楊開(kāi)懷，傅樅春，林生鳳，程艷，陳太麗

（1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院機(jī)械與智能制造學(xué)院，福建 福州 350007；2.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建 福州 350025；3.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350025）

0 引言

當(dāng)前，石材加工已成為福建省重要的支柱產(chǎn)業(yè)，極大地帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[1]。但與此同時(shí)，石材加工過(guò)程產(chǎn)生大量的邊角料等廢棄物，如未加以處理將造成巨大資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染[1-3]。研究報(bào)道，近年來(lái)由石材行業(yè)造成的“牛奶溪”“塵肺病”“石漠化”等現(xiàn)象或問(wèn)題越來(lái)越多[4-8]。因此，如何高效資源化開(kāi)發(fā)利用石材，并進(jìn)行再利用，不斷緩解資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，已成為解決石材資源浪費(fèi)和石材加工廢棄物環(huán)境污染的重要手段[3-5]。

石材加工廠(chǎng)在對(duì)原材料進(jìn)行加工和對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修整的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量石粉以及形狀各異的塊狀和片狀廢材，這些廢材可以滿(mǎn)足建筑用砂、碎石和摻合料的原材料要求，經(jīng)適當(dāng)工藝處理可以加工成碎石、人工砂、石屑、石粉等替代產(chǎn)品或原材料。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)利用石材加工廢材制備人工砂應(yīng)用于砂漿和混凝土中，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、提升經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)石材資源利用可持續(xù)發(fā)展。然而，大多數(shù)石材加工廢材回收裝置，需要人工對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行清理，既不便于回收裝置的管理，影響了工作效率，同時(shí)清理時(shí)容易發(fā)生廢材隨處掉落的情況，降低了廢材回收率。為此，本研究設(shè)計(jì)了一種石材加工廢材回收裝置用于解決上述問(wèn)題，并成功應(yīng)用于石材加工設(shè)備中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等廢材，取代粉煤灰，制備成保溫隔熱砌塊，顯著提高了石材資源利用率、有效降低了成本[9]。

1 石材加工廢材回收裝置

1.1 石材加工廢材回收裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為設(shè)計(jì)的石材加工廢材回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為限位裝置處結(jié)構(gòu)局部剖視圖，圖3為圖1中A處結(jié)構(gòu)放大圖。圖中：1底座、2支撐架、3承重臺(tái)、4限位裝置、41伸縮桿、42彈簧、43移動(dòng)塊、5回收裝置、51滑動(dòng)塊、52固定塊、53支撐柱、54限位座、55電動(dòng)推桿、56滑動(dòng)座、57絲桿、6凹槽、7滑動(dòng)板、8連接帶、9轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、91轉(zhuǎn)動(dòng)塊、92液壓頂桿、93支撐座、10收集箱。

圖1 石材加工廢棄物回收裝置示意圖

圖2 限位裝置處結(jié)構(gòu)局部剖視圖

圖3 A處結(jié)構(gòu)放大圖

1.2 實(shí)施方式

所設(shè)計(jì)的石材加工廢材回收裝置，包括底座，底座上固定連接支撐架，支撐架上固定連接承重臺(tái)，承重臺(tái)內(nèi)安裝設(shè)有限位裝置，限位裝置上端面擠壓接觸回收裝置，限位裝置設(shè)有伸縮桿，伸縮桿下端固定連接在底座內(nèi)、上端固定連接移動(dòng)塊，伸縮桿外側(cè)貫穿設(shè)有彈簧，彈簧上端固定連接移動(dòng)塊，移動(dòng)塊上端面與滑動(dòng)塊擠壓接觸，伸縮桿最大長(zhǎng)度與移動(dòng)塊的高度和小于承重臺(tái)的高度，彈簧為壓縮彈簧，移動(dòng)塊為矩形結(jié)構(gòu)，滑動(dòng)塊與移動(dòng)塊接觸時(shí)彈簧處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)滑動(dòng)塊向上移動(dòng)時(shí)，彈簧恢復(fù)原狀，推動(dòng)移動(dòng)塊向上移動(dòng)拉升伸縮桿，當(dāng)移動(dòng)塊上面與承重臺(tái)位于同一平面時(shí)，彈簧恢復(fù)成原狀，移動(dòng)塊停止移動(dòng)，進(jìn)而能夠避免當(dāng)滑動(dòng)塊移動(dòng)時(shí)承重臺(tái)臺(tái)面形成缺口，進(jìn)而提高清理效率。

