畢業(yè)設(shè)計（論文）-列車垃圾處理裝置的設(shè)計

I摘要列車垃圾處理裝置主要完成對列車垃圾的預(yù)處理，包括分選、破碎和壓縮。及時有效地對列車垃圾進行分類和處理，既提高了垃圾資源的利用水平，又減少了垃圾處置量，是實現(xiàn)垃圾資源化和減量化的重要途徑和手段。本文首先調(diào)查了列車垃圾處理裝置的研究背景及現(xiàn)況；接著，在分析設(shè)計要求及機構(gòu)功能要求的基礎(chǔ)上提出了本次設(shè)計的總體方案；然后，對各裝置及主要零部件進行了詳細設(shè)計及校核；最后，應(yīng)用AutoCAD制圖軟件繪制了裝配圖和主要零件圖。通過本次設(shè)計鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，也掌握了普通機械的設(shè)計理論和流程，熟悉了AutoCAD制圖軟件的使用。關(guān)鍵詞：垃圾，分選，破碎，壓縮全套圖紙加V信153893706或扣3346389411AbstractThetraingarbagedisposalequipmentmainlycompletesthepretreatmentoftraingarbage,includingsorting,crushingandcompressing.Theclassificationandtreatmentoftraingarbageinatimelyandeffectivewaycannotonlyimprovetheutilizationlevelofgarbageresources,butalsoreducetheamountofwastedisposal.Itisanimportantwayandmeanstorealizethewasterecyclingandwastereduction.Thispaperfirstlyinvestigatestheresearchbackgroundandcurrentstatusoftraingarbagedisposaldevice;then,basedontheanalysisofthedesignrequirementsandfunctionrequirementsofthemechanismputforwardtheoverallschemeofthedesign;then,thedeviceandthemainpartsofthedetaileddesignandverification;finally,applicationofAutoCADdrawingsoftwaretodrawtheassemblydrawingandthemainpartsfigure.Throughthisdesign,consolidatetheprofessionalknowledgelearnedbytheUniversity,alsomasteredthedesigntheoryandprocessofordinarymachinery,familiarwiththeuseofAutoCADmappingsoftware.Keywords:Garbage,Sorting,Crushing,Compression目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1研究背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2第2章總體設(shè)計 52.1設(shè)計要求 52.2方案選定 52.2.1處理裝置構(gòu)方案 52.2.2破碎機構(gòu)方案 52.2.3壓實機構(gòu)方案 62.2.4總體方案 62.3工作原理 7第3章主要零部件的設(shè)計與校核 83.1動力設(shè)計 83.1.1電動機的選用 83.1.2減速器的選用 83.2V帶傳動設(shè)計 93.2.1V帶的基本參數(shù) 93.2.2帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 113.3傳動軸的設(shè)計與校核 123.3.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 123.3.2強度校核計算 133.4排料螺旋設(shè)計 153.4.1螺旋直徑和轉(zhuǎn)速 153.4.2螺旋的型號選擇 163.5標準件的選擇與校核 173.5.1軸承 173.5.2鍵 183.5.3聯(lián)軸器 183.6篩筒的設(shè)計 193.6.1篩筒的整體設(shè)計 193.6.2篩片的設(shè)計 193.6.3篩筒的傾斜角確定 203.7壓縮液壓缸的設(shè)計 203.7.1液壓缸工作壓力的確定 203.7.2液壓缸內(nèi)徑D及活塞桿直徑d的確定 203.7.3液壓缸壁厚及外徑的計算 223.7.4液壓缸工作行程和缸體長度的確定 243.8機架的設(shè)計 243.8.1機架的選擇與設(shè)計 243.8.2機架連接螺栓的校核 25總結(jié) 27參考文獻 28致謝 29第1章緒論列車垃圾處理裝置主要完成對列車垃圾的預(yù)處理，包括分撿、破碎和壓縮。通過分撿回收垃圾中的可回收資源，對無法回收的部分進行破碎，目的是改變其形狀和大小，以便進一步處理。垃圾被破碎后，進一步壓縮，可以減小其所占的體積，增加密度，便于收集和運輸。