毕业设计（论文）-垃圾分拣装置结构设计

烟台科技学院毕业论文第1章绪论研究意义随着城市化进程的加快和人们生活水平的提高，垃圾产生量也在快速增长。垃圾总量中包含生活垃圾、建筑垃圾、餐厨垃圾等，其产生量均呈现出逐年增长的趋势。同时城市人口密度增加，而可供投放垃圾的场地却不断减少，导致垃圾处理难度增加。部分地区缺乏有效的垃圾分类和回收体系，导致垃圾处理效率低下。垃圾处理不当会对环境造成严重污染，包括土壤、水体和大气等。未经处理的垃圾填埋场和焚烧厂会产生恶臭、渗滤液等污染问题，同时焚烧过程也会产生烟气污染。目前，我国在垃圾处理技术方面还存在一些不足，如垃圾分类和回收技术、垃圾焚烧发电技术等。这些技术的研发和应用需要进一步加强，以提高垃圾处理效率和质量。为了应对这些问题，需要采取有效的措施，如加强垃圾分类和回收体系建设、推广清洁能源、提高垃圾处理技术等。垃圾分选作为其中的一个过程，尤其的重要[1-3]。垃圾分类技术的发展对社会和环境具有深远的意义。通过垃圾分类，可以有效回收可循环利用的资源，降低对自然资源的过度开采，有助于可持续发展。正确定位和处理垃圾种类有助于减少污染和资源浪费，保护环境免受有害物质的侵害。垃圾分类减少了可回收和有害垃圾进入填埋场，保护土地资源[4-7]。推动垃圾分类意识，使居民更加积极参与环保，形成良好的社会风气。垃圾分类技术的发展有助于建立健全的法规体系，促进相关法规的实施，提高垃圾分类的法制化水平。在综合考虑上述因素的情况下，垃圾分类技术的不断发展对于实现可持续发展目标、改善环境质量以及提高社会的整体环保意识都具有积极的影响[8-10]。因此，研究一款结构简单、应用范围广、精度高的垃圾分拣装置迫在眉睫。1.2

国内外研究现状随着科技的进步，垃圾分类技术不断创新。智能识别、机器学习等技术的应用使得垃圾分类更加高效和准确。智能垃圾桶等设备的出现，能够自动分辨垃圾种类，提高了垃圾分类的便捷性，也鼓励了公众积极参与。一些城市采用数字化监控系统，通过传感器和数据分析实时监测垃圾桶状态，为城市管理提供了数据支持。相比西方和日韩等发达国家，我国的垃圾分拣装置的普及度还不够完善。这主要是由于我国的垃圾分拣装置发展较晚，开发比较落后，其工作效率、应用范围距离国际先进水平还有一段距离。同时，外国的垃圾分拣设备成本较高，因此引进较少[11-15]。西方和日韩等发达国家的垃圾分拣设备已经完成了通过研发到实际应用，根据反馈问题进行升级改造在应用的提升式循环，其先进性远远超过我国的垃圾分拣装置。其主要体现在克服垃圾的材料特性，能够对粘性比较高的流体进行分离，此项突破使国外垃圾分拣装置相对于国内垃圾分拣装置的应用范围更加宽广。同时，发达国家的垃圾分拣装置的工作精度也要高于国内现有的垃圾分拣装置[15-19]。德国DOPPSTADT公司研制的SM318E型滚筒筛式垃圾分拣装置其工作原理为[20]：垃圾经过粉碎装置进行破袋粉碎后输送至圆筒筛分拣装置，其装置内部有螺旋排屑装置带动粉碎后的垃圾在圆筒筛分拣装置中移动，移动过程中将较细的垃圾碎料从表面的网筛排除，较粗的物料从另一侧排出。该装置具有结构简单、维护方便、使用经济的优点，但存在能耗高、体积大的缺点。德国DOPPSTADT公司研制的WS720ETAIFUN型固定风筛垃圾分拣装置[21]，具有结构简单可靠、应用经济的优点，收到了市场的一致好评。其工作原理为将垃圾直接放入垃圾分选及的入口，同时垃圾分拣装置内部电扇工作产生气流推动密度低的垃圾与密度高的垃圾分离，密度较高的垃圾进入下一道工序进行筛选。受限于该垃圾分拣装置原理的约束，该分选机工作时，会带走包括鸡蛋皮、纸张等较轻的物体，导致其垃圾的利用不到位。