进行计算。扭转强度条件为： 式中：T轴传递的转矩， 轴的抗扭截面系数，mm； P轴的传递功率，kw； n轴的转速r/min； 轴材料的许用切应力，Mpa。 对实心轴，则实心轴径选择的计算公式为： 对空心轴，而空心轴径选择的计算公式为： 上两式中： 轴的直径，mm； T轴传递的转矩，； 轴传递的功率，kw； 轴的转速，r/min； 轴材料的许用切应力，Mpa； 系数，； y空心轴的内径和外径之比， 传动长轴实心轴头用45钢，由于弯矩相对转矩较小（只受自重的弯矩），且载荷平稳，故取，A=103。由于前后两个拖轮驱动整个筛筒，按前后拖轮功率平分原则计算，传递功率按平时输出功率计算，则 电动机转速。减速器减速比i=20，则传动轴的转速为， 则传动长轴的实心轴头轴径为： 传动长轴空心轴用20钢，取，A=126。取y=0.8则传动长轴的空心轴外径为： 由此，取传动长轴实心轴头轴径为60mm，空心轴轴径为80mm，由y=0.8，则内径为64mm，壁厚8mm。表2.1 几种轴的材料轴的材料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr，35SiMn，2Cr1312201225203030404052A16013514812513511811810710798图2.7主轴结构尺寸1.6 前端主动托轮组的设计图2.8前端主动托轮组主动托轮除了传动作用之外，同时也起作支撑轮的作用。前端主动托轮轴的前端通过联轴器联接减速器输出端，后端通过万向节联接传动长轴。如图2-11所示。为了统一规格和简单设计，后端主动托轮和支撑托轮除托轮轴头和相应的轴承端盖不同之外，其他设计完全相同，为设计简单，联轴器同样选择TL型弹性套柱销联轴器。查表9-2-9，ZLY 140-20-11减速器输出轴直径为65mm。1.6.1 托轮的设计托轮起着给筛筒传递动力和支撑托轮转动的作用。托轮主体采用Q45材料铸造。为了保证外圈橡胶在传动过程中不至于脱落，在托轮主体上设计凸槽。图2.9托轮示意图1.6.2 前端主动托轮轴的设计前端主动托轮轴前端轴头和后端轴头都只传递转矩。中间安装托轮段还要承受筛筒和托轮本身产生的弯矩。前端主动托轮轴后端轴头受力和传动民轴轴头相同，设计为相同轴径，为60。分选机传动到前端主动托轮轴的总效率为： 式中：电机与减速器之间联轴器的传动效率，查表取值0.98 减速器的传动效率，查表取值0.96 减速器与前端主动拖轮轴之间联轴器的传动效率，同故=0.980.960.98=0.92，则前端主动拖轮轴前端的传动功率为： = 由前端主动拖轮轴传递功率p=12.3kw，转速为n=50r/min,采用45钢制作，查表5-1-7，取兆帕，取A=103 前端主动拖轮轴前端轴头的轴径为： 则取轴径为65mm，与减速器输出轴相同。前端主动拖轮轴的中间段既要传递转矩，又要承受筛筒和拖轮轴自身的重量产生的弯矩，按弯扭合成强度计算前端主动拖轮轴中间段，查表5-1-9，实心轴按弯扭合成强度计算公式为： 式中：轴的直径，mm； 轴在计算界面上的工作应力，Mpa 轴在计算截面上的合成弯矩， 轴在计算截面上的转矩， 许用弯曲应力，Mpa 根据切应力变化性质而定的校正系数， 切应力按对称循环变化时，=1， 切应力按对脉动循环变化时， 切应力按对称循环变化时， 由于垃圾分选机，前端主动拖轮轴的切应力是有重力产生，属于对称循环变化，则=1，由计算可以得知，筛筒的重量为1747+160=1907（kg），按四个拖轮平均承担筛筒重量，则单个拖轮承受的重量为，又知单个拖轮重32kg。则前端主动拖轮轴承受的重量为477+32=509（kg），又知拖轮宽100mm，两端设计60mm间隔，以轴承边缘为支撑点，假定载荷为集中载荷，则轴的最大弯矩为： 前端主动拖轮轴的传递的转矩为： 查表5-1-1，45钢正火和回火时，=55Mpa， 则前端主动拖轮轴中间段轴径为：则前端主动拖轮轴中间段的轴径为80mm。