摘 要

如今，塑料已经成为人们生活中不可或缺的必需品，塑料行业的发展也越来越快，几乎各行各业都会使用到塑料制品。但是，随着塑料制品的大量被使用，塑料所造成的环境污染越来越严重，废旧塑料的有效回收问题也越来越突出。废旧塑料不仅破坏自然环境和人们的生活环境，同时其自身还蕴藏着巨大的价值，若能够被有效的回收利用，则可以为新塑料制品的制作节省很多材料。目前我国的塑料回收分类技术以人工分拣为主，不仅耗费人力，而且效率较低。相比较之下，采用自动分选装置进行分选不仅可以提高分选效率，而且可以减少对人力的耗费。

本次设计为L-PET废旧塑料回收自动分选机设计，其主要结构为直线型振动给料器，传送带和气流分选装置，其中以直线型振动给料器和气流分选装置为主。直线型振动给料器设计包括整体的结构设计，槽体的结构设计，减震装置的设计，减震弹簧的校核，振动电机的选择和振动电机的参数计算等。传送带的设计以皮带的尺寸和传送机的高度等为主。气流分选装置的设计包括气压传送系统的设计、相关设备的选型以及箱体的设计等。

关键词：废旧塑料回收；自动分选机；直线型振动给料机；气流分选装置

Abstract

Nowadays, plastics have become an indispensable necessities in people's lives. The development of the plastics industry is also getting faster and faster. Plastic products are used in almost every industry. However, with the large number of plastic products being used, the environmental pollution caused by plastics has become more and more serious, and the problem of effective recycling of waste plastics has become increasingly prominent. Waste plastics not only destroy the natural environment and people's living environment, but also contain huge value. If they can be effectively recycled, they can save a lot of materials for the production of new plastic products. At present, China's plastic recycling classification technology is mainly manual sorting, which not only consumes manpower but also has low efficiency. In contrast, the use of automatic sorting devices for sorting not only improves sorting efficiency, but also reduces manpower cost.

This design is designed for L-PET waste plastic recycling automatic sorting machine. Its main structure is linear vibrating feeder, conveyor belt and air flow sorting device, among which linear vibrating feeder and air flow sorting device are the main ones. The linear vibrating feeder design includes the overall structural design, the structural design of the tank body, the design of the damping device, the check of the damping spring, the selection of the vibration motor and the calculation of the parameters of the vibration motor. The design of the conveyor belt is mainly based on the size of the belt and the height of the conveyor. The design of the air separation device includes the design of the air pressure transmission system, the selection of the relevant equipment, and the design of the tank.

Keywords: waste plastic recycling; automatic sorter; linear vibrating feeder; air separation device

目录

中文摘要 1

Abstract 2

目录 3

第1章 绪论 5

1.1目的及意义 5

1.2国内外现状 5

1.2.1国外研究现状 5

1.2.2国内研究现状 6

1.3研究内容 6

1.3.1研究内容 6

1.3.2研究目标 6

1.3.3技术方案及措施 7

第2章 给料机和传送带的设计 8

2.1直线型振动给料器的设计 8

2.1.1振动给料器的概述 8

2.1.2组成部分和工作原理 9

2.1.3给料机槽体的设计 10

2.1.4减震装置的设计 11

2.1.5机座的设计 13

2.1.6电机的选择和参数的计算 13

2.1.7紧固螺栓的选择 16

2.2传送带的设计 17

第3章 气流分选装置设计 18

3.1气流分选装置的概述 18

3.1.1气流分选装置的用途 18

3.1.2气流分选装置的组成 18

3.1.3气流分选装置的优点 19

3.2气流分选装置的结构及设计 19

3.2.1气源装置 19

3.2.2空气过滤器 20

3.2.3压力控制阀 20

3.2.4单向阀 20

3.2.5喷嘴 21

3.2.6箱体的设计 21

3.2.7风力分选的相关参数计算 22

第4章 建模与仿真 24

4.1废旧塑料回收自动分选机的建模 24

4.1.1建模软件的简介 24

4.1.2废旧塑料回收自动分选机的建模模型 24

4.2废旧塑料回收自动分选机的仿真 26

第5章 结论和展望 27

参考文献 28

致谢 28

第1章 绪论

1.1目的及意义

本次课题研究的主要内容是L-PET废旧塑料回收自动分选机的设计。通过设计出能够利用机器实现对废旧塑料的自动分选的装置来节省出更多的人力，达到减轻工人的劳动强度，以及节省更多的人力资源、提高分选的精度和效率的目的。目前国内的塑料回收主要以人工分拣回收为主，废旧塑料自动分选机能够极大的提高分选效率，从而从中获得更大的价值，还可以大幅度减少废旧塑料的产生所引起的种种环境问题。

