隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們物質(zhì)生活水平的提高，城市環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，城市生活垃圾袋裝化已逐步成為許多大、中城市生活垃圾的收集方式，因而破袋問(wèn)題是垃圾分選預(yù)處理必須首先解決的問(wèn)題。由于國(guó)內(nèi)城市生活垃圾是混合袋裝收集，因而破袋技術(shù)難度較大。
從近幾年國(guó)內(nèi)新建的垃圾處理廠及近期的一些科技文獻(xiàn)資料來(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)垃圾破袋工藝技術(shù)的研究及專用設(shè)備開(kāi)發(fā)起步較晚，破袋手段落后，主要是通過(guò)人工破袋，工作環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高，破袋率低。部分機(jī)械破袋作業(yè)也僅僅是借用或稍加改進(jìn)的以擠壓、沖擊、剪切為主的礦山機(jī)械設(shè)備一雙齒輥或三齒輥式破碎機(jī)。但這種破袋方式弊端較多。在高速?zèng)_擊、剪切、擠壓作用下，混合垃圾被破碎后，粒度不均，陶瓷、磚、玻璃等無(wú)機(jī)脆性物被過(guò)度破碎，與含水率較高的有機(jī)垃圾攪拌混合在一起，無(wú)法有效分離，直接影響了垃圾可腐有機(jī)物的堆肥質(zhì)量。特別是廢電池等富含重金屬及有害化學(xué)物質(zhì)的垃圾被碎成小塊后，一方面難以有效分選，另一方面加大滲濾液中重金屬及有毒物質(zhì)的含量，對(duì)水體環(huán)境造成極大隱患。此外，使用普通礦山機(jī)械設(shè)備處理生活垃圾，有纏繞現(xiàn)象，造成卸料困難，濕度大時(shí)影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)．同時(shí)，還伴有能耗大、噪聲大等缺點(diǎn)。
為了解決由于使用礦山機(jī)械而出現(xiàn)的過(guò)破碎及纏繞問(wèn)題，急需研制開(kāi)發(fā)出具有選擇破碎作用的破碎機(jī)，本文就著重介紹了一種新型的袋裝垃圾破袋破碎機(jī)的研制過(guò)程。
2、理論研究
2.1設(shè)備總體結(jié)構(gòu)研究
設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，是針對(duì)垃圾特性，按照選擇性破碎原理并參考礦山機(jī)械設(shè)備來(lái)確定的。由于我國(guó)城市生活垃圾主要以混裝為主，含有軟、硬、脆、韌等各種物料，成分復(fù)雜，同時(shí)含水率較高，垃圾的流動(dòng)性能差，為此采用大直徑斜置式雙輥式總體結(jié)構(gòu)。為防止過(guò)破碎現(xiàn)象，采用低速雙齒輥式結(jié)構(gòu)，同時(shí)，為防止垃圾纏繞發(fā)生，采用伸縮式刀齒結(jié)構(gòu)，即在工作區(qū)刀齒伸出破袋，在非工作區(qū)刀齒縮進(jìn)。
在工作過(guò)程中，當(dāng)大塊硬物料通過(guò)時(shí)，為保證設(shè)備正常工作，須有退讓保護(hù)功能，同時(shí)為使物料脫落且清掃輥筒表面，該機(jī)設(shè)有卸料、清掃裝置，清理附著在輥筒上的垃圾，以保持機(jī)內(nèi)工作環(huán)境并實(shí)現(xiàn)較高的破袋效果。
2.2機(jī)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)分析
為實(shí)現(xiàn)刀齒的伸縮功能，采用以輥筒帶動(dòng)刀齒轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，即在輥筒內(nèi)部設(shè)置一偏心軸，軸上設(shè)置的單元軸套分別固接和鉸接兩種連接座，通過(guò)連桿連接著刀齒，刀齒在輥筒徑向孔內(nèi)隨輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)而繞偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并同時(shí)在輥筒徑向孔內(nèi)滑動(dòng)，這種導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)，可簡(jiǎn)化為圖1所示。
由圖可知：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=5，低副數(shù)Pi -7，高副數(shù)p2 =0，連桿機(jī)構(gòu)的活動(dòng)數(shù)w= 3n -2p1-p2=3×5-2×7-0=1，所以，在該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中，當(dāng)導(dǎo)桿（輥筒）作主動(dòng)件時(shí)，滑塊（刀齒）的運(yùn)動(dòng)（在孔中滑動(dòng)）是確定的。
