磨盘式塑料粉碎机的设计与研究

0引言
塑料粉碎机是塑料回收进行加工的重要设备，是塑料回收加工原材料第一道工序。

随着应用越来越广泛，对粉碎机设计质量要求越来越高。

本文以PM300为例，对塑料粉碎机的设计及优化改进进行了论述。

1磨盘式粉碎机总体介绍1.1磨盘式粉碎机结构组成磨盘式粉碎机是由料仓、振动喂料机、机箱（定刀磨盘和动刀磨盘）、电机、皮带轮传动系、底座等组成，其整体结构如图1所示。

1.2应用
塑料粉碎机用于碾磨聚乙烯PE 、聚氯乙烯PVC 、聚丙烯PP 、聚苯乙烯PS 、ABS 等其他物料的粉体加工。

物料大小的选择在3mm ~8mm 之间为宜，磨出物料的粉体大小为10~100目。

1.3磨盘式粉碎机工作原理当电机工作时，投进料仓中的物料通过振动喂料装置喂料进入到进料斗中，再由料斗进入到机箱的研磨腔中，以电机为动力源的皮带轮传动装置带动动刀磨盘高速旋转，使物料在动刀磨盘和定刀磨盘之间发生强烈碰撞、摩擦，物料在动、定刀磨盘间承受着刀刃的多次剪切而粉碎,如图2所示。

最终将物料切割成所需大小的颗粒。

动、定刀磨盘间隙的调整对出物料的细度是一个关键的参数，一般磨盘的间隙调整为0.2mm ~0.8mm 为宜，动、定刀磨盘的间隙大小是靠粉碎机磨盘门上的调节螺栓进行调节的，并用塞尺来检查调节间隙的大小。

2磨盘式粉碎机主要性能参数的计算
磨盘直径为300mm ，质量为45kg ；电机侧带轮直径200mm ，负载侧带轮直径100mm ，磨盘速度6000r/min 。

目前，针对松散状态下的物料切削力的计算并没有确——————————————————————
—作者简介:井丽华（1981-），女，河南洛阳人，中级职称，从事塑料
破碎机等工作。

保障驾驶人员的人身安全。

3.2汽车辅助驾驶系统与自动驾驶系统分析
汽车的辅助驾驶系统主要是通过了汽车内部的智能感知系统来对驾驶人员的实际操作进行规划，并给驾驶人员提供驾驶建议，或者是代替驾驶人员进行自动驾驶操作，其主要包含了泊车系统和巡航控制。

当然该技术是比较适合应用在交通比较拥堵的地区，这样能够在拥堵空间下提高汽车的使用度，突显汽车的先进技术，这些方向都是未来汽车电子控制技术所要发展的必经之路。

但不得不指出的是，当前汽车自动驾驶还处在试验阶段，虽然已经有部分公司推出了具备自动驾驶功能的汽车，但从目前的效果与情况来看，安全性等数据并不理想，这主要是由于当前人工智能在软硬件上发展还未能完全达到要求，在处理汽车驾驶过程中各类突发情况的能力还比较有限。

4总结总而言之，近几年来，我国汽车技术的发展极为快速，
在发展的前提下是离不开电子控制技术，在新技术不断出现的情况下，汽车电子控制技术依然会成为汽车行业的主要支撑技术。

在我国汽车行业发展过程中，汽车电子控制技术会朝着智能感知与预警系统和汽车辅助驾驶以及自动驾驶系统方向去发展。

随着未来的科学技术发展，相信汽车电子控制技术也会取得更大的优化与完善，更好地为汽车行业所服务。

同时要加强对相关技术人员的培养，特别是要在中职汽车维保专业中融入汽车智能电器的学习课程，以人才推动相关产业与技术的发展。

参考文献:
[1]周建宏，郑志恒，柳旭，等.浅谈汽车电器设备故障检测方法[J].时代汽车，2019（6）.
[2]孙环.汽车电器的现代电子控制技术研究[J].内燃机与配
件，2018（1）：199.
[3]叶超.汽车电器设备中的现代电子控制技术分析[J].南方农
机，2019，50（20）：189.
磨盘式塑料粉碎机的设计与研究
井丽华
（骁马机械（上海）有限公司，上海201612）
摘要:本文介绍了PM300塑料粉碎机的总体结构、工作原理。

