【文章內容簡介】 的階段。歐美、日本等經濟發(fā)達國家在垃圾分揀方面已取得大量開發(fā)研制具備特色、性能優(yōu)良的分揀設備的研究成果，一些公司已具備成套設備的設計、加工制造、工程總承包、運營管理等全方位服務的能力。由于分揀可回收垃圾中的有用物資，因而廣泛應用于 國外發(fā)達國家。 [24] 根據垃圾分揀設備運用的不同工況，我們可將垃圾分揀設備分為前處理分揀設備、干性垃圾分揀設備。分別介紹如下： 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 4 頁 共 34 頁 前處理分揀設備是一種運用于垃圾堆肥、填埋、焚燒的前處理階段，處理的垃圾對象主要是混合垃圾和分類收集的有機垃圾。這種情況的分揀方法一般采用機械分揀，帶有少量的人工分揀。分揀設備主要有：鋼板帶式輸送機、鏈帶式輸送機、皮帶輸送機，破袋機、破碎機、磁力分揀器、滾筒篩、振動篩等；其輔助配套設備包括：抽風除塵除臭系統、污水處理系統和控制系統等。 [24] 干性垃圾分揀處理設備 干性垃圾的分揀處 理目的在于回收垃圾中的有用資源，在處理消化垃圾的同時，要生產一定的經濟效益。因此，國外干性垃圾般都采用人工分揀和機械分揀相組合的分揀方法。分揀設備有：板式輸送機、鏈帶式輸送機、皮帶輸送機、破袋機、磁力分揀器、分揀平臺、紙張分揀系統、玻璃分揀系統、打包機等；其輔助配套設備包括：抽風除塵除臭系統和控制系統等。主要代表產品包括各類大型破碎機、打包機、分揀輸送設備破袋、篩分一體化設備等。 (2)國內垃圾分揀設備發(fā)展現狀 在國內，城市生活垃圾分揀設備的開發(fā)起步較晚，到目前為此，國內還沒有比較成熟的生活垃圾成套 分揀設備，目前城市生活垃圾中的資源回收 (廢品回收 )還是大多通過個人收集完成．回收量也僅占垃圾有用資源的很小部分。前面已介紹，多年來國內大部分城市生活垃圾都是簡單的填埋。近年來，開始對生活垃圾進行堆肥、焚燒、綜合處置等。隨著這些垃圾處理方式的出現，以及垃圾中有用資源的增多，分揀設備的開發(fā)才提上議事日程。就目前來說，分揀設備僅作為垃圾綜合處理的前處理設備， (如垃圾堆肥、焚燒前，通過垃圾分揀，棄除～部分不適合堆肥和焚燒的雜質 )，個別廠家進行了設備開發(fā)，并在已建的有限的垃圾處理場得到運用。然而該技術尚不成熟，單體設 備 (如破袋機、滾筒篩、風選機等 )性能差、二次污染嚴重，設備缺乏系統性、完整性，使用效果并不理想。 [24] 國內現狀的典型代表是江蘇常州環(huán)衛(wèi)機械廠生產的分揀設備。該套設備包括板式給料機、破袋機、滾筒篩、磁選機、輸送帶、風選機，運用于常州環(huán)衛(wèi)綜合處理場，作為該垃圾綜合處理場垃圾堆肥的前處理設備。但使用后證明整個系統配置不合理，二次污染嚴重，單體設備性能明顯低于國外發(fā)達國家水平，有垃圾成分多變、工藝不成熟、設備性能有待提高等因素。 [24] 滾筒篩 原理及應用特點 滾筒篩作為垃圾中轉站主要的分選型設備， 是垃圾預處理設備的重要組成部分之一，首先被使用在垃圾分選的流程線中。滾筒篩是利用做回轉運動的滾筒體將垃圾按粒度進行分級的機械分選設備，整個滾筒體表面打上不同大小的孔，篩體被傾斜安裝，物料進入滾筒體內隨滾筒體的轉動做螺旋狀翻動，粒度小于篩孔的垃圾被篩下成為篩下物，留在篩體內的物料成為篩上物，從滾筒體底端排出。 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 5 頁 共 34 頁 圖 由于我國的城市生活垃圾在源頭上的分類與發(fā)達國家還存在差距，而且從垃圾的組分上看，其組分復雜，有機物占據更大比例，含水量高，因此，在初級分選上，要做到高效率分選很有難度，然而滾筒 篩在初級分選設備中，結構簡單可靠，有較大的處理能力，也有相對較高的分選效率，處理成本低，一定程度上適合我國國情下的城市生活垃圾分選。也得到了廣范的應用。 課題目標、內容和擬解決的關鍵問題 課題研究的目標和內容 （ 1）根據給定工藝參數確定設計參數，如 滾筒轉速 、 電機功率 等。 （ 2）進行設備 結構的設計 與確定及尺寸的計算與設計等。 （ 3） 獨立 完成與課題密切相關的一篇英文資料的翻譯（數量按學校畢業(yè)設計指導書的規(guī)定）。 （ 4）根據所學過的相關知識進行設備的工藝計算。 （ 5）學習相關的設計規(guī)定、標準，設備 的 技術特性 的確定、撰寫技術要求等 等 。 （ 6）按 照 現行的國家規(guī)范、標準進行 手工 圖 的 繪制（ A0 手工圖 1 張 以 及 CAD 圖 1 張，其它 零件圖 CAD 圖 若干 ）。 （ 7）按學校給定畢業(yè)設計指導書的要求完成畢業(yè)設計說明書（含中英文摘要）。 對本設計進行評述，最終掌握此類設備設計的整個步驟、內容和相關的要求 。 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 6 頁 共 34 頁 課題擬解決的關鍵問題 在現有的滾筒篩技術上，做出大膽的改進，基于垃圾特性的復雜，國內外并沒有滾筒篩的準確計算公式，大都是經驗公式，所以應對不同的情況，需要在尺寸上，甚至是結構上有大的改變，來提高設備的運行能力和 處理能力，這將是本課題擬解決的關鍵性的問題所在。 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 34 頁 2 確定設計方案 國外城市生活垃圾組分 表 國外生活垃圾中各組分平均含量 (濕基 ) 有機物 塑料 紙類 玻璃 纖維 剩余物 木塊 礦物 金屬 橡膠 % % 28% % % 6% % % % % 從表 可以看出，國外發(fā)達國家的垃圾組分有機物含量較少，其處理的側重點不同，因此，國外先進設備的引進并不能解決國內垃圾處理的問題，我們只能夠借鑒國外設備設計的關 鍵技術，提高和改進設備的性能，使之能夠應用于國內的處理現狀。 國內城市生活垃圾組分 表 國內生活垃圾中各組分平均含量 (濕基 ) 有機物 塑料 紙類 玻璃 纖維 剩余物 木塊 礦物 金屬 橡膠 % % % % % % % % % % 從表 ，生活垃圾中有機物、塑料、紙、纖維、玻璃的含量較高 。含水量高就導致了分離困難，這就是國內與國外在分離設備的研究上存在的差別。 研究表明，具有資源化潛力的物質為有機物、粒徑大于 40 mm 的塑料、粒徑大于 80 mm的紙、粒徑大于 120 mm玻璃、粒徑大于 80mm的纖維及金屬 。而我們需要針對的就是有機物在處理過程中出現的問題以及商榷找出其需要客服的困難，最終找到解決問題的辦法。 方案的原理與選擇依據 方案的原理 滾筒篩的原理：由電機、減速器帶動齒輪轉動，通過鏈條與 4 個摩擦輪中靠近驅動一端的 2 個摩擦輪相連，從而帶動 4 個摩擦輪轉動， 利用內裝刀具的筒體回轉運動和篩網，將袋裝垃圾進行破袋、分級。粒度小于篩孔的物料被篩出，大于篩孔的留在篩體上直至從筒體尾部排出。 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 共 34 頁 而此設計方案與以往的 滾筒篩有所區(qū)別，滾筒內不再安裝破袋刀片，這使得滾筒的轉速大大提高，保證了在減小滾筒長度的同時，并不會降低滾筒的處理能力，而代替刀片起到破袋作用的是一個單獨的破袋機，所以此方案不僅要設計滾筒篩還需設計一個附件破袋機。 破袋機：破袋機是一種對袋裝粉狀或顆粒狀的物料進行機械式破袋的設備。而此方案所要用到的是關于破除城市生活垃圾中含有的垃圾袋的破袋機，此破袋機的原理是通過平排放置的兩根軸，軸上裝有圓環(huán)型的破袋刀具，通過電機輸送功率，帶動軸旋轉，利用刀具破袋。 圖 破袋機示意圖（側視） 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 34 頁 由于在滾筒篩內裝破 袋刀具，考慮到破袋效率，往往滾筒篩的轉速不能過大，所以，此方案設計時把破袋功能直接轉化成一套設備，這樣能夠大大提高滾筒篩工作效率，提高處理量。 P在 平面內的運動和分析 圖 垃圾在滾筒體內運動分析（立體） 單元體 P 在 xoy平面內的運動如圖 ，其運動過程分為兩部分： B點到 o點的圓周運動、o點到 D點再到 B1點的拋物線運動，具體的運動方程如下： 圓周運動方程： ??? ?? ?? trs inrs iny trc o src o sx ?? ?? （ ） 拋物線運動方程： ????? ? ? 