文摘

回收和可持续性构成重大挑战保护人类生命质量和确保一个好的为子孙后代的生活标准。像其他可回收废物、玻璃废物可以是一个主要的问题如果不回收。当玻璃废物变成粉末,环境影响最小化的减少或消除对垃圾填埋场的依赖。在这种情况下,这项工作的目的是设计一种低成本的玻璃破碎机机器可以被人收购。为了这个目的,一个玻璃破碎机机器根据球磨机概念设计将玻璃废物转换成2毫米粒度的粉末。这台机器的主要增强功能对最先进的设计是连续饲料方面和粉放电技术。设计方法包括数学建模与数值模拟耦合,以确保一个安全的和功能设计。这是通过不同类型的模拟实现使用SolidWorks:静态应力分析、自由振动分析,和运动的研究。最后,市场研究表明,达到盈亏平衡期后5个月的时期。

1。介绍

在世界范围内,对玻璃的需求从未目睹下降由于其转移使用在不同的范围和领域。相反,有不断上升的消费者解决玻璃废物处理的问题。每年几百万吨的玻璃瓶被丢弃(1]。年复一年,玻璃废物积累和环境方面造成严重损害由于需要大量的空间,在垃圾填埋场。这些废物已经回收的玻璃制造商。不过,不可能回收玻璃废物由于颜色的变化,在玻璃缺陷,加工成本。

而不是丢弃的巨大体积玻璃浪费,后者可以变成粉末,可进一步用于不同的领域,如农业、结构和生态工程、建筑和建筑材料,和许多更多。在这种情况下,一个全球性的问题会减少和投资提供了一个机会,清洁的环境,和许多更多。

潜在的使用玻璃生产混凝土首次调查前一段时间(2]。制造水泥适得其反的污染问题产生的温室气体(3]。Aliabdo et al。4)已经表明,可以部分取代水泥玻璃粉末混凝土的形成,提供了一个双重优势:减少温室气体排放因为水泥的需求会相对较低,降低玻璃的体积浪费在地标。此外,具体的价格会相对自供应减少和可用性的玻璃是巨大的。此外,混凝土的力学性能可能会维持或略有提高的部分玻璃粉末的混凝土混合物(5]。

另一方面,由于硅的存在,玻璃粉末可以作为自然补充产品杀虫剂,有时,可能对食品安全造成负面影响,空气和地下水,工人健康和环境安全。玻璃粉末灰尘反应与昆虫的外层破裂,因此杀死它提供足够的虫害控制6]。玻璃粉末显示水平的吸收营养物质,如磷、氮、钾,和很多人一样,在植物生长至关重要和决定性的。硅还可以帮助提高光合效率及光吸收,这将导致更多的大规模生产的氧气。

玻璃粉末也可以用作助熔剂在砖和釉生产,取代其他昂贵的成分如钠和钾氧化物,无有害影响(7]。一个重要和独特的好处在釉料中使用玻璃粉末和陶瓷的生产是它充当一个通量在工业过程中,从而降低熔化温度,因此所需的能量。在砖,添加玻璃粉末(按重量高达20%)降低烧成温度,增加机械强度,降低收缩在射击。因此,会有一个下降水吸光度和密度增加。此外,磨砂玻璃的使用可以减少银纹如果使用数量多达30%的体重。

基于上述工具的玻璃粉末,将玻璃废物转换成有用的粉可以使用在不同的行业。这将缓解垃圾填埋场的负担。因此,这项工作的主要动机是设计一种低成本的玻璃破碎机,可以在小范围内实现水平为了治疗玻璃瓶从酒吧、餐厅、酒店、等检查现有不同类型的破碎机后,几种评估方法是为了选择最合适的概念。后来,分级进行基于性能和安全。最后,基于客户的市场研究调查评估提议的金融方面的设计。这个工作的新颖性在于提出的主要增强功能设计与先进的设计。这些特性与连续纸方面,这种设计允许除了实用粉放电技术。

2。现有破碎机的设计

不同类型的破碎机存在每个依赖不同的运行机制。以后,一些潜在的玻璃破碎机列出简要描述。

颚式破碎机机由两个大白鲨(图1),一个下巴是静止的,而另一个是移动。大白鲨是放置在一个v字形,入口在哪里宽适应大尺寸的材料被压碎,可调节出口是狭窄的一小部分。移动颚施加机械压力固定,因此初始破碎过程。这台机器能满足不同客户的需求,因为它轻微的维护要求,防止飞溅的材料的能力,并降低噪音。

