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本科畢業(yè)設計（論文）
題 目： 垃圾分類篩選機的設計
英文題目： Design of garbage sorting and screening machine
學 院：
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年 5 月 10日
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明
該畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或其他機構已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。其他同志對本研究的啟發(fā)和所做的貢獻均已在論文中作了明確的聲明并表示了謝意。
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日期： 年 月 日
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作者簽名： 導師簽名： 日期： 年 月 日
摘要：本文分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，了解了國內(nèi)外相關研究的背景，進行了垃圾分選機的設計，主要從以下幾個方面進行研究：機械零件設計要求，垃圾分選機的配套結構設計，機械裝置的主要結構設計和主要參數(shù)設計計算；采用PLC可實現(xiàn)精準控制，做到隨用隨聽，本次設計的目的針對于國內(nèi)的分選機械進行垃圾分類，不僅可以緩解工人的勞動壓力和強度，還有利于垃圾的分類處理，既使得垃圾得到充分的利用，還有效的節(jié)約了資源，保護了環(huán)境；本設計的另一個意義是希望能夠帶動垃圾回收利用行業(yè)，促進進一步加快我國垃圾回收行業(yè)的整體進步。
關鍵字：分選機 結構設計 機械裝置
I
Abstract:This article analyzes the current status of research at home and abroad, understands the background of related research at home and abroad, and designs the garbage separator. The research is mainly from the following aspects: mechanical parts design requirements, supporting structure design of the garbage separator, The main structural design and main parameter design calculation of the mechanical device; the PLC can be used to achieve precise control, and to be used as needed. The purpose of this design is to sort waste in domestic sorting machinery, which can not only ease the labor pressure and The strength is also conducive to the classification and treatment of garbage, which not only makes full use of the garbage, but also effectively saves resources and protects the environment. Another significance of this design is to hope to promote the garbage recycling industry and promote the further acceleration of China's garbage recycling. The overall progress of the industry.
