石材加工废材回收装置设计与应用

杨开怀，傅枞春，林生凤，程艳，陈太丽

（1.福建船政交通职业学院机械与智能制造学院，福建 福州 350007；2.福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建 福州 350025；3.福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350025）

0 引言

当前，石材加工已成为福建省重要的支柱产业，极大地带动了产业发展和经济增长[1]。但与此同时，石材加工过程产生大量的边角料等废弃物，如未加以处理将造成巨大资源浪费和严重的环境污染[1-3]。研究报道，近年来由石材行业造成的“牛奶溪”“尘肺病”“石漠化”等现象或问题越来越多[4-8]。因此，如何高效资源化开发利用石材，并进行再利用，不断缓解资源开发与环境保护之间的矛盾，已成为解决石材资源浪费和石材加工废弃物环境污染的重要手段[3-5]。

石材加工厂在对原材料进行加工和对产品进行修整的过程中，会产生大量石粉以及形状各异的块状和片状废材，这些废材可以满足建筑用砂、碎石和掺合料的原材料要求，经适当工艺处理可以加工成碎石、人工砂、石屑、石粉等替代产品或原材料。为此，我们设计利用石材加工废材制备人工砂应用于砂浆和混凝土中，实现环境保护、提升经济效益，推动石材资源利用可持续发展。然而，大多数石材加工废材回收装置，需要人工对工作台进行清理，既不便于回收装置的管理，影响了工作效率，同时清理时容易发生废材随处掉落的情况，降低了废材回收率。为此，本研究设计了一种石材加工废材回收装置用于解决上述问题，并成功应用于石材加工设备中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等废材，取代粉煤灰，制备成保温隔热砌块，显著提高了石材资源利用率、有效降低了成本[9]。

1 石材加工废材回收装置

1.1 石材加工废材回收装置结构设计

图1为设计的石材加工废材回收装置结构示意图，图2为限位装置处结构局部剖视图，图3为图1中A处结构放大图。图中：1底座、2支撑架、3承重台、4限位装置、41伸缩杆、42弹簧、43移动块、5回收装置、51滑动块、52固定块、53支撑柱、54限位座、55电动推杆、56滑动座、57丝杆、6凹槽、7滑动板、8连接带、9转动装置、91转动块、92液压顶杆、93支撑座、10收集箱。

图1 石材加工废弃物回收装置示意图

图2 限位装置处结构局部剖视图

图3 A处结构放大图

1.2 实施方式

所设计的石材加工废材回收装置，包括底座，底座上固定连接支撑架，支撑架上固定连接承重台，承重台内安装设有限位装置，限位装置上端面挤压接触回收装置，限位装置设有伸缩杆，伸缩杆下端固定连接在底座内、上端固定连接移动块，伸缩杆外侧贯穿设有弹簧，弹簧上端固定连接移动块，移动块上端面与滑动块挤压接触，伸缩杆最大长度与移动块的高度和小于承重台的高度，弹簧为压缩弹簧，移动块为矩形结构，滑动块与移动块接触时弹簧处于压缩状态，当滑动块向上移动时，弹簧恢复原状，推动移动块向上移动拉升伸缩杆，当移动块上面与承重台位于同一平面时，弹簧恢复成原状，移动块停止移动，进而能够避免当滑动块移动时承重台台面形成缺口，进而提高清理效率。

进一步地，回收装置包括滑动块，滑动块两端均固定设有固定块，固定块远离滑动块一端固定连接支撑柱，支撑柱滑动贯穿限位座连接电动推杆，限位座固定连接滑动座，电动推杆下端固定连接在滑动座上，滑动座滑动卡接在底座的外壁上，滑动座上贯穿连接丝杆，丝杆一端转动贯穿至底座的一侧、另一端转动卡接在底座内，丝杆远离限位装置的一端底座上设有凹槽，凹槽内滑动卡接有相匹配的滑动板，滑动板一端固定连接转动装置，滑动板上方底座一端上固定连接带，连接带一侧贴合在转动装置的上端面，转动装置一侧固定连接支撑架，转动装置下方设有收集箱，收集箱放置在底座上，滑动块、固定块均为矩形结构，支撑柱下端与限位座的最大间距大于滑动块的高度，滑动座为倒“T”字形结构，凹槽为圆弧形结构。转动装置包括转动块，转动块下端面铰接液压顶杆，液压顶杆另一端铰接在支撑座上，支撑座上端铰接转动块、一端固定连接支撑架，驱动电动推杆向上推动支撑柱在限位座上滑动，支撑柱上端推动固定块使滑动块向上移动，当滑动块下端面与承重台台面位于同一水平面时，停止驱动电动推杆，然后转动丝杆，使滑动座在承重台上移动，由上述滑动座的连接关系，则滑动块做相同的移动，滑动块滑动推动承重台上的废材向转动装置一侧移动，当废材移动至转动块上时，停止转动丝杆，然后驱动液压顶杆，使转动块在支撑座上转动，转动块拉动滑动板在凹槽内移动对上端连接带进行支撑，连接带避免承重台上加工废材由转动块和承重台的间隙直接落至底座上，转动块上的废材滑落至收集箱内，进而快速完成了废材的回收工作。

