一種易拉罐環(huán)保回收裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計（全套含CAD圖紙）,一種,易拉罐,環(huán)保,回收,裝置,結(jié)構(gòu)設(shè)計,全套,CAD,圖紙 1 緒論 1.1 引言 我國作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，資源的消耗量也是與日俱增。在石油、天然氣、煤等燃料迅速消耗的同時，鐵鋁等工業(yè)原料的消耗也是巨大的。近幾十年來，鋁材料的應(yīng)用在世界范圍內(nèi)都是越來越廣泛的，鋁及其合金有廣闊的消費(fèi)前景。但在中國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時，關(guān)于鋁環(huán)境污染愈來愈嚴(yán)重，人與自然的矛盾愈加尖銳，環(huán)保問題已經(jīng)到了不容忽視的程度。因為鋁及其合金產(chǎn)品有很大的用途，但科學(xué)研究表明鋁對人是有害的，能夠造成記人體憶力衰退。所以鋁制品的回收，不僅僅是為了經(jīng)濟(jì)效益，也是為了保護(hù)環(huán)境和人體健康。 1.2 背景和意義 世界各地的易拉罐消費(fèi)量大約在1500萬左右，約消耗約2000000噸鋁，占世界總鋁消費(fèi)量的15%。與巨大的易拉罐消耗相對應(yīng)的卻是回收方面的欠缺，事實上，目前國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)面對易拉罐已經(jīng)開發(fā)了各種回收設(shè)備，如易拉罐破碎機(jī)，易拉罐切割機(jī)，易拉罐分揀機(jī)等，但是這些機(jī)器面對的都是已經(jīng)經(jīng)過商販回收來的易拉罐，已經(jīng)經(jīng)過了一道回收工序，這無疑增加了回收成本，降低了做易拉罐回收企業(yè)的積極性。所以生產(chǎn)一臺自助式的易拉罐環(huán)?；厥諜C(jī)顯得格外重要，將它安置在人流量較大的地方，行人只需要將易拉罐放入就可以自動實現(xiàn)易拉罐壓扁回收。易拉罐壓扁機(jī)對易拉罐壓縮后，其體積只有原來的四分之一，這也將大大延長易拉罐裝滿存儲箱的時間。 1.3 易拉罐壓扁機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 本次易拉罐壓扁機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵部分是，易拉罐壓縮機(jī)構(gòu)。在本設(shè)計中，壓縮易拉罐采用的是曲柄壓力機(jī)構(gòu)。曲柄壓力機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)的一種演變，在沖壓加工中,曲軸通過連桿將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動傳遞給滑塊,當(dāng)滑塊在下死點附近時受到最大的壓力，曲軸所受載荷最大。 曲柄壓力機(jī)構(gòu)由曲軸、連桿、沖壓頭組成，用導(dǎo)軌對連桿的往復(fù)運(yùn)動進(jìn)行約束。對心式的曲柄機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較偏心式而言，結(jié)構(gòu)相對緊湊。故而，選擇對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 1.4 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點 本課題需要重點研究的對象包括：曲柄壓力機(jī)構(gòu)，凸輪推送機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計的關(guān)鍵是：在獨立設(shè)計好這三個機(jī)構(gòu)的同時也要協(xié)調(diào)好這三個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)系，力求做到完美配合。 以往相似的研究中，作者大多采用多動力源和很多的傳感器來實現(xiàn)機(jī)構(gòu)動作的協(xié)調(diào)。毫無疑問這種設(shè)計是非常簡單的，但是實際上機(jī)械零件繁多，較多的電機(jī)使得不同電機(jī)的運(yùn)動很難協(xié)調(diào)，而且容易發(fā)生故障。電機(jī)的轉(zhuǎn)速比有一點小小的偏差就會導(dǎo)致運(yùn)動發(fā)生干涉，甚至零件直接破壞，帶來安全隱患。 