Key words: Sorting machine Structural design Mechanical device
III
目錄
1緒論 1
1.1研究背景 1
1.2 國外研究概況 1
1.2.1 鄧忠廉式垃圾分類機 1
1.2.2 集成聯(lián)體型生活垃圾分類機 2
1.3 研究主要內(nèi)容 3
1.4 研究的主要方法 4
2總體結構設計 5
2.1垃圾分選機的總體設計 5
2.2垃圾分選機的動力輸入設計 5
2.2.1 選擇電動機類型 5
2.2.2 確定電機工作時的功率 6
2.2.3 減速器的選用 7
2.2.4 聯(lián)軸器的設計 8
2.3垃圾分選機篩筒的設計 8
2.3.1篩筒的整體設計 8
2.3.2篩片的設計 8
2.3.3 篩架的設計 9
2.4 機械裝置的傳動設計 11
2.5 傳動長軸的設計 11
2.5.1 選擇軸的材料 11
2.6 前端主動托輪組的設計 13
2.6.1 托輪的設計 14
2.6.2 前端主動托輪軸的設計 14
2.7 后端主動托輪組的設計 17
2.8 支撐托輪組的設計 17
2.8.1 傳動可靠性的校核 17
3 垃圾分選機的部分結構設計 19
3.1垃圾分選機進出料斗的設計 19
3.2 終端出料斗的設計 20
3.3下部出料斗的設計 21
3.4 機械裝置存在的問題 21
3.5 使用要求及注意事項 22
4 控制系統(tǒng)總體方案設計 23
4.1 電氣控制系統(tǒng) 23
4.1.1驅動器的選擇 23
4.1.2 電機驅動電路 23
4.1.3 電氣原理圖 24
4.2 PLC驅動電機 25
總 結 26
參考文獻 27
致 謝 29
ii
青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計（論文）
1緒論
1.1研究背景
城市生活垃圾雖然是廢棄物，但這并不表示垃圾就是百害無一利的。可能在某一方面他確實毫無價值，但是在另一方面卻能大放異彩。如降解垃圾中的有機廢物，可以得到制造有機肥料的好材料。有效的垃圾資源化可以在資源，能源的節(jié)約和保護和在減少污染和保護環(huán)境方面產(chǎn)生積極地作用。目前我國都市生活垃圾常采用的填埋、焚燒和堆肥處理都存在一定程度的劣勢。這一問題可以通過先分類回收城市生活垃圾，再生大部分有用物質，然后在進行填埋焚燒堆肥處理解決。這樣不能能在經(jīng)濟方面節(jié)省大量資金，更為重要的是最大程度的實現(xiàn)了垃圾無害、減量和再資源化。手選，粉碎，篩選，分離，干燥等方法，可以回收從垃圾中有用的材料，可以減少垃圾對環(huán)境的負面影響，將生活垃圾按一定特性分類收集和處理將得到的有用物質加以利用；本設計分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，了解了國內(nèi)外相關研究的背景，研究進展和未來發(fā)展，總結了相關機構研究中仍然存在的問題，從而確定了本文的主要研究內(nèi)容。設計的主要步驟如下：研究的目的和意義→國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀→研究的主要內(nèi)容→總體設計→機械零件設計要求→機械機構的尺寸分析和設計→機械裝置的主要結構設計和主要參數(shù)設計計算。
1.2 國外研究概況
1.2.1 鄧忠廉式垃圾分類機
如圖1.1所示，垃圾分類器大致分為三個級別：上層，中層和下層。它包括一個垃圾堆放平臺（7），一個漏斗式垃圾桶（1），一個錐形震動機（3）和一個轉盤。分類臺（5），固定操作分類臺（8），各種類型的傳送帶（10、11），其中的傾卸平臺位于上方，漏斗式垃圾桶的口固定在垃圾上傾卸平臺。垃圾箱的下部裝有錐形沖擊機和轉盤分類臺。固定操作分類臺由旋轉盤分類臺下部的支撐柱支撐。各種類型的傳送帶在固定操作分類表的下方垂直和水平排列。振動馬達（2）和連接到錐形振動篩的振動板安裝在錐形振動篩中。圓錐振動篩的圓錐F和漏斗式垃圾桶的下部柱可形成排出口，排出口以圓形旋轉。圓盤分揀臺的中心軸配有錐齒輪。旋轉盤分類臺馬達（4）固定在分類臺的中央，錐齒輪安裝在馬達軸上并與中心軸錐齒輪嚙合。固定操作平臺均勻地設有座板（14），座板的側面設有分類廢物輸入口（9）。廢物輸入端口連接到傳送帶。垃圾分類機的工作過程：將五色袋裝垃圾車放入車內(nèi)，運至垃圾傾倒平臺（7）后，通過自動卸料裝置將垃圾倒入漏斗式垃圾箱，再進行錐形震動機將垃圾均勻地在轉盤分類臺上振蕩。（6）是一種五色垃圾袋，它在旋轉工作臺旁邊振動和滑動。工人坐在固定桌子周圍的座位上，迅速拿起他指定的彩色袋，并將其放入分類垃圾輸入口。垃圾袋在運輸后會落在五色制袋垂直輸送帶上，然后落在五色制袋水平輸送帶上，然后落在五色制袋垂直輸送帶上，兩條縱向水平輸送帶，可自動分類廢物，并送到五個分類車間進行徹底和詳細的分類，實現(xiàn)廢物分類；