对动力、刀具磨盘、传动主轴和带的选择进行了系统性的分析与计
算,同时对危险轴径进行了静力学应力分析。

对出现振动大问题,通过对减振器的选取计算及NVH 数据分析,理论结合实际,得到了有效改善。

最后,提出了降低噪音的可行方法。

关键词:磨盘式塑料粉碎机;分析与计算;振动;噪音
1-料仓；2-料位计；3-振动喂料装置；4-进料斗；5-定刀磨盘；6-动刀磨盘；7-喷水口；8-调节螺栓；9-观察孔；10-减振器；11-底座；12-电机；13-电机端皮带轮；14-三角皮带；15-主轴皮带轮；16-圆柱滚子轴承；17-密封圈；18-轴承
座；19-角接触球轴承.
图1磨盘式粉碎机结构示意图
图2物料在动尧定刀磨盘之间状态示意图
定的方法，所以只能利用实验来计算相应数据。

实验得到的不同厚度塑料对应的剪切力如表1所示。

表1不同厚度塑料对应的剪切力
厚度（mm ）剪切力（N ）0~55~1010~20
300~9471241~20861318~3920
由于磨粉机粉
碎的塑料颗粒不大于8mm ，所以确定磨盘刀具的剪切力为2000N 。

2.1电机功率的选择计算
P-电机功率（kW ）；n-磨盘转速（r/s ）；r-磨盘半径（m ）。

各传动部件的功率损耗，约占总功率的5%~10%，为安全考虑一般选用的电机为1.5倍的系数，且本粉碎机的传动比i=d d2/d d1=100/200=0.5，故选用的电机功率为22kW ，转速n=6000×0.5=3000r/min 。

2.2磨盘的选择
磨盘作为整个粉碎机的核心部件，既承担着整个塑料粉碎机旋转时的动能传递和物料切削，还影响着整个粉碎机的使用寿命以及使用性能。

因此磨盘刀具材料的选择也是至关重要，磨盘刀具采用冷作模具钢Cr12Mo1V1，经过淬火后硬度能达到HRC58~60，并且耐磨性能好。

2.3磨盘不平衡量的计算m=9549MG/（r ×n ）=9549×45×6.3/（150×6000）=3g M-磨盘质量（kg ）；G-精度等级选用，磨粉机的动刀磨盘平衡精度等级选G6.3；r-动刀磨盘半径（mm ）；m-不平衡合格量（g ）。

由此可看出动刀磨盘的不平衡量保证不大于3g 即符合实际工况要求。

整个磨盘在做动平衡试验时，对于超出的不平衡量，需做去重处理。

2.4磨盘主轴的设计
磨盘主轴为塑料粉碎机的核心零件之一，动刀磨盘在粉碎塑料时，磨盘主轴受到较大的外力冲击，所以主轴的强度直接影响着粉碎机的整体寿命，所以主轴材料的选择至关重要。

经调质处理后20Cr 的综合力学性能及温冲击韧度，可加工性好，硬度在HRC56~60之间，用于制作耐磨性要求高或受冲击的机器零件，因此本主轴选用20Cr 制造，20Cr 的屈服强度为540MPa ，抗拉强度835MPa ，弹性
模量为2.06×1011Pa ，泊松比为0.3。

首先考虑的是根据轴的相应强度条件和受载情况初步确定轴的直径。

由于主轴主要承受扭转力矩，所以按照扭矩强度的计算方法来确定危险
截面的直径，即：
τ=T/W t=T/（0.2d 3）≤[τ]T=9.55×106P/n 则轴的最小直径计算为
因为电机的最大转矩为额定转矩的2倍，故取T 0=2T ，根据实际情况，综合考虑选轴的直径为40mm 。

式中：τ-材料的扭剪应力（MPa ）；T-扭矩（N.mm ）；W t -抗扭截面系数；[τ]-20Cr 的许用扭转剪应力（MPa ），取[τ]=20MPa ；d-轴的直径（mm ）。

为了验证所选取轴径是否合理，再用solidworks 中的simulation 进行静力学应力分析。

具体操作步骤如下：
①用solidworks 进行建模；
②进入到simulation 环境下进行静应力分析；③选取材料，夹具，对最小轴端施加扭矩T 0；④进行网格划分，取值0.5mm 。