及時有效地對列車垃圾進行分類和處理，既提高了垃圾資源的利用水平，又減少了垃圾處置量，是實現(xiàn)垃圾資源化和減量化的重要途徑和手段[1]。1.1研究背景及意義隨著我國鐵路客運事業(yè)發(fā)展和人民生活水平的提高，旅客列車客運量呈持續(xù)增長趨勢。據(jù)國家鐵路局《2016年鐵道統(tǒng)計公報》，2016年全國鐵路旅客發(fā)送量完成28.14億人，比上年增加2.79億人，增長11.0%，其中，國家鐵路27.73億人，比上年增長11.1%；全國鐵路旅客周轉(zhuǎn)量完成12579.29億人公里，比上年增加618.69億人公里，增長5.2%，其中，國家鐵路12527.88億人公里，比上年增長5.2%[2]。隨之而來的是旅客列車垃圾產(chǎn)量的大幅度增加，據(jù)相關(guān)學(xué)者研究，目前我國鐵路旅客列車垃圾的產(chǎn)生量已超過每年20萬噸[3]，由此表明旅客列車垃圾產(chǎn)量十分可觀。因此，鐵路旅客列車垃圾的減量化和處理處置技術(shù)就成為包括鐵路主管部門在內(nèi)的社會各界密切關(guān)注的問題。列車垃圾產(chǎn)量的快速增加對垃圾的處理提出了更高的要求，如不能得到有效的處理，會對列車內(nèi)部和外部環(huán)境產(chǎn)生很大的威脅。20世紀90年代以前，我國鐵路部門大都將旅客列車運行過程中產(chǎn)生的垃圾清出車外，日積月累在鐵路兩側(cè)形成了長長的污染帶，可降解的垃圾腐爛發(fā)霉產(chǎn)生異味，難降解的塑料袋、白色快餐盒形成沿線典型的“白色污染帶”，而輕質(zhì)垃圾則隨風(fēng)飄揚，這既對置身于列車中的旅客和工作人員造成身心影響，又對鐵路沿線的土壤、大氣和水環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅[4]。近年來，隨著鐵路事業(yè)的發(fā)展以及人們對環(huán)境的重視，這種直接將垃圾處理出列車的現(xiàn)象有了很大改觀。目前，鐵路部門實行的是在車廂內(nèi)人工進行垃圾的收集，將垃圾袋裝化，到站后將垃圾下交的方法[5]，這樣雖然在很大程度上解決了列車垃圾污染鐵路沿線的弊端，但是也帶來了一些新的問題：采用混合收集的處理方式，即將金屬、塑料等難降解物質(zhì)混入食物殘渣等易降解部分一并袋裝，不僅增加了旅客列車垃圾無害化處理的難度，而且在很大程度上浪費了資源。如果實現(xiàn)旅客列車垃圾的分類收集和處理，食品垃圾既可堆肥，也可以焚燒供熱，塑料、瓶罐、廢紙可以回收利用。將列車垃圾進行分選處理符合垃圾資源化戰(zhàn)略，不僅提高了社會效益，做到物盡其用，取得一定的經(jīng)濟效益的同時，還產(chǎn)生了巨大的環(huán)境效益，因此設(shè)計出符合列車使用要求的垃圾處理裝置具有十分廣泛的應(yīng)用前景。綜上所述，國外研究生產(chǎn)的垃圾處理裝置，針對不同的垃圾成分能達到一定的分選效果，但并不完全適用于我國的列車，而國內(nèi)目前這方面研究并不豐富，因此該課題具有很好的研究前景。本次畢業(yè)設(shè)計課題主要是研究設(shè)計適用于我國當(dāng)代旅客列車使用的車載垃圾處理裝置，根據(jù)列車垃圾的組成特點制定垃圾處理的總體設(shè)計方案，并確定其主要的裝配方案，根據(jù)分選、粉碎和壓實三個環(huán)節(jié)設(shè)計出傳動路線、傳動方案的選擇，并設(shè)計校核主要傳動零件的強度及參數(shù)。該課題雖然還具有一定的局限性，但是對我國列車垃圾處理裝置的研究和發(fā)展具有一定的幫助和推動作用，引起人們對列車垃圾的減量化處理的重視，實現(xiàn)列車垃圾無害化處理的同時還能提高社會效益和經(jīng)濟效益。通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了我綜合運用多學(xué)科的理論知識與技能解決具有一定復(fù)雜程度的工程實際問題的能力。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外專家都注意到了日趨龐大的列車垃圾產(chǎn)生量，尤其是發(fā)達國家對旅客列車垃圾的減量化處理十分重視，技術(shù)和管理也較先進。Dubey等人對印度城市列車垃圾的收集、分類、處理處置等做過比較詳盡的研究與探討，指出在Pune，很多的研究小組都在想辦法使垃圾在不污染環(huán)境的情況下被人們再次利用，目前，每月有200噸的垃圾通過堆肥技術(shù)變廢為寶[6]。日本旅客鐵路運輸公司針對新干線的開業(yè)，決定引進垃圾分選處理裝置，以確保在垃圾減量化處理的同時，還可提高排放垃圾中有用物質(zhì)的資源回收率，節(jié)省垃圾存放空間并促進自動分類裝置的系統(tǒng)化[7]。此外，日本還采用可改善環(huán)境、推進生態(tài)學(xué)和有效利用資源的方案，即垃圾分類作業(yè)由鐵路公司處理，廢物焚燒作業(yè)委托當(dāng)?shù)厥姓块T處理，實現(xiàn)垃圾處理的資源化和專業(yè)化[8]。MifuneNaoto提出要對鐵路運行中產(chǎn)生的有機廢料進行再利用。研究主要是要建立一種方法使龐大的列車廢物進行循環(huán)利用，其中的廢物包括：橡膠類材料、樹脂類材料以及普通材料的混合物，并且對再循環(huán)利用的可行性進行了深入的探討[9]。