圖1.1 鄧忠廉式垃圾分類機
1.2.2 集成聯(lián)體型生活垃圾分類機
如圖1.2垃圾分類機由垃圾分類機主體1，料斗11，齒輪輥8,9，浮動蓋5,6，垂直排刀10，固定分類設計板4，旋轉刻度盤3，固定的分級傾斜板16，分級角支架14，控制器12，電動機13和電動機傳動機構。在機體上安裝有料斗，料斗的底部出口與安裝在機體中的兩個齒輥連接，并且在兩個齒輥的上部分別安裝有浮動的可移動蓋板。由單排豎直葉片組成的豎直排葉片相對于前齒輥附接至蓋板的聯(lián)接軸的底部。從后齒輥的頂部到底部順序安裝與齒輥距離不同的固定分類板。旋轉刻度盤，固定分類板和篩板連接到相應的固定分類板和旋轉分類板的下部。在相應的固定分類板和固定分類斜板的下部安裝有隔板，電機安裝在機身底部。電機與安裝在機身正面的控制器相連，以控制儀表根據(jù)操作說明自動啟動，關閉，倒車，卡紙報警等。齒輥由多個圓盤型組成齒盤以固定距離布置在輥芯上，或者可以直接在輥芯上生產(chǎn)。一種由許多排列的齒和其他類型的齒輥組成的齒輥。齒輥的傳動輪的直徑大于齒輥8的直徑。相應的后齒輥的旋轉速度比前齒輥的旋轉速度快，從而適合于垃圾的傳輸。該綜合聯(lián)體式家庭垃圾分類機具有新穎的結構和設計,有利于保護環(huán)境，方便但是，其結構復雜且制造成本也相對較低。
圖1.2 集成聯(lián)體型生活垃圾分類機
1.3 研究主要內(nèi)容
本次設計的分選機主要根據(jù)混合垃圾中不同物質的不同物理尺寸進行分選，使用圓筒篩進行分選。目前國內(nèi)外有許多垃圾分選機的資料，垃圾滾筒篩分選機與其他分選機在結構上有部分相似之處可以借鑒，以此幫助完成本次設計，研究的主要內(nèi)容可分為以下個方面；
(1)確定垃圾分選機的篩分類型及其基本參數(shù)；設計主要由篩筒，減速器，支撐輪，傳動長軸，電機，進料斗，出料斗和機架組成。篩筒驅動方式定為單側摩擦驅動。篩體分為四段。篩體依靠兩端摩擦輪圈傳動。生活垃圾圓筒篩分選機設計應考慮篩筒結構、驅動方式、傳動形式、性能參數(shù)等。
(2)對比其他分選機的，找出圓筒式篩分選機的優(yōu)勢與劣勢，進行應用可行性分析；
(3)參照其他分選機，設計出城市生活垃圾圓筒篩分選機。主要需要選定分選機的動力裝置，對篩筒進行設計，設計傳動裝置，出料斗和其他輔助裝置。
(4)用AutoCAD繪制工程圖，并對垃圾圓筒式分選機各參數(shù)進行驗證，查閱各類相關設計手冊,并到工廠進行參觀實習,結合設計理論,在指導老師的輔導下進行研究,通過理論和實際研究確定方案是否可行。
1.4 研究的主要方法
（1）查閱有關專業(yè)權威文獻。借用相關參考書以了解垃圾分類篩選機械裝置的基本結構；
（2）調查國內(nèi)外現(xiàn)有垃圾分類篩選機的結構設計實例，了解國內(nèi)外行業(yè)的發(fā)展狀況；
（3）要查詢與該主題研究有關的一定數(shù)量的中文和英文資料，就需要現(xiàn)代文獻檢索系統(tǒng)和能夠檢索互聯(lián)網(wǎng)文獻的能力；
（4）認識到垃圾分類篩選機械裝置的工作原理和運動原理，以及垃圾分類篩選機械裝置機械傳動關鍵部件的參數(shù)選擇和設計；
（5）垃圾分類篩機機械傳動裝置主要部件的強度校核，繪制主要部件的零件圖二維圖等；
2 總體結構設計
2.1 垃圾分選機的總體設計
2.1.1 垃圾分選機的總體技術要求
根據(jù)前面國內(nèi)外調查現(xiàn)狀，本垃圾分選機的基本原理為：利用圓筒篩體作旋轉運動把垃圾按大小分級，篩面為打孔薄板，篩筒傾斜安裝，當垃圾物料進入篩體內(nèi)部，將隨篩體的轉動做螺旋狀翻動，在此過程中留在篩體內(nèi)的物料成為篩上物，從篩體底端排出。大小比篩孔小的物料被篩下成為篩下物，篩管長度，速度，直徑，孔的直徑，角度等影響篩分效率，為了方便物料出筒，分選機的篩筒徑向應該要有4度左右的傾斜角，便于垃圾在筒內(nèi)軸向前進，該垃圾分選機的基本設計參數(shù)初定如下：
(1)處理量：15t/h;
(2)能耗：0.8kw?h/t;
(3)篩筒轉速：8r/min;
(4)篩筒內(nèi)徑：1.5m；
(5)篩筒長度：4.8m；