动力输入端轴头开18mm宽，长100mm的键槽，安装平键传动。轴与托轮也采用键链接传动，轴上键槽为22mm宽，100mm长。由此前端主动拖轮轴如图2-13所示。图2.6前端主动托轮轴1.7 后端主动托轮组的设计在传动长轴的后端，通过万向节联轴器联接后端主动托轮轴。和前端主动托轮相同，后端主动托轮除了传动轮作用之外，同时也起作支撑轮的作用。后端主动托轮轴如图2.7所示。参照前端主动托轮组，后端主动托轮组结构与前端主动托轮组基本一致。图2.7后端主动托轮轴1.8 支撑托轮组的设计传动轴的另一侧，有两个支撑托轮。支撑托轮是起着支撑筛筒转动的作用。除没有动力输入和输出轴头外，支撑托轮组的主体结构和主动托轮组一致。组装后支撑托轮组如图2.8所示。图2.8支撑托轮组1.8.1 传动可靠性的校核根据整体设计，两托轮之间距离为945mm，而托轮轴与筛筒中轴的距离为930mm（托轮半径与筛筒半径之和），则两边几乎相等，筛筒轴和两托轮轴连线组成的三角形为等边三角形。由于筛筒倾角较小（倾角为5），近似为水平放置进行受力分析。筛筒静止时候受力如图2.8图（1）所示。根据受力，知N1=N2=根号3/3G。由于前端两个托轮受力和后端两个托轮受力相同。则此处G为筛筒重的一半。垃圾分选机工作时，筛筒受力如图2-18图（2）所示。由受力分析知道，工作时增大了正压力。查表1-1-41，钢与钢的摩擦系数为0.15，而钢材与橡胶皮的摩擦系数为0.8。由于筛筒转速低（11r/min），所以在高摩擦系数情况下，筛筒不会出现打滑现象。(1)静止受力 (2)工作受力2.9传动受力示意图2 垃圾分选机的部分结构设计2.1垃圾分选机进出料斗的设计如图3.1和图3.2所示为垃圾分类筛选装置的进料口装置，进料口的设计材料一般选用灰铸铁10HT200，这样能够保证承受足够多的垃圾，设计大小和尺寸严格按照家庭使用为标准。在基于一定的承载能力下，按照下面的样图，完成对入料口的设计计算和整体可行性分析。图3.1 进料口三视图 图3.2进料口的三维设计设进料口的总承受体积为V料口,每次加工单批次垃圾的平均质量为m1 ,加工垃圾的总质量记为m总 , 进料口的上端边长记为d1,下端边长记为d2 ，每次试验所放入进料口的样本垃圾总体积记为V试验。由于垃圾的体积近似可以看作球体，进料装置可以近似看作正方体，总体积计算方法由查找相关文献得知（3.1,3.2）。 （3.1） V试验= （3.2） 说明：V料口；表示进料口的最大体积；S上；表示进料口上端正方形的面积；S下；表示进料口下端正方形的面积；h；表示进料口的两端垂直高度；d1；表示进料口的上端边长；d2；表示进料口下端端面边长；m总；表示每次加工垃圾的总质量；m1；表示加工垃圾单个平均质量；V1；表示样品垃圾的平均体积；d；表示样品垃圾平均半径；由上式可以知，我们可以知道，在基于正常误差范围内，设计取d1为200mm，d2为160mm，h取120mm，通过理论计算V料口为9.8，V试验为5.7。满足V料口略大于V试验。通过理论的计算再加上实际的实验结果论证，得知进料口的设计是合理的。2.2 终端出料斗的设计为了分选后大块料的筛上物能够顺利出简，方便收集，终端出料斗是分选后的大块料垃圾从一侧的出口。由于筛上物都是大块物料，黏度减小，故设计出料斗与水平面的角度为35。出料斗主体用5mm厚Q235钢板，挂耳选用6.3号Q235-槽钢。如图3-2所示。出料斗通过挂耳用螺栓和机架的出料斗斜支撑连接。图3.3终端出料斗2.3下部出料斗的设计为了小尺寸的筛下物能方便收集，设计下部出料斗。下部出料斗侧扳同时作为防尘挡板，防止筛下物中灰尘飘散，同时防止筛出的物料缠绕和腐蚀传动长轴，如图3.4所示。