2gt21c o svty s invtx ? ? （ ） 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 共 34 頁 圖 垃圾在 xoy平面內的運動軌跡 式中： r—單元體 P在 xoy 平面內距篩體軸線的距離； t—單元體 P的 運動時間 ； v—在 xoy 平面內單元體 P脫離時的線速度； ω—滾筒篩的角速度； θ—單元體 P的脫離角 。 由單元體 P的運動方程可以得出其運動軌跡方程，具體如下 ： 圓周運動軌跡方程： Rr ????? 0rr s inyr c o sx 222 ）（）（ ?? () 拋物線運動軌跡方程： 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 34 頁 Rr ??? 0r s in2 xx co ty 32 ?? () 根據方程式 ()和 ()不難解出任意圓和拋物線兩條曲線的交點坐標分別為原點 o（ 0， 0）和（ 4rsin2θ cosθ， 4rsinθ cos2θ）。若 r＝ R (R為滾筒篩的半徑 ) 時，即 垃圾 位于篩體的內壁處，兩條曲線的交點分別為（ 0， 0）和（ 4Rsin2θcosθ， 4Rsinθcos2θ）。為了獲得較高的篩分效率，應使物料在篩體內作較大的翻動，使物料在篩體內能夠獲得最大拋落落差，即要求圖 ）（ BD yy 取最大值。將方程 ()對 x求導可得： ?? 3rs inxc otdxdy ? 若 0dxdy? ，可得： ?? cosrsinx 2?D 將 Dx 代入方程 ()，可得： ?? 2c osrs in21y ?D 而 ?? 2c osrsin4y ??B ，則： ???? 22 c o sr s in4c o sr s in21yy ??? ）（ BD 令 0d yyd ??? ）（ BD ，可解得： ??? 2 6 o t ?? ， 由上述計算可得，當 θ=176。時， ）（ BD yy ? 值最大，物料在滾筒篩內翻動也最充分。 [12] 計算滾筒轉速 如圖所示 , 隨著滾筒體轉速的增加 , 垃圾拋落點也開始提高 , 當垃圾拋落點增加 到某值時 , 離心力將大于垃圾重力 , 此時 , 垃圾發(fā)生離心運動，垃圾越過頂點不再落下。綜上所述， 垃圾重力和離心力運動的臨界條件是： GP? （ ) 式中： P離心力（ kN) G垃圾重力（ kN） 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 34 頁 圖 垃圾在滾筒體內運動分析（平面） 設垃圾滾筒體線 速度為 v，當垃圾上升到 A 點時： ?? c o ss i n/mv 2 GRNP ?? 或 () 式中：）的法向分力（垃圾重力 NG k ）滾筒體半徑（ mR 將 mg?G 代入（ ）得： ?? cosgsinv 2 R? () 因 30/nv 1R?? ，代入式 ()得： ??? s inc osg30n 1 ??? R () 式中）垃圾滾筒篩工作轉速（ r/min1，取 2s/? ， g?? ，于是： ）（ m in/rs inco s30n 1 ???? R () 常州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 34 頁 如上所述，當滾筒體達到臨界轉速 時，垃圾升至頂點 Z 不再落下。此時， ?cosGP? ，??90? ， 1sin ?? ， RD 2? ，從而得： ）（ m in/4c o sc o sc o s30n c???????DR () 式中 D滾筒體內徑（ m） 從式 （ ）可以 看出 ， 與 D關系 是 呈反比 ，因此，可以推算出垃圾在滾筒篩筒體內的離心運動狀態(tài)是從滾筒體的外層向內層逐漸減小的過程。換而言之，把垃圾滾筒篩筒體的工作狀態(tài)分為若干層的話，那么當垃圾在筒體的最外層處于最有利的工作條件時，剩下的垃圾在內層則處于篩分不理想狀態(tài) 。 要想所有的垃圾都處于較好的篩分狀態(tài)，則 設計垃圾滾筒篩時 可以把所有垃圾假定于某一縮聚層上，然后，保證縮聚層的垃圾處于最好的工作轉速狀態(tài)，