釘磨頭的設(shè)計及優(yōu)化

釘磨頭的設(shè)計及優(yōu)化 摘要： 隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，世界的工業(yè)也隨著快速地發(fā)展，特別是電子及汽車行業(yè)。汽車給人們帶來了交通便利，公路運輸促進(jìn)了國民經(jīng)濟的發(fā)展。但我們在享受便利和品嘗經(jīng)濟發(fā)展的成果時，不得不面對日益增多的廢舊輪胎。 關(guān)鍵字： 廢舊輪胎 釘磨輪 切削刃 原形改制 隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，世界的工業(yè)也隨著快速地發(fā)展，特別是電子及汽車行業(yè)。汽車給人們帶來了交通便利，公路運輸促進(jìn)了國民經(jīng)濟的發(fā)展。但我們在享受便利和品嘗經(jīng)濟發(fā)展的成果時，不得不面對日益增多的廢舊輪胎。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界每年有 15 億條輪 胎報廢，其中北美大約 4 億條，西歐近 2 億條，日本 1億條 1 5。如何將廢舊輪胎資源化、減量化、無害化，不僅關(guān)系到環(huán)境保護這個重要的社會問題，而且還關(guān)系到持續(xù)發(fā)展這一全球性的戰(zhàn)略問題。 合理處置廢舊輪胎，長期以來一直是環(huán)境保護的難題。在上世紀(jì) 90 年代，世界各國最普遍的做法是對廢舊輪胎進(jìn)行掩埋或堆放。以美國為例， 1992 年廢舊輪胎掩埋 /堆放率達(dá)到 63%1,5。但隨著地價上漲，征用土地用作掩埋 /堆放場所越來越困難。另一方面，廢舊輪胎大量堆積，極易引起火災(zāi)，造成第二次公害。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，世界各國紛紛積極開辟 廢舊輪胎綜合利用新途徑。尤其是近些年來，公眾的環(huán)境保護意識日益增強，利用廢舊資源培育新型產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展成了世界各國的共識。目前廢舊輪胎的綜合利用途徑有翻新、原形改制、熱能利用、熱分解、再生膠、膠粉等。 一、輪胎翻新 2,5 9 翻新是利用廢舊輪胎的主要方式和最佳選擇。將已經(jīng)磨損的、不能使用的廢舊輪胎的外層削去，粘貼上膠料，再進(jìn)行硫化，即可得到能夠重新使用的翻新胎。在使用、保養(yǎng)良好的條件下，一條輪胎可以翻新多次，具體地說，尼龍簾線輪胎可翻新 2 3次，鋼線子午線輪胎可翻新 3 6次。每翻新一次，可重 新獲得相當(dāng)于新輪胎壽命 60 90的使用壽命，平均里程大約為 5 7萬公里。通過多次翻新，至少可使輪胎的總壽命延長 1 2 倍，換句話說，一條輪胎經(jīng)過多次翻新后起碼相當(dāng)于 2 3 條輪胎。而翻新一條廢舊輪胎所消耗的原材料只相當(dāng)于生產(chǎn)一條同規(guī)格新輪胎的 15 30，價格僅為新輪胎的 20 50。 由于翻新保持了輪胎的原始物性和形狀，耗用的能源和人工都較少，但卻達(dá)到了物盡其用的目的，所以被普遍認(rèn)為是廢舊輪胎最有效的利用方法。另一方面，其他綜合利用方法，譬如生產(chǎn)再生膠、膠粉、熱分解、熱能利用等均或多或少在能源消耗、成本、污 染方面存在一些問題，相比之下，廢舊輪胎翻新具有明顯的優(yōu)勢，所以歷來倍受重視。 輪胎翻新最早始于 1907年的英國，在 1933年后傳入中國。傳統(tǒng)的翻新工藝是熱硫化法，該法目前仍是我國翻胎業(yè)的主導(dǎo)工藝，但在美國、法國、日本等發(fā)達(dá)國家已逐漸遭淘汰。最先進(jìn)的翻新工藝是環(huán)狀胎面預(yù)硫化法，它由意大利馬朗貢尼（ Marangoni）集團于上世紀(jì) 70 年代研發(fā)并于 1973 年投放市場。該集團是一家既制造輪胎翻新設(shè)備和檢驗設(shè)備，同時又從事輪胎翻新生產(chǎn)的跨國公司。與馬朗貢尼齊名的還有美國奔達(dá)可（ Bandag）公司，該公司自上世紀(jì) 80 年 代投身輪胎翻新業(yè)以來，每年營業(yè)額均在 30 億美元以上。近年來崛起的后起之秀是米其林輪胎翻新技術(shù)公司（ MRTI），它是排在世界輪胎業(yè)前三名的法國米其林集團設(shè)在北美地區(qū)的一家子公司。 