(6)篩筒傾角：4°；
2.2垃圾分選機動力輸入設計
2.2.1 選擇電動機類型
在選擇電機時要考慮的第一件事就是功率選擇，總而言之，請注意以下兩點：一是發(fā)動機的功率太小了容易發(fā)生了一個所謂的“馬車”的現(xiàn)象，二是使用長時間過載，電機可能會破壞發(fā)動機的保溫材料，當發(fā)動機輸出功率太大的時候，“大卡機”的現(xiàn)象不能完全使用，不僅因為它不好。還因為功率系數(shù)和效率并不理想。這也導致了電力損失，為了正確選擇發(fā)動機輸出功率，必須經(jīng)過以下公式計算或比較（2.1）。
（2.1）
這里p是計算的力，測量單位是千瓦，f是所需的張力，單位是N，v是工作機的線速度m / s。另外。最常見的是使用類比來選擇發(fā)動機功率，測試方法是讓電機為相關設備供電，應該用較少的動力更換發(fā)動機。如果測得的電機電流超過標明的額定電流40％以上，這個時候，需要考慮扭矩發(fā)動機輸出的公式（2.2）。
(2.2)
式中：P：代表功率，單位是kw；
N：電機的額定轉速，單位是r/min；
T：轉矩，單位是N·m；
下表2.1為不同型號的發(fā)電機的拉力力矩情況，從中能夠看出，隨著拉力的增大，力矩也在進一步增大，根據(jù)電動機在勻速轉動時的轉矩，以電動機的最大轉矩為標準。
表2.1 發(fā)動機輸出扭矩力矩
號數(shù)/號
0.4
0.6
0.8
1.0
1.5
2.0
直徑/mm
0.10
0.12
0.14
0.16
0.20
0.23
拉力/Kg
4.8
5.6
6.8
8.3
9.9
12.7
力矩
0.00065
0.0025
0.0029
0.0033
0.0 041
0.0047
我們根據(jù)電機在勻速轉動時的轉矩為依據(jù)，以電動機的最大轉矩為衡量標準，選取2.0系列三相異步電動機系列直流電動機，如圖2.1所示。
圖2.1 籠型三相異步電動機
2.2.2 確定電機工作時的功率
電機正常工作時所需要的功率PW（2.3）。
= （2.3）
式中，取。
電動機的輸出功率P0（2.4）：
== （2.4）
其中，齒輪傳動效率，聯(lián)軸器的效率，滾動軸承效率，所以：
得： （2.5）
選取電動機的額定功率，使,查機械設計手冊得電動機的額定功率為：。根據(jù)工作參數(shù)的要求，處理量為15 t/h，能耗小于0.8KW?h/t，通過參考國外垃圾分選機的設計參數(shù)，設計擬定功率為15KW的電動機，所以電動機選擇型號為：2.0系列籠型三相異步電動機，
2.2.3 減速器的選用
根據(jù)設計參數(shù)，可以初步計算出減速器應該采用的傳動比的范圍，按照篩筒轉速8r/min進行計算：
(1)求總傳動比i:
(2.6)
設計篩筒傳動圈直徑1500mm左右，減速器聯(lián)接驅動的托輪直徑350mm左右。
(2)求出第二級傳動比:
(2.7)
(3)則求出減速器的傳動比i1．
(2.8)
在垃圾分選機的設計中，確定減速器傳動比為i1＝20，經(jīng)過理論分析可用用二級圓柱齒輪減速器。
2.2.4 聯(lián)軸器的設計
在電動機和減速器之間的傳動，要通過聯(lián)軸器來實現(xiàn)。根據(jù)垃圾分選機的需要以及電動機和減速器的型號選用合適的聯(lián)軸器，一般連軸器是根據(jù)載荷情況、轉矩、軸直徑和工作轉速來選擇，轉矩Tc由下式求出：
(2.9)
式中
—理論轉矩，N?m；
—公稱轉矩，N?m；
—計算轉矩，N?m；
P—驅動功率，kw；
K—工作情況系數(shù)；
n—工作轉速，r/min；
由設計可知，聯(lián)軸器聯(lián)接電動機和減速器，聯(lián)軸器的工作轉速n也就是電動機的輸出轉速，最大為n＝1000r/min。工作情況系數(shù)取K＝1.5計算，電動機的功率15KW。
(2.10)
根據(jù)公稱轉矩，初步選定電動機和減速器之間的LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器型號為TL7，軸孔需要自行加工。TL7公稱轉矩為Tn＝500Ｎ?ｍ。
因為，所以選用TL7型彈性套柱銷連軸器滿足功率要求。
2.3垃圾分選機篩筒的設計
2.3.1篩筒的整體設計
設計篩筒結構為圓形。采用多篩片安裝到篩架上，方便拆卸更換和維護。篩筒的兩邊同時設計滾圈，作傳動環(huán)使用，如圖2.2所示。
圖2.2 篩筒的整體設計圖
2.3.2篩片的設計