目前，國內(nèi)對列車垃圾的研究主要集中在對列車垃圾自身特點，如垃圾產(chǎn)量、理化特性，污染特性等方面。在垃圾產(chǎn)量研究方面，劉建等通過對全國六大片區(qū)的12次旅客列車垃圾產(chǎn)生情況的調(diào)查，分析了不同地區(qū)、不同車種、不同類型車廂和不同時段的旅客列車垃圾產(chǎn)量特點，并由此計算了全國旅客列車垃圾的總產(chǎn)量，為制定有效的旅客列車垃圾污染防治措施提供了科學(xué)依據(jù)。汝宜紅等運用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)原理和抽樣調(diào)查等方法，測定各類列車單位時間垃圾發(fā)生量，建立節(jié)點統(tǒng)計模型，測算全路段垃圾指定投放站的垃圾投放量，分析垃圾投放量的空間特性，并在其基礎(chǔ)上提出我國鐵路旅客列車垃圾治理對策建議。在理化特性和污染特性方面，任福民等對旅客列車垃圾的理化特性進行調(diào)查研究，提出旅客列車垃圾的規(guī)范取樣方法，測定垃圾的組成，分析垃圾中C、H、O、N、S的含量，測定垃圾的水分、可燃成分及灰分含量的三組分構(gòu)成及發(fā)熱量[10]，為探索旅客列車垃圾的減量化、無害化、資源化途徑提供了技術(shù)支持。任福民等用現(xiàn)場調(diào)研取樣和理化分析方法對旅客列車垃圾中重金屬含量水平，主要污染元素和主要污染物進行測試，提出旅客列車垃圾重金屬污染的防治對策，為科學(xué)地處理旅客列車垃圾提供了依據(jù)。這些研究的開展，有利于我們掌握列車垃圾的特性，為列車垃圾處理裝置的研究奠定了扎實的基礎(chǔ)。在列車垃圾處理裝置的研究方面，國外對于車載式便攜垃圾處理裝置的研究相對較多些。Tashman，Philip發(fā)明了一種便攜式垃圾自動破碎機，能處理的垃圾包括干濕垃圾、玻璃、金屬罐、硬紙盒、紙板以及一些合成塑料等。該裝置包含兩個反向旋轉(zhuǎn)的棘輪鉗，進料時經(jīng)過棘輪鉗，進入粉碎室，經(jīng)過粉碎后，液狀垃圾會被收集然后轉(zhuǎn)送到破碎機底部的一個帶輪小車中。該發(fā)明對一些難以壓縮的塑料瓶子特別適用，可以直接將其粉碎壓縮至較小的體積。RummierJohnM等發(fā)明了一種改進型垃圾處理系統(tǒng)和裝置該裝置使固體垃圾和液態(tài)垃圾在初始狀態(tài)時就被分開，液態(tài)垃圾經(jīng)過過濾系統(tǒng)過濾，過濾過程中，液態(tài)垃圾不斷的被攪拌使其能均勻通過每一個過濾單元，最終完成很好的凈化。該裝置對液態(tài)垃圾的凈化效果相當(dāng)不錯，很適合汽車、火車、游輪等交通工具使用。EdvardssonChristina等發(fā)明了一種改進型垃圾處理系統(tǒng)和裝置，該裝置首先將液態(tài)垃圾以水蒸氣形式蒸發(fā)掉。剩下的液體可以儲存用來作為非飲用水使用，如沖廁所。固體垃圾可以轉(zhuǎn)化成惰性灰或者碳化物，可儲存或者直接排入水或空氣中。HoffjannClaus等發(fā)明了一種車用垃圾處理裝置，該裝置可以處理固液混合的垃圾。垃圾被收入一個容器中，容器中含有過濾器和分類系統(tǒng)，并且含有攪拌軸，通過活塞壓縮運動將垃圾壓縮至較小的體積。容器底部有排水系統(tǒng)。當(dāng)垃圾被壓縮時，液體經(jīng)過過濾器，油類和脂類首先分離，非油脂類經(jīng)過耦合系統(tǒng)然后送到真空處理系統(tǒng)，臟水直接排出車外，整個過程由控制單元控制。國內(nèi)列車垃圾處理裝置研究相對較少，國家鐵路局勞動衛(wèi)生研究所、地區(qū)衛(wèi)生防疫站、鐵路衛(wèi)生監(jiān)督所等單位曾對某些區(qū)段內(nèi)旅客列車的垃圾治理情況進行過為數(shù)不多的調(diào)查研究。1991至1992年，鐵道部勞動衛(wèi)生研究所進行了鐵道部科技發(fā)展計劃《旅客列車垃圾處理技術(shù)和裝備的可行性研究》項目的研究。課題組在1991至1992年期間對進出北京和東北的18趟旅客列車垃圾產(chǎn)量、成分、密度進行調(diào)查研究，首次取得了我國鐵路旅客列車垃圾產(chǎn)生情況的第一手資料并進行了旅客列車垃圾收集處理裝置的研究，成功研制了列車垃圾壓縮處理裝置，但并未得到實際應(yīng)用。鎖向榮等設(shè)計的旅客列車垃圾收集處理裝置可在確?？蛙囓圀w改動最小的前提下對客車垃圾進行適當(dāng)?shù)氖占瘔嚎s處理，垃圾得以減容。智玉奇設(shè)計了一種采用機電物理的方法處理列車上生活垃圾的電控機械裝置，該裝置主要由粉碎機、磨切機，以及動力傳動部分共同組成，該裝置能將硬性、柔性垃圾一次處理，不需要人工分撿，清潔衛(wèi)生。塑料袋在磨切溫度下收縮成顆粒料，隨車排出，不會飛揚起來，利于環(huán)保?？傮w來說，這方面的相關(guān)研究目前在國內(nèi)并不是太豐富，具有很好的研究前景。第2章總體設(shè)計2.1設(shè)計要求設(shè)計一種列車垃圾處理裝置，要求進行垃圾處理裝置的總體方案設(shè)計，并確定其主要的裝配方案，根據(jù)分選、破碎和壓實三個環(huán)節(jié)設(shè)計出傳動路線、傳動方案的選擇，并設(shè)計校核主要傳動零件的強度及參數(shù)。本課題要求進行一種列車垃圾處理裝置的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。