MRTI擁有兩項專利技術(shù)：預(yù)硫化翻新（ Recamic）技術(shù)和熱硫化翻新（ Remix）技術(shù)。通過實行兩條腿走路的方針，即自辦輪胎翻新廠與向其他輪胎翻新廠出讓技術(shù)使用權(quán)相結(jié)合， MRTI 業(yè)已建立起龐大的輪胎翻新網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)目前擁有 40 多間 MRTI 翻胎廠和 37 間加盟翻胎廠。只要交上2.5萬美元并與 MRTI 簽署五年合約，即可成為 MRTI的加盟翻 胎廠，享受由 MRTI租借翻胎生產(chǎn)設(shè)備和提供翻胎生產(chǎn)技術(shù)的服務(wù)。 MRTI 的興起已經(jīng)嚴(yán)重影響到奔達(dá)可在北美地區(qū)近百年的壟斷地位。 美國 60以上的廢舊輪胎得到翻新，歐共體規(guī)定 2000年廢舊輪胎的 25必須得到翻新，而我國與先進(jìn)國家存在較大的差距，目前得到翻新的廢舊輪胎還不到10。 二、原形改制 3,5,9,10,11 原形改制是通過捆綁、裁剪、沖切等方式，將廢舊輪胎改造成有利用價值的物品。最常見的是用作碼頭和船舶的護舷、沉入海底充當(dāng)人工魚礁、用作航標(biāo)燈的漂浮燈塔等。 美國每年產(chǎn)生廢舊輪胎 2.5 億條，通過原 形改制可使其中的 500 600 萬條變廢為寶。柵網(wǎng)墊排公司收集廢舊輪胎，用切割機分離胎圈與胎身，再根據(jù)需要將胎身裁成不同尺寸的膠條，用這些膠條編織成彈性防護網(wǎng)、防撞擋壁、防滑墊排等。彈性防護網(wǎng)供建筑、爆破工地?fù)躏w石落物；防撞擋壁供保護船塢用；防滑墊用來臨時加固路面，使重型車輛順利通過泥濘地帶。從廢舊輪胎上截取下來的胎圈，還可以被加工成排污管道出售。 美國康涅狄格州許多居民有將廢舊輪胎代替地下管道使用的好習(xí)慣。他們將廢舊輪胎豎立相疊，排成一列埋入地下，經(jīng)固定充當(dāng)泄洪暗渠，也相當(dāng)經(jīng)濟實用。 美國加利福尼亞州一位娛 樂業(yè)老板發(fā)明了利用廢舊輪胎改制成的“捕雨系統(tǒng)”，節(jié)約高爾夫球場草坪灌溉費用的技術(shù)，并為此而申請了專利。所謂“捕雨系統(tǒng)”也就是將廢舊輪胎從中間破開一分為二，然后埋入高爾夫球場草坪深一英尺的地下。遇天下雨時，雨水聚積在半個輪胎內(nèi)，不至于滲漏流失，保證有充足水分供草根吸收，從而減少灌溉次數(shù)。鋪滿一個標(biāo)準(zhǔn)的 18 穴高爾夫球場，大概要用 120萬條廢舊輪胎，一年可節(jié)約灌溉費用 1 7萬美元。 日本有人發(fā)明了用廢舊輪胎固坡。具體做法是：將廢舊輪胎整齊地擺放在坡面上，然后用水泥澆灌空隙，使廢舊輪胎與坡面連成整體。這種方法不僅節(jié) 約水泥，而且增強了坡面的堅固程度，同時又消耗了廢舊輪胎，其好處何止一舉兩得。 法國技術(shù)人員用廢舊輪胎建筑“綠色消音墻”，使用證明吸音效果極佳，音頻在 250 2000Hz 的噪音可被吸收掉 85。其具體做法是：沿直徑將廢舊輪胎剖成對稱的兩半，然后將其傾斜 20層層疊放，再在墻外罩以金屬格柵作為防火護板。之所以需要傾斜 20擺放，主要是方便排水，避免飄入的雨水積存在輪胎內(nèi)滋生蚊蟲。 與其他綜合利用途徑相比，原形改制是一種非常有價值的回收利用方法，它在耗費能源和人工較少的情況下使廢舊輪胎物盡其用，而且給人們提供了充 分發(fā)揮想象力的空間以及大膽實踐的機會。但該方法消耗的廢舊輪胎量并不大，所以只能當(dāng)作是一種輔助途徑。 輪胎工業(yè)的原材料在很大程度上依賴于石油，特別是在天然橡膠資源缺乏、大量使用合成橡膠和合成纖維的國家， 70以上的原材料是以石油為基礎(chǔ)。在美國，每生產(chǎn) 1 條乘用輪胎要消耗 26 升石油，每生產(chǎn) 1 條載重輪胎要消耗 106 升石油?？梢哉f，不管以何種方式利用廢舊輪胎，其最終結(jié)果都是提高了石油的利用價值，在目前能源日趨緊張的形勢下，回收利用廢舊輪胎對節(jié)約能源具有重大意義。我國是一個橡膠消費大國， 2000年汽車輪胎產(chǎn)量就達(dá)到 7828 萬條，廢舊輪胎日益增多，已成為亟待解決的問題。如不未雨綢繆，及早治理，必將給城鄉(xiāng)環(huán)境帶來不良影響。勿庸置疑，努力開發(fā)各種處理廢舊輪胎的新技術(shù)、新工藝，對充分利用再生資源，減少環(huán)境污染，改善人類的生存環(huán)境具有積極意義。 同時為了解決這一問題而興起的行業(yè)和解決方向逐漸增多，同時綠色回收就是其中一個重要的方向。