日本SHINKOELECTRIC公司的磁力分选的列式非铁金属垃圾分拣装置[22]，通过采用磁性材料制作，能够分离出金属材料中的非铁材料。该垃圾分拣装置具有结构简单、可靠性高的优点，但受限于垃圾的材料特性，该垃圾分拣装置只能区分磁性垃圾和非磁性垃圾应用范围有限。日本较为风靡的一款生活垃圾分拣装置，其工作对象为区分并分离不同颗粒大小的生活垃圾[23]。其工作原理为通过筛子对不同颗粒的垃圾进行区分，颗粒较大的垃圾会留在上面，颗粒较小的垃圾则通过筛子上的孔与较大颗粒的垃圾分开。该垃圾分拣装置的优点是工作范围较广，能够完成大多数生活垃圾的分类，同时筛选速度较快效率高。但受限于生活垃圾的种类较多，每种垃圾的材料、形状特性各不相同，因此该垃圾分拣机的稳定性较差。综上所属，为国外现有垃圾分拣机的发展现状，由此可以看出现有垃圾分拣装置都存在明显的短板，因此解决这些技术问题，研制一款结构简单、适用范围广的垃圾分拣机迫在眉睫。目前，中国市场上常见的垃圾分拣装置其工作原理和机械结构相同性较大，使中国的垃圾分拣机较国外先进的垃圾分拣机差距较大，主要聚集在低端市场。因此，中国的垃圾分拣机相关企业，想要进军高端垃圾分拣机市场需要抓住垃圾分拣机的发展趋势。垃圾分拣机的发展趋势主要表现在以下几个方面：垃圾分拣机的自动化程度将不断提高。现在已经有自动识别、自动分类的垃圾分拣机，未来可能会有更高级的自动化技术，如无人值守、自动识别、自动分类、自动装车等[24-25]。垃圾分拣机的智能化程度将进一步提高，包括机器学习、人工智能等技术的应用，可以更好地适应不同类型垃圾的识别和分类，提高分拣效率和质量。随着垃圾处理需求的增加，垃圾分拣机的处理规模也将不断扩大。这将需要更多的技术和资金投入，以提高分拣机的处理能力和效率。未来垃圾分拣机不仅是一种处理设备，更是一种再生资源产业链中的关键设备。它将与资源回收、加工、销售等环节整合起来，形成一个完整的再生资源产业链[26]。垃圾分拣机的发展也将与城市管理、环保政策的发展相配合。未来，垃圾分拣机将更多地应用于城市垃圾处理和回收领域，与城市管理、环保政策相互促进，共同推动城市环境的改善[27]。综上所述，垃圾分拣机的发展趋势是朝着更高程度的自动化、智能化、处理规模扩大、与再生资源产业链的整合以及与城市管理、环保政策的配合方向发展。1.3小结随着城市化进程的加快和人们生活水平的提高，垃圾产生量也在快速增长。垃圾总量中包含生活垃圾、建筑垃圾、餐厨垃圾等，其产生量均呈现出逐年增长的趋势。垃圾分类技术的发展对社会和环境具有深远的意义。对比国内外不同类型的垃圾分拣机，并分析其优缺点，并思考垃圾分拣机的发展趋势，为后面垃圾分拣机的结构设计奠定一定的基础。第2章研究内容与目标2.1研究内容本文研究内容为城市生活垃圾分拣装置的结构设计，分析分拣方式，以降低工人劳动强度及提高劳动效率为目标，开展垃圾分拣装置结构的设计及优化。主要研究内容如下：1.了解多垃圾分拣装置的发展现状以及未来发展趋势，明确垃圾分拣装置的原理以及主要结构部分。2.对垃圾分拣装置进行总体结构方案设计，对比各设计方案选出最优方案。3.方案确定后对各部分进行设计，包括驱动装置的设计受力分析以及执行装置的设计等。4.用AutoCAD进行二维图的绘制。5.进行设计说明书的撰写。2.2设计方案方案一：风力分拣装置风力分拣装置如图2.1所示，其工作原理为将垃圾直接放入垃圾分选及的入口，同时垃圾分拣装置内部电扇工作产生气流推动密度低的垃圾与密度高的垃圾分离，密度较高的垃圾进入下一道工序进行筛选。图2.1风力分拣装置该方案具有结构简单可靠、应用经济的优点，但受限于该垃圾分拣装置原理的约束，该分选机工作时，会带走包括鸡蛋皮、纸张等较轻的物体，导致其垃圾的利用不到位。