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1、前言
    隨著社會的進步和經濟的發展，人們物質生活水平的提高，城市環境保護意識的增強，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，因而破袋問題是垃圾分選預處理必須首先解決的問題。由于國內城市生活垃圾是混合袋裝收集，因而破袋技術難度較大。
    從近幾年國內新建的垃圾處理廠及近期的一些科技文獻資料來看，國內對垃圾破袋工藝技術的研究及專用設備開發起步較晚，破袋手段落后，主要是通過人工破袋，工作環境差，勞動強度高，破袋率低。部分機械破袋作業也僅僅是借用或稍加改進的以擠壓、沖擊、剪切為主的礦山機械設備一雙齒輥或三齒輥式破碎機。但這種破袋方式弊端較多。在高速沖擊、剪切、擠壓作用下，混合垃圾被破碎后，粒度不均，陶瓷、磚、玻璃等無機脆性物被過度破碎，與含水率較高的有機垃圾攪拌混合在一起，無法有效分離，直接影響了垃圾可腐有機物的堆肥質量。特別是廢電池等富含重金屬及有害化學物質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的含量，對水體環境造成極大隱患。此外，使用普通礦山機械設備處理生活垃圾，有纏繞現象，造成卸料困難，濕度大時影響設備正常運轉．同時，還伴有能耗大、噪聲大等缺點。
    為了解決由于使用礦山機械而出現的過破碎及纏繞問題，急需研制開發出具有選擇破碎作用的破碎機，本文就著重介紹了一種新型的袋裝垃圾破袋破碎機的研制過程。
2、理論研究
    2.1設備總體結構研究
    設備總體結構設計思路，是針對垃圾特性，按照選擇性破碎原理并參考礦山機械設備來確定的。由于我國城市生活垃圾主要以混裝為主，含有軟、硬、脆、韌等各種物料，成分復雜，同時含水率較高，垃圾的流動性能差，為此采用大直徑斜置式雙輥式總體結構。為防止過破碎現象，采用低速雙齒輥式結構，同時，為防止垃圾纏繞發生，采用伸縮式刀齒結構，即在工作區刀齒伸出破袋，在非工作區刀齒縮進。
    在工作過程中，當大塊硬物料通過時，為保證設備正常工作，須有退讓保護功能，同時為使物料脫落且清掃輥筒表面，該機設有卸料、清掃裝置，清理附著在輥筒上的垃圾，以保持機內工作環境并實現較高的破袋效果。
    2.2機構組成及運動分析
    為實現刀齒的伸縮功能，采用以輥筒帶動刀齒轉動的方式，即在輥筒內部設置一偏心軸，軸上設置的單元軸套分別固接和鉸接兩種連接座，通過連桿連接著刀齒，刀齒在輥筒徑向孔內隨輥筒轉動而繞偏心軸轉動，并同時在輥筒徑向孔內滑動，這種導桿滑塊機構，可簡化為圖1所示。
    由圖可知：活動構件數n=5，低副數Pi -7，高副數p2 =0，連桿機構的活動數w= 3n -2p1-p2=3×5-2×7-0=1，所以，在該機構運動中，當導桿（輥筒）作主動件時，滑塊（刀齒）的運動（在孔中滑動）是確定的。
    2.3機構受力分析
    在工作過程中，當刀齒的外伸部分受到垃圾阻力時，其刀齒成為又一主動件影響著機構的運動。也就是說當刀齒在外伸過程中，遇到垃圾中的堅硬物塊有使刀齒通過機構使導桿反轉的趨勢。但是，一般情況下這一阻力所形成的阻力矩不會大于電機的最大轉矩，即使在特殊情況下（刀齒頂著鐵件等），阻力大到一定值時，活動輥筒在后方彈簧安全裝置作用下會向后退讓，讓硬物落下，也不致影響到機構正常工作。
3、工作原理
    當袋裝垃圾通過料斗落入差速回轉運動的兩輥之間時，由于輥筒內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，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向外伸出戳入垃圾袋內，隨著輥筒繼續轉動，兩輥上的破碎刀伸出到最大位置，將大塊有機物如瓜果、蔬菜等戳破和擠碎。隨后破碎刀開始向輥筒內退縮，加之兩輥存在轉速差，兩輥筒內的破碎刀在退縮時將垃圾袋撕破．充分破袋。在破碎刀的低速沖擊、剪切和撕扯作用下，袋內垃圾有機物料被破碎成適合于后序分選的粒度，脆性無機物如陶瓷、磚石及玻璃等被破碎成塊。由于刀排之間交錯間隔較大，不但不會產生粉碎性破碎，而且廢電池等小物料會保持原形而易于分選，因而具有選擇性破碎作用。其后，隨著輥筒的繼續回轉，破碎刀逐漸縮回到筒內，從而自動解脫纏繞破碎刀上的破鞋、爛布條、包裝帶等強韌性纏繞物，破碎后的垃圾落在下方輸送帶上被運走。