篩片材料采用8mm厚的Q235鋼板，篩片設計如圖2.3所示。通過螺栓與篩架聯(lián)接，方便拆卸和維修。根據(jù)設計要求的篩簡直徑1.6m，篩片展開為1200mm總共50塊篩片采用鋼板16塊780mm，可以采用1.2m寬、2.5m長的鋼板分為三塊。
圖2.3篩片設計圖
2.3.3 篩架的設計
篩架起著支撐篩片的作用，要達到一定的強度，根據(jù)實際情況，篩架沒有必要頻繁更換篩架部件，所以采用焊接成型。篩架兩側傳動滾圈和中間聯(lián)接圈、進料端和出料端兩側擋緣均采用20mm厚Q235鋼板；中間圈焊接加強肋緣，用18mm厚Q235鋼板，中間篩環(huán)肋條采用Q235鋼板。角鋼上打孔，方便安裝篩片，如圖2.4。每篩架共用角鋼50條。
圖2.4篩架的設計圖
根據(jù)設計要求，并已知電機轉速和減速器減速比，篩筒的轉速可租略計算為：
(2.11)
垃圾在滾筒內(nèi)的運動可以近似簡化為：垃圾先隨滾動到篩筒頂端，然后往下作自由落體到篩筒底端的運動。
前半段時間為：
(2.12)
后半段時間為：
(2.13)
整段過程前進距離為：
(2.14)
則前進速度約為：
(2.15)
則大塊垃圾在篩筒內(nèi)的總時間為：
(2.16)
取處理量為15t/h，垃圾一般篩下物比較多，假定在篩筒內(nèi)有1/3。則分選機工作時，同一時間在篩筒內(nèi)的垃圾量為：
(2.17)
經(jīng)過計算，篩筒部件重量為1747ｋｇ?？傊貫?907ｋｇ。則工作時篩筒部件重力為：
(2.18)
由篩架設計知兩輪中間距離4.53ｍ。將整個篩架看著一個整體，篩體均由肋角鋼支撐重量。則可近似按均布載荷計算肋角鋼承受的攝大彎矩：
(2.19)
按每條肋板平分載荷計算，周向為6條肋扳，每條肋由兩條45x45x5角鋼焊接成
，則每條
(2.20)
2.4 機械裝置的傳動設計
如圖2.5所示，在驅動選擇上，單邊驅動設計制造簡單。便于控制。雙邊驅動設備平穩(wěn)，功率利用合力。雙邊驅動的分別驅動情況下，如果垃圾物流量小，則可以關掉一邊驅動，節(jié)省運轉成本?？紤]驅動簡單化原則，在本設計的生活垃圾圓筒分選機中．選用單邊摩擦驅動。
圖2.5總體傳動圖
2.5 傳動長軸的設計
2.5.1 選擇軸的材料
已知該長軸主要是傳遞轉矩，可以只按軸所受的轉矩進行計算。扭轉強度條件為：
式中：T————軸傳遞的轉矩，，
————軸的抗扭截面系數(shù)，mm；
P————軸的傳遞功率，kw；
n————軸的轉速r/min；
————軸材料的許用切應力，Mpa。
對實心軸，，則實心軸徑選擇的計算公式為：
對空心軸，，而空心軸徑選擇的計算公式為：
上兩式中：
————軸的直徑，mm；
T————軸傳遞的轉矩，，；
————軸傳遞的功率，kw；
————軸的轉速，r/min；
————軸材料的許用切應力，Mpa；
————系數(shù)，；
y————空心軸的內(nèi)徑和外徑之比，
傳動長軸實心軸頭用45鋼，由于彎矩相對轉矩較?。ㄖ皇茏灾氐膹澗兀逸d荷平穩(wěn)，故取，A=103。由于前后兩個拖輪驅動整個篩筒，按前后拖輪功率平分原則計算，傳遞功率按平時輸出功率計算，則
電動機轉速。減速器減速比i=20，則傳動軸的轉速為，
則傳動長軸的實心軸頭軸徑為：
傳動長軸空心軸用20鋼，取，A=126。取y=0.8則傳動長軸的空心軸外徑為：
由此，取傳動長軸實心軸頭軸徑為60mm，空心軸軸徑為80mm，由y=0.8，則內(nèi)徑為64mm，壁厚8mm。
表2.1 幾種軸的材料
軸的材料
Q235
1Cr18Ni9Ti
35
45
40Cr，35SiMn，2Cr13
[]
12～20
12～25
20～30
30～40
40～52
A
160～135
148～125
135～118
118～107
107～98
圖2.7主軸結構尺寸
2.6 前端主動托輪組的設計
圖2.8前端主動托輪組
主動托輪除了傳動作用之外，同時也起作支撐輪的作用。前端主動托輪軸的前端通過聯(lián)軸器聯(lián)接減速器輸出端，后端通過萬向節(jié)聯(lián)接傳動長軸。如圖2-11所示。為了統(tǒng)一規(guī)格和簡單設計，后端主動托輪和支撐托輪除托輪軸頭和相應的軸承端蓋不同之外，其他設計完全相同，為設計簡單，聯(lián)軸器同樣選擇TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。查表9-2-9，ZLY 140-20-11減速器輸出軸直徑為65mm。
2.6.1 托輪的設計
