廢舊輪胎套裝機(jī)設(shè)計(jì)

李明偉，孟凡召，陳 瑞，楊永海

(1.山東華宇工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034；2.山東中茂圣源實(shí)業(yè)有限公司，山東 德州 253500)

0 引言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、海關(guān)總署數(shù)據(jù)、問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)、商務(wù)部采集數(shù)據(jù)等資料顯示，我國(guó)每年的廢舊輪胎以大約10%的速度遞增。2013年，我國(guó)產(chǎn)生的廢舊輪胎高達(dá)2.99億條[1]。目前，我國(guó)廢棄輪胎利用方式主要有翻新再利用、生產(chǎn)硫化膠粉以及生產(chǎn)再生膠等[2]。在重新利用之前，數(shù)億計(jì)廢舊輪胎的存放以及后續(xù)加工都是非常棘手的問(wèn)題，解決廢舊輪胎的存放方法是將輪胎粉碎也可以將輪胎套起來(lái)，選擇哪種方式來(lái)減少其占地面積，取決于廢舊輪胎變廢為寶的方式。無(wú)污染的輪胎煉油是廢舊輪胎再利用的可行方式。輪胎煉油首先要將輪胎融化，但輪胎并不是完全由橡膠構(gòu)成，里面還含有增強(qiáng)輪胎壽命、增強(qiáng)彈性的骨架材料——鋼絲簾線。如果將輪胎粉碎，輪胎里的鋼絲簾線也將粉碎，不利于將其從橡膠中過(guò)濾出。所以采用輪胎煉油的方式減少占地面積，所用的輪胎必須為完整的輪胎。解決完整輪胎占地面積的方法是進(jìn)行輪胎套裝，盡管人們想到將輪胎胎側(cè)切割掉，然后進(jìn)行套裝會(huì)節(jié)省一部分力氣和時(shí)間，但第二道胎面套裝的工序過(guò)程依舊費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著科技的不斷進(jìn)步、機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越向往自動(dòng)化的生產(chǎn)加工設(shè)備。通過(guò)增加輪胎密度的方式來(lái)減小占地面積，同時(shí)方便裝車(chē)、卸車(chē)，轉(zhuǎn)運(yùn)便捷、高效。

1 現(xiàn)有廢舊輪胎處理技術(shù)

解決輪胎存放最好的方法是將輪胎進(jìn)行裂解。在廢棄油品原料中加入特制催化劑，在中溫下進(jìn)行催化裂解，廢棄油品和各種礦物油品均能達(dá)到裂解效果，裂解后得到的氣體組分在固定床中進(jìn)一步催化裂化，得到油品蒸汽。油品蒸汽進(jìn)行分餾，分別收集汽油、柴油餾分，汽油、柴油餾分分別進(jìn)行精制。整個(gè)工藝通過(guò)除雜的裝置，不但保證了產(chǎn)品質(zhì)量，且設(shè)備投資簡(jiǎn)單，體積可縮小，工藝簡(jiǎn)化，縮短了生產(chǎn)周期。得到的油品質(zhì)量好，透明度高，可以達(dá)到礦泉水一樣的效果，含碳量低，屬于無(wú)鉛汽油，可以達(dá)到國(guó)標(biāo)93#汽油標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)內(nèi)已有工程輪胎胎側(cè)切割機(jī)[3]，由底座、內(nèi)立柱、外立柱、水平連接臂以及輪胎切割機(jī)構(gòu)組成。輪胎切割機(jī)構(gòu)包括豎向切割刀具機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)支撐動(dòng)力系統(tǒng)、張緊結(jié)構(gòu)和張緊機(jī)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)，豎向切割刀具與水平連接臂相連，回轉(zhuǎn)支撐其中一個(gè)座圈與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接，回轉(zhuǎn)支撐動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)該座圈轉(zhuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)支撐的另一個(gè)座圈通過(guò)支柱與底座固定連接，張緊機(jī)構(gòu)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上表面，張緊機(jī)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)張緊機(jī)構(gòu)撐起輪胎內(nèi)圈，豎向切割刀具機(jī)構(gòu)設(shè)置于水平連接臂的端部。

2 廢舊輪胎套裝作業(yè)分析

分析廢舊輪胎套裝的工藝過(guò)程，輪胎的套裝主要分為兩道工序。

第一，切割輪胎的胎側(cè)，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)輪胎進(jìn)行套裝的預(yù)想。