進(jìn)一步地，回收裝置包括滑動(dòng)塊，滑動(dòng)塊兩端均固定設(shè)有固定塊，固定塊遠(yuǎn)離滑動(dòng)塊一端固定連接支撐柱，支撐柱滑動(dòng)貫穿限位座連接電動(dòng)推桿，限位座固定連接滑動(dòng)座，電動(dòng)推桿下端固定連接在滑動(dòng)座上，滑動(dòng)座滑動(dòng)卡接在底座的外壁上，滑動(dòng)座上貫穿連接絲桿，絲桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)貫穿至底座的一側(cè)、另一端轉(zhuǎn)動(dòng)卡接在底座內(nèi)，絲桿遠(yuǎn)離限位裝置的一端底座上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)滑動(dòng)卡接有相匹配的滑動(dòng)板，滑動(dòng)板一端固定連接轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，滑動(dòng)板上方底座一端上固定連接帶，連接帶一側(cè)貼合在轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的上端面，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置一側(cè)固定連接支撐架，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置下方設(shè)有收集箱，收集箱放置在底座上，滑動(dòng)塊、固定塊均為矩形結(jié)構(gòu)，支撐柱下端與限位座的最大間距大于滑動(dòng)塊的高度，滑動(dòng)座為倒“T”字形結(jié)構(gòu)，凹槽為圓弧形結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括轉(zhuǎn)動(dòng)塊，轉(zhuǎn)動(dòng)塊下端面鉸接液壓頂桿，液壓頂桿另一端鉸接在支撐座上，支撐座上端鉸接轉(zhuǎn)動(dòng)塊、一端固定連接支撐架，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿向上推動(dòng)支撐柱在限位座上滑動(dòng)，支撐柱上端推動(dòng)固定塊使滑動(dòng)塊向上移動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)塊下端面與承重臺(tái)臺(tái)面位于同一水平面時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿，然后轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，使滑動(dòng)座在承重臺(tái)上移動(dòng)，由上述滑動(dòng)座的連接關(guān)系，則滑動(dòng)塊做相同的移動(dòng)，滑動(dòng)塊滑動(dòng)推動(dòng)承重臺(tái)上的廢材向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)廢材移動(dòng)至轉(zhuǎn)動(dòng)塊上時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，然后驅(qū)動(dòng)液壓頂桿，使轉(zhuǎn)動(dòng)塊在支撐座上轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)塊拉動(dòng)滑動(dòng)板在凹槽內(nèi)移動(dòng)對(duì)上端連接帶進(jìn)行支撐，連接帶避免承重臺(tái)上加工廢材由轉(zhuǎn)動(dòng)塊和承重臺(tái)的間隙直接落至底座上，轉(zhuǎn)動(dòng)塊上的廢材滑落至收集箱內(nèi)，進(jìn)而快速完成了廢材的回收工作。

1.3 工作原理

本設(shè)計(jì)中，石材放置在承重臺(tái)上進(jìn)行加工處理，石材加工結(jié)束后，取出加工后的石材，然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿向上推動(dòng)支撐柱在限位座上滑動(dòng)，支撐柱上端推動(dòng)固定塊使滑動(dòng)塊向上移動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)塊下端面與承重臺(tái)臺(tái)面位于同一水平面時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿，當(dāng)滑動(dòng)塊向上移動(dòng)時(shí)，彈簧恢復(fù)原狀，推動(dòng)移動(dòng)塊向上移動(dòng)拉升伸縮桿，當(dāng)移動(dòng)塊上面與承重臺(tái)位于同一平面時(shí)，彈簧恢復(fù)成原狀，移動(dòng)塊停止移動(dòng)，進(jìn)而能夠避免當(dāng)滑動(dòng)塊移動(dòng)時(shí)承重臺(tái)臺(tái)面形成缺口，進(jìn)而提高清理效率，然后轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，使滑動(dòng)座在承重臺(tái)上移動(dòng)，由上述滑動(dòng)座的連接關(guān)系，則滑動(dòng)塊做相同的移動(dòng)，滑動(dòng)塊滑動(dòng)推動(dòng)承重臺(tái)上的廢材向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)廢材移動(dòng)至轉(zhuǎn)動(dòng)塊上時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，然后驅(qū)動(dòng)液壓頂桿，使轉(zhuǎn)動(dòng)塊在支撐座上轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)塊拉動(dòng)滑動(dòng)板在凹槽內(nèi)移動(dòng)對(duì)上端連接帶進(jìn)行支撐，連接帶避免承重臺(tái)上加工廢材由轉(zhuǎn)動(dòng)塊和承重臺(tái)的間隙直接落至底座上，轉(zhuǎn)動(dòng)塊上的廢材滑落至收集箱內(nèi)，進(jìn)而快速完成了廢材的回收工作，避免人工進(jìn)行清理收集工作，提高了收集效率，同時(shí)避免清理時(shí)廢材隨處掉落的情況，提高廢材收集率。

