生活垃圾破碎机的开发

王振海，傅 磊，艾洪超，何佩珍，孙希财

(1.天津百利阳光环保设备有限公司 天津300402；2.天津职业技术师范大学机械工程学院 天津300222)

生活垃圾破碎机的开发

王振海1，傅 磊2，艾洪超1，何佩珍1，孙希财1

(1.天津百利阳光环保设备有限公司 天津300402；2.天津职业技术师范大学机械工程学院 天津300222)

破碎机作为生活垃圾处理线的一个重要装备，其作用是将大件垃圾破碎成所需尺寸，便于运输、焚烧、制肥、造粒等后续工艺。以往公司的固废处理线上的破碎机都采用进口产品，不仅费用高，供货周期长，且受制于人。经过充分的市场调研和全面的技术论证，成功开发出了具有独立知识产权的旋转剪切式双轴破碎机，产品获多项中国实用新型专利。

生活垃圾 旋转剪切式 双轴 破碎机

0 引 言

国家“十三五”规划纲要第10篇第43章第5节“大力发展循环经济”中写道：“实施循环发展引领计划，推进生产和生活系统循环链接，加快废弃物资源化利用。按照物质流和关联度统筹产业布局，推进园区循环化改造，建设工农复合型循环经济示范区，促进企业间、园区内、产业间耦合共生。推进城市矿山开发利用，做好工业固废等大宗废弃物资源化利用，加快建设城市餐厨废弃物、建筑垃圾和废旧纺织品等资源化利用和无害化处理系统，规范发展再制造。实行生产者责任延伸制度。健全再生资源回收利用网络，加强生活垃圾分类回收与再生资源回收的衔接。”

生活垃圾处理是国家“十三五”重点投入的一个领域，破碎机作为生活垃圾处理线的一个重要装备，其作用是将大件垃圾破碎成所需尺寸，便于运输、焚烧、制肥、造粒等后续工艺。

目前，我们的固废处理线上所用破碎机采用的都是进口产品，不仅费用高，供货周期长，且受制于人。经过充分的市场调研和全面的技术论证，公司决定自行研发。

1 破碎机的构造

破碎机由电器控制系统、尾端法兰、尾端轴承压套、尾端轴承、尾端轴承内法兰、尾端密封圈、尾端轴承隔套、刀轴、回转刀盘、刀盘隔环、定刀、驱动端轴承隔套、驱动端密封圈、驱动端轴承、驱动端轴承压套、驱动端法兰、电动减速机、箱体等组成，如图1所示。

图1 破碎机总装图Fig.1 General assembly drawing of crusher

2 主要设计技术参数

破碎机设计技术参数如下：

型号：TBH-GP-J-500/1,900；

破碎腔尺寸：长1,900,mm×宽1,100,mm；

外型尺寸：长4,880,mm×宽2,700,mm×高2,600,mm；

处理量：20,t/h；

刀盘尺寸：φ500×60,mm；

刀盘结构：组合式(可拆卸)；

驱动方式：电机减速机。

3 工作原理

破碎机的工作原理是由两台电机减速机作为动力，各自电机减速机直接驱动破碎机的两根破碎轴，以不同的旋转方向及转速作旋转运动，每根破碎轴上装有若干个破碎刀部件，数个隔环，第1根破碎轴装配形式是1个破碎刀部件1个隔环，依次装配共计若干个破碎部件，第2根破碎轴装配形式是1个隔环1个破碎刀，依次装配若干个破碎部件，两根破碎轴平行装配在箱体轴承座上，两根破碎轴上的破碎刀与隔环交错排列，由于两根破碎轴以不同的旋转方向(对峙旋转)及不同转速运转，所以两根破碎轴上的破碎刀产生相对剪切运动，即将物料破碎。破碎刀头由前角、后角及刀楔角组成，它主要起到将被破碎物料抓住进行破碎的作用，破碎轴两侧装有梳刀，将破碎过程中夹在两刀之间的物料剔除，保证刀具顺利工作。箱体部件是支撑破碎轴部件的钢结构框架，能够保证两根破碎轴装配后具有一定的精度，这样才能够保证破碎机的破碎精度。箱体部件还包括定刀部分，定刀是决定破碎机破碎精度的关键部件。

机座部件是支撑箱体部件和固定电机减速机的钢结构框架。其材质均采用优质碳钢型材。

4 破碎刀的设计

破碎刀的结构设计吸取了国外先进的结构形式，为确保刀具使用寿命，破碎刀头采用合金工具钢制造，完成粗精加工，经过多次热处理及表面处理。刀具使用寿命更长，达到同行业先进水平。

4.1 结构形式特征

主要包括：轴孔、刀盘基体、刀齿、容料槽、刃口、刃曲面、刃尖、刃尖间距、齿底圆角、齿背线等，如图2所示。设计了对称刀盘和偏心刀盘两种结构，如图2、3所示。

图2 回转刀盘(对称刀盘)Fig.2 Rotation cutter(symmetric cutter)