2.3機(jī)構(gòu)受力分析
在工作過(guò)程中，當(dāng)?shù)洱X的外伸部分受到垃圾阻力時(shí)，其刀齒成為又一主動(dòng)件影響著機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)當(dāng)?shù)洱X在外伸過(guò)程中，遇到垃圾中的堅(jiān)硬物塊有使刀齒通過(guò)機(jī)構(gòu)使導(dǎo)桿反轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。但是，一般情況下這一阻力所形成的阻力矩不會(huì)大于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，即使在特殊情況下（刀齒頂著鐵件等），阻力大到一定值時(shí)，活動(dòng)輥筒在后方彈簧安全裝置作用下會(huì)向后退讓，讓硬物落下，也不致影響到機(jī)構(gòu)正常工作。
3、工作原理
當(dāng)袋裝垃圾通過(guò)料斗落入差速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩輥之間時(shí)，由于輥筒內(nèi)固定軸的軸線與輥筒軸線之間有一偏移量，且兩輥筒以不等速繞各自軸線相向回轉(zhuǎn)，因而在兩輥上均勻排布的伸縮式鋸齒形破碎刀逐漸由筒內(nèi)向外伸出戳入垃圾袋內(nèi)，隨著輥筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩輥上的破碎刀伸出到最大位置，將大塊有機(jī)物如瓜果、蔬菜等戳破和擠碎。隨后破碎刀開(kāi)始向輥筒內(nèi)退縮，加之兩輥存在轉(zhuǎn)速差，兩輥筒內(nèi)的破碎刀在退縮時(shí)將垃圾袋撕破．充分破袋。在破碎刀的低速?zèng)_擊、剪切和撕扯作用下，袋內(nèi)垃圾有機(jī)物料被破碎成適合于后序分選的粒度，脆性無(wú)機(jī)物如陶瓷、磚石及玻璃等被破碎成塊。由于刀排之間交錯(cuò)間隔較大，不但不會(huì)產(chǎn)生粉碎性破碎，而且廢電池等小物料會(huì)保持原形而易于分選，因而具有選擇性破碎作用。其后，隨著輥筒的繼續(xù)回轉(zhuǎn)，破碎刀逐漸縮回到筒內(nèi)，從而自動(dòng)解脫纏繞破碎刀上的破鞋、爛布條、包裝帶等強(qiáng)韌性纏繞物，破碎后的垃圾落在下方輸送帶上被運(yùn)走。
若垃圾中有混凝土塊、石塊、廢鋼鐵件等大塊硬物料進(jìn)入破袋機(jī)內(nèi)時(shí)，安全彈簧退讓裝置或摩擦離合器將發(fā)揮作用而使其順利通過(guò)以確保設(shè)備安全正常運(yùn)行。另外，該機(jī)還設(shè)有卸料、清掃裝置，可將輥筒上的垃圾附著物清理干凈，以保持機(jī)內(nèi)環(huán)境和較高的破袋效果。
4、結(jié)構(gòu)性能及關(guān)鍵零部件研制
4.1破袋破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能
破袋破碎機(jī)主要由機(jī)架、輥筒、破袋刀、傳動(dòng)裝置、過(guò)載保護(hù)裝置、防纏繞裝置等組成。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在機(jī)架上安裝兩個(gè)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的輥簡(jiǎn)裝置，每一輥簡(jiǎn)裝置中含有一固定軸，其軸線與輥筒軸線偏移一定距離，固定軸上套裝有若干組轉(zhuǎn)動(dòng)套，破袋刀一端通過(guò)連桿連接于固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)套上，另一端在輥筒上的徑向孔內(nèi)放置。其中一輥簡(jiǎn)裝置兩端與軸承，端蓋、滑塊、彈簧、螺桿以及連接桿等組成一體，通過(guò)滑塊可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)；滑塊與機(jī)架之間用彈簧頂緊，并通過(guò)螺桿來(lái)調(diào)節(jié)頂緊力的大小。另一輥筒的傳動(dòng)采用錐面摩擦離合器傳動(dòng)裝置。
設(shè)備工作時(shí)，兩個(gè)輥筒以不等速繞各自軸線相向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)輥筒轉(zhuǎn)速，使兩輥筒速差實(shí)現(xiàn)最佳匹配，達(dá)到較好破袋效果，同時(shí)也滿足了物料處理量的要求。
4.2關(guān)鍵零部件研制