垃圾處理可以由分選、破碎和壓實三個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。圖2-1所示為一種列車垃圾處理流程圖。圖2-1列車垃圾處理流程圖2.2方案選定2.2.1處理裝置構(gòu)方案確定列車垃圾處理裝置處理裝置構(gòu)方案設(shè)計，初選為篩板篩分法。經(jīng)過對列車垃圾成分的分析，一次分選采用間隙為80mm的篩板，主要用于篩分餐盒、飯盒及大直徑瓶罐，二次分選采用間隙為50mm的篩板，主要用于篩分小直徑瓶罐。兩個篩板均使用厚度為2mm的不銹鋼板制成。2.2.2破碎機構(gòu)方案確定列車垃圾處理裝置破碎機構(gòu)方案設(shè)計，初選為剪切式破碎法。經(jīng)過一次分選進入破碎部分的垃圾大多為大直徑塑料瓶、餐盒、飯盒，因此采用剪切式破碎法。剪切破碎機構(gòu)是固廢處理破碎行業(yè)的通用設(shè)備，主要結(jié)構(gòu)是由兩條刀軸組成，靠“剪和切”的原理來完成破碎固體廢棄物的過程，馬達帶動減速機通過刀輥軸將扭矩傳遞給破碎機的動刀，動刀的刀鉤勾住物料往下撕，對輥的刀片像剪刀一樣切碎固廢。破碎后的物料及預(yù)篩分的物料由破碎機底部排出，進入壓實部分。2.2.3壓實機構(gòu)方案確定列車垃圾處理裝置壓實機構(gòu)方案設(shè)計，初選為液壓壓實。該壓實機構(gòu)由液壓系統(tǒng)控制，將經(jīng)過二次篩分后體積較小的垃圾進行壓縮成塊，實現(xiàn)垃圾減容以方便存放和運輸。其工作原理是將松散狀垃圾倒入該垃圾壓縮機的儲存箱中，經(jīng)過反復(fù)壓縮把松散垃圾擠壓成高密度塊狀，并用推出裝置將壓實成型的高密度垃圾塊從垃圾壓塊機的收集箱中推至不可回收垃圾箱，垃圾中的水分流入污水箱2.2.4總體方案根據(jù)上述選定的各機構(gòu)方案，確定列車垃圾處理裝置的整體方案如下圖所示。圖2-2總體方案簡圖2.3工作原理工作過程中電動機分成3路，一路通過V帶傳動直接驅(qū)動破碎刀高速旋轉(zhuǎn)；另外兩路經(jīng)減速機減速后后再通過V帶傳動分別驅(qū)動一道篩筒和二道篩筒低速旋轉(zhuǎn)。該裝置工作時，列車垃圾通過外部傳送機或人工投入到一道篩筒內(nèi)，一道篩筒間隙為80mm，主要用于篩分餐盒、飯盒及大直徑瓶罐，其中直徑較小的通過一道篩筒落入二道篩筒內(nèi)，進行進一步篩選。而未通過一道篩筒的餐盒、飯盒及大直徑瓶罐繼續(xù)沿著傾斜的篩筒下滑進入破碎筒，經(jīng)破碎刀高速剪切破碎后落入壓縮筒內(nèi)。二次分選采用間隙為50mm的篩板，主要用于篩分小直徑瓶罐，落入到二道篩筒的垃圾直徑大于50mm的可回收垃圾，不能通過二道篩筒而留下了，而一道篩筒外臂有螺旋輸料器，旋轉(zhuǎn)時二道篩筒內(nèi)的垃圾被螺旋推出到外部的可回收利用箱內(nèi)，而直徑小于50mm的則直接通過二道篩孔落入壓縮筒內(nèi)。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定好的程序，待壓縮筒內(nèi)的垃圾收集滿后壓縮筒兩端的壓縮油缸推動壓縮塊同時向壓縮筒內(nèi)擠壓使得破碎及直徑小的垃圾被壓縮成塊，隨后兩壓縮油缸向一側(cè)推動使得被壓縮成塊的垃圾推出壓縮筒，并由外部設(shè)備搬運裝車。第3章主要零部件的設(shè)計與校核3.1動力設(shè)計3.1.1電動機的選用在垃圾處理裝置的工作過程中，電機固定在機架上，無其他特殊要求，因此在設(shè)計中選用Y系列三相異步電動機。Y系列三相異步電動機是一般用途的全封閉扇冷式鼠籠型三項異步電動機。功率等級與安裝尺寸相同，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。宜使用在沒有特殊驅(qū)動要求的設(shè)備上。Y系列電動機特點是高效、節(jié)能、噪音低、振動小、運行可靠，標準化程度高。徐州七洲特種電機有限公司和江蘇貝得電機股份有限公司等國內(nèi)廠商均生產(chǎn)該類型電動機。根據(jù)工作參數(shù)的要求，處理量為3～4t/h，能耗小于1KW?h/t，則可選擇3~4KW的電動機。通過參考國外垃圾處理裝置的設(shè)計參數(shù)，確定采用電動機功率為4KW。在垃圾處理裝置工作過程中，對電動機的安裝方式無特殊要求。因此從簡單經(jīng)濟性出發(fā)，選擇臥式安裝方式。查表10-4-1與4KW電機對應(yīng)的電機座型可選擇2級、4級和6級，2級電機的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，4級電機的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，傳動比都比較大，但機器空間較小，使傳動受到限制；6級電機的同步轉(zhuǎn)速為1000分／分，傳動比較小，因此選定6級電機。根據(jù)以上分析，查表10-4-1，選定垃圾處理裝置的電動機為Y112M-4。3.1.2減速器的選用電動機的輸出轉(zhuǎn)速很高，一般不能直接連接到設(shè)備上使用。中間都需要減速器先將速度降低，才能滿足設(shè)備工作需要。Y112M-4電機同步轉(zhuǎn)速1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速1440r/min，直接輸出對于垃圾處理裝置顯然轉(zhuǎn)速太高，不能滿足垃圾處理裝置的實際工作要求，所以需要減速器降低轉(zhuǎn)速。