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1、目录摘要.1前言.31 设计要求和功能分析31.1 设计要求31.2 功能分析32 塑料瓶的性质及其粉碎机理的研究42.1 塑料瓶及其材料性质的研究42.2 冲击载荷下塑料断裂机理的试验研究52.2.1 冲击速度的影响52.2.2 尺寸效应62.2.3 颗粒的运动行程62.2.4 攻角72.3 高速切割设备关键结构参数分析72.3.1剪切速率72.3.2 尺寸切割数82.3 参数及传动方案的设定93零部件的设计和校核93.1 塑料破碎的力学计算及电动机的选择93.1.1 对PET小试样的冲击力学计算与说明93.1.2 对HDPE大试样的剪切力学计算与说明103.1.3 静荷载下动力参数的确定1
2、13.1.4 动荷载下动力参数的确定113.2 刀具及其相关零部件的设计计算113.2.1 刀具的设计113.2.2 片刀动定刀片上螺栓的设计133.2.2.1螺栓的受力分析133.2.2.2 片刀动刀片上的螺栓设计133.2.2.3 片刀（爪刀）定刀片上的螺栓设计133.3.1 粉碎仓传动轴的设计计算143.3.2 粉碎仓轴承的设计163.3.2 传动轴与刀架之间键的设计和校核163.3.3 传动轴与皮带轮之间键的设计和校核163.4 带轮的设计计算173.5出料装置的设计计算183.5.1 螺旋输送叶片的设计计算193.5.2 螺旋输送器的轴承设计194结束语20参考文献.20任务分工和附
3、录22塑料瓶破碎机的研制摘要：通过对机械设计制造及其自动化专业课程的学习，总结大学四年所学的知识，对塑料瓶破碎机各部分机械结构和功能的论述和分析，以及实际操作中的应用情况，设计了一种可以更换刀具和调整破碎粒度的实用型塑料瓶破碎机。重点针对塑料瓶破碎机的刀具、传动轴等各部分机械结构以及破碎仓进行了详细的设计。同时对其传动系统和破碎机理进行了理论分析和设计计算。基于对塑料瓶破碎机加工要求的考虑，并通过对其零部件工艺过程和装配要求的分析，设计了可以使用爪刀和片刀的塑料瓶破碎机。设计达到了预期目标。关键词：塑料瓶破碎机；刀具；破碎粒度；传动系统；破碎机理The development of plast
4、ic crusherAbstract: Through the mechanical design，manufacturing and automation specialized course of study,summarizes the university for four years of knowledge,all parts of plastic bottles crusher mechanical structure and function of the discussion and analysis,and the actual operation of the appli
5、cation,design a kind of can change cutters and adjust the practical plastic crushers crushing grain size.Focusing on the cutting tool,plastic crushers parts propshaft mechanical structure and broken a detailed design storehouse. Also its transmission system and to the crushing mechanism were analyze
6、d in theory and design calculation. Based on the plastic crusher processing requirements for its consideration,and through parts of the process and assembly requirements analysis,design of can use claw blade knife plastic crushers peace. Design to anticipate goal.Keywords: plastic bottle crusher; cu
7、tlery; crushing grain size; Transmission shaft; crushing warehouse前言在塑料消费量持续增长的情况下，塑料废弃物的科学合理处置对环境保护及资源再生的作用和影响日趋突出，作为一个新兴产业，其行业规模正在不断发展壮大，前景十分看好。塑料与环境的关系及塑料再生利用已经成为全社会关注的热点，在当今构建和谐社会、环保节约型社会、重视环境保护和资源再生的政策环境下应引起高度重视，塑料再生利用对中国国民经济、社会持续健康发展具有重要现实意义。如今塑料瓶的瓶体材料几乎都是聚对苯二甲酸乙二酯( PET)，这是因为PET 具有阻隔性好、成本低、质量轻