4.2.1輥筒組件優(yōu)化設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)袋裝垃圾的有效破袋和選擇性破碎，必須對(duì)破袋破碎機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。為保證破碎刀在輥筒內(nèi)滑動(dòng)，提高輥筒部件的強(qiáng)度，降低其重量，采用了雙層鋼板焊接結(jié)構(gòu)。輥筒沿徑向剖面共設(shè)有六組12把破碎刀。刀齒的軸向排布據(jù)垃圾袋的規(guī)格采用了均布型排列。為了便于安裝、維修以及刀齒滑動(dòng)時(shí)的導(dǎo)向和密封，采用了整體可拆式復(fù)合刀套結(jié)構(gòu)。
因輥筒徑向均布12把破碎刀，刀通過(guò)連桿與輥筒內(nèi)偏心軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)套相連，當(dāng)輥筒均速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與刀對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)套轉(zhuǎn)速不等，所以將轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)計(jì)成4件，每1件與3把刀相連，其中與1把固接，另2把鉸接。為滿足刀齒排布及運(yùn)動(dòng)的不等速要求，將轉(zhuǎn)動(dòng)套設(shè)計(jì)成端面帶凸臺(tái)的圓環(huán)件，并采用了40Cr材料。
為保證輥筒內(nèi)的清潔環(huán)境及刀座與刀套的配合，在刀套處須密封。刀套密封按一般活塞桿密封，這樣，每個(gè)輥筒上有很多刀套密封，當(dāng)輥筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大阻力，為此，將密封溝槽的一邊直徑減少，使密封圈的變形相應(yīng)減小，這樣既保證了密封，又降低了輥筒運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的阻力。
4.2.2刀齒優(yōu)化設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)最佳破袋、破碎效果，刀齒的排布與刀齒的齒形是一個(gè)有機(jī)的聯(lián)系體，因而根據(jù)垃圾的物料特性及設(shè)備受力特性，確定了契斧、鋸齒型刀齒，提高了刀齒的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了較好的破袋效果。由于破碎刀是工作過(guò)程中的直接受力件，因而將其設(shè)計(jì)成刀座和刀體兩部分，可以使刀齒很方便地拆卸修磨或更換。
5、結(jié)論
具有這種獨(dú)特的工作原理的破袋破碎機(jī)，設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理、制造精密、性能可靠。目前，樣機(jī)己制造完成，并在垃圾試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了負(fù)荷中試試驗(yàn)。各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明袋裝垃圾破袋率等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可滿足垃圾綜合處理分選工藝要求，為后序粒度分選和進(jìn)一步處理創(chuàng)造了必要條件。
試驗(yàn)結(jié)果表明：該袋裝垃圾破袋破碎機(jī)具有破袋、選擇性破碎、防纏繞、抗沖擊、能耗小、噪聲低及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的市場(chǎng)前景。
該設(shè)備于2000年3月3日由中華人民共和國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予實(shí)用新型專利證書(shū)。2000年5月科技部科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金管理中心組織有關(guān)專家、單位進(jìn)行了評(píng)審，被科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部確定為1999年度第四批科技型中小企業(yè)保工作，加快對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)與推廣，就一定能實(shí)現(xiàn)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