根據(jù)設(shè)計參數(shù)，可以初步計算出減速器應(yīng)該采用的傳動比的范圍。按照篩筒轉(zhuǎn)速8~15r/min進行計算：(1)求總傳動比i:設(shè)計篩筒傳動圈直徑1500mm左右，減速器聯(lián)接驅(qū)動的托輪直徑350mm左右。(2)求出第二級傳動比:(3)則求出減速器的傳動比i1．在垃圾處理裝置的設(shè)計中，確定減速器傳動比為i1＝5查表9-2-1用單級圓柱齒輪減速器（ZLY型）。3.2V帶傳動設(shè)計3.2.1V帶的基本參數(shù)1）確定計算功率：已知：；；查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù)：；則：2）選取V帶型號：根據(jù)、查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶，3）確定大、小帶輪的基準直徑（1）初選小帶輪的基準直徑：；（2）計算大帶輪基準直徑：；圓整取，誤差小于5%，是允許的。4）驗算帶速：帶的速度合適。5）確定V帶的基準長度和傳動中心距：中心距：初選中心距（2）基準長度：對于A型帶選用（3）實際中心距：6）驗算主動輪上的包角：由得主動輪上的包角合適。7）計算V帶的根數(shù)：，查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-3得：；（2），查表得：；（3）由查表得，包角修正系數(shù)（4）由，與V帶型號A型查表得：綜上數(shù)據(jù)，得取合適。8）計算預(yù)緊力（初拉力）：根據(jù)帶型A型查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-1得：9）計算作用在軸上的壓軸力：其中為小帶輪的包角。10）V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表：帶型帶輪基準直徑(mm)傳動比基準長度(mm)A21250中心距（mm）根數(shù)初拉力(N)壓軸力(N)3002240.12801.73.2.2帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計1）帶輪的材料：采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200）2）帶輪的結(jié)構(gòu)形式：V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與V帶的基準直徑有關(guān)。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結(jié)構(gòu)帶輪。3.3傳動軸的設(shè)計與校核3.3.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算（1）傳動軸上的功率P1，轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1，（2）初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計表11.3，取，于是得：該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且傳動軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑，為了與電機直接保持一致。取；。（3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度①為了滿足大帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長度。②初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機械設(shè)計手冊選取0基本游隙組，標準精度級的深溝球軸承6208，故，，軸承采用軸肩進行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。③齒輪處由于齒輪分度圓直徑，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度B=95mm，齒故取。另考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級齒輪間位置配比，取，。（4）軸上零件的周向定位查機械設(shè)計表，聯(lián)接大帶輪的平鍵截面。3.3.2強度校核計算（1）求作用在軸上的力已知高速級蝸輪的分度圓直徑為，根據(jù)《機械設(shè)計》（軸的設(shè)計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則（2）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于6208型深溝球軸承，由手冊中查得a=18mm。因此，軸的支撐跨距為L1=90mm。