图3.4下部出料斗2.4 机械装置存在的问题通过对垃圾筛选机械装置的设计，结合设计数据等其他物理条件，总结出主要以下几个主要的问题：(1) 因为机械装置的设计无法满足不同大小垃圾同时工作的要求，工作时需要把不同大小和尺寸的垃圾相互区分，给加工造成了不便。(2) 样本垃圾的筛选不是很稳定，会随着外界物理条件改变而改变，不少样本可能会存在漏选情况, 由于生产技术不达标。为了尽可能的使全过程自动化，设计在原有的基础上加入设计了一个振动分离装置，因为电机的转速要求较高，而分离装置转速要求较低，可以通过减速装置达到所需要求如图为设计简图。图3.5 减速装置结构示意图利用垃圾和碎屑的重力不同进行分离。经查表得知：传送带的摩擦系数大致在0.30.5之间，取=0.4。根据力学知识，易得tan0.4 ，取=30。即为倾斜角度。采用曲轴，如图3.6所示，达到振动的效果，传送带必有一定的弹性。故滚筒间的固定采用固定板。图3.6 曲轴结构示意图2.5 使用要求及注意事项首先连接电源装置，然后将电机启动，观察电源上的指示标示与理论标志是否一致，如果不一致的话，将电源中的两个输电位置调换一下，然后重新尝试上述的步骤，首要步骤做好后，若机器各部分运转正常且无异常声响，即可投料生产。在投料生产之前，应先把准备好的的垃圾分选，把不同尺寸、不同大小的垃圾分开，这样可以提高机械装置的生产效率。总 结本文分析了国内外的研究现状，了解了国内外相关研究的背景，进行了垃圾分选机的设计，主要从以下几个方面进行研究：机械零件设计要求，垃圾分选机的配套结构设计，机械装置的主要结构设计和主要参数设计计算；本次设计的目的针对于国内的分选机械进行垃圾分类，不仅可以缓解工人的劳动压力和强度，还有利于垃圾的分类处理，既使得垃圾得到充分的利用，还有效的节约了资源，保护了环境；本设计的另一个意义是希望能够带动垃圾回收利用行业，促进进一步加快我国垃圾回收行业的整体进步。鉴于研究能力有限，垃圾分类筛选机的结构优化和等一些关键性因素还有待进一步提升。未来希望可以更好的学习有关的知识，将垃圾分类筛选机与智能化控制方向结合，使垃圾分类筛选机朝着更好的方向迈进一步。参考文献1濮良贵.纪名刚.机械设计(第8版)M.北京:高等教育出版社，2016.2张梦阳.文献研究与理论观照M.上海：中国现代文学研究丛刊，2015.4.3.3何品晶.冯肃伟, 邵立明编著. 城市固体废物管理, 北京: 科学出版社,2013. 4杨玉楠.固体废物的处理处置工程与管理.北京: 科学出版社,2014.5王琪.我国城市生活垃圾处理现状及存在的问题J.环境经济.2015(10) 6周菲.杭州城市生活垃圾处理体系综合评价方法研究D.中南大学 2010 7何品晶.城市固体废物管理M.科学出版社, 2013 8刘晓明.城市生活垃圾简易分类装置设计与研究D.东北农业大学 2010 9林建伟.城市生活垃圾管理系统规划模型及其应用研究D.重庆大学 2013 10罗涛.深圳市宝安区城市生活垃圾特性实验研究及分选方案比选D.华中科技大学 2016 13王娅娜.刘燕云.鼓风机在不同工艺单元中的选型与应用D.湖北：给水排水出版社2012.09.23.14谢小东.可编程逻辑和关键技术研究M.安徽：电子科技大学出版社，2011.10.01.15张萌.基于产品族的机械产品模块化配置设计关键技术研究M.北京:国防科学技术大学出版社，2013.4.1.16濮良贵，纪名刚.机械设计(第8版)M.北京:高等教育出版社，2016.917王发明.垃圾分类筛选机的安全操作J.现代农机科学.2015(01) 18何丽娜.基于全自动智能垃圾分类机的研究J.机械工程师.2018.1019Carbon emissions under different domestic 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