方案二：浮力分拣装置浮力分拣装置如图2.2所示，将绞碎后的垃圾碎料送入进料端，在水槽里注满水根据密度的不同使密度较小的垃圾在水面漂起，密度大的物料排入出料口。图2.2浮力分拣装置该方案优点为结构简单，分拣效果好；缺点为造成大量生活污水。方案三：圆筒筛分拣装置圆筒筛分拣装置如图2.3所示，垃圾经过粉碎装置进行破袋粉碎后输送至圆筒筛分拣装置，其装置内部有螺旋排屑装置带动粉碎后的垃圾在圆筒筛分拣装置中移动，移动过程中将较细的垃圾碎料从表面的网筛排除，较粗的物料从另一侧排出.图2.3圆筒筛分拣装置该方案具有结构简单、维护方便、使用经济的优点，但存在能耗高、体积大的缺点。对比上述三种方案可以发现，方案一由鉴于其基本原理简单，根依据其物理特属性分拣进行筛选，该设备使的应用局限性范围极其狭窄，并非普遍适常大，不属于通用型的设备，很有因此可能达不到无法实现预想期的处理效果。；方案二产生大量的生活废水；相比起前两种方案，方案三结构简单，容易维修和管理，工作平衡可靠，运输稳定，操作方便，工作原理清晰简单，适合于室内或室外使用。结合上述三种方案对比，采用方案三圆筒筛分拣装置的结构设计及相关理论计算与校核。2.3研究方法与手段（1）调查法。通过搜集大量的数据进行分析、比较、总结归纳，提供规律性知识。有目的、有计划、有系统的搜索有关垃圾分拣装置的现实状况和历史状况的材料的方法。（2）观察法。通过对具有相似功能的机器，如：砂石分离圆筒筛工作的观察，对圆筒筛分拣装置有了初步的设计。（3）文献研究法。通过调查相关文献来获得资料，从而全面地、正确的了解掌握圆筒筛分拣装置的研究问题，为设计圆筒筛分拣装置提供设计思路与数据参考。（4）绘图法。采用SolidWorks和AutoCAD进行绘图。第3章垃圾分拣装置的主体结构设计3.1垃圾分拣装置的总体技术要求 国内现有滚筒筛垃圾分选装置根据筛子的种类可以划分为：摆动筛、固定筛、滚筒筛和振动筛。查阅资料，对相关筛的优缺点进行分析，最终选取圆筒筛为垃圾分拣装置的筛子。考虑垃圾在分拣装置中的出筒，圆筒筛径向需留有3°-5°的倾斜角，以便垃圾排除。对现有垃圾分拣装置进行考察，初步将垃圾分选装置的的基本参数规定如下：(1)工作效率：15~20t/h;(2)功率：小于1kw・h/t;(3)圆筒筛转速：5~10r/min;(4)圆筒筛内径：1.5m；(5)圆筒筛长度：4.6m；(6)圆筒筛倾角：3°-5°。3.2垃圾分拣装置的总体结构如图所示，为垃圾分拣装置的结构图。分拣装置主要有10部分构成，分别为：机架、进料斗、电机、减速器、圆筒筛、支撑轮、传动长轴、出料斗、下部出料筒和防护罩组成。其工作原理为;电机固定在机架上，通过联轴器连接减速器进而带动支撑轮旋转通过摩擦力带动圆筒筛旋转，垃圾从进料斗进入圆筒筛内，垃圾在圆筒筛中旋转，受到其离心力的用垃圾被推到圆筒筛的内壁上，体积较小的垃圾会穿过圆筒筛筒壁的通孔，最终落入下部出料斗内，体积较大的垃圾收到其本身重力的影响划出圆筛筒，落入出料斗内。图3.1垃圾分拣装置整体结构示意图3.3电动机的选用工业上常用的动力来源主要由柴油机、汽油机和电动机。其中，柴油机具有输出功率高、耐用的优点，但其噪音较大、排放相对较高污染环境；汽油机具有维护成本低、燃料容易获取的优点，但存在燃料价格波动较大、经济比较差的缺点；电动机具有效率高、零排放、噪音小的优点，因此选择电动机为垃圾分拣装置的动力来源。考虑到电机需要固定在机架上工作，因此选取Y系列三相异步电动机作为动力源。参考垃圾分拣机的参数要求，其工作效率为15～25t/h，功率小于1KW・h/t，因此电机的功率选择在15～25KW之内。查阅相关设计资料，选取电动机功率为15KW。现有电动机有开放型，保护型，防爆型和封闭型几种类型。开放型电动机：适用于环境条件较为温和、干燥、无腐蚀性气体和粉尘的场所，如办公室、车间等。