8、、强度高、耐酸碱等优点，适合于瓶装水、碳酸饮料、果汁饮料、茶饮料等饮料的包装。而瓶盖材料大多为高密度聚乙烯（HDPE），商标为双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜，采用EVA型粘接剂粘附于瓶。据不完全统计，2010年全世界约有30-40万tPET 被用于塑料瓶的生产，饮料热灌装PET瓶超过110亿个，并且PET啤酒瓶也正在推出1，PET的消费量在今后还将有大幅度的增长。这些瓶在使用一次后就被废弃，这样便带来了大量废塑料瓶的回收再利用问题，所以塑料瓶破碎机的研制工作受到了密切重视。目前国内外出现了各式各样的塑料瓶破碎机，这些分别用于对不同性质的塑料瓶的破碎作业中。如爪刀式破碎机、片刀式破碎机和平刀式破
9、碎机。但这些塑料瓶破碎机因加工对象过于单一、刀具形式不可换，而大大增加了社会生产成本。如何设计出可更换刀具和加工对象范围广的塑料瓶破碎机已经迫在眉睫。1 设计要求和功能分析1.1 设计要求该塑料瓶破碎机主要用于塑料瓶回收流程上对塑料瓶的破碎。整个塑料瓶破碎机一共有三种刀具，可以根据塑料瓶的力学性质来更换刀具。其主要加工对象是瓶体半径30-45mm，长度150-300mm的PET饮料瓶，包括碳酸饮料瓶、矿泉水瓶、清凉饮料瓶。要求破碎形式是干切削，塑料瓶破碎后的粒度在6-8mm，生产效率300kg/h，机器的使用寿命5-10年，外观简约大方，机体便于移动和安装。1.2 功能分析该设备的零部件主要分
10、为破碎刀具及相关零部件、传动系零部件、机架总成零部件以及其它零部件。具体有破碎刀具零部件（片刀动定刀，爪刀动定刀，爪刀片刀刀架）；传动零部件（传动轴及其相关零部件、V带轮、电动机）；机架总成零部件（机架及其相关零部件、出料装置、粉碎仓、进料斗、箱体）；其它零部件（隔音板、挡料胶条等）。破碎刀具能够适应高速切削产生的局部应力，并能够承受干切削产生的磨损。对尺寸较大的塑料瓶选用爪刀式的破碎方式，对尺寸适中的塑料瓶采用片刀式的破碎方式。对爪刀和片刀通过调整动刀与定刀之间的间隙，可将破碎后的粒度控制在6-8mm的范围内2。出仓口安装孔径为10mm的网筛，塑料瓶破碎之后，粒度小于10mm的碎片通过筛孔进
11、入储料斗，粒度大于10mm的碎片通过刀具高速旋转产生的气流或刀具本身被带离网筛继续破碎直到满足粒度要求为止。传动轴上安装的飞轮可以增强加工部件的转动惯量，便于机器运行的平稳；隔音板可以大大消减破碎过程中产生的噪音，减少对工作人员的伤害；机架上的脚轮和把手便于设备的转移和工作地点的更换。2 塑料瓶的性质及其粉碎机理的研究2.1 塑料瓶及其材料性质的研究本次设计所要加工的塑料瓶主要分为碳酸饮料瓶、矿泉水瓶和清凉饮料瓶三类饮料瓶。如表1是各种塑料瓶的重要设计参数：瓶种总高度/mm瓶体半径/mm瓶体厚度/mm瓶底最大厚度/mm瓶颈厚度/mm瓶颈高度/mm瓶盖高度/mm瓶盖厚度/mm可乐瓶232.434
12、.480.242.201.5824.514.01.20营养快线瓶189.134.100.462.002.4624.513.01.34大矿泉水瓶281.943.140.302.021.6030.016.01.40小矿泉水瓶214.830.910.401.001.3620.810.01.06雪碧瓶243.733.050.302.161.5021.411.51.30果汁瓶197.432.550.701.402.1027.214.51.32神内瓶196.834.780.402.682.4421.511.51.68绿茶瓶204.934.370.722.402.1028.015.01.18表2-1各种塑料
13、瓶的相关尺寸这些饮料瓶都是由瓶体（PET）、瓶盖（HDPE）、商标（BOPP）三部分组成。构成这三部分的材料是三种不同的塑料。这三种塑料的性质分别如下：PET(聚对苯二甲酸乙醇酯)，中文俗称赛白钢。PET作为工程塑料使用具有坚硬、刚度好、强度高、有韧性、摩擦系数小、尺寸稳定性高等特性。HDPE（高密度聚乙烯）是热塑性工程塑料。它综合了大部分塑料的优越性能，耐冲击性、耐低温性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、自身润滑性、吸收冲击能性这六个特性是目前塑料中所具有的最高数值。BOPP（聚丙烯）具有高刚度，高硬度和高强度，但缺口抗冲击韧一般，韧性一般，耐磨强度一般，低温时易脆化。考虑到塑料瓶各部分的物理特性，
14、对于剪切式破碎机如爪刀式和片刀式一般不能加工商标，而对于冲击式破碎机如平刀式可以。但由于商标的分离比较容易，人工分离即可完成，另外如果一起破碎之后再进行密度分离，反而会更麻烦。综合经济和效率的考虑，商标不属于设计加工的范围之内，即本破碎机只加工PET（瓶体）和HDPE（瓶盖）两种塑料。结合表1中的数据可以得出，所要加工的对象可以分为PET材料，厚度在0.24mm-2.68mm之间，高度在189.1mm-281.9mm之间，半径在30.91mm-43.14mm之间；HDPE材料，厚度在1.06mm-1.68mm之间，高度在10.0mm-16.0mm之间。由于塑料瓶的瓶盖和瓶颈没有分离，所以加工的厚度可能应该包括瓶颈和瓶盖的厚度之和的情况。但是由于瓶盖和瓶颈的材料力学性质不同，最薄的加工部位（瓶体）的材料是PET，最厚的加工部位（瓶颈和瓶盖）的材料