托輪起著給篩筒傳遞動力和支撐托輪轉動的作用。托輪主體采用Q45材料鑄造。為了保證外圈橡膠在傳動過程中不至于脫落，在托輪主體上設計凸槽。
圖2.9托輪示意圖
2.6.2 前端主動托輪軸的設計
前端主動托輪軸前端軸頭和后端軸頭都只傳遞轉矩。中間安裝托輪段還要承受篩筒和托輪本身產(chǎn)生的彎矩。前端主動托輪軸后端軸頭受力和傳動民軸軸頭相同，設計為相同軸徑，為60ｍｍ。分選機傳動到前端主動托輪軸的總效率為：
式中：————電機與減速器之間聯(lián)軸器的傳動效率，查表取值0.98
————減速器的傳動效率，查表取值0.96
————減速器與前端主動拖輪軸之間聯(lián)軸器的傳動效率，同
故=0.980.960.98=0.92，則前端主動拖輪軸前端的傳動功率為：
=
由前端主動拖輪軸傳遞功率p=12.3kw，轉速為n=50r/min,采用45鋼制作，查表5-1-7，取兆帕，取A=103
前端主動拖輪軸前端軸頭的軸徑為：
則取軸徑為65mm，與減速器輸出軸相同。
前端主動拖輪軸的中間段既要傳遞轉矩，又要承受篩筒和拖輪軸自身的重量產(chǎn)生的彎矩，按彎扭合成強度計算前端主動拖輪軸中間段，查表5-1-9，實心軸按彎扭合成強度計算公式為：
式中：————軸的直徑，mm；
————軸在計算界面上的工作應力，Mpa
————軸在計算截面上的合成彎矩，
————軸在計算截面上的轉矩，
————許用彎曲應力，Mpa
————根據(jù)切應力變化性質而定的校正系數(shù)，
切應力按對稱循環(huán)變化時，=1，
切應力按對脈動循環(huán)變化時，
切應力按對稱循環(huán)變化時，
由于垃圾分選機，前端主動拖輪軸的切應力是有重力產(chǎn)生，屬于對稱循環(huán)變化，則=1，由計算可以得知，篩筒的重量為1747+160=1907（kg），按四個拖輪平均承擔篩筒重量，則單個拖輪承受的重量為，又知單個拖輪重32kg。則前端主動拖輪軸承受的重量為477+32=509（kg），又知拖輪寬100mm，兩端設計60mm間隔，以軸承邊緣為支撐點，假定載荷為集中載荷，則軸的最大彎矩為：
前端主動拖輪軸的傳遞的轉矩為：
查表5-1-1，45鋼正火和回火時，=55Mpa，
則前端主動拖輪軸中間段軸徑為：
則前端主動拖輪軸中間段的軸徑為80mm。
動力輸入端軸頭開18mm寬，長100mm的鍵槽，安裝平鍵傳動。軸與托輪也采用鍵鏈接傳動，軸上鍵槽為22mm寬，100mm長。由此前端主動拖輪軸如圖2-13所示。
圖2.6前端主動托輪軸
2.7 后端主動托輪組的設計
在傳動長軸的后端，通過萬向節(jié)聯(lián)軸器聯(lián)接后端主動托輪軸。和前端主動托輪相同，后端主動托輪除了傳動輪作用之外，同時也起作支撐輪的作用。后端主動托輪軸如圖2.7所示。參照前端主動托輪組，后端主動托輪組結構與前端主動托輪組基本一致。
圖2.7后端主動托輪軸
2.8 支撐托輪組的設計
傳動軸的另一側，有兩個支撐托輪。支撐托輪是起著支撐篩筒轉動的作用。除沒有動力輸入和輸出軸頭外，支撐托輪組的主體結構和主動托輪組一致。組裝后支撐托輪組如圖2.8所示。
圖2.8支撐托輪組
2.8.1 傳動可靠性的校核
根據(jù)整體設計，兩托輪之間距離為945mm，而托輪軸與篩筒中軸的距離為930mm（托輪半徑與篩筒半徑之和），則兩邊幾乎相等，篩筒軸和兩托輪軸連線組成的三角形為等邊三角形。由于篩筒傾角較?。▋A角為5°），近似為水平放置進行受力分析。篩筒靜止時候受力如圖2.8圖（1）所示。
根據(jù)受力，知N1=N2=根號3/3G。由于前端兩個托輪受力和后端兩個托輪受力相同。則此處G為篩筒重的一半。
垃圾分選機工作時，篩筒受力如圖2-18圖（2）所示。由受力分析知道，工作時增大了正壓力。查表1-1-41，鋼與鋼的摩擦系數(shù)為0.15，而鋼材與橡膠皮的摩擦系數(shù)為0.8。由于篩筒轉速低（11r/min），所以在高摩擦系數(shù)情況下，篩筒不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。
(1)靜止受力 (2)工作受力
2.9傳動受力示意圖
3 垃圾分選機的部分結構設計
3.1垃圾分選機進出料斗的設計
如圖3.1和圖3.2所示為垃圾分類篩選裝置的進料口裝置，進料口的設計材料一般選用灰鑄鐵[10]HT200，這樣能夠保證承受足夠多的垃圾，設計大小和尺寸嚴格按照家庭使用為標準。在基于一定的承載能力下，按照下面的樣圖，完成對入料口的設計計算和整體可行性分析。
圖3.1 進料口三視圖 圖3.2進料口的三維設計