这种电动机结构简单、散热良好，但易受环境影响，需要定期清洁和维护。保护型电动机：适用于环境条件较为恶劣、多灰尘、湿度较高或可能有轻微腐蚀性气体的场所，如一般工业车间、矿山等。这种电动机在结构上增加了防护罩或风机罩等装置，提高了对外部环境的适应能力。防爆型电动机：适用于易燃易爆场所，如化工厂、油田、油轮等。这种电动机在结构上增加了防爆措施，如采用防爆外壳、使用特殊材料等，以防止电机内部产生的火花或高温引发爆炸。封闭型电动机：适用于潮湿、多粉尘、腐蚀性气体较多的场所，如水泵、风机等。这种电动机在结构上采用了封闭式设计，防止外部环境的灰尘、水汽等物质进入电机内部，提高了电机的使用寿命和可靠性。考虑到垃圾分拣装置的工作环境比较恶劣，会受到污水、灰尘的影响，因此保证电机的正常工作状态，和工作人员的安全。因此选择封闭式电动机。查阅相关资料可知，选择电机的外壳防护等级为封闭式（IP44）。最终选取Ｙ系列的三相异步电动机其功率为15kw其类型为防护式（IP44），型号为Y180L-6，该电机的同步转速1000r/min，满载转速970r/min，额定最大转矩2.0kn・m满载效率89.5%，净重200kg。3.4减速器的选用由上节可知垃圾分拣装置的动力来源为一台电机过高的转速不能满足实际的工作要求，因此应选择合适的减速器降低传动过程中的转速。计算垃圾分拣装置减速器的传动比。按照筛筒转速8~15r/min进行计算：(1)求总传动比i:(3-1)设计圆筒筛的外圆直径1500mm，减速器联接驱动的托轮直径350mm。(2)求出第二级传动比:(3-2)(3)则求出减速器的传动比i1．（3-3)初步取减速器的传动比为i1＝20查表9-2-1用二级圆柱齿轮减速器（ZLY型）。根据已知情况，减速器的输入功率为电机的输出功率：(3-4)查阅相关资料可知，在传动比为20，转速1000r/min的条件下，ZLY减速器低速级中心距125mm时许用输入功率为12kw，低速级中心距140mm时许用输入功率为18kw。由此可得，(3-5)减速器选取140mm的低速中心距。根据垃圾分拣装置的总体结构，选择ZLY减速器的装配型式为II型，即左后侧输入，右前侧输出。由此确定减速器的型号为ZLY140-20-1，ZBJ19004-1988。对硬面圆柱齿轮减速器的承载能力进行计算。(1)减速器输入轴与电动机的输出轴固定，因此进行强度计算：(3-6)式中：—减速器的允许传递功率，kw；—减速器名义输入功率，kw；Ka—工况系数。由表9-2-3，＝18kw；由于传动采用摩擦传动，转速慢，电动机驱动．按轻微冲击（均匀）载荷，每天工作8h，由表9-2-6，Ka＝1；由前面的计算，取P＝13.4kw，得(3-7)所选减速器强度足够。(2)由下面公式进行热功率校核：(3-8)—减速器的热功率；—环境温度系数；—负荷率系数；—功率利用系数；考虑到垃圾分拣装置的工作环境。查阅相关资料可知，减速器热功率为＝35kw：查阅相关资料可知，减速器的冷却方式为自然冷却，按工作环境温度最高40摄氏度，取＝1.35，负荷率按100％计算，取=1，由许用功率利用率p/p1=13.4/15=0.895.取=1，由此得(3-9)所选减速器散热能力满足要求。由此，可以选择ZLY140-20-1ZBJ19004-1988减速器。查阅相关资料可知，得到ZLY140-20-1减速器的安装尺寸。3.5联轴器的选用电动机输出轴和减速器输入轴之间需要联轴器进行固定可连接。考虑到垃圾分拣装置在工作过程中载荷相对平稳的特点，选用TL型弹性套柱销联轴器。该联轴器具有承担载荷大、价格便宜和保养方便的优点。