【摘要】：在交通和物流發(fā)達(dá)的今天，廢舊輪胎也漸漸成為另外一大污染源---“黑色污染”。廢舊輪胎在自然條件下難分解，而且人為處理不當(dāng)還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。本設(shè)計(jì)的廢舊輪胎破碎機(jī)，通過雙低耗電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)過擺線針輪減速機(jī)降低轉(zhuǎn)速、提高扭矩，然后通過錕軸上的刀具咬合，對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行切碎。

【關(guān)鍵詞】：廢舊輪胎；環(huán)境污染；破碎機(jī)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛數(shù)量的增加帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)汽車輪胎的消耗和磨損也帶來了一個(gè)“黑色污染”---廢舊輪胎。中國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊輪胎以8%-10%的速度遞增[1]?；厥绽寐蕛H為50%左右，不到西方發(fā)達(dá)國(guó)家的30%，造成了巨大的資源浪費(fèi)，也極大地污染了我們賴以生存的環(huán)境。

目前，我國(guó)回收利用廢舊輪胎的用途主要有三種[3]：一是直接粉碎，做成粉膠，用來鋪設(shè)公路，以便節(jié)約大量的瀝青；二是經(jīng)過脫硫技術(shù)后制造再生膠，用于生產(chǎn)膠管、膠墊等，也可以按一定比例添加到新制輪胎中，以節(jié)約大量的天然橡膠、合成橡膠；三是通過熱分解的方式，分解出重油、炭黑等重要的化工原料。

從加工流程來看，無論是做成膠粉，還是熱分解抑或脫硫，對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行一定的破碎是十分必要的，這不僅僅可以提高半成品的生產(chǎn)率，同時(shí)也給后續(xù)的加工帶來了很大的便利。通過吸收切碎機(jī)的工作原理和對(duì)傳統(tǒng)煤炭破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)改良，設(shè)計(jì)了一款利用錕式刀具切廢舊輪胎的環(huán)保機(jī)器。它不僅繼承了切碎機(jī)的粒度要求，而且還具備了煤炭破碎機(jī)的高效率和穩(wěn)定性。

工作原理

由于廢舊輪胎具有彈性和韌性，因此不能通過施加壓力導(dǎo)致其發(fā)生脆性破碎，而只能通過足夠剪切使其分離破碎。單個(gè)刀具與隔環(huán)的咬合的剖面視圖，如圖1所示：

當(dāng)廢舊輪胎從入料口進(jìn)入時(shí)，先被刀具齒尖咬住，由于刀具組之間存在一個(gè)偏轉(zhuǎn)角度，越靠下的部分先開始受到拉切力。隨著錕軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，輪胎受到的剪切力越來越大，直達(dá)刀具尖端與另外一軸上的隔環(huán)相切嚙合時(shí)，絕大部分橡膠和鋼絲斷裂，隨著刀軸的偏轉(zhuǎn)，將剩余的粘連部分切斷。同一水平面上的部位，并不是同時(shí)受剪切力的，這樣在破碎過程中不但有刀具的剪切力，還有齒間形成的拉應(yīng)力。

雙軸破碎機(jī)工作機(jī)構(gòu)的平面圖，如圖2所示：

在方軸的帶動(dòng)下，刀具不斷的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將力矩傳遞到刀具上，刀刃與匹配的隔環(huán)咬合著力，這樣當(dāng)廢棄輪胎進(jìn)入刀具的輻射區(qū)時(shí)，就開始被擠壓切割，直到與隔環(huán)相嚙合時(shí)，大部分碎片會(huì)開始從廢棄輪胎上被切割下來，達(dá)到破碎的目的。

此外，刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，每6把刀具為一套，每把刀具的偏轉(zhuǎn)角為10°。這樣設(shè)計(jì)的目的是：在安裝完成后，由于偏轉(zhuǎn)角的存在，兩錕軸形成了螺旋刀具庫(kù)，這樣能夠使切合著力點(diǎn)分開，切割輪胎的時(shí)間點(diǎn)錯(cuò)開，從而提高切碎效率和降低機(jī)器承受的負(fù)荷。雙軸破碎機(jī)工作機(jī)構(gòu)的三維示意圖，如圖3所示：

改進(jìn)方案

在了解廢棄輪胎的組成以后，傳統(tǒng)的破碎機(jī)不進(jìn)行整改是不適合用來破碎輪胎的，只有符合實(shí)際加工需求的機(jī)器才能有產(chǎn)能，才有提高生產(chǎn)效率一說。

首先，是對(duì)工作機(jī)構(gòu)的改進(jìn)：通過箱體和其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，取消錕軸間的間隙，使得刀具與隔環(huán)咬合相切。

其次，將整體式的機(jī)架的改為框架式，在同樣的承載能力下，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到減少耗材、減輕重量的目的。

最后，是對(duì)傳動(dòng)方案的改進(jìn)：取消帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，直接采用擺線針輪減速機(jī)來降低轉(zhuǎn)速。這樣不僅結(jié)構(gòu)緊湊，還大大節(jié)省空間。

設(shè)計(jì)內(nèi)容

將剛性破碎機(jī)發(fā)展設(shè)計(jì)成柔性破碎機(jī)，在保證能破碎廢棄輪胎的工作前提下，減少錕齒的磨損、強(qiáng)化機(jī)架，使得在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)過程中不會(huì)因?yàn)槲锪嫌捕榷l(fā)生變形，降低事故率，提高破碎率，保證日常工作的進(jìn)行。

（1）廢棄輪胎破碎機(jī)的工作結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)；

（2）減速機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)；

（3）整體機(jī)架優(yōu)化設(shè)計(jì)。

結(jié)論

本設(shè)計(jì)的設(shè)旨是：綠色環(huán)保、節(jié)能高效、便捷緊湊。主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)耗材量少；是一款定位綠色回收的機(jī)器。（2）采用擺線針輪減速機(jī)，減少能量傳遞的交接次數(shù)，降低損耗；采用低耗雙電機(jī)拖動(dòng)，提供足夠的動(dòng)力對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行撕裂。（3）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、零部件向國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)靠攏，機(jī)器具有很高的可換性和穩(wěn)定性。在經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展、汽車占有量不斷攀升的今天，對(duì)廢棄輪胎破碎的設(shè)計(jì)具有很大的研究意義和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪欣 曹亞斌.錕式破碎機(jī)變軸等速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2012.

[2]王宏 劉永平.破碎篩分理論工藝及設(shè)備進(jìn)展[J].全國(guó)粉體設(shè)備，2010.

作者簡(jiǎn)介：宋開功（1982-），男，山東章丘人，單位：山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院。