設進料口的總承受體積為V料口,每次加工單批次垃圾的平均質量為m1 ,加工垃圾的總質量記為m總 , 進料口的上端邊長記為d1,下端邊長記為d2 ，每次試驗所放入進料口的樣本垃圾總體積記為V試驗。由于垃圾的體積近似可以看作球體，進料裝置可以近似看作正方體，總體積計算方法由查找相關文獻得知（3.1,3.2）。
（3.1）
V試驗= （3.2）
說明：V料口；表示進料口的最大體積；
S上；表示進料口上端正方形的面積；
S下；表示進料口下端正方形的面積；
h；表示進料口的兩端垂直高度；
d1；表示進料口的上端邊長；
d2；表示進料口下端端面邊長；
m總；表示每次加工垃圾的總質量；
m1；表示加工垃圾單個平均質量；
V1；表示樣品垃圾的平均體積；
d；表示樣品垃圾平均半徑；
由上式可以知，我們可以知道，在基于正常誤差范圍內(nèi)，設計取d1為200mm，d2為160mm，h取120mm，通過理論計算V料口為9.8×，V試驗為5.7×。滿足V料口略大于V試驗。通過理論的計算再加上實際的實驗結果論證，得知進料口的設計是合理的。
3.2 終端出料斗的設計
為了分選后大塊料的篩上物能夠順利出簡，方便收集，終端出料斗是分選后的大塊料垃圾從一側的出口。由于篩上物都是大塊物料，黏度減小，故設計出料斗與水平面的角度為35°。出料斗主體用5mm厚Q235鋼板，掛耳選用6.3號Q235-槽鋼。如圖3-2所示。出料斗通過掛耳用螺栓和機架的出料斗斜支撐連接。
圖3.3終端出料斗
3.3下部出料斗的設計
為了小尺寸的篩下物能方便收集，設計下部出料斗。下部出料斗側扳同時作為防塵擋板，防止篩下物中灰塵飄散，同時防止篩出的物料纏繞和腐蝕傳動長軸，如圖3.4所示。
圖3.4下部出料斗
3.4 機械裝置存在的問題
通過對垃圾篩選機械裝置的設計，結合設計數(shù)據(jù)等其他物理條件，總結出主要以下幾個主要的問題：
(1) 因為機械裝置的設計無法滿足不同大小垃圾同時工作的要求，工作時需要把不同大小和尺寸的垃圾相互區(qū)分，給加工造成了不便。
(2) 樣本垃圾的篩選不是很穩(wěn)定，會隨著外界物理條件改變而改變，不少樣本可能會存在漏選情況, 由于生產(chǎn)技術不達標。
為了盡可能的使全過程自動化，設計在原有的基礎上加入設計了一個振動分離裝置，因為電機的轉速要求較高，而分離裝置轉速要求較低，可以通過減速裝置達到所需要求如圖為設計簡圖。
圖3.5 減速裝置結構示意圖
利用垃圾和碎屑的重力不同進行分離。經(jīng)查表得知：傳送帶的摩擦系數(shù)μ大致在0.3～0.5之間，取μ=0.4。根據(jù)力學知識，易得tanθ>0.4 ，取θ=30°。即為傾斜角度。采用曲軸，如圖3.6所示，達到振動的效果，傳送帶必有一定的彈性。故滾筒間的固定采用固定板。
圖3.6 曲軸結構示意圖
3.5 使用要求及注意事項
首先連接電源裝置，然后將電機啟動，觀察電源上的指示標示與理論標志是否一致，如果不一致的話，將電源中的兩個輸電位置調換一下，然后重新嘗試上述的步驟，首要步驟做好后，若機器各部分運轉正常且無異常聲響，即可投料生產(chǎn)。在投料生產(chǎn)之前，應先把準備好的的垃圾分選，把不同尺寸、不同大小的垃圾分開，這樣可以提高機械裝置的生產(chǎn)效率。
4 控制系統(tǒng)總體方案設計
4.1 電氣控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)是由PLC、輸入/輸出（I/O）電路及外圍設備等零部件組成。系統(tǒng)的規(guī)模是根據(jù)實際的需要而定，可大可小。運用在垃圾分類裝置中能夠大大縮減由于時間上控制不精確而造成的工作時間浪費，PLC電器控制系統(tǒng)較計算機控制系統(tǒng)的最大的好處在于實時性和高可靠性，由于控制器是采用自動控制串接為基礎，信號處理的時間間隔非常短暫，速度較快，正常處理時間可以精確到10ms到20ms之間；同時PLC系統(tǒng)采用獨有的抗干擾技術，具有很強的抗干擾能力，使用起來方便快捷，相比較電源控制下的機械系統(tǒng)，可編程邏輯控制系統(tǒng)（PLC）有比較大的優(yōu)勢性可言，具有以下幾個顯著特點；
（1） 可靠性強，抗干擾能力強，接口模塊功能強、品種多，通過控制電機轉速可根據(jù)實際工作情況調節(jié)機器；
（2） 硬件配套較為齊全，使用方便快捷，適應性強；
（3） 編程方法簡單、直觀；
（4） 系統(tǒng)的設計/安裝、調試工作量少；