根据载荷等尺寸要求对联轴器进行选型，转矩Tc由下式求出：(3-10)式中—理论转矩，N・m；—公称转矩，N・m；—计算转矩，N・m；P—驱动功率，kw；K—工作情况系数；n—工作转速，r/min；已知联轴器的转速和电机的转速相同，则转速最大为1000r/min，其工作时负载相对均衡，查取相关资料可知其工况系数K＝1.0～1.5，取K＝1.5计算。其驱动功率为电机额定功率。(3-11)查阅相关资料可知，电动机Y180L-6的输出轴轴径为：48m。由表9-2-9，ZLY140-20-1减速器的输入轴轴径为28mm。根据电动机和减速器的轴径，查表5-2-22，发现没有标准的LT型弹性套柱销联轴器能够满足轴径要求。根据公称转矩，初步选定电动机和减速器之间的LT型弹性套柱销联轴器型号为TL7，轴孔需要自行加工。TL7公称转矩为Tn＝500Ｎ・ｍ。因为，所以选用TL7型弹性套柱销连轴器满足功率要求。3.6筛筒的整体设计查阅关于垃圾分拣装置圆筒筛的相关资料，得出圆筒筛根据同一圆周上筛片的多少可分为单片筛和多片筛结构。其中多片筛的结构相对复杂、价格较高，但维护方便容易更换；单片筛结构简单、价格便宜，但更换相对复杂。根据形状的不同筛筒还可以分为：圆形筛筒、多边形筛筒和圆加多边复合筛筒。其中圆形筛筒结构简单、旋转平稳；其余两种结构相对复杂、平衡度较差。垃圾分拣装置工作时速度较慢同时筛筒径向面积要求较大，因此选取圆形筛筒作为垃圾分拣装置的筛筒，同时考虑其经济型采用单片式结构。图3.2筛筒的整体设计图垃圾分拣装置为了使垃圾在筛筒里从进料口到达出料口，一般使用筛筒倾斜的办法依靠垃圾本身的重力使其移动。设计机架前设计筛筒的倾角。圆筒径向倾角一般为3°~5°。本次设计中垃圾分拣装置筛筒的倾斜角为5°。3.7垃圾分拣装置的传动设计现有的机械传动方式主要由齿轮传动、链传动、皮带传动和摩擦传动，齿轮传动具有精度高的优点，但传动距离短；链条传动传动距离较远，但造价相对较贵；皮带传动容易打滑精度较低；摩擦传动传动相对平稳同时噪声相对小，但精度低。结合垃圾分拣装置的工作要求，选取摩擦传动作为其传动方式。图3.3总体传动图考虑到圆筒筛的驱动方式，有中心轴驱动和圆筒外侧驱动两种。中心驱动具有设计简单制作方便的优点；但对工作环境有要求。考虑到垃圾分拣装置的工作环境较为复杂，垃圾种类较多，因此选取圆筒外侧驱动作为其驱动方式。外侧驱动有双边驱动和单边驱动两种，单边驱动造价相对低，但运行不够平稳；双边驱动具有负载大、运行平稳的优点；考虑到成本因垃圾分拣装置的驱动方式为单边圆筒外侧摩擦驱动。总体传动如图3.7所示，其工作原理为电机通过减速器减速带动主动托轮旋转，主动拖轮通过传动轴与被动托轮连接，两组托轮旋转通过摩擦力带动筛筒旋转。3.8传动长轴的设计垃圾分拣装置的总体设计可知传方式为单边圆筒外侧摩擦驱动，由于圆筒筛的长度较大，因此需要一根长轴作为传动轴连接前后摩擦轮。根据是否承受转矩和弯矩，轴可以分为转轴、传动轴和心轴三类。分析垃圾分拣装置在工作状态中，长轴需要传递摩擦轮的转矩，以及自身的较小弯矩，属于传动轴。选择轴的材料由于该轴比较长，设计该轴中间为空心轴。空心轴的两头焊接实心轴头。由于该轴只传递转矩，受载较小，查阅相关资料，中间空心轴选用20钢制作，轴头选用45钢制作。计算轴径考虑到该传动轴较长，受载荷较小因此设计为空心轴，其材质为20号钢，轴的两端为45号钢制作。根据选材的经济型，选取钢管为长轴的中心段。已知该长轴主要是传递转矩，可以只按轴所受的转矩进行计算。扭转强度条件为：(3-12)式中：T————轴传递的转矩，，————轴的抗扭截面系数，mm；P————轴的传递功率，kw；n————轴的转速r/min；————轴材料的许用切应力，Mpa。