第二，胎側(cè)直接堆疊，胎面套裝。胎側(cè)為平面直接按規(guī)格堆疊即可，胎面為圓柱環(huán)形，一層層擠扁套裝是較為可行的方案。經(jīng)調(diào)查，目前胎面套裝過(guò)程主要由人工完成，不僅套裝勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且套裝結(jié)果不盡人意，套裝間隙大，工作環(huán)境差，且這一工序?qū)と说纳眢w損傷較大，可設(shè)計(jì)一款輪胎套裝機(jī)代替人工作業(yè)。

3 套裝機(jī)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)胎面套裝的機(jī)械化過(guò)程，可采用氣壓驅(qū)動(dòng)的推桿擠壓胎面成扁形，再配合人工在其外側(cè)套裝胎面，推桿實(shí)現(xiàn)抽離、復(fù)位、再次擠壓外側(cè)胎面，依次循環(huán)即可實(shí)現(xiàn)胎面的高密度套裝過(guò)程。

設(shè)計(jì)的廢舊輪胎套裝機(jī)主要由三根立柱、頂出平臺(tái)、三個(gè)氣缸以及控制裝置組成[4-6]。工作時(shí)，將輪胎胎面套在兩固定立柱外側(cè)，啟動(dòng)設(shè)備控制移動(dòng)立柱，由圖1所示的左側(cè)初始位置向右移動(dòng)至右側(cè)位置，此時(shí)輪胎胎面被擠扁，三立柱外側(cè)可重新套入廢舊輪胎胎面。再控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)移動(dòng)立柱向下移動(dòng)，直到移動(dòng)立柱的最上端低于套裝工作臺(tái)的工作平面，抽離已套裝胎面，保持此位置，繼續(xù)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)立柱向左移動(dòng)復(fù)位。然后控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)移動(dòng)立柱向上移動(dòng)復(fù)位。重復(fù)上述擠壓、套裝、復(fù)位等過(guò)程，直到壓縮后的胎面略小于未壓縮輪胎胎面的內(nèi)徑，已無(wú)法繼續(xù)擠壓套裝時(shí)，按下設(shè)備頂出按鈕，頂出氣缸向上動(dòng)作驅(qū)動(dòng)工作平臺(tái)將已經(jīng)套裝完成的輪胎從固定立柱上面頂出，完成輪胎胎面的套裝工作。整個(gè)裝置可以任意調(diào)節(jié)高度，操縱開(kāi)關(guān)為按鈕型，兩個(gè)按鈕一個(gè)控制擠壓，一個(gè)控制頂出，操作簡(jiǎn)單，減少了對(duì)操作人員的身體損傷，改善了套裝環(huán)境。設(shè)備底部設(shè)計(jì)有福馬輪，可推動(dòng)設(shè)備移動(dòng)。

圖1 廢舊輪胎胎面套裝機(jī)原理圖Fig.1 Schematic diagram of waste tire surface baler

4 套裝機(jī)特點(diǎn)

設(shè)計(jì)的廢舊輪胎套裝機(jī)有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第一，采用PLC系統(tǒng)控制，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。第二，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)套裝。相比人工套裝，勞動(dòng)強(qiáng)度低，單包胎面套裝個(gè)數(shù)多。第三，設(shè)計(jì)有頂出裝置將套裝完成的輪胎從固定立柱上頂出，操作簡(jiǎn)單、工作效率高。第四，氣缸驅(qū)動(dòng)與雙導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障率低，后期維護(hù)方便，且傳動(dòng)速度快，氣缸推動(dòng)雙導(dǎo)軌上的滑塊移動(dòng)，滑塊帶動(dòng)移動(dòng)立柱移動(dòng)，傳動(dòng)精度高，運(yùn)行平穩(wěn)，滾動(dòng)摩擦的摩擦力小。第五，移動(dòng)工作臺(tái)可根據(jù)工人身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便換班生產(chǎn)。第六，設(shè)備底部設(shè)計(jì)有福馬輪，旋轉(zhuǎn)福馬輪調(diào)節(jié)螺母，方便移動(dòng)設(shè)備的同時(shí)，增加設(shè)備工作的穩(wěn)定性。第七，可升級(jí)使用空間大?？梢耘渲米詣?dòng)抓取上下料、碼垛的機(jī)械手提高本裝置的自動(dòng)化水平，進(jìn)一步降低勞動(dòng)強(qiáng)度，也可以圍繞本裝置設(shè)計(jì)廢舊輪胎處理生產(chǎn)線。

5 結(jié)語(yǔ)

該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)廢舊輪胎胎面的自動(dòng)化套裝過(guò)程，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高輪胎套裝的工作效率，以及輪胎套裝的密度和質(zhì)量，為后續(xù)輪胎裂解提供了便利，有利于提高廢舊輪胎的回收利用率。