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有机废料破碎机的三维设计

引用本文: M Andrianto and Fahriansyah 2019 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 277 012009

有机废料破碎机的三维设计

M Andrianto^* and Fahriansyah

Development Centre for Appropriate Technology, Indonesian Institute of Sciences (LIPI), Subang, Indonesia

^*E-mail: moesoandrianto@gmail.com

摘要：有机废料可以用来做有价值的东西，如堆肥、饲料颗粒、生物质颗粒和成型煤。在变成这样之前，它需要一个叫破碎机的工具来使它更光滑。本工作的目的是对有机废料破碎机进行机械设计和三维建模。设计有机废料破碎机的步骤包括确定概念物理几何，进行机械设计，最后开发三维工作图。对破碎机进行了制造和测试。采用三维建模设计对空间需求进行可视化，提高了绘图效率和精度。对料口、机架和刀片进行了机械设计。采用三维建模方法绘制了一种有机废料破碎机的工作图。三维设计对于提供精度是非常有用的。确定了设计破碎机的机械设计。并给出了设计破碎机的工作图。用所设计的破碎机粉碎的叶子已经可以进行施肥了。

导言

有机废料可以用来做有价值的东西[1，2]。有机废料可用于堆肥[3，4]，饲料颗粒[5， 6]，生物质颗粒[7]和成型煤[8]。在变成这样之前，它需要一个叫破碎机的工具来使它更光滑。为了生产出更细、更好的废料，而不是浪费时间，需要一个新的可以缩短切割时间的突破。其中一个方法是制造一台有机废料破碎机。

与二维相比，三维建模的优点之一是设计上三维建模允许设计师看到在二维设计时他 们不会看到的东西。例如，它为设计者提供了从所有角度物理查看对象的真实情况的能力。在二维设计中，设计师需要提供一个单独的平面图和立面图来查看物体的空间需求， 这需要更长的时间来完成。

破碎机上的刀片已经在2005年5月26日公布的美国专利第2005/0109866 A1号中提出，题为《冲压和弯曲制造的碎纸机刀片》[9]。 该专利描述了用机器将金属片压弯成刀片的双刃刀片。 它只能将大小约为4mmx40mm的纸张粉碎成纸片。

另一项涉及废旧破碎机中的刀片的发明是2009年10月15日公布的美国专利第2009/ 0256020 A1号，题为《切碎机刀片和/或切碎机刀片的制造方法》[10]。 该专利描述了一种三刃刀片，该刀片是使用压制金属板直到被切断以形成破碎机刀片的方法制造的。此 方法仅适用于厚度约为1至1.5 mm的金属板。

有机废料的处理已提交给2002年6月4日公布的美国专利第2002/6399366 BI号，题为《有机废弃物及其包装盒、箱或板条箱一起就地堆肥的方法及设备》[11]，2003年12月18日公布的美国专利第

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2003/0230651 A1号，题为《水力机械粉碎有机废料的方法及设备》[12]以及2010年7月1日公布的美国专利第2010/0162779 A1号，题为《有机水堆肥的设备及方法》[13]。这些专利解释了用水力机械方法将有机废料加工成堆肥和有机废料处理的方法。他们没有解释有机废料在变成堆肥之前被粉碎的原因。

有机废料破碎机已在2015年4月21日公布的题为《有机粉碎机设备及其操作方法》的美国专利第2015/9010667 B2号中提出[14]。该专利描述了为减少有机材料以及随后的回收或安全自给式排气系统的准备工作提供的工具和方法。 这台机器是用自动化系统制造的，需要额外的能量来运行这个系统。 切碎机尺寸数目仍然不太均匀。 该枚举器已在2010年11月16日公布的美国专利第2010/7832670 B2号，题为《材料还原装置》[15]和2005年9月8日公布的美国专利第2005/0193701 A1号，题为《加工有机材料的设备》[16]中提出。这些专利解释了材料的列举，但没有提到列举草的材料和工具。这种工具对某些材料的切割过于专业。

许多种类的破碎机已经被制造出来。然而，用于粉碎堆肥的可可废叶的破碎机尚未制造。因此，研究有机破碎机的三维设计势在必行。现有技术的刀片发明的缺点可以通过发明每个刀片具有16个微小刀片的破碎刀片，通过铸造的制备工艺以及使用具有S45C码的日本标准（GIS）钢405G1979作为材料来解决。本发明的废料破碎机刀片可产生较细的粉碎废料。这种有机肥料破碎机的发明可以克服以往破碎机发明的缺点。这项工作的结果预计将有助于削减时间和成本，并取得更好的结果。