本次設(shè)計創(chuàng)新之處就在于整個機(jī)器只有一臺步進(jìn)電機(jī)，一個動力源驅(qū)動三個機(jī)構(gòu)共同協(xié)調(diào)運(yùn)動，并能完美配合、精確定位，這就使機(jī)器的結(jié)構(gòu)緊湊，即使電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生波動，機(jī)器運(yùn)動也不會受到較大影響，更沒有安全隱患的顧慮。這樣的設(shè)計思路使得本次設(shè)計的中心落在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計上而不是傳感器電路的設(shè)計上。 7 2 總體方案設(shè)計 2.1 易拉罐壓扁機(jī)的基本設(shè)計思路 本次易拉罐壓扁機(jī)的設(shè)計包括送料裝置、易拉罐壓扁機(jī)構(gòu)、紙巾推送機(jī)構(gòu)等，其中又以送料裝置和易拉罐壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計為主要部分。易拉罐的空罐投入口位于機(jī)器的上表面，易拉罐經(jīng)傳送通道直接落在料斗中 圖2.1 易拉罐壓扁機(jī)流程圖 當(dāng)易拉罐進(jìn)入送料裝置后，步進(jìn)電機(jī)啟動，給整個傳動系統(tǒng)提供動力，使曲軸系完成易拉罐的壓縮；送料裝置完成間歇送料；推送裝置完成紙巾的推出。間歇送料裝置位于機(jī)架的托盤上，已被壓縮的易拉罐會隨著送料裝置的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中，已被壓扁的易拉罐將通過機(jī)架托盤上的通孔直接掉落到位于托盤正下方的存儲箱中，由此易拉罐的一次回收便完成了。 2.2 主要機(jī)構(gòu)的布局設(shè)計 易拉罐壓扁機(jī)主要包括送料裝置、易拉罐壓扁機(jī)構(gòu)、紙巾推送機(jī)構(gòu)等。把上述各機(jī)構(gòu)的設(shè)計歸納為機(jī)架系、傳送系、傳動系和曲軸系。機(jī)架主要起到固定和支撐各機(jī)構(gòu)和部件的功能。傳送系主要由兩個可供易拉罐通過的圓柱通道構(gòu)成，它的作用主要是將易拉罐傳送到指定位置。傳動系統(tǒng)主要由錐齒輪傳動機(jī)構(gòu)、間歇傳動機(jī)構(gòu)和凸輪傳動機(jī)構(gòu)組成。步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器和軸一相連，傳遞運(yùn)動和能量。軸二通過錐齒輪和軸一相連，負(fù)責(zé)帶動凸輪機(jī)構(gòu)推送紙巾和傳遞間歇運(yùn)動。軸三通過不完全齒輪組和軸二相連，負(fù)責(zé)帶動易拉罐的間歇運(yùn)動。曲軸系統(tǒng)主要由沖壓頭、連桿和曲軸組成，它與軸一相連，完成易拉罐的壓縮運(yùn)動。 2.3 傳動系統(tǒng)的整體設(shè)計 可供選擇的常用機(jī)械傳動方式有: 帶傳動 優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，制造和安裝精度要求相對較低；可以實現(xiàn)較大中心距之間的傳動；振動小，噪聲低，傳動平穩(wěn)；在高速級可以起到緩沖吸震、過載保護(hù)的作用。 缺點:由于彈性滑動存在，皮帶傳動沒有固定的傳動比；整體尺寸大，需要安裝大的地方；效率低，壽命短。 齒輪傳動 優(yōu)點:效率高，壽命長，傳動可靠、穩(wěn)定；傳動比固定；不僅可實現(xiàn)平行軸之間的傳動，也可以實現(xiàn)任意角相交軸和交錯軸之間傳動。 缺點:加工和安裝精度高，成本貴；傳動距離有限。 因為曲柄壓縮機(jī)構(gòu)和間歇送料機(jī)構(gòu)之間有嚴(yán)格的傳動比要求，并且還要實現(xiàn)相交軸之間的傳動，故而本次設(shè)計選用的是齒輪傳動。傳動示意圖如圖2.2所示：　　 圖2.2 易拉罐壓扁機(jī)傳動示意圖 本次傳動裝置的動力源選用能根據(jù)脈沖信號轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度的步進(jìn)電動機(jī)。如圖2.5所示，步進(jìn)電機(jī)和軸一通過聯(lián)軸器相連，傳遞運(yùn)動和能量。軸二通過錐齒輪和軸一相連，負(fù)責(zé)帶動凸輪機(jī)構(gòu)推送紙巾和傳遞間歇運(yùn)動。軸三通過不完全齒輪組與軸2連接，并負(fù)責(zé)驅(qū)動進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。