如图3所示；
图3主轴网格划分
⑤开始进行分析，分析结果，如图4所示。

图4主轴应力分析
由应力分析结果可以看出主轴最大应力为62MPa 符
合技术要求。

2.5轴承的选择
由于动刀磨盘传动主轴承受的径向力比较大，因此要选用承受径向力大的轴承，且主轴的转速和承受的扭矩比较高，所以优先考虑圆柱滚子轴承和角接触球轴承。

而圆柱滚子轴承安装、拆卸比较方便，安装在皮带轮端。

动刀磨
盘端由于要承受来自物料的轴向阻力，所以这端选用既能承受径向力又能承受一部分轴向力的15°角接触球轴承，且角接触球轴承成对使用，采用面对面的安装方式。

由于磨盘的高速运转，轴承的润滑脂也配有自动加注装置，以保证轴承不产生干摩擦，防止轴承抱死。

2.6传动系统形式的选择
本粉碎机的传送皮带选用窄V带。

窄V带的优点是其断面呈倒梯形，高与节线宽度的比为0.9，大于V带的
0.7，因此能够增大工作面与轮槽的接触面积，提高传动功率和效率。

在相同的小轮直径和线速的条件下，每根
窄V带的传动功率，约为宽度基本相同的相应型号V带的3~4倍。

2.6.1窄V带的功率计算
P d=P×C2=28.6
式中：P d-计算功率（kW）；C2-工况系数，经查C2=1.3；P-传递的额定功率（kW）。

2.6.2选择窄V带的型号
按照计算功率P d和电机端带轮转速n，根据机械设计手册带传动中基准宽度制窄V带选型图，选择窄V带的型号为SPZ。

2.6.3验算带速ν，窄V带速一般限制在5~42m/s 之间。

ν=（πd d1n）/60×1000=31m/s（符合要求）
式中：d d1-电机端带轮的基准直径（mm）；n-电机端带轮的转速（r/min）。

2.6.4确定中心距a和带的基准长度L d
设计时如无特殊要求，可按下式初步确定中心距a0 0.7（d d1+d d2）≤a0≤2（d d1+d d2）取a0=480mm
基准长度计算：由带传动的几何关系可得带的计算公式：
L0≈2a0+1.57（d d1+d d2）+（d d2-d d1）2/4a0=1436mm
2.6.5验算小带轮包角a1
a1=180°-57.3°×（d d2-d d1）/a=168°
则a1≥120°，a0=480mm符合设计要求。

2.6.6确定带的根数Z
Z=PC2/（P N C1C3）=4.7
式中：P N-每条带的额定功率，P N=6.31；C1-皮带轮包角修正系数，C1=0.99；C3-窄V带的长度系数，C3=0.98。

考虑到安全系数问题，确定皮带轮的根数为6。

3粉碎机振动
由于PM300粉碎机振动较大。

其振动大小主要是由减振器决定的，即对减振器减振性能进行分析计算，结合NVH试验数据分析，选用合适的减振器。

已知粉碎机重量为980kg，减振结构由五个减振器组成。

其力学分析如图5所示。

3.1根据重心计算位置关系
重心到后端：L1=398mm
重心到后端（电机端）：L2=712mm
重心到左侧：L3=235mm
重心到右侧：L4=595mm
3.2确定粉碎机总成刚度k
启动速度1000r/min
激振圆频率ω（角速度）=1000/60×2π=104.7rad/s
取隔振系数0.25，则频率比N=1/0.25
√=2≥1.41
K1=2686×398/1110=963N/mm
K2=2686×712/1110=1723N/mm
K3=2686×235/830=761N/mm
K4=2686×595/830=1925N/mm
综合：Ka=963+761=1724/2=862N/mm
Kb=1723+761=2484/2=1242N/mm
Kc=963+1925=2888/2=1444N/mm
Kd=1723+1925=3648/2=1824N/mm
3.3位移
S=F/K=3.648mm
3.4受力载荷F前、F后、F左、F右
F前左=332.5kg F后左=226.5kg
F前右=263.5kg F后右=157.5kg
3.5减振器的选择
根据以上计算选动静刚度比在1.2~2.0之间的减振器，参数如表2所示。