本工作的目的是对有机废料破碎机进行机械设计和三维建模。特别是对于可可废叶在处理前进行堆肥。

准备破碎机

设计有机废料破碎机的步骤可以如图1中所示，包括确定概念物理几何，进行机械设计，最后，开发三维工作图。对料斗、机架和刀片进行了机械设计。 利用AutoCAD和SolidWorks软件，采用三维建模方法绘制了有机废料破碎机的工作图。在完成设计步骤后，进行了制造和简短的功能测试。

图1.设计步骤流程图。

可可叶用于破碎机的功能测试。这些可可叶是从Desa Pengadegan, Rancakalong Sumedang, Indonesia收集的。可可废料粉碎后，即可进行堆肥处理。可以在图2中看到可可废料在被破碎机处理前的状态。

有机废料破碎机

• 1. 概念物理结构

在概念设计中，概念构思是一项关键活动[17]。因此，有机废料破碎机的概念物理结构是从图3所示破碎机的示意图中开发出来的。设计的有机废料破碎机分别以汽油和有机废料作为能源和材料投入。这台机器的输出是噪音、振动、热量和更细的有机废料。

• 1. 机械设计
     1. 刀片。本步骤的目的是提供一个废料破碎机刀片与16个小刀片与六角纺锤孔，以切割和产生更细，更平滑的切碎有机废料。作为材料，该刀片采用S45C碳钢（ JISG4051），杨氏模量E=206843N/mm2。参考图4和图5，在高炉中浇铸碳钢材料，制备了一个废料破碎机刀片。该废料破碎机刀片有3到20个小刀片，具有爪子等五个尖角、两个下端爪角、一个上

端爪角、前两个爪角、第二个上爪角和后爪角。下端和上端爪角下方的爪形曲线。在破碎刀片的中心有一个六角轴孔。所述破碎机刀片设置成一系列的26个刀片，与具有两个六角形的一半的轴和圆柱形轴段相连。所述六角形截面上穿孔有直径为100~200mm、厚度为8~15mm的球形或六角形轴，所述球形或六角形轴直接连接到破碎机刀片的主体上。然后作为圆柱形轴部分变成一系列刀片粉碎进入滑轮。

• • 1. 料口。输入单元或进料口是破碎机的一部分，用于将有机废料送入包围刀片的箱体中。

有机废料的投放是水平方向的人工投放。 操作人员的位置在机器的正面，以防止接触到有机废料的尖端。进料口的规格为长64mm，宽325mm，高480mm（图6）。

• • 1. 机架。机架起到支撑整个破碎机的作用。机架尺寸的测量已经考虑了人机工程学的 方面，以满足操作者的舒适性。破碎机机架的尺寸为长710mm，宽490mm，高530mm（图7）。机架的原材料是铁制L形弯管，预计能够支持整机和安装在框架下的铁管。除承受振动外，机架也要承受载荷，特别是由刀片组成的箱体。然后用焊接、螺栓、垫片、滑轮和皮带组装和连接部件。破碎机的装配结果要可以拆卸，以便在损坏时易于维护，特别是 要能够定期拆卸和磨削刀片。

• • 1. 刀片组成的箱体。为了将驱动电机运动传递到破碎机刀片，需要一个驱动齿轮。本实例包括与从动齿轮切向的驱动齿轮，使旋转向内相反，用于旋转破碎机刀片，其中旋转破碎刀片相对于从动刀片计数器相反的旋转，且刀片端几乎与旋转轴和从动轴相切，其距离为0.5-3mm，优选为2mm，以产生更均匀的数目。箱体尺寸由刀片决定，长338.50mm， 宽285mm，高195mm。由刀片决定的箱体的设计和三维建模可以在图8中看到。

图8.刀片组成的箱体的设计和三维建模。

为了降低生产成本和提高可靠性，机械部件的制造应尽可能简单。简单的设计意味着功能共享和去除冗余部件，从而减少和防止浪费[18]。

• 1. 设计破碎机的工作图

在设计阶段，许多工具被用来简化和减少工作过程，例如计算机辅助设计（ CAD）技术，该技术已经从早期的二维平台发展到基于三维的实体建模[19]。在绘制破碎机的工作图时，采用了设计分析中确定的参数。采用AutoCAD和SolidWorks对破碎机的三维细节进行建模。可以在此展示破碎机更详细的视图，并可以更好的可视化所制造产品将是什么样子。 图9展示了带有尺寸标识的破碎机设计的俯视图、后视图和侧视图。表1列出了破碎机零件列表。图10和图11展示了破碎机的等距视图。

表1.破碎机零部件列表。

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