（5） 維修工作量小、維護方便，體積小、耗能低、重量輕；
4.1.1驅動器的選擇
此設計選擇SMD-340C驅動器，在驅動電動機的過程中可提供最大的效率來完全控制電動機系統(tǒng)的機電性能，該驅動器允許15-30V直流操作電壓，鎖相時有自動減流功能，該型號驅動器的特點如下表4.1所示：
表4.1 主要技術指標
名稱
最小值
標準值
最大值
單位
電機驅動電壓
12
30
36
V
相位峰值電流
1.5
3
4
A
4.1.2 電機驅動電路
電機驅動電路如圖4.2所示。該圖僅示出驅動電路的一個相，而其他兩個相相同。在圖中，晶體管T1用作開關。當三極管截止時，沒有集電極電流流過，并且開關等效于斷開。當三極管飽和時，最大集電極電流流動，并且開關等效于閉合。開關的“動作”可以通過施加到基座的電流來控制，功率放大器電路由兩個晶體管T2和T3組成，它們驅動電動機的三個繞組，因此，電機繞組的靜態(tài)電流幾乎達到2A。在電路中使用光電耦合器來分離控制和驅動信號，當控制輸入信號為低時，T1關閉，而當輸出為高時，紅外發(fā)光二極管關閉，T1開啟并飽和。接下來，紅外發(fā)光二極管導通，光電晶體管導通，基極電流在功率驅動器級中提供給晶體管，然后導通，繞組通電。
圖4.1 電機驅動電路
4.1.3 電氣原理圖
如下圖4.1所示，電氣控制主要機理為：向前驅動SB1時，正向接觸器KM1通過，KM1的主觸點和自身觸點向前移動，SB2向相反的方向移動，觸點KM2向下移動.KM2的主觸點在控制中組合在一起如果電機M不能同時工作，則如果一個接觸器的普通觸點連接到另一接觸器的線路上，則在接通一個接觸器后不要接通另一個接觸器，彼此實現(xiàn)控制。
圖4.2 正反轉電氣原理圖
4.2 PLC驅動電機
PLC本身具有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，西門子PLC傳輸?shù)淖畲箢l率為10KHz，可以滿足電動機的要求，電動機通過磁場旋轉，每當電動機前進1步，振鈴脈沖分配程序中的步數(shù)就會減少1；當步數(shù)達到零時，振鈴脈沖分配將停止，并等待下一個脈沖輸入，如圖4.3所示；
圖4.3 控制框圖
下圖4.4為PLC控制接線圖：
圖4.4 I/O接線圖
總 結
本文分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，了解了國內(nèi)外相關研究的背景，進行了垃圾分選機的設計，主要從以下幾個方面進行研究：機械零件設計要求，垃圾分選機的配套結構設計，機械裝置的主要結構設計和主要參數(shù)設計計算；本次設計的目的針對于國內(nèi)的分選機械進行垃圾分類，不僅可以緩解工人的勞動壓力和強度，還有利于垃圾的分類處理，既使得垃圾得到充分的利用，還有效的節(jié)約了資源，保護了環(huán)境；本設計的另一個意義是希望能夠帶動垃圾回收利用行業(yè)，促進進一步加快我國垃圾回收行業(yè)的整體進步。
鑒于研究能力有限，垃圾分類篩選機的結構優(yōu)化和等一些關鍵性因素還有待進一步提升。未來希望可以更好的學習有關的知識，將垃圾分類篩選機與智能化控制方向結合，使垃圾分類篩選機朝著更好的方向邁進一步。
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致 謝
不積跬步無以至千里，本課程設計能夠順利完成，得益于指導老師孫玉芹老師，本論文是在孫老師悉心的指導下完成的，孫老師擁有豐富的學術經(jīng)驗和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，在課程設計題目制定時，她首先肯定了我的研究課題，同時給了極大的勇氣，幫我具體的分析利弊使我最終選取了垃圾分類篩選機的設計這個課題，使我在研究時有了具體方向。當論文開題后時，具體的設計不是很清楚，在老師的幫助下，我的設計有了明確的方向，初稿完成后，老師仔細檢查了我的寫作并指出了我的問題，為接下來的改進提供了方向，在此十分感謝老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業(yè)論文的寫作。
感謝機電工程學院的全體領導和老師，在他們認真的教導下，我學到了很多專業(yè)性知識，為論文的寫作奠定了堅實的基礎；感謝參與本論文的批閱，和對本論文提出寶貴意見的老師和領導。
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