在日常生活中可以看到各种被丢弃的废旧塑料制品,这些废旧塑料的数量不断增加，对生态环境逐渐造成了不可磨灭的伤害。而根据报告显示回收处理万吨废弃塑料,经再利用后相当于节约石油万吨、同时减少了对塑料垃圾的处理,相当于减排二氧化碳万吨。如果实现废旧塑料进行分选回收并循环再利用,我们可以增加对塑料资源的利用,从而有利于减少资源浪费和实现社会的可持续发展。通过设计废旧塑料回收装置可以有效提高废弃塑料的回收处理速度，降低此行业的劳动强度，提高废旧塑料的回收利用率以及相关企业的利润率，从而促进此行业的发展。

1.2国内外现状

1.2.1国外研究现状

全球塑料消费总量平均增长率为5-6％，到2015年达到了2.97亿吨。塑料废弃物的急剧增加导致了巨大的社会和环境压力，作为减少塑料废物负面影响的有效途径，回收利用是当今塑料行业最具活力的领域之一。在工业自动化与工业智能化发展的大潮下，当今许多国家对自动化材料回收设施的需求都在增长。在美国，废旧塑料的回收效率较高，大约是百分之五十以及上，而在欧洲，能够将回收效率达到百分之五十以上的国家也有很多，即欧美国家目前的废旧塑料技术已经较为成熟。日本近年来也研发出了较好的废旧塑料自动回收分选装置，并且能够充分利用红外光线照射技术将废旧塑料分类，从而便于塑料回收利用。现阶段废旧塑料分选技术有气流分选技术、静电分离技术、密度分离技术、熔融分离技术、水利分选技术和红外光线分选技术等。有关企业研究出的分选设备也有很多，如法国的贝蓝科生产出的光谱全自动分拣设备和颜色分拣机、德国的S S集团双仕分拣技术有限公司的颗粒散料用金属分离器等。上述公司在分选机的研制上均有较为成熟的技术。尽管国外的废旧塑料检测分选技术相较于国内更为先进，但事实上很多研究仍然还处于初始阶段，也就是说明废旧塑料自动回收装置的设计仍然有很大的提升点。

1.2.2国内研究现状

在我国，使用塑料的行业非常多，塑料制品充斥于各行各业，在人们的日程生活中，塑料的使用也是不可或缺的。因此，我国使用塑料的数量十分巨大，由此产生的废旧塑料的数量也十分巨大。我国废旧塑料分选回收技术政策由于观念欠缺、缺乏重视、成本太高等问题进展较为缓慢，在目前使用的废旧塑料的回收和利用技术以以人工的分拣回收利用为主，机械化和自动化不够成熟，回收效率比较低。但随着环保意识的提高以及塑料回收技术蕴含的巨大价值被逐渐发现，国内环保成员和研究人员也开始越来越重视废旧塑料的回收和再利用等问题。因此加强对废旧塑料回收自动分选机的研究和设计，不断提高我国废旧塑料的回收和利用问题是十分重要的。

1.3研究内容

1.3.1研究内容

本次研究主要的设计内容是废旧塑料回收自动分选装置的执行机构。为了实现废旧塑料的自动上料、分选，需要设计上料机构，输送机构与分选机构来完成相关要求。上料机构主要采用直线式振动给料器为主体，其功能是将废旧塑料输送到传送带那里。输送机构采用皮带传送机为主体，可以将废旧塑料运输到检测系统处进行金策。气流分选机构的主要结构是气压传送系统，用于废旧塑料的分选。

本次论文主要是对L-PET废旧塑料的设计内容及过程的说明。主要由以下几部分组成：

（1）绪论：研究的目的及意义，主要的设计方向和方案等。

（2）给料机和传送带的设计内容以及设计过程等。

（3）气流分选装置的设计内容以及设计过程等。

（4）针对总装置的建模及仿真。

（5）设计总结以及对设计作品的展望。

1.3.2研究目标

（1）选择合适的振动电机，设计料槽和减震装置，选择合适的上料位置。

（2）设计输送机构，通过传送带将实现了上料、分类的塑料瓶运输到NIR检测装置以及气流分选机构中。

（3）设计分选机构，完成气动系统的设计，通过气流分选机构将需要的塑料及不需要的塑料分离开来。

1.3.3技术方案及措施

查阅相关资料，明确各个机构的工作原理，画出各个机构示意图。

通过所学知识，设计分选机的大致结构，并分别画出上料机构、输送机构和分选机构的机构简图。

设计各个机构的具体参数参数，完成对相关机构的具体设计。

通过SolidWorks AutoCAD等软件画出装配图。

第2章 给料机和传送带的设计

2.1直线型振动给料器的设计

废旧塑料回收自动分选装置的设计总体结构置如图2.1所示：

图 2.1总体结构

2.1.1振动给料器的概述

2.1.1.1用途

振动给料器是一种通过给料机使物料在振动电机的带动下向前运动从而得到运输的装置，主要用于金属等材料的上料系统中，并可以用在自动控制的流程中，从而能够实现物料运输自动化的流水作业。废旧塑料被放于振动给料器中，通过振动电机的振动产生向上向前的力被向前抛掷运输，从而完成上料的工作。

