【文章內(nèi)容簡介】 害極大。例如混雜在城市生活垃圾中的大量的廢舊電池 ,除造成酸液污染土壤 ,還釋放出鉛、鎘、砷等毒性元素 ,這些毒性元素在土壤中均會被植物和原生動物富集吸收 ,破壞環(huán)境 ,危害生態(tài)系統(tǒng)中的生物物種 ,直至通過生物鏈的傳遞作用最終危害人類自身的健康。 城市生活垃圾對我們的生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的危害不言而喻。 因此，迫切需要建立起城市生活垃圾資源化處理的流程，能夠緩解不斷增加的生活垃圾對人們的健康危害和生活環(huán)境的惡化，垃圾處理得當了，不僅能夠改善生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量，保障人民的健康，而且能夠美化我們的城市，樹立一個城市的形象。最大化的利用好生活垃圾，這個“放錯地方的資源”，變廢為寶，再回收再利用，從中也能獲取利益，兩全其美。然而，在實行這個流程的過程中最關(guān)鍵的就是處理垃圾的各種設(shè)備的設(shè)計和制造。 [18] 國內(nèi)外 垃圾分選設(shè)備 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 (1)國外 圾分選設(shè)備 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 國外垃圾分揀技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展始于 20世紀 70年代前后， 30年來經(jīng)歷了“從無到有、逐步完善、成熟優(yōu)化”的階段。歐美、日本等經(jīng)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(shè)備的研究成果，一些公司已具備成套設(shè)備的設(shè)計、加工制造、工程總承包、運營管理等全方位服務(wù)的能力。由于分揀可回收垃圾中的有用物資，因而廣泛應(yīng)用于國外發(fā)達國家。 [24] 根據(jù)垃圾分揀設(shè)備運用的不同工況，我們可將垃圾分揀設(shè)備分為前處理分揀設(shè)備、干性垃圾分揀設(shè)備。分別介紹如下： 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 共 34 頁 前處理分揀設(shè)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(shè)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(shè)備包括：抽風除塵除臭系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。 [24] 干性垃圾分揀處理設(shè)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(chǎn)一定的經(jīng)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(shè)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(tǒng)、玻璃分揀系統(tǒng)、打包機等；其輔助配套設(shè)備包括：抽風除塵除臭系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。主要代表產(chǎn)品包括各類大型破碎機、打包機、分揀輸送設(shè)備破袋、篩分一體化設(shè)備等。 (2)國內(nèi)垃圾分揀設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 在國內(nèi)，城市生活垃圾分揀設(shè)備的開發(fā)起步較晚，到目前為此，國內(nèi)還沒有比較成熟的生活垃圾成套分揀設(shè)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(nèi)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(xiàn)，以及垃圾中有用資源的增多，分揀設(shè)備的開發(fā)才提上議事日程。就目前來說，分揀設(shè)備僅作為垃圾綜合處理的前處理設(shè)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(zhì) )，個別廠家進行了設(shè)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(shù)尚不成熟，單體設(shè)備 (如破袋機、滾筒篩、風選機等 )性能差、二次污染嚴重，設(shè)備缺乏系統(tǒng)性、完整性，使用效果并不理想。 [24] 國內(nèi)現(xiàn)狀的典型代表是江蘇常州環(huán)衛(wèi)機械廠生產(chǎn)的 分揀設(shè)備。該套設(shè)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(shè)備。但使用后證明整個系統(tǒng)配置不合理，二次污染嚴重，單體設(shè)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(shè)備性能有待提高等因素。 [24] 滾筒篩 原理及應(yīng)用特點 滾筒篩作為垃圾中轉(zhuǎn)站主要的分選型設(shè)備，是垃圾預處理設(shè)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(zhuǎn)運動的滾筒體將垃圾按粒度進行分級的機械分選設(shè)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(nèi)隨滾筒體的轉(zhuǎn)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(nèi)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(shè)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(jù)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(shè)備中，結(jié)構(gòu)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(yīng)用 。 課題目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題 課題研究的目標和內(nèi)容 （ 1）根據(jù)給定工藝參數(shù)確定設(shè)計參數(shù)，如 滾筒轉(zhuǎn)速 、 電機功率 等。 （ 2）進行設(shè)備 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 與確定及尺寸的計算與設(shè)計等。 （ 3） 獨立 完成與課題密切相關(guān)的一篇英文資料的翻譯（數(shù)量按學校畢業(yè)設(shè)計指導書的規(guī)定）。 （ 4）根據(jù)所學過的相關(guān)知識進行設(shè)備的工藝計算。 （ 5）學習相關(guān)的設(shè)計規(guī)定、標準，設(shè)備的 技術(shù)特性 的確定、撰寫技術(shù)要求等 等 。 （ 6）按 照 現(xiàn)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(shè)計指導書的要求完成畢業(yè)設(shè)計說明書（含中英文摘要）。 對本設(shè)計進行評述，最終掌握此類設(shè)備設(shè)計的整個步驟、內(nèi)容和相關(guān)的要求 。 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 34 頁 課題擬解決的關(guān)鍵問題 在現(xiàn)有的滾筒篩技術(shù)上，做出大膽的改進，基于垃圾特性的復雜，國內(nèi)外并沒有滾筒篩的準確計算公式，大都是經(jīng)驗公式，所以應(yīng)對不同的情況，需要在尺寸上，甚至是結(jié)構(gòu)上有大的改變，來提高設(shè)備的運行能力和處理能力，這將是本課題擬解決的關(guān)鍵性的問題所在。 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 34 頁 2 確定設(shè)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(cè)重點不同，因此，國外先進設(shè)備的引進并不能解決國內(nèi)垃圾處理的問題，我們只能夠借鑒國外設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，提高和改進設(shè)備的性能，使之能夠應(yīng)用于國內(nèi)的處理現(xiàn)狀。 國內(nèi)城市生活垃圾組分 表 國內(nèi)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(nèi)與國外在分離設(shè)備的研究上存在的差別。 研究表明，具有資源化潛力的物質(zhì)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(xiàn)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(jù) 方案的原理 滾筒篩的原理：由電機、減速器帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條與 4 個摩擦輪中靠近驅(qū)動一端的 2 個摩擦輪相連，從而帶動 4 個摩擦輪轉(zhuǎn)動， 利用內(nèi)裝刀具的筒體回轉(zhuǎn)運動和篩網(wǎng)，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(shè)計（論文） 第 8 頁 共 34 頁 而此設(shè)計方案與以往的滾筒篩有所區(qū)別，滾筒內(nèi)不再安裝破袋刀片，這使得滾筒的轉(zhuǎn)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(shè)計滾筒篩還需設(shè)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(shè)備。而此方案所要用到的是關(guān)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(zhuǎn)，利用刀具破袋。 圖 破袋機示意圖（側(cè)視） 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 34 頁 由于在滾筒篩內(nèi)裝破袋刀具，考慮到破袋效率，往往滾筒篩的轉(zhuǎn)速不能過大，所以，此方案設(shè)計時把破袋功能直接轉(zhuǎn)化成一套設(shè)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(nèi)的運動和分析 圖 垃圾在滾筒體內(nèi)運動分析（立體） 單元體 P 在 xoy平面內(nèi)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 inr siny trc osrc osx ?? ?? （ ） 拋物線運動方程： ????? ? ? 2gt21c osvty sinvtx ? ? （ ） 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 34 頁 圖 垃圾在 xoy平面內(nèi)的運動軌跡 式中： r—單元體 P在 xoy 平面內(nèi)距篩體軸線的距離； t—單元體 P的 運動時間 ； v—在 xoy 平面內(nèi)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 i nyr c o sx 222 ）（）（ ?? () 拋物線運動軌跡方程： 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 34 頁 Rr ??? 0rs i n2 xxc oty 32 ?? () 根據(jù)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(nèi)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(yīng)使物料在篩體內(nèi)作較大的翻動，使物料在篩體內(nèi)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 inxcotdxdy ? 若 0dxdy? ，可得： ?? cosrsinx 2?D 將 Dx 代入方程 ()，可得： ?? 2cosrs in21y ?D 而 ?? 2co srsin4y ??B ，則： ???? 22 c osrs i n4c osrs i n21yy ??? ）（ 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(nèi)翻動也最充分。 [12] 計算滾筒轉(zhuǎn)速 如圖所示 , 隨著滾筒體轉(zhuǎn)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(shè)計（論文） 第 12 頁 共 34 頁 圖 垃圾在滾筒體內(nèi)運動分析（平面） 設(shè)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： ?? co sgsinv 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(zhuǎn)速（ r/min1，取 2s/? ， g?? ，于是： ）（ m i n/rs i nc os30n 1 ???? R () 常州大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）