曲柄壓力機(jī)構(gòu)與軸一相連，負(fù)責(zé)將易拉罐壓縮至指定厚度。 2.3.1 關(guān)鍵傳動部件的配合設(shè)計 為了保證送料裝置和壓罐裝置嚴(yán)格的相對位置，必須保證傳動系統(tǒng)中嚴(yán)格的傳動比。因而本次設(shè)計采用齒輪傳動而放棄了造價低廉但傳動比不穩(wěn)定的帶傳動。錐齒輪的傳動比為1:1，曲軸和軸一用聯(lián)軸器連接，所以兩軸具有相同的速度，而不完全齒輪組的傳動比為1:4。所以，曲軸轉(zhuǎn)一圈，軸三轉(zhuǎn)1/4圈。 圖2.3 關(guān)鍵部件運(yùn)動位置關(guān)系圖 如圖2.3所示,回收機(jī)啟動時，沖壓頭位于上止點，不完全齒輪組剛好脫離嚙合；當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)90°，沖壓頭行至中間位置，不完全齒輪組的主動輪轉(zhuǎn)過90°，送料裝置禁止不動；當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)180度時，沖壓頭行至下止點，完成罐的壓縮運(yùn)動，不完全齒輪組主動輪轉(zhuǎn)過180度，仍不送料；當(dāng)曲軸軸轉(zhuǎn)270°后，沖壓頭上行至中間位置，不完全齒輪組的主動輪轉(zhuǎn)過270°，此時不完全齒輪組恰好開始嚙合；當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)過360°后，即完成一個工作循環(huán)，不完全齒輪組的主動輪旋轉(zhuǎn)360°，從動輪完成送料，并將已被壓扁的易拉罐經(jīng)機(jī)架托盤上的通孔送走，同時將未壓縮的易拉罐送至曲柄沖壓頭下方。上述運(yùn)動在完成一次沖壓的同時，也為下次壓縮的送料做好了準(zhǔn)備。 2.4 易拉罐傳送通道的整體設(shè)計 如圖2.3所示，易拉罐經(jīng)機(jī)器上方的入口放入后，靠自身的重力通過出口，即識別旋轉(zhuǎn)臺的正上方。當(dāng)多個易拉罐同時放入機(jī)器時，為了防止卡死進(jìn)而引發(fā)機(jī)器故障，必須保證每次落入識別旋轉(zhuǎn)臺上的易拉罐只有一個。因此，在上、下傳輸通道的設(shè)計都裝有傳感器，分別的作用是：當(dāng)傳感器1檢測物體的進(jìn)入后發(fā)送信號給繼電器，繼電器帶動擋板密封入口，阻礙物品的再次進(jìn)入。大約3秒后，擋板復(fù)位。傳送道下方傳感器2的主要作用是，當(dāng)物品通過傳感器2時，傳感器發(fā)送信號給出口下方識別裝置，識別裝置開始工作。經(jīng)過識別裝置確認(rèn)是易拉罐后，易拉罐將通過另一僅含傳感器2的相似通道，步進(jìn)電機(jī)開始工作。 圖2.4 易拉罐傳送通道示意圖 3 曲軸系的計算 3.1 易拉罐壓縮要求和所需壓力 3.1.1 易拉罐參數(shù)測量 本次易拉罐壓扁機(jī)的設(shè)計，主要針對市場上流通很廣的罐裝飲品如，“可口可樂”，“雪碧”，“紅?！钡取Χ喾N易拉罐的參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確測量，結(jié)果見表3.1（單位：mm）： 表3.1 易拉罐罐身參數(shù)表 項目 罐體高 易拉罐直徑 蓋面直徑 底蓋面厚度 側(cè)壁厚度 十次測量均值 115.60 66.08 53.72 0.28 0.13 本次設(shè)計的要求是，經(jīng)過壓縮使易拉罐的高度h=30mm。 3.1.2 易拉罐壓扁所需壓力 由于實驗條件限制，且身邊恰好有體重計，所以采用人力踩扁易拉罐的方式在體重計上讀取示數(shù)，估算出易拉罐壓扁所需壓力。易拉罐置于體重計上，在易拉罐的軸向上施加人的重力，直至易拉罐壓扁。全程用手機(jī)錄制體重計示數(shù)，方便實驗結(jié)束后讀取示數(shù)。易拉罐從開始受力直至被壓扁，途中易拉罐開始變形的一瞬間，讀數(shù)有一明顯躍遷，該示數(shù)便為本次實驗所測力。測量12只“可口可樂”易拉罐，其讀數(shù)如下表3.2(單位：kg): 表3.2 壓扁易拉罐所需質(zhì)量 讀數(shù)為質(zhì)量，需要換算為力，取g=10N/Kg。 （3.1） 本次實驗只是選用了“可口可樂”易拉罐作為實驗對象，實際生活中卻有各式各樣的易拉罐，為了避免取樣不足，取壓扁力 （3.2） 取壓扁力P=2.1KN。根據(jù)上訴的實驗和計算，確定Pg(曲柄壓力機(jī)構(gòu)公稱壓力)=1.9P=4KN足以壓扁絕大部分易拉罐。為了計算方便和增大曲柄壓力機(jī)構(gòu)的可靠性，認(rèn)為易拉罐的罐體高H=120mm，直徑D=70mm。