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力F，，C截面彎矩M總彎矩扭矩（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力：已選定軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此，故安全。（4）鍵的選擇采用圓頭普通平鍵A型（GB/T1096—1979）連接，聯(lián)接大帶輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。3.4排料螺旋設(shè)計3.4.1螺旋直徑和轉(zhuǎn)速（1）螺旋直徑的確定按公式，得螺旋直徑式中——螺旋葉片直徑（米）；——物料的輸送量（噸/時）；——物料的堆積比重（噸/米3）；——水平輸送時物料在輸送機內(nèi)的填充系數(shù)；——表示物料綜合特性的經(jīng)驗系數(shù)；——傾斜向上輸送時輸送量的校正系數(shù)；(見表2-2)由表2-1，可以查得輸送煤粉時:=0.0415；=0.4；=0.6；=75；由表2-2，=0.8；將原始數(shù)據(jù),=0.0415=0.2170按表2-3將螺旋直徑圓整為標準螺旋直徑，=0.25m。（2）螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定按公式帶入螺旋直徑，得螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)：==150把帶入公式，校核填充系數(shù)：==0.2837此時=0.2837<0.35～0.45，所以降低螺旋機的轉(zhuǎn)數(shù)為n=120r/min；再次校核填充系數(shù)==0.3546∈(0.35～0.45),所以螺旋機的轉(zhuǎn)數(shù)確定為n=120r/min螺旋葉片螺距：S=0.8D=0.8×250=200mm.輸送機載荷的橫斷面面積:F===0.01391805物料在輸送時的運移速度:===0.4m/s故:所選螺旋軸葉片直徑D=250mm,螺旋軸轉(zhuǎn)速n=120r/min3.4.2螺旋的型號選擇螺旋輸送機的功率計算螺旋軸克服阻力所需功率:N=在公式中N——螺旋軸所需之功率（千瓦）；——功率備用系數(shù)；——生產(chǎn)率（噸/時）；——物料總阻力系數(shù)；L輸送機水平投影長度（米）H輸送機垂直投影長度(米)功率備用系數(shù)，考慮在低生產(chǎn)率時螺旋自重對功率的影響較大，以及為了計入空轉(zhuǎn)時的損失，一般取=1.2～1.4；此時螺旋輸送機傾斜向上輸送，取“+”；式中=1.2，取=1.3。帶入公式計算得：N==0.6914KW按公式得驅(qū)動裝置功率：===0.7355KW由于采用浮動聯(lián)軸器將驅(qū)動裝置與螺旋軸直接連接，在其軸上不存在有懸臂負荷，故只需校驗轉(zhuǎn)速比：==0.0058由表2-6可知當(dāng)=250時，=0.060。由于0.0058<0.060，故是安全的。驅(qū)動裝置的型號選擇由,,查<<螺旋輸送機手冊>>表1-13,得驅(qū)動裝置為:右裝的，功率為的型電動機和型的減速器構(gòu)成.由，和選得的型號。3.5標準件的選擇與校核3.5.1軸承根據(jù)前述計算選用的軸承為6208型深溝球軸承。①由滾動軸承樣本可查得，軸承背對背或面對面成對安裝在軸上時，當(dāng)量載荷可以按下式計算：②計算動量載荷在設(shè)計時選用6208深溝球軸承，查手冊知根據(jù)，查得查得所以③校核軸承的當(dāng)量動載荷已知，所以故選用該軸承合適。3.5.2鍵（1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸聯(lián)軸器處選用單圓頭平鍵，尺寸為（2）校核鍵聯(lián)接的強度鍵、軸材料都是鋼，由機械設(shè)計查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為鍵的工作長度，合適3.5.3聯(lián)軸器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)垃圾處理裝置的需要以及電動機和減速器的型號選用合適的聯(lián)軸器。根據(jù)在垃圾處理裝置的工作過程中，傳動軸有3°傾角，載荷比較平穩(wěn)的特點，以及簡單實用原則，查表5-2-1，選用TL型彈性套柱銷聯(lián)軸器。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，承載能力大，具有一定補償兩軸相對偏移和一般減振性能。一般應(yīng)用于啟動品、經(jīng)常正反轉(zhuǎn)、載荷平穩(wěn)的工況。鎮(zhèn)江市遠程傳動機械有限責(zé)任公司、西寧市星泰減速機成套設(shè)備有限公司和河北省吳橋東風(fēng)減速機廠等國內(nèi)廠商均生產(chǎn)該類聯(lián)軸器。一般連軸器是根據(jù)載荷情況、轉(zhuǎn)矩、軸直徑和工作轉(zhuǎn)速來選擇。轉(zhuǎn)矩Tc由下式求出：式中：—理論轉(zhuǎn)矩，N?m；—公稱轉(zhuǎn)矩，N?m；—計算轉(zhuǎn)矩，N?m；P—驅(qū)動功率，kw；K—工作情況系數(shù)；n—工作轉(zhuǎn)速，r/min；由設(shè)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(zhuǎn)速n也就是Y112M-4電動機的輸出轉(zhuǎn)速，最大為n＝1500r/min。