关键词：废旧家电；拆解；破碎物；筛选
第1章 绪论
1.1 国外研究现状
Onodera Nagashima等介绍了近红外光谱辨别法(NIR)。NIR光谱的波数为143000~4000cm-1，适用于大多数通用塑料和工程塑料的识别，该法快速、可靠，相应时间短，灵敏度高，易维修，可在恶劣环境下工作。在近红外光谱范围内，对体积大、光径长的试样(如塑料瓶)，其图谱也可准确记录，这对于鉴别塑料具有重要的实际意义。
1.2 国内研究现状
张玉龙介绍了一种利用塑料热特性的现代识别方法，差热扫描热分析(DSC)技术可测定高分子在升温或降温过程中的热量变化;热失重分析(TGA)可测定聚合物的热分解温度;热机械分析(TMA)可测定高分子转变温度。塑料样品在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生热效应，通过这些技术的应用可得到塑料的熔点、软化点、玻璃化转变温度、热分解温度及结晶温度，从而判断塑料的种类。热分析识别方法的操作和原理都比较简单，但影响因素较多。这些因素包括:仪器因素、样品因素和加热速度。而且在进行分析实验时，必须保证塑料样品的表面清洁、干燥，并且样品需加工成均匀薄片状，所以目前这种方法仍局限于实验室研究。
第2章 废旧家电破碎物筛选装置设计
2.1 给料装置的设计
在本研究中，装料装置的设计目标是:在工作过程中，破碎后的碎块和片状废旧塑料从料仓中均匀、定时、连续地送入色选装置，在塑料识别、分拣过程中可以连续均匀地直线投料。基于低噪声、低设备维护成本、低功耗的出发点，最终选择振动给料机作为设计依据。激振器由偏心轴、连杆及连杆端部弹簧所组成。设计步骤具体如下：
(1)频率比、激振力和自振频率的计算:
此次设计的振动给料器可以简化为一个双自由度双质体的强迫振动系统，振频、振幅和激振力是关键的动力学参数。计算公式为:
式中:A1为料槽与参振物料的振幅;
A2为平衡体振幅;
m1为料槽与参振物体质量;
K1为减震弹簧刚度;
K2为主震弹簧刚度;
W0为振动系统的自振角频率;
P为激振力;
根据现场工作要求，选用振动频率为710r/min的振动电机，根据给料量确定振幅A1。因为需保证破碎塑料较少出现粘滞，所以在已选用低频率电机的情况下，可以适当的选用较大振幅。
(2)振动角β与安装角α:
为了使破碎塑料落入槽底时的冲击力尽可能小，振动角β应该适当取小[。根据给料机的设计要求，在本次设计中振动角β取21°。安装角α的取值不能过大，这样会加剧料槽的磨损，在本次设计中安装角α取为12°。
(3)振动强度和抛射强度:
振动强度：
抛射强度：
式中Y为槽体垂直面上的加速度;
β为振动角;
G为物料颗粒重量;
tP为物体起跳时间;
考虑到槽体刚度、功率以及破碎塑料的强度，振动强度选为5。
(4)料槽长度:
料槽长度影响到给料机的工作性能。按破碎塑料的安息角求出最小长度再适当加长，不能超过2.5 m。本次设计所计算的最终料槽长度为lm。
(5)料槽
保证足够机械强度下，料槽应具有较大的刚度和较小的重量。本研究设计的料槽，其槽边用2~8mm厚钢板焊成。槽底做成圆弧状，以增加刚度。
2.2 颜色检测装置的设计
颜色识别方法是利用CIE1931标准色度系统计算被照明物体颜色的三个刺激值的坐标，然后在CIE1931色度图上求被照明物体的颜色。设计过程：
a.供料系统:
进给机构的主要功能是调整和完成塑料进行排序，以便保持滑动的塑料样品相对稳定，并确保样品可以扫描和监控一个接一个，当通过观察区域的光学检测机制。考虑到振动给料机筛选后塑料样品的个体差异不会太大，我们选择了溜槽作为给料机构。溜槽的作用是保证材料以一定的速度显示在光电探测器的监测区域，达到最大的废品率和输出异色粒子。溜槽的宽、高和倾斜随材料的不同而不同。目前，市场上着色装置的溜槽形状为v形通道。
b.光学系统:
从适用性和经济性两方面考虑，本研究建议选择口服荧光灯。其光谱线接近自然光，光线柔和，色温在2700-6400k左右，发光效率是白炽灯的2-3倍，使用寿命在3000h以上。可作为单色光强稳定、能耗低的光源。一般情况下，被测物体应置于背景(即参考颜色)中进行测量。
2.4 近红外塑料检测装置的设计
目前，废塑料的分类方法有人工法、x射线法、溶剂法、静电法和密度法，但这些方法都局限于对大量塑料的鉴别。近红外光谱(NIRS)可以实现高精度、快速密度和无损在线识别。设计过程:
a.给料系统:
进给机构的主要功能是调整和完成塑料进行排序，以便保持滑动的塑料样品相对稳定，并确保样品可以扫描和监控一个接一个，当通过观察区域的光学检测机制。考虑到振动给料机筛选后塑料样品的个体差异不会太大，我们选择了斜槽作为给料机构。溜槽的作用是保证材料以一定的速度显示在近红外采光装置的探测区域。
b .识别系统:
在现场生产中，要根据实际情况进行选择。如果塑料样品破碎粒子相对均匀，且要求识别速度较快，则可以缩短近红外探测器的扫描时间，并将积分球日光开口的直径减小到一定范围内，以满足工作要求;如果破碎材料形状相对不同，则应选用漫反射探头作为试样测量元件。灯箱的要求更加严格。它需要通过加强连接到反射探头的光源的强度来减少外部光的进入，提高采集到的信号的信噪比。
2.5 分离执行装置的设计
分色装置和近红外分色装置均采用该分色装置。其目的是当检测到塑料被分离时，将其与其他材料分离。当随输送带移动的塑料通过颜色或近红外光谱识别装置时，相应的探测器将对每个样品进行实时监测。根据不同的类型和要求，如果检测到需要分类或分离的塑料样品，探测器将输出相应的光电信号到控制系统，启动分选装置，使指定的塑料离开正常轨道，落入相应的存储箱。
第3章 结论
由于家用电器中使用的塑料种类繁多，丢弃后形状大小不一，难以进行分类识别，导致其回收再利用效果不佳，制约了整个家用电器实际回收率的提高。因此，研究废旧家电塑料的识别和筛选技术，对于家电行业促进循环经济和可持续发展具有重要意义。通过对废旧塑料识别技术进行文献综述，广泛调研国内外的先进塑料分拣机械，研究了目前市场上有代表性且应用广泛的塑料识别设备的特点和缺陷，设计了一套自动化的废旧家电破碎塑料分拣装置。
参考文献
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论文作者:张海磊, 周壮壮, 涂新诚
论文发表刊物:《科学与技术》2019年13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：塑料论文; 家电论文; 装置论文; 样品论文; 废旧论文; 溜槽论文; 刚度论文; 《科学与技术》2019年13期论文;