Fladvad和Onnela9]研究了颚式破碎机的影响参数对主碎料的质量。

在锤式破碎机(图2),锤头的高耐磨性和强度是附加到转子的一角放置在一个密封,无噪声,固定套管。锤头与高速旋转,将产生一个高影响玻璃把它们分解成更小的碎片。这台机器有一个可调控制所需的最终大小的卸货港。这台机器有两个主要缺点。首先,它无法处理潮湿或潮湿的材料。第二,产生的粉尘处理干材料可能会导致轴承损坏。

双辊破碎机(图3)由两个旋转辊破碎过程负责。辊陷阱材料之间的旋转表面,直到分解,最终排放。这台机器的主要优势是它的可调卸货港,可以满足不同的流量大小。然而,突出的缺点是玻璃辊之间滑动的能力没有被压,因此,降低破碎效率。

冲击式破碎机(图4)像锤式破碎机机器。它由一个转子固定套管内部,打击酒吧在哪里附加到转子提供一个对材料的影响。有不同的破碎阶段减少逐步逐步的破碎玻璃尺寸直到它变成粉末。为这台机器有三个主要的优势。首先,它是高度接受产品含水量大。第二,破碎效率还有很大的打击酒吧的硬度。第三,打击酒吧和冲击板之间的距离很容易控制,因此探索众多选项粒度出院。

在球磨机(图5),破碎过程是由于钢或橡皮球放在一个旋转圆柱壳。圆柱体绕其轴旋转,球旋转形成影响玻璃粉碎它。值得注意的是,最大的影响当球从顶部,直到他们达到玻璃。放电玻璃的大小取决于材料的球,球的大小,旋转速度和材料用于圆柱壳。这台机器有不同的实质性的优点:效率高、处理能力高、易于维护、高可靠性和安全性。至于缺点,机器有噪音以及识别的摩擦能量损失和供暖。主要有两种类型的球米尔斯:格栅和钢球磨煤机溢出。每种操作类似的工作原理,但放电的不同方式。商业上,这样的机器只发现碎骨料和煤,但不是玻璃。

棒磨机操作的方式非常接近的球磨机。如它的名字所表明的那样,研磨介质棒,发起行接触材料磨。这个特性最大化破碎效率由于大面积的接触。这种机器的优点包括低成本的研磨介质,低功耗,最佳的操作时间。棒磨机在低速运转以来相对于球磨棒滚,不级联。然而,棒磨机的一个主要缺点是,它需要重大操作的关注,因为棒必须平行于另一个获得破碎效率高,否则研磨行动将丢失。杆米尔斯不同类型的基于放电的类型。玻璃破碎的潜在类型包括耳,结束外围和中心外围杆米尔斯(图6)。然而,棒磨机只存在大规模工业研磨聚集而不是眼镜。

圆锥破碎机(图7)是最常见的计算机二、三级破碎阶段聚合行业和矿物加工粉碎操作(15]。圆锥破碎机的功能原理是压缩两个表面之间的粒子。圆锥破碎机,压缩操作实现了造成突变运动在一个内层(外套),而一个外锥(凹)仍然是固定的。突变运动由偏心衬套实现传输驱动轴的旋转运动通过齿轮环主轴。由于地幔是允许在主轴轴自由旋转,它将作为一个行星轮行星齿轮,滚动在床上地幔的岩石颗粒。

汉et al。16)比较了赤铁矿产品特征在高压磨辊和颚式破碎机。他们发现,磨辊实现更均匀的粒度分布,更多的罚款,破碎效率更高。

3所示。概念的选择

3.1。介绍

评估选择标准,有必要先探索市场需求。在这方面,一些讨论与潜在客户如市举行,餐馆和环保人士。这一步后,获得客户需求(ECs),然后转换成工程特征选择过程和概念是开始使用不同的评估工具。

3.2。房子的质量

客户需求的最重要的因素是选择标准,因为通过它们,ECs将被设置的重要性。因此,这台机器能够满足这些ECs以最好的方式将被选择作为一个合格的设计概念。利用质量屋的房子是一种等级ECs。这是通过相关的每个客户要求ECs并指定它们之间的关系相关联的数字1,3和9,9表示强烈的关系。此外,每个客户的要求是由于体重因素取决于它对客户的重要性。一旦表了,点添加每EC,答案是乘以相应的加权因子给最终的得分。这使得分类ECs秩序的重要性,因此只考虑选择的高排名的概念。

基于质量屋的结果(表1),最重要的ECs客户如下:退出率、成本、流量大小、振动、喂入口体积,电机功率,维护,重量,扭矩,控制系统,材料选择、旋转速度、破碎机的维度,和轴的设计。