状态型号
额定载荷
（kg）
静刚度
（kN/mm）
动静刚
度比
变形量
mm应用数
量（个）改进前XEB-FK-20001700~2500 4.0±20% 1.285±1.55改进后XEB-CK-2000
XEB-CK-1600
1600~2100
1200~1700
3.6±20%
2.95±20%
1.37
1.37
5±1.5
5±1.5
2
3
表2减振器参数表
3.6试验测试
由于整机方式结构原因，实际上水平方向（X轴）、横向方向（Y轴）振动烈度很小，可不做分析。

以振动较大的竖直方向（Z轴）为研究对象。

①改进前，前左处减振器振动烈度曲线，如图6所示。

图中深色曲线为隔振前振动烈度、浅色为隔振后振动烈度。

②改进后，前左处减
振器振动烈度曲线，如图7所示。

图中深色曲线为隔振前振动烈度、浅色为隔振后振动烈度。

3.7在电机频率为1110、1490、2319r/min下，前左处减振器测试数据，如表3所示。

隔振性能的指标：（1-隔振
图5减振器分布及力学模型
图6振动烈度曲
线
图7振动烈度曲
线
后/隔振前×100%）。

表3前左处减振器测试数据
测点状态隔振前振动烈度mm/s 隔振后振动烈度mm/s
隔振率1100更改前
更改后18.316.28 4.610.5574.891.21490更改前更改后24.109.75 3.451.7585.782.12320
更改前更改后
9.6610.12
6.511.86
32.681.6
3.8其它测试点数据，如表4所示。

测点转速r/min 改前振动烈度mm/s
改后振动烈度mm/s
电机
1100
14902320
3.55
4.204.78
1.623.111.75
皮带轮
110014902320 2.122.452.80 1.051.361.52磨盘箱体
110014902320 3.103.453.95 1.621.751.98轴承
110014902320 1.241.351.430.550.720.85
表4其它测试点数据
综上分析有：①图6、图7可以看出，在同一个频率下（相同转速下），以隔振前振动烈度作比较，改进后的远小于改进前的烈度，改进后效果显著；
②图6、图7可以看出，在同一个频率下（相同转速下），以隔振后振动烈度作比较，改进后的小于改进前的烈度，改进后效果显著；
③结合图6、图7及表3，改进后的隔振率总体来看，改进后的好于改进前的；
④结合表4，各部件的振动烈度改进后的明显好于改
进前的。

理论计算结合NVH 数据综合分析，改进后减振器达到了减振效果，整机振动明显减小。

4粉碎机噪音
4.1粉碎机噪音的测试
按照JB/T5291-2017标准要求，测试的四个点的噪音为前左、前右、后左、后右，如表5所示。

状态前左前右后左后右平均值改进前改进后
86.584.2
86.783.8
86.083.2
86.383.6
86.483.7
表5各点处声压级噪音(dB (A ))
由于振动与噪音是相关的。

通过对减振器重新的选
择，结合表5分析，噪音降低了2.7分贝。

4.2粉碎机噪音产生
PM300噪音主要是由电机、磨盘、机械部件振动等三个方面产生的。

4.3其它降噪措施
①采用降噪电机。

②可采用消音房结构。

5结束语
从实际工况应用的案例来看，对总体设计方案、应力分析、核心零部件的选择及计算、及降低振动、噪音的方法，是可行的。

因此，要理论结合实际，优化改进，提高产品设计的质量，完善产品的可靠性。

参考文献:
[1]卓宗一.多刀式废塑料破碎机[J].化学世界，1980（09）：267.[2]刘公雨，马明旭，刘红林，赵洋.剪切式薄膜塑料粉碎机设计[J].机械设计与制造，2015（05）：32-35.
[3]朱文波.基于Matlab 的塑料破碎机带传动多目标优化设计[J].顺德职业技术学院学报，2018，16（03）：17-19.
[4]井丽华.破碎机的发展现状与趋势研究[J].中国新技术新产品，2019（20）：74-75.
[5]塑料粉碎机的传动机构改良结构[J].化工科技市场，2006（10）：44.。