对实心轴，(3-13)则实心轴径选择的计算公式为：(3-14)对空心轴，(3-15)而空心轴径选择的计算公式为：(3-16)上两式中：(3-17)————轴的直径，mm；T————轴传递的转矩，，；————轴传递的功率，kw；————轴的转速，r/min；————轴材料的许用切应力，Mpa；————系数，(3-18)y————空心轴的内径和外径之比，(3-19)传动长轴实心轴头用45钢，查表5-1-1，由于弯矩相对转矩较小（只受自重的弯矩），且载荷平稳，故取，A=103。由于前后两个拖轮驱动整个筛筒。按前后拖轮功率平分原则计算，传递功率按平时输出功率计算，则(3-20)电动机转速。减速器减速比i=20，则传动轴的转速为，(3-21)则传动长轴的实心轴头轴径为：(3-22)传动长轴空心轴用20钢，查表5-1-7，取，A=126。取y=0.8则传动长轴的空心轴外径为：(3-23)由此，取传动长轴实心轴头轴径为60mm，空心轴轴径为80mm，由y=0.8，则内径为64mm，壁厚8mm。3.传动长轴的总体结构设计根据垃圾分拣装置的工作原理可知；传动轴主要是传递转矩，因此没有其他部件，所以该轴为光轴。考虑到，传动轴中心为钢管制作，两端选取采用直径80mm的45钢制作。其链接方式考虑采取焊接方式。为了联结牢靠，在联接头处开V型槽焊接，焊接牢固后，在螺纹联接的中段圆周方向间隔90°配打四个直径15，深14mm的孔（含空心轴壁厚8mm）堆焊，将轴头和空心轴联结为一体，增加轴传递扭矩的牢固性。传动长轴通过轴器与前端主动托轮和后端被动托轮联接。3.9前端主动托轮组的设计图3.4前端主动托轮组如图所示，为前端的主动托轮，其作用为传动和支撑的作用，该托轮一端通过联轴器与减速器连接，另一端通过联轴器和传动轴连接。考虑其经济型，前端和后端托轮除一侧托轮轴有区别，其他设计一样。为设计简单，联轴器同样选择TL型弹性套柱销联轴器。查阅相关资料，ZLY140-20-11减速器输出轴直径为65mm。托轮的设计如图2-12所示，托轮为两端带有轴的圆柱形，其材质为Q235A，考虑垃圾分拣装置工作时对摩擦系数有要求；将橡胶圈附着在托轮外侧作为摩擦圈。图3.5托轮示意图２、前端主动托轮轴的设计由分析可知托轮中心轴的作用时传递转矩同时中间部分还需承受一部分弯矩主要来源于自身和筛筒的重量。因此设计轴的直径为60ｍｍ。分选机传动到前端主动托轮轴的总效率为：(3-24)式中：————电机与减速器之间联轴器的传动效率，查表取值0.98————减速器的传动效率，查表取值0.96————减速器与前端主动拖轮轴之间联轴器的传动效率，同故=0.980.960.98=0.92，则前端主动拖轮轴前端的传动功率为：=(3-25)由前端主动拖轮轴传递功率p=12.3kw，转速为n=50r/min,采用45钢制作，查阅相关资料，取兆帕，取A=103前端主动拖轮轴前端轴头的轴径为：(3-26)则取轴径为65mm，与减速器输出轴相同。托轮轴的作用时传递转矩同时中间部分还需承受一部分弯矩主要来源于自身和筛筒的重量。按弯扭合成强度计算前端主动拖轮轴中间段，查表5-1-9，实心轴按弯扭合成强度计算公式为：(3-27)(3-28)式中：————轴的直径，mm；————轴在计算界面上的工作应力，Mpa————轴在计算截面上的合成弯矩， ————轴在计算截面上的转矩，————许用弯曲应力，Mpa————根据切应力变化性质而定的校正系数，切应力按对称循环变化时，=1，切应力按对脉动循环变化时，(3-29)切应力按对称循环变化时，(3-30)由于垃圾分拣装置，前端主动拖轮轴的切应力是有重力产生，属于对称循环变化，则=1。由计算可以得知，筛筒的重量为1747+160=1907（kg），按四个拖轮平均承担筛筒重量，则单个拖轮承受的重量为，又知单个拖轮重32kg。