3.3。普图

基于质量屋的结果,前七ECs钢厂的选择以及四种类型兼容ECs和插入在普图概念选择(表2)。

球磨机是设置为基准,颚式破碎机1概念,概念2时的锤式破碎机,辊式破碎机,概念3所示。每个选择的概念是相对于基准的七ECs,和桌子都是基于第二部分中给出的信息。例如,如果概念1比基准(球磨机)在一定EC,分配一个加号表示这种情况下。否则,一个负号表明基准分配更好。如果这两个概念是同等重要的关于某个EC,然后是一个年代的信。

此外,这个概念,收集最迹象和至少+直接消除(辊式破碎机在这种情况下)。因此,球磨机,颚式破碎机,锤式破碎机的最后阶段将继续选择方法,层次分析法(AHP)。

3.4。层次分析法

在层次分析法中,两种类型的分析。首先分析比较了ECs互相通过填写标准比较矩阵(表3),基于质量屋的结果(表1)。然后,结果归一化(表4),最后一个一致性检查(表执行5),以确保该方法的有效性。这种分析允许分类ECs的重要性顺序根据获得的分数。

第二种类型的分析包括相互比较的概念对每个电子商务。相同的表都是以前为每个电子商务。最终结果存储在一个最终评级矩阵(表6),选择得分最高的概念。

根据客户需求,ECs,比较技术应用(质量屋、普图和AHP),球磨机的概念被认为是最合适的。

4所示。球磨玻璃破碎机的设计

4.1。介绍

设计过程包括设置所需的滚筒直径和计算所需的电机功率和操作鼓的速度。然后,选择供电系统相应的传输系统。剩下的结构部分是最初由分析应力大小的自由体图计算孤立的成员。最终的大小是通过有限元分析(FEA)实现的。

4.2。设计和组件选择

球磨机的主要部件(图8、表7)电源、传输系统、鼓轴、轴承、球、和框架。

镀锌ASTM A36-steel选择框架,鼓,轴,和支持。

球磨机的研磨过程是由于离心力引起的磨球。这个力取决于球的重量和球磨机转速。在低速度,球下降状态(图9(一个))。随着运行速度的增加,球前达到一个更高的螺旋升角下降,重复循环。球将会遵循抛物线路径(图9 (b))当他们到达一个点,在各自的重量超过离心力。在重复周期,这是最突出的研磨饲料成小尺寸的方法。超出了所谓的“临界速度”,离心力对球总是大于重量,因此防止磨削的过程(图9 (c))。这种情况被称为铣和阻碍了球破碎效率。鼓的临界速度是由(18]: 在那里,n:鼓的临界转速(rpm),D_我,米:轧机的内径(m)。

机通常采取的操作速度在50%和70%之间的临界转速(在本研究中认为是0.62%)。 操作系统:操作速度(rpm)。

设置鼓直径为48厘米,应用方程(1)和(2)产量约63 rpm和39 rpm的关键和操作速度,分别。

适当的铣削,长度直径比的鼓必须在219]。另一个明显的特征是程度的灌装机。与过度充填,碰撞的可能性上升的球和球下降较高,导致铣效率低。另一方面,少量的球不会满足破碎。因此,关键的分析表明,球的体积之间必须鼓总量的30%和35%。

的最小球直径(11]: 在哪里d_b,分钟:最小球直径(毫米)d_f,马克斯:最大进料直径(毫米),σ_c:抗压强度的玻璃(MPa),E:弹性模量的玻璃(MPa),ρ_b:密度球(公斤/米³),D_我,维:鼓(m)的内径。

基于方程给出的结果(3)(表8),最小球直径50毫米。然而,这将导致大量的球考虑体积32%的球对鼓的总量。因此,选择一个球,直径50毫米,导致650球。

球磨机的效率取决于等其他重要特性满足材料的物理和化学性质,甲面,铣技巧。旋转鼓所需的电力所需的操作速度是由(20.]: 在哪里P:鼓所需电力操作(W),米:总质量的球和提要(公斤),N:频率在赫兹(Hz),D_我,米:内机直径(米)。

从方程(4),所需的电力驱动滚筒是3 Hp。鼓是可用的扭矩242牛米。

4.2.1。准备鼓

鼓是球磨机的主要成分,在球旋转和碰撞与喂养材料生产玻璃粉末。在目前的研究中,鼓不仅用于旋转和被粉,还放电通过其研磨洞。为此,2.5毫米直径的孔传遍整个鼓筒(图10)。