例如把報廢輪胎加工成實心輪胎（用于農(nóng)用機械）而釘磨機床是這一工作中的其中一道工序所用的專用機床。 釘磨機床主要的工作部件是釘磨輪，因而對釘磨輪進(jìn)行設(shè)計和分析（主要對釘頭的設(shè)計和分析）。是至關(guān)重要的。釘磨 輪的四周有序地布滿了釘頭。如果要對沒根釘頭都進(jìn)行受力分析和進(jìn)行優(yōu)化是不能實現(xiàn)的，同時也是沒有必要的，在這里只對一根釘頭的兩個主要的工作位置進(jìn)行分析。 1 釘頭在兩個不同位置時的受力分析 首先對第一個位置進(jìn)行分析：當(dāng)釘頭剛好與工件切上的時候。具體情況如下圖 2-1： N 1f 1NN 2ff 2F 2FF 1圖 1 釘頭在第一位置時的受力情況 )s i nc o ss i ns i nc o s( c o sc o ss i n)s i n ()c o s (0)c o s( s i n)s i n ()c o s ()c o s( s i n0c o s)s i n (c o s0s i n)c o s (s i naaaafNaaaafNFaaNaafaaFaNafaFaNafaF（ 1） 且在第二個位置時，也就是在工件 的中間位置：具體圖形如圖 a)： FNf (2) 由（ 1）（ 2）式可以看出 F 切削力與阻力 N 和摩擦力 f 之間的關(guān)系且從兩式中可以得知當(dāng) a 未知且先設(shè)為定植可以得（ 1）式。當(dāng) 由 45度往 90度變化的過程中 F是增大的且可以在不改變扭距和電機功率的情況下增大切削力也就是通過改變（釘頭的切削力與釘頭的中心線之間的夾角）來實現(xiàn)。同時這也達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計的目的。fNF圖 2 ）圖 2 釘頭在中間時的受力情況 2 合理地選擇釘子 （一）材料的 選則 首先合理選用釘頭的材料。（參考非金屬切削刀具 P240及圖 7-6）為了便于切削及刃磨釘頭選用 YG6硬質(zhì)合金。釘刃前角 r0=10度兩惻刃的前刀面向里傾斜 45度角。使用前首先把內(nèi)側(cè)平面及 45度前刀面磨好。刀尖處不準(zhǔn)有縫隙再磨每側(cè)后角。（合理幾何參數(shù)：切削用量為 v=100-800m/min f=0.02 0.2mm/r）v的最佳取植公式： tvcvzypxv KKfat Cv 查表（參考非金屬切削刀具）7-2得： t:耐用度 pa：切削深度 f :進(jìn)給量 vC：系數(shù) =3260 x :指數(shù) =0.56 y ：指數(shù) =064 z ：指數(shù) =0.1 7.01cvtvkk 把各系數(shù)的值代入上式中得： 2.134v 取整得： 134m/min (二 )先對釘子的受力分布進(jìn)行分析（也就它的扭距和彎距）在第一種情況時： FNf 圖 3 釘頭在第一位置時的受力坐標(biāo) 1 ) 在 F 的 作 用 下 ：FFL圖 4 在 F 力作用下的應(yīng)力圖 FXM 0 LX 0 LFM max 2 ) 在 N 的 作 用 下 ：NNL圖 5 在 N 力作用下的應(yīng)力圖 NXM 0 LX 0 LNM max 3 ) 在 f 的 作 用 下 ：Lfsin(a+ )fsin(a+ )圖 6 在 f 力作用下的應(yīng)力圖 20 )s in ( xafM Lx 20 )s in (m a x aLfM 且作用在釘頭上的彎距為（最大） LafNFLafLNLFM)s in ()s in ( 由于 0 a 90 度變化的時候。 f*sin(a+ )也在逐漸增大。且在 M= F*L-N*L-f*sin(a+ )*L 逐漸減小當(dāng) a+ 135 度時， sin(a+ )是逐漸減小的也就是 M 逐漸增大。所以只能在取 45 度時。 M 能取得一個最佳的位置，為了減少 M 增加釘頭的壽命，（但在不影響切削的情況下可以把釘頭斜 1 到 5 度的角度安裝。 （三）在第二種情況下的變形情況。 F Nf 圖 7 釘頭在第二位置時的受力坐標(biāo) 1 ) 在 F 的 作 用 下 ：FFL圖 8 在 F 力作用下的 應(yīng)力圖 FXM 0 LX 0 LFM max 2 ) 在 N 的 作 用 下 ：NNL圖 9 在 N 力作用下的應(yīng)力圖 NXM 0 LX 0 LNM max 3 ) 在 f 的 作 用 下 ：Lff圖 10 在 f 力作用下的應(yīng)