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(3) 破碎后颗粒粒径满足要求 现有的垃圾破碎机易出现过粉碎或破碎不足的现象,导致粒径不均匀。为获得所需粒径,常采用调整破碎刀具间距或破碎板间距来避免破碎不足的情况,并可通过调节破碎机刀具转速来调整破碎后的颗粒粒径。
(4) 解决缠轴问题 城市垃圾中长纤维和高分子聚合物较多。常见旋转式破碎机刀轴位于破碎区域内,长纤维及高分子物料在刀齿的带动下极易缠绕在主轴上,此时需要主轴产生较大的转矩,才能达到缠绕物的断裂应力。若转矩不足,缠轴物料甚至会锁住刀具,迫使破碎机停转。国内外学者通过对相关影响因子的分析,设计并采用如非旋转刀具结构,如 V onROll 型往复式剪切破碎机,从根本上避免了缠轴现象的发生;或利用压实机构,将易缠轴的物料压实为垃圾团,垃圾团的内部应力限制了易缠轴物料的应变,避免其缠绕主轴;此外还可通过增加防缠轴装置来达到避免缠轴的目的。
3新型城市生活垃圾破碎机设计
通过对国内外破碎机的调研分析,了解破碎机的设计要求,笔者提出了一种用于焚烧城市生活垃圾的新型破碎机方案。采用对垃圾进行预压缩,用可调节转速的大直径旋转刀具进行破碎。采用该方案,能够基本满足城市生活垃圾焚烧的破碎要求。城市固体废弃物破碎机试验样机如图 1 所示,其性能参数如表 2所列。
1. 出料口 2. 破碎机转轴 3. 破碎机刀具 4. 压缩机转轴5. 压缩机转子 6. 进料口 7. 压缩机腔体 8. 破碎机外壳
图1试验型垃圾破碎机
Fig. 1Prototype of MSW shredder
表2试验型垃圾破碎机的性能参数
3.1预压缩结构
常见压缩机构通常采用“先装填后压缩”的压缩模式,装填过程和压缩过程不能同时进行,生产效率较低。笔者提出采用三角转子对物料进行压缩,能够同时完成装填、压缩、送料 3 个过程,大幅提高了工作效率。三角转子转动时,进料区的物料随转子进入压缩区,物料中柔性及韧性物料被压扁压实。垃圾团随转子运动被推入破碎腔内,同时压缩区进行新一轮的压缩。
压缩缸体曲线采用内切创成法构造,三角转子曲线采用不同于缸体曲线的内包络线构造,设计时可根据所需压缩比设计缸体和转子。三角转子外壁采用钝角齿形状,以提高输送效率,防止压缩后的垃圾团粘在破碎腔壁上。该设计结构不仅可以使装填、压缩、送料 3 个阶段同时进行,实现连续进料、连续压缩的目的,而且使破碎刀具避开了物料被压缩时的受力方向,避免了由于刀具所受负荷过大而导致的功耗增加的问题。另外,垃圾中的脆性和硬质物料被提前压碎,有效减小了大块或锋利的物料对破碎刀具的损坏,提高了刀具的使用寿命,增加了其安全性和可靠性。垃圾破碎机旋转压缩装置如图 2 所示。
1. 进料口 2. 三角压缩块 3. 压缩腔 4. 中心转轴 5. 出料口
图2垃圾破碎机的旋转压缩装置
Fig. 2Rotary compression device in MSW shredder
3.2破碎刀具结构
破碎区的破碎刀具由两组刀片组成,两刀轴间距和各刀片的间距可根据要求进行调节。破碎刀具采用模块式设计,可根据当地垃圾组分选择不同刀头的刀具。若垃圾中硬质物料含量较多,可采用鹰嘴形;若厨余生物质含量较多,可采用棱锥形等。
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