4.2.2。门的容器

随着粉排放外鼓,门容器(图11)持有它们,喂了固定锥收集器。门容器由两个对称的半圆柱形底部金属板铰链。为了避免任何可能逃离的粉外,刷子安装门两边的容器。

4.2.3。固定容器

玻璃粉出院时通过磨孔的鼓,需要一个收集器收集他们。体形状固定容器(图12)被放置在底部收集粉由重力作用。类似于集装箱门,刷安装在锥形收集器避免逃离的玻璃粉末在控制体积。

4.2.4。框架

整个框架旨在抵御机制在操作期间。两边各有一个一个形状结构放置球磨机的纵轴和连接到对方使用五连杆(图13)。门的每个部分容器是连杆铰接。类似地,两个棒锥收集器是完蛋了。此外,另一个框架房屋马达是附加到一个形状结构。

4.2.5。权力和传输系统

电力传输系统由一个电动马达,两轴,两个滑轮和皮带(图14)。滑轮和皮带系统调节滚筒速度所需的转速。

图15显示了两个等距组装的全面视图。

4.3。有限元分析

为了确保球磨机的结构完整性,SolidWorks进行了准静态应力分析仿真。整个部分是网状使用4-node固体四面体元素(图16)的最小元素大小8毫米与高应力梯度区。这是设置网格敏感性分析后,确保所选网提供了所需的精度。模型由共有285922个节点和148823个元素。所有部件都是采用ASTM A36钢的屈服强度250 MPa。压力是应用于容器的下部鼓代表的重量的钢球除了惯性效应。冲击力计算使用脉冲方程通过考虑一个保守的情况下,鼓包含650球,其中100人从桶形容器的顶部。

4.4。运动分析

一旦设计完成,SolidWorks进行动作研究来确保之间的碰撞能量玻璃瓶和钢球是充分的破碎的瓶子选定滚筒的转速。模型(图17)包含以下部分:转筒、轴承、七钢球,三个玻璃瓶。轴承固定,电机旋转在38 rpm是附着在滚筒轴。该模型模拟了5秒,瓶子的总动能被记录。

5。结果

压力的结果(图18)表明,最高压力本地化鼓和轴之间的连接两边的鼓。相应的安全系数(FOS)提交对收益率为4.103(图19)。变形的结果(图20.)显示最大值1.247毫米的局部区域的最小的轴。

研究显示运动碰撞能量高于三瓶(图20焦耳21)。这种能量足以打破玻璃瓶进行的实验研究[21- - - - - -24]。

前五个自由振动所引起的固有频率分析表中列出9。由于操作rpm是远低于自然频率,因此没有共振的危险。

6。经济分析

完成设计后,一个经济研究。机器的总成本估计为700美元(表10)。此外,调查的样本进行了七个中型餐馆(可容纳50 - 100)位于沿海的每周处理330毫升玻璃瓶(表和750毫米11)。顾客想要玻璃破碎机操作机器将购买玻璃瓶0.1美元/公斤(25][26),售价却高达0.25美元/公斤的行业受益于粉,即。、建筑公司、农业部等。在这种情况下,盈亏平衡点将达到5个月后。

7所示。结论

今天,每一天,玻璃对许多行业的存在和可持续性至关重要,和需求在不断增加。因此,倾销等产品以任意方式是其潜在的耻辱,一方面,另一方面对环境风险。在这种背景下,一个玻璃破碎机机器设计将玻璃瓶变成粉末。这样大量的离开玻璃可以变成非常少量,一个非常有前途的回收潜力。在探索不同的现有设计、概念选择工具被如质量屋,普图和层次分析法。玻璃破碎机设计基于球磨机概念进一步增强,针对其弱点如粉放电。分级标准是基于性能和安全通过不同类型的模拟使用SolidWorks:静态应力分析、自由振动分析,和运动的研究。前两个研究确保机器的优化设计和安全,而后者确认所需的parabolic-like钢球的路径以及玻璃粉放电通过孔的鼓。相比现有玻璃破碎机机器,本文提出了几个优势的成本,简化放电机制,连续进料。

缩写

ρb:	球的密度
σc:	抗压强度
db,分钟:	最小球直径
db,马克斯:	球最大直径
D我,维:	内径的鼓
D我,米:	轧机的内径
E:	弹性模量
米:	总质量的球和饲料
n:	临界转速的鼓
N:	频率
操作系统:	操作速度
P:	鼓操作所需电力。

数据可用性

在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

进行了数学建模,实现了CAD图纸,和数值模拟。国际扶轮最先进的研究和概念的选择。两位作者贡献的写作手稿。两位作者已阅读并批准了手稿。