    若垃圾中有混凝土塊、石塊、廢鋼鐵件等大塊硬物料進入破袋機內時，安全彈簧退讓裝置或摩擦離合器將發揮作用而使其順利通過以確保設備安全正常運行。另外，該機還設有卸料、清掃裝置，可將輥筒上的垃圾附著物清理干凈，以保持機內環境和較高的破袋效果。
4、結構性能及關鍵零部件研制
    4.1破袋破碎機的結構、性能
    破袋破碎機主要由機架、輥筒、破袋刀、傳動裝置、過載保護裝置、防纏繞裝置等組成。結構特點是在機架上安裝兩個相向轉動的輥簡裝置，每一輥簡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動套，破袋刀一端通過連桿連接于固定軸的轉動套上，另一端在輥筒上的徑向孔內放置。其中一輥簡裝置兩端與軸承，端蓋、滑塊、彈簧、螺桿以及連接桿等組成一體，通過滑塊可沿導軌滑動；滑塊與機架之間用彈簧頂緊，并通過螺桿來調節頂緊力的大小。另一輥筒的傳動采用錐面摩擦離合器傳動裝置。
    設備工作時，兩個輥筒以不等速繞各自軸線相向轉動，通過調節輥筒轉速，使兩輥筒速差實現最佳匹配，達到較好破袋效果，同時也滿足了物料處理量的要求。
    4.2關鍵零部件研制
    4.2.1輥筒組件優化設計
    為實現袋裝垃圾的有效破袋和選擇性破碎，必須對破袋破碎機的關鍵零部件進行結構優化設計。為保證破碎刀在輥筒內滑動，提高輥筒部件的強度，降低其重量，采用了雙層鋼板焊接結構。輥筒沿徑向剖面共設有六組12把破碎刀。刀齒的軸向排布據垃圾袋的規格采用了均布型排列。為了便于安裝、維修以及刀齒滑動時的導向和密封，采用了整體可拆式復合刀套結構。
    因輥筒徑向均布12把破碎刀，刀通過連桿與輥筒內偏心軸上的轉動套相連，當輥筒均速轉動時與刀對應的轉動套轉速不等，所以將轉動套設計成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動的不等速要求，將轉動套設計成端面帶凸臺的圓環件，并采用了40Cr材料。
    為保證輥筒內的清潔環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，每個輥筒上有很多刀套密封，當輥筒運轉時就會產生較大阻力，為此，將密封溝槽的一邊直徑減少，使密封圈的變形相應減小，這樣既保證了密封，又降低了輥筒運轉時的阻力。
    4.2.2刀齒優化設計
    為了實現最佳破袋、破碎效果，刀齒的排布與刀齒的齒形是一個有機的聯系體，因而根據垃圾的物料特性及設備受力特性，確定了契斧、鋸齒型刀齒，提高了刀齒的強度，實現了較好的破袋效果。由于破碎刀是工作過程中的直接受力件，因而將其設計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、結論
    具有這種獨特的工作原理的破袋破碎機，設計新穎、結構合理、制造精密、性能可靠。目前，樣機己制造完成，并在垃圾試驗場進行了負荷中試試驗。各種試驗數據表明袋裝垃圾破袋率等各項指標均達到設計要求，可滿足垃圾綜合處理分選工藝要求，為后序粒度分選和進一步處理創造了必要條件。
    試驗結果表明：該袋裝垃圾破袋破碎機具有破袋、選擇性破碎、防纏繞、抗沖擊、能耗小、噪聲低及使用壽命長等優點，具有很強的實用性和廣闊的市場前景。
    該設備于2000年3月3日由中華人民共和國知識產權局授予實用新型專利證書。2000年5月科技部科技型中小企業技術創新基金管理中心組織有關專家、單位進行了評審，被科學技術部、財政部確定為1999年度第四批科技型中小企業保工作，加快對清潔能源的開發與推廣，就一定能實現我國交通運輸業的可持續發展。