2 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

與原有技術(shù)和原有結(jié)構(gòu)相比，本研究所設(shè)計(jì)的石材加工廢材回收裝置具有如下創(chuàng)新：

（1）驅(qū)動(dòng)回收裝置，當(dāng)滑動(dòng)塊下端面與承重臺(tái)臺(tái)面位于同一水平面時(shí)，停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿，當(dāng)滑動(dòng)塊向上移動(dòng)時(shí)，操作限位裝置，進(jìn)而能夠避免當(dāng)滑動(dòng)塊移動(dòng)時(shí)承重臺(tái)臺(tái)面形成缺口，進(jìn)而提高清理效率，同時(shí)便于回收裝置的管理，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

（2）驅(qū)動(dòng)回收裝置，滑動(dòng)塊滑動(dòng)推動(dòng)承重臺(tái)上的廢材向轉(zhuǎn)動(dòng)裝置一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)廢材移動(dòng)至轉(zhuǎn)動(dòng)塊上時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿，然后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)塊拉動(dòng)滑動(dòng)板在凹槽內(nèi)移動(dòng)對(duì)上端連接帶進(jìn)行支撐，連接帶避免承重臺(tái)上加工廢材由轉(zhuǎn)動(dòng)塊和承重臺(tái)的間隙直接落至底座上，轉(zhuǎn)動(dòng)塊上的廢材滑落至收集箱內(nèi)，進(jìn)而快速完成了廢材的回收工作，避免人工進(jìn)行清理，提高了清潔效率，同時(shí)避免清理時(shí)廢材隨處掉落的情況，顯著提高廢材回收率。

3 應(yīng)用

將所設(shè)計(jì)的石材加工廢材回收裝置，直接應(yīng)用于石材加工設(shè)備中，用以收集石材加工后的石屑、石粉等廢棄物，并利用收集的石粉取代粉煤灰，加上其他材料和輔料、填充物，直接制備成保溫隔熱砌塊，如圖4所示。對(duì)制備出的一系列不同石粉取代率的保溫隔熱砌塊進(jìn)行性能測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4 石材廢棄物制備保溫隔熱砌塊

表1 石粉取代率對(duì)保溫隔熱砌塊性能的影響

從表中可以看出，利用所設(shè)計(jì)的回收裝置收集的石粉等廢棄物可以直接替代粉煤灰用于生產(chǎn)保溫隔熱砌塊，所生產(chǎn)出來(lái)的砌塊性能與全部采用粉煤灰生產(chǎn)的砌塊性能相當(dāng)。當(dāng)用石粉取代部分粉煤灰后，砌塊的塊體密度、干燥收縮率變化不大，抗壓強(qiáng)度變化較明顯，且隨著石粉取代率的增加，抗壓強(qiáng)度先提高后降低。這主要是因?yàn)?，石粉顆粒小，不僅包裹在骨料周?chē)?，并能填充到骨料間的孔隙、微孔和毛細(xì)管內(nèi)，從而抵消砌塊微孔和毛細(xì)管的內(nèi)部壓力，降低砌塊內(nèi)部大氣孔和大孔隙的數(shù)量，提高抗壓強(qiáng)度；當(dāng)石粉超過(guò)一定量后，多余的石粉粘附在骨料的表面，導(dǎo)致水泥漿對(duì)骨料的包裹性下降，使得砌塊的強(qiáng)度降低。在本組試驗(yàn)條件下，當(dāng)石粉取代率為15%時(shí)，性能最優(yōu)，表明所設(shè)計(jì)的石材加工廢材回收裝置能夠直接應(yīng)用于石材加工廢棄物的收集和再利用，能夠有效提高石材加工廢棄物收集效率和收集率，顯著提高石材加工廢棄物再利用比例，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)了一種石材加工廢材回收裝置，改進(jìn)設(shè)計(jì)了底座和連接支撐架、承重臺(tái)，改進(jìn)了承重臺(tái)、限位裝置、回收裝置、支撐柱、電動(dòng)推桿、滑動(dòng)座的鏈接方式和運(yùn)動(dòng)工作方式，便于回收裝置的管理，進(jìn)而顯著提高廢材回收和清理效率，避免人工進(jìn)行清理收集工作，同時(shí)避免了清理時(shí)廢材隨處掉落的情況，顯著提高了石材加工廢材回收效率和回收率。

將該裝置應(yīng)用于石材加工設(shè)備中，用于收集石材加工后的石屑、石粉等廢材，取代粉煤灰，加上其他材料和輔料、填充物，制備成保溫隔熱砌塊，砌塊性能與全部采用粉煤灰生產(chǎn)的砌塊性能相當(dāng)，有利于石材加工廢棄物的回收和再利用，顯著提高了石材資源利用率、有效降低了成本。