则前端主动拖轮轴承受的重量为477+32=509（kg），受力为5090N.前端主动拖轮轴的传递的转矩为：(3-31)45钢正火和回火时，=55Mpa(3-32)则前端主动拖轮轴径为：(3-33)则前端主动拖轮轴轴径为80mm。3.10后端主动托轮组的设计筛筒工作时需要保持平衡，后端托轮组轮固定在传动轴的一端，其主体结构与前端主动托轮相似主要区别为托轮轴的长短。其结构如图所示。图3.6后端托轮组3.11支撑托轮组的设计筛筒工作时需要保持平衡，支撑轮固定在筛筒的一端，支撑轮属于被动运动，其主体结构与主动托轮相似，不存在连接传动轴的轴头，其结构如图所示。图3.7支撑托轮组3.12传动可靠性的校核圆筛筒的受力方式如图所示，圆筛筒中心与两个托轮形成一个的边三角形。由于其托轮位置相互对称，因此每个托轮所受到的力相同。如图所示为垃圾分拣装置的受力分析，当分拣装置工作时，垃圾进入圆筛筒，受到重量的影响，圆筒筛与托轮之间的正压力变大，考虑到钢与橡胶两种材料的摩擦系数为0.8，同时垃圾分拣装置工作时转速相对较低，因此筛筒能够避免打滑的现象。3.8圆筛筒托轮配合示意图3.13小结对垃圾分拣装置进行了结构设计，选择了其电机型号和减速器、联轴器，设计器圆筒筛的结构和托轮等构件，对传动轴进行了设计和校核。第4章垃圾分拣装置的配套结构设计4.1进料斗的设计图4.1进料斗常见的进料方式主要有传送带和斗式两种。其中料斗的使用成本较低，操作简单，但人力消耗较大；传送带的进料方式自动化成都高，但成本较高结构复杂。考虑垃圾分拣装置的工作情况，采用斗式进料的方式。进料斗的材质选取Q235A钢板，其结构如图所示，该进料斗整体形状为带有圆形接口的长方体形，其内部为中空形状，圆形接口大小与圆形筛筒大小相同，工作时，其底部安装在机架上，圆形接口与圆形筛筒对接，保证垃圾的进入。4.2终端出料斗的设计根据垃圾分拣装置的工作原理，较大体积的垃圾从圆筛筒末端出来，因此需要设计一款出料斗。其材质为Q235A钢板，其结构如图所示，整体为带有凹槽的长方体形状。图4.2终端出料斗4.3下部出料斗的设计图4.3下部出料斗考虑到尺寸的垃圾从圆筛筒的小孔中筛出，因此为便于收集，设计下部出料斗。其材质为Q235A钢板，其结构如图所示，整体为带有凹槽的梯形形状。4.4机架的设计图4.4机架如图所示，机架的整体结构为带有5°倾斜角的梯形，其材质为Q235A，中部留有通孔方便圆形筛筒分拣体积较小的垃圾进入下部出料斗，其倾斜面上留有4组圆形通孔用于固定其托轮组。4.5防护罩的设计图4.5防护罩考虑到尺寸的垃圾从圆筛筒的小孔中筛出，旋转中的圆形筛筒具有一定的危险性，因此为便于垃圾的收集和安全防护，设计安全防护罩。其材质为Q235A钢板，其结构如图所示，整体为U形。4.6小结本章对垃圾分拣装置的进出料斗、机架、防护罩进行了结构设计。第5章结论本设计为垃圾分拣装置的结构设计，相对于市面上现有的垃圾分拣装置，该分拣装置具有结构简单、应用范围广、精度高的优点。本篇文章的工作内容如下：对比国内外不同类型的垃圾分拣机，并分析其优缺点，并思考垃圾分拣机的发展趋势，设计了一款圆筛筒式的垃圾分拣装置；该装置以电机为动力源，通过带动圆筒筛中旋转，分拣出不同体积的垃圾。对垃圾分拣装置进行了结构设计，选择了其电机型号和减速器、联轴器，设计器圆筒筛的结构和托轮等构件，对传动轴进行了设计和校核。通过Solidworks建立了垃圾分拣装置的三维模型，通过CAD建立了垃圾分拣装置的二维模型，展示了垃圾分拣装置的基本结构，该垃圾分拣装置具有结构简单、应用范围广、精度高的优点。

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