由設(shè)計知道，垃圾處理裝置屬于均勻載荷，查表5-2-2，得工作情況系數(shù)為K＝1.0～1.5，取K＝1.5計算。驅(qū)動功率也就是電動機的功率P＝4KW。由表10-4-2，電動機Y180L-6的輸出軸軸徑為：48m。由表9-2-9，ZLY140-20-1減速器的輸入軸軸徑為28mm。根據(jù)電動機和減速器的軸徑，查表5-2-22，發(fā)現(xiàn)沒有標準的LT型彈性套柱銷聯(lián)軸器能夠滿足軸徑要求。根據(jù)公稱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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。3.6篩筒的設(shè)計3.6.1篩筒的整體設(shè)計根據(jù)對現(xiàn)有國外的垃圾圓筒篩和國內(nèi)多種其他用途的圓筒篩的調(diào)查利研究，圓筒篩有多種類型。根據(jù)同一圓周上篩片的多少可分為單片篩和多片篩結(jié)構(gòu)。單片篩便于制造，但是安裝和更換不方便。多片篩在制造要求上相對復(fù)雜，但是更換更方便，便于維護。篩筒的結(jié)構(gòu)形式也有多種：圓形、多邊形和圓加多邊復(fù)合形。通常采用圓形，因為圓形平衡度好，圓轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加工簡單。多邊形和復(fù)合形的平衡度差，運轉(zhuǎn)震動沖擊大，適宜圓筒直徑較大和速度較低的情況。在本設(shè)計中，我們設(shè)計篩筒結(jié)構(gòu)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(shè)計滾圈，作傳動環(huán)使用。如圖2-2所示。3.6.2篩片的設(shè)計篩片材料采用8mm厚的Q235鋼板。查表2-1-5，采用1.1m寬、8mm厚的鋼板制作。篩筒采用同一旋轉(zhuǎn)面六篩片組合，每片篩成6儼弧，內(nèi)接圓直徑為1500mm。篩孔的形狀有方孔、圓形孔、六邊形孔等。我們將篩孔設(shè)計為60圓形孔。篩片設(shè)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(shè)計要求的篩簡直徑1.5m，篩片展開為1080mm總共48塊篩片采用鋼板16塊 774mm?？梢圆捎?.1m寬、2.4m長的鋼板分為三塊。3.6.3篩筒的傾斜角確定垃圾處理裝置工作工程中，垃圾從篩筒一端進入，小尺寸的物料篩分后從篩筒下部送出，大塊物料從另一端送出。為了使物料能夠從一端運動到另一端，一般可以采用導(dǎo)流板或者使篩筒傾斜的方法。該設(shè)備采用了篩筒傾斜安裝的方法。篩筒的傾角靠機架的整體設(shè)計保證。設(shè)計機架前設(shè)計篩筒的傾角。圓筒徑向傾角一般為3°~5°。垃圾處理裝置篩筒的傾斜角會影響垃圾物料在篩筒內(nèi)的滯留時間口”。在該設(shè)計中，垃圾處理裝置篩筒的傾斜角設(shè)計為5°。3.7壓縮液壓缸的設(shè)計3.7.1液壓缸工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要是根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定的，通常對于不同的液壓設(shè)備，由于工作條件的不同采用的壓力范圍也不同。表3．1為液壓設(shè)備常用的工作壓力。表2-1液壓設(shè)備常用的工作壓力本設(shè)計中采用的是液壓機，參考上表所給壓力，并結(jié)合初步設(shè)計要求，現(xiàn)選擇液壓缸的工作油壓Pl=25MPa。3.7.2液壓缸內(nèi)徑D及活塞桿直徑d的確定圖3-4單活塞液壓缸計算示意圖單活塞桿液壓缸計算示意圖如圖2—4所示，由圖可知，（2—1）其中，——液壓缸工作壓力；——液壓缸回油腔背壓力；——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比；——工作循環(huán)中最大的外負載；——液壓缸密封處摩擦力，其精確度不易求得，常用液壓缸的機械效率進行估算。其中——液壓缸的機械效率，一般=0.9～0.97，將代入上式，可求得D本設(shè)計中，垃圾壓縮裝置的壓縮能力F=100t=N，液壓缸工作油壓=25MPa；由于高壓系統(tǒng)>16～32MPa時，初算時背壓忽略不計，=0；選取機械效率=0．9，由式(2—3)計算得液壓缸直徑：=77.8mm；液壓缸內(nèi)經(jīng)D與活塞桿直徑d的關(guān)系，當(dāng)工作壓力>7(MPa)時，d／D=O．7，則對應(yīng)活塞桿直徑為：0.7=54.5mm；為了便于采用標準的密封元件，按表2—2將液壓缸內(nèi)徑D圓整到相近的標準系列(GB2348--93)直徑：=80mm；按表2-3將活塞桿直徑d圓整到相近的標準系列尺寸：=56mm表3-2液壓缸缸筒內(nèi)徑(缸徑)尺寸系列(摘自GB2348--93)(單位：mm)表2-3液壓缸活塞桿外徑(桿徑)尺寸系列(摘自GB2348--93)(單位：mm)3.7.3液壓缸壁厚及外徑的計算液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，由液壓缸的強度條件來計算。