2.1.1.2分类

根据料道的不同，分为圆盘式振动上料器和直线式振动上料器。

根据振动原理的差异，分为电磁形上料器，振动电机形上料器和偏心块共振形上料器。

根据安装形式，分为悬挂式和基座式。

2.1.1.3特点

振动给料机一般由振动机架、振动体、激振器以及弹性元件等组成。给料机通常能够分为钢板式的构造和篦条式构造，钢板式构造通常可以将全部的废旧塑料块送入后续设备中，而篦条式构造则可以对废旧塑料进行粗筛分，这里并不需要，因此选择钢板式结构。振动给料机能够利用振动的原理将物料连续均匀的运送到受料装置中，具有体积较小，重量较轻，结构简单，安装维修方便，振动平稳，工作可靠，用途广泛，操作方便等优点，是一种常用的送料装置。

2.1.1.4设计方案

根据给料机构的工作特性，设计出的给料槽以及运动方式如图2.2所示：

图 2.2给料槽的运动方式

2.1.2组成部分和工作原理

2.1.2.1组成部分

直线型振动给料器主要由激振器，槽体和减震装置组成。其中，激振器可以产生激振力，从而带动整个机器的振动，在本次设计中，采用振动电机作为激振器。采用电机做激振器可以提高功率因数，减少噪音等的影响。由于实际环境下物料从槽体上方进行放置，所以减震装置采用基座式。基座式减震装置主要由底座和减震弹簧组成，不仅可以有效进行减震，比起悬挂式减震装置可以有效简化装置的结构，减少材料的使用。料槽的槽宽根据实际情况需要设计为2米，并要有足够的强度和刚度。图2.3为初步设计的直线式振动给料器的结构简图，1为振动电机，2为料槽，3为减震弹簧，4为底座。

图 2.3直线式振动给料机结构简图

2.1.2.2工作原理

振动给料机的两个振动电机与槽体底面成一定夹角，振动电机推动料槽做周期振动，使得槽中的物料沿倾角方向做抛掷运动，由于物料向前运动的摩擦力大于向后运动的摩擦力，并且其振动加速度的垂直分量大于重力加速度，因此能够向前做抛掷运动，槽体通过弹簧被支撑起来，并能够随着振动电机做往复运动从而完成物料的给料运动。

2.1.3给料机槽体的设计

（1）槽体结构设计

根据实际需要，料槽的槽口宽度应为两米。振动给料机的槽体多用长方形，圆形和梯形等形状作为断面的结构形状，这里选用最基本的矩形，并将料槽的槽体卷边用以增强槽体的稳定性和刚度。断面如图2.4所示

图2.4矩形槽结构示意图

由于不需要对废旧塑料进行粗筛分，因此机架选用钢板结构。槽体的材料选择ZG200-400钢制的钢板制成，一端封闭起来，从料槽上方放料，另一端敞口，使得物料从该端被抛掷到运输机上。槽体下方根据振动电机的振动方向角设计一个30度的凸台，便于振动电机的安装。槽体封闭侧设计出一个水平凸台，便于减震装置的安装。由于塑料从槽体上方进行放置，并且为了节省空间和材料，选择安装方式选择座式。

（2）计算槽体刚度

由于直线振动给料机的料槽在振动时具有固有频率，因此需要计算槽身的刚度用以测量其固有频率。当电动机振动频率与给料机槽身的固有频率较为相似时，槽身会接近共振甚至产生共振，使它的弯曲振幅明显增大，从而加快槽身的损毁。因此要通过计算槽体的刚度验证槽体固有频率大于激振频率。

由于设计采用振动弹簧作为中间的支撑，所以在两弹簧之间的给料机槽体部分可看做是均布载荷简支梁。查阅机械设计手册，槽体的一阶固有频率的计算公式为：

（2.1）

E—弹性模量

I—惯性矩

—单位长度质量

l—质点间距

取，由f=14HZ得出=2得到l应大于1500mm。据此可设计槽体的总长度为4000mm。

2.1.4减震装置的设计

2.1.4.1减震装置的组成

减震装置的作用主要是减振降噪和支撑槽体，主要由弹簧减震器和机座组成。减震器主要用来抑制弹簧的振动，减少因为弹簧振动造成的设备的磨损。给料机共设计有四个减震弹簧，每个弹簧减震器都连接着槽体和机座。弹簧减震器主要由弹簧、弹簧筒和弹簧压盖组成。

2.1.4.2弹簧的设计

（1）弹簧的分类

弹簧根据形状的不同，有圆柱形弹簧和截锥形弹簧等，根据受载的不同有拉伸弹簧、压缩弹簧和扭转弹簧等分类，按照截面分为圆形截面弹簧、矩形截面弹簧、扁形截面弹簧等。这里选择圆柱形螺旋压缩弹簧，这种弹簧能够便于制造并且比较稳定，可以应用于各种机械装备中。根据机械设计手册选用代号为Y1的冷卷压缩弹簧，材料选择强度高、性能好的碳素弹簧钢丝。

（2）弹簧的参数选择

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