城市生活垃圾塑料前分选关键技术研究

论文摘要

废弃塑料在城市生活垃圾中占有相当大的比例,其含量正呈逐年上升的趋势,对塑料进行分选和资源化利用势在必行。本文对城市生活垃圾中废塑料的分选技术及其设备进行分析研究,尤其是对前分选阶段的风选、筛选技术及设备进行深入细致研究,提出了一种创新性的风选通道结构,并自主开发了新型的振动筛分输送装置。首先分析研究了城市生活垃圾废塑料分选试验台原风选通道,运用风力分选原理及流体力学知识,找出了风选试验中轻质物料不规则运动以及出口处物料的无序运动的原因。提出了两种风选通道结构,并分别进行仿真分析,最终确定了斜线型上壁面通道结构为最优方案,改善了轻质物料在风选场中的运动形式,提高了风选率,分析得到通道出口速度分布形式。在风选通道研究的基础上,对轻质物料的筛选输送装置进行分析研究,确定了筛分输送机构的设计目标及要求,提出了对筛分输送机构进行详细类型综合的方法,在此基础上按设计目标要求对所有方案进行了优选,最终确定以偏置曲柄摇杆机构为原形的振动筛分输送机构为最优方案。建立了振动筛分输送装置运动优化设计的数学模型,对目标函数、设计变量、约束条件进行了详细的分析,并建立单目标优化的数学模型。利用MATLAB及其优化工具箱对优化模型求解,确定了相关构件的结构参数,为仿真及动力优化打下了基础。运用虚拟样机技术建立振动筛分输送装置的物理模型,对其进行了运动仿真分析得到了筛面前端点位移、角速度、角加速度变化曲线。在此基础上,对振动筛分输送机构进行参数化建模,通过参数优化重新确定了筛面的旋转铰接点位置参数、曲柄安装点位置参数,实现了筛面角速度、角加速度的动力优化设计,使筛面上物料筛选率及输送率较优化前有较大提高。由于直线筛面上物料的运动形式不一致,抛射强度不同,为避免降低整个筛面的筛选率,对筛面的机构进行了优化改进,创新性的提出了具有一定弧度的曲线振动筛面,通过分析验证,其分选率有较大幅度的提高,并且输送速率满足要求。本研究项目是国家自然科学基金项目(50575130)的一部分。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究目的及意义
• 1.4 研究内容
• 第二章 风选通道的仿真分析及结构优化
• 2.1 城市生活垃圾塑料分选设备简介
• 2.2 问题描述
• 2.3 风力分选原理及分析
• 2.4 风选通道内气流分析
• 2.5 气流通道的改进
• 2.6 本章小结
• 第三章 筛分输送机构的类型综合及方案优选
• 3.1 筛分输送机构的设计目标及要求
• 3.2 筛分输送装置的类型综合及方案优选
• 3.3 筛分输送设备的选择
• 3.4 平面四杆筛分输送机构的类型综合及方案优选
• 3.5 本章小结
• 第四章 曲柄摇杆式振动筛分输送机构的尺度优化研究
• 4.1 概述
• 4.2 曲柄摇杆式振动筛分输送机构工作原理
• 4.3 物料在筛面上的运动分析
• 4.4 振动筛分输送机构运动分析
• 4.5 利用MATLAB及其优化工具箱对建立模型进行优化计算
• 4.6 筛面上物料的运动情况分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 振动筛分输送机构的运动仿真及动力优化
• 5.1 虚拟样机技术简介
• 5.2 振动筛分输送机构虚拟样机的建立
• 5.3 振动筛分输送机构的仿真分析
• 5.4 振动筛分输送机构的参数化分析及优化
• 5.5 本章小结
• 第六章、振动筛分输送装置筛面结构的优化
• 6.1 问题描述
• 6.2 筛面结构的优化
• 6.3 输送速率的分析计算
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加科研工作情况
• 发表的论文
• 参加的科研工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录