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律視壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。當(dāng)／D≤0.08時，可用薄壁缸筒的實用計算公式（2—4）當(dāng)／D=0.08～0.3時，（2—5）當(dāng)／D≥0.3時，按厚壁圓筒公式計算，則：（2—6）式中：——液壓缸的最高允許工作壓力(MPa)；D——液壓缸缸筒內(nèi)徑(m)；——缸筒材料的許用應(yīng)力(MPa)缸筒材料的許用應(yīng)力=——缸筒材料的屈服強度(MPa)——安全系數(shù)通常取=1.5～2.5，根據(jù)液壓缸的重要程度和工作壓力大小等因素選取，工作壓力大時n可選取小一些。本設(shè)計中選取液壓缸的材料為無縫鋼管，則：=(100～110)MPa。查典型的液壓缸系列產(chǎn)品其缸筒的壁厚值，得出液壓缸壁厚為：=15mm計算得液壓缸壁厚以后，通過以下步驟進行驗算，確保液壓缸安全工作。液壓缸的額定壓力應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：（2—7）為了避免缸筒在工作工程中發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力應(yīng)與塑性變形壓力有一定的比例范圍：（0.35～0.42）(MPa)（2—8）2.3㏒（MPa）（2—9）(3)缸筒徑向變形△D值應(yīng)在允許范圍內(nèi)，而不超過密封件允許范圍：（m）（2—10）（4）為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力PE應(yīng)大于耐壓試驗壓力：2.3㏒(MPa)（2—11）其中——缸筒內(nèi)徑(m)；——缸筒外徑(m)；——液壓缸的額定壓力(MPa)；——缸筒材料的屈服強度(MPa)；——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力(MPa)；——缸筒材料的抗拉強度(MPa)；——缸筒材料的彈性模量(MPa)；——液壓缸耐壓試驗壓力(MPa)；——缸筒發(fā)生爆炸時壓力(MPa)；——缸筒材料的泊松系數(shù)；鋼材：=0．3通過驗算，液壓缸的壁厚=15mm安全。3.7.4液壓缸工作行程和缸體長度的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，查表，最終確定活塞桿行程為=1500mm。3.8機架的設(shè)計在機器中支承或容納零部件稱為機架。如支承罐的塔架、容納傳動齒輪的減速器的殼體，機床的床身等等統(tǒng)稱為機架。3.8.1機架的選擇與設(shè)計進行機架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個較復(fù)雜的過程，對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進行仔細的分析。對結(jié)構(gòu)方案要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時應(yīng)遵守的一般規(guī)律。（1）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上的材料分布是均勻的，所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟。機械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內(nèi)，在較長段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟的另一原因。（2）結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省。（3）結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。綜合考慮機器的工作時所受的力，我選用機體材料HT200鑄造機架，力學(xué)性能：=200MPa，=340MPa.適于制造箱體、底座類零件。3.8.2機架連接螺栓的校核在校核之前我們必須算出皮帶通過帶輪作用于軸上的力，因為這個力是直接通過機架傳遞給螺栓的。下面是求對軸作用力的公式：——軸所受的拉力單位N：z——皮帶根數(shù)，從同組人員那得到的數(shù)據(jù)為5根；——單根皮帶初拉力單位N；——小帶輪的包角；——計算功率=，工況系數(shù)，P實際功率；——帶輪的圓周速度單位m/s；——小帶輪的包角系數(shù)；q——每米帶長的質(zhì)量單位kg/m。根據(jù)機架的受力位置我們得到這樣一個力學(xué)模型如圖3-6：圖3-6機架的受力模型——螺栓對機架的作用力單位。由于是四個螺栓作用我們根據(jù)關(guān)系可以得到：由公式及已知的數(shù)據(jù)我們可以得到。再參照選粉機電機機架設(shè)計時螺栓連接處預(yù)緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見下面