图3 偏心刀盘，双向工作刀盘Fig.3 Off center cutter，bidirectional cutter

4.2 两种刀盘对比

偏心刀盘由于其容料槽尺度比较大，常使用于物料颗粒粒度在基础级以上、破碎后粒度尺度比较大的情况下，在双刀轴使用情况下对刀之间相互作用有限；对称刀盘容料槽尺度相对较小但在双刀轴使用情况下可相互剪切作用，提高能量利用率。

4.3 刀盘制造形式及材质

高频热处理一体刀盘、堆焊一体刀盘、活动刀头式刀盘、刀头焊接刀盘、可换刀片式刀盘、刃口堆焊式刀盘。刀片常用材质可采用弹簧钢、工具钢、硬质合金、陶瓷合金等。

4.4 刀盘主要形态参数选取

回转包线直径、齿形、刀刃曲面、径向齿高、齿面倾角、刀齿数及其排列方式、刃尖顶角、容料槽截面形状及位置、刀盘厚度等。

刀盘排列转角选取：回转对称刀盘沿螺线排列，通常选取的转角范围是5～60 °，如图4所示。

图4 刀盘排列转角选取示意图Fig.4 Selection of turn angle of cutter arrangement

刀盘到刃口端面跳动量的确定：为保证加工质量及效率，要求相对运动的相邻刀盘面间距在0.1～0.2,mm范围内，根据使用经验刀刃端面轴向跳动μ≤0.2,mm。

跳动角α：刃口跳动相对主轴截面摆动角。

刀盘与主轴配合间隙：小于等于Δ＝L×tanα≈L×sinα＝L×(μ/D＋d/2)＝50×(0.2/500＋180/2)＝0.029,4,mm。

5 主轴的设计(见图5)

采用阶梯面过度需要平滑的圆角过度，减少或消除不必要的槽孔，改善主轴抗扭、抗弯曲强度可以改善总体性能，以此需要在结构形式、材料及其加工热处理工艺方面进行相关试验。

图5 主轴设计示意图Fig.5 Schematic of main shaft design

6 刀轴的装配

刀轴装配主要包括：回转刀盘、主轴、刀盘隔环、轴承、间隔法兰、刀盘压紧装置等，如图6所示。

图6 刀轴装配示意图Fig.6 Schematic of cutter shaft assembling

装配要求：包括使用性能、可靠性、制造工艺成本、维护保养便捷性等；需要综合考虑各组件之间相互关系及主要影响因素分解。

总体性能通过改善组织结构、提高零部件功能性参数、使用可靠的新技术方案等来提高。可靠性主要考虑关键承载组件工作可靠性，例如轴承、刀盘、主轴等。

对刀盘适当压紧有利于保持其工作稳定性；有利于减小其与主轴接触面的应力集中；有利于强化主轴刚度。但是预紧力要有合理的限度，过大的预紧力会对主轴造成不利影响。因此需要在结构布置及压紧方法上采取相应的措施。

7 结 语

通过几年的努力，成功开发出了具有天津百利阳光环保设备有限公司独立知识产权的旋转剪切式双轴破碎机，产品已获得多项中国实用新型专利，专利及专利号分别为：固体垃圾旋转剪切式双轴单破碎机，ZL 201,020,508,023.0；一种用于破碎机上的剪切装置，ZL 200,920,250,959.5；移动式破碎机，ZL 20,1020,614,477.6；旋转剪切式细破碎机，ZL 20,112,0,419,067.0；一种固体垃圾破碎机，ZL 201,120,421,332.9。

开发的多款多个型号的破碎机已逐步投放到市场，产品受到客户的好评，性能指标达到国际同类产品的水平，取得了巨大的经济效益，成为公司的一个新的经济增长点，同时取得了良好的社会效益，产品获得了天津市河北区科学技术进步一等奖。

对于产品存在的不足，我们将进一步优化结构设计，提高破碎刀的使用寿命，降低成本。■

［1］ 破碎设备安全要求[S]. GB 18452—2001.

［2］ 成大先. 机械设计手册[M]. 5版，北京：化学工业出版社，2007.

［3］ 王振海，孙涛，刘昆，等. Q/12YJ4287-2013固体垃圾处理机标准[S]. 天津百利环保有限公司，2013.

Development of a Household Refuse Crusher Machine

WANG Zhenhai1，FU Lei2，AI Hongchao1，HE Peizhen1，SUN Xicai1
(1．Tianjin Baili Sun Environmental Protection Equipment Co.，Ltd.，Tianjin 300402，China；
2．School of Mechanical Engineering，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China)

Crusher machine，as an important equipment in domestic refuse treatment line，is to break large pieces of garbages into required sizes for transport，incineration，fertilizer，granulation and other follow-up processes．Former solid waste treatment line crushers are imported equipment，which feauture high cost，long delivery cycle，and controlled by others. Therefore，after adequate market research and comprehensive technical demonstration，researchers finally succeeded in developing a Tianjin Baili Sun Environmental Protection Equipment Co.，Ltd．rotary shear type biaxial crusher with independent intellectual property rights，which have been granted a number of utility model patents in China.

domestic refuse；rotary shear；biaxial type；crusher machine

X705

A

1006-8945(2016)08-0075-03

2016-08-02