1.3 工作原理

本设计中，石材放置在承重台上进行加工处理，石材加工结束后，取出加工后的石材，然后驱动电动推杆向上推动支撑柱在限位座上滑动，支撑柱上端推动固定块使滑动块向上移动，当滑动块下端面与承重台台面位于同一水平面时，停止驱动电动推杆，当滑动块向上移动时，弹簧恢复原状，推动移动块向上移动拉升伸缩杆，当移动块上面与承重台位于同一平面时，弹簧恢复成原状，移动块停止移动，进而能够避免当滑动块移动时承重台台面形成缺口，进而提高清理效率，然后转动丝杆，使滑动座在承重台上移动，由上述滑动座的连接关系，则滑动块做相同的移动，滑动块滑动推动承重台上的废材向转动装置一侧移动，当废材移动至转动块上时，停止转动丝杆，然后驱动液压顶杆，使转动块在支撑座上转动，转动块拉动滑动板在凹槽内移动对上端连接带进行支撑，连接带避免承重台上加工废材由转动块和承重台的间隙直接落至底座上，转动块上的废材滑落至收集箱内，进而快速完成了废材的回收工作，避免人工进行清理收集工作，提高了收集效率，同时避免清理时废材随处掉落的情况，提高废材收集率。

2 结构创新

与原有技术和原有结构相比，本研究所设计的石材加工废材回收装置具有如下创新：

（1）驱动回收装置，当滑动块下端面与承重台台面位于同一水平面时，停止驱动电动推杆，当滑动块向上移动时，操作限位装置，进而能够避免当滑动块移动时承重台台面形成缺口，进而提高清理效率，同时便于回收装置的管理，操作简单，实用性强，便于推广使用。

（2）驱动回收装置，滑动块滑动推动承重台上的废材向转动装置一侧移动，当废材移动至转动块上时，停止转动丝杆，然后驱动转动装置，转动块拉动滑动板在凹槽内移动对上端连接带进行支撑，连接带避免承重台上加工废材由转动块和承重台的间隙直接落至底座上，转动块上的废材滑落至收集箱内，进而快速完成了废材的回收工作，避免人工进行清理，提高了清洁效率，同时避免清理时废材随处掉落的情况，显著提高废材回收率。

3 应用

将所设计的石材加工废材回收装置，直接应用于石材加工设备中，用以收集石材加工后的石屑、石粉等废弃物，并利用收集的石粉取代粉煤灰，加上其他材料和辅料、填充物，直接制备成保温隔热砌块，如图4所示。对制备出的一系列不同石粉取代率的保温隔热砌块进行性能测试，其试验结果见表1。

图4 石材废弃物制备保温隔热砌块

表1 石粉取代率对保温隔热砌块性能的影响

从表中可以看出，利用所设计的回收装置收集的石粉等废弃物可以直接替代粉煤灰用于生产保温隔热砌块，所生产出来的砌块性能与全部采用粉煤灰生产的砌块性能相当。当用石粉取代部分粉煤灰后，砌块的块体密度、干燥收缩率变化不大，抗压强度变化较明显，且随着石粉取代率的增加，抗压强度先提高后降低。这主要是因为，石粉颗粒小，不仅包裹在骨料周围，并能填充到骨料间的孔隙、微孔和毛细管内，从而抵消砌块微孔和毛细管的内部压力，降低砌块内部大气孔和大孔隙的数量，提高抗压强度；当石粉超过一定量后，多余的石粉粘附在骨料的表面，导致水泥浆对骨料的包裹性下降，使得砌块的强度降低。在本组试验条件下，当石粉取代率为15%时，性能最优，表明所设计的石材加工废材回收装置能够直接应用于石材加工废弃物的收集和再利用，能够有效提高石材加工废弃物收集效率和收集率，显著提高石材加工废弃物再利用比例，操作简单，实用性强，便于推广使用。

4 结语

本研究设计了一种石材加工废材回收装置，改进设计了底座和连接支撑架、承重台，改进了承重台、限位装置、回收装置、支撑柱、电动推杆、滑动座的链接方式和运动工作方式，便于回收装置的管理，进而显著提高废材回收和清理效率，避免人工进行清理收集工作，同时避免了清理时废材随处掉落的情况，显著提高了石材加工废材回收效率和回收率。

将该装置应用于石材加工设备中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等废材，取代粉煤灰，加上其他材料和辅料、填充物，制备成保温隔热砌块，砌块性能与全部采用粉煤灰生产的砌块性能相当，有利于石材加工废弃物的回收和再利用，显著提高了石材资源利用率、有效降低了成本。