基本信息
- 项目名称：
- 四工位半自动废弃CRT分解切割设备
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 废弃CRT分解切割设备采用PLC控制电路，实现对气缸运动、加热丝张紧、加热及四工位回转平台90度顺、逆时针转动的自动控制。四工位采用切割工位和装卸工位分两组的动态循环式设计，使切割周期降低到与人工装卸周期相匹配的最低程度，实现了切割节拍的量小化。整个设备有操作方便、节能、高效、分离效果好、处理成本低等一系列优点。
- 详细介绍：
- 四工位半自动废弃CRT热爆切割设备由四工位回转工作台、切割执行机构、切割电源、机体机罩、控制装置和除尘器六个基本部分构成。 设备整体通过机座支撑一个圆形回转工作台，工作台分成4个工位。其中两个为装卸工位，成对称布置，用于装填CRT、吸取荧光粉、卸下分割后的CRT部件。另两个工位为加热切割工位，利用加热过程产生的热应力使CRT的屏和锥体分离，切割工位置于封闭机罩中。对称布置的两个装卸工位同时由两名作业人员手工操作。加热切割工位由设备自动操作，不需要人工干预。 作业时，首先在装卸工位装上待切割的CRT，四个机头所在的回转工作台会逆时针旋转90度。这样装卸工位机头便转到切割工位机所在的位置，切割工位机头便会转到装卸工位等待CRT的装卸。之后位于切割工位的两机头开始进行加热切割，在切割工位处于工作期间，两个装卸工位的操作者将已切割完毕的CRT卸下并装入新的待切割CRT。经过一段时间的切割之后切割两工位的CRT完成切割，四机头所在的托盘会顺时针旋转90度，回转工作台上的工位在装卸工位和加热切割工位轮流交换。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：CRT是电视机和电脑显示器的核心部件，每台电视机或电脑显示器上都有CRT。研究表明，我国电视机及电脑逐渐进入报废的高峰期，从2003年起我国每年约有1000万台以上CRT亟待环保处理。由于CRT玻壳管锥中含有约17%的有毒重金属——铅，所以必须对废弃CRT进行环保处理和资源化利用。在对CRT处理时需要一种将CRT中含铅部分和不含铅部分分离的设备，该设计作品旨在解决这一问题。 基本思路：本作品设计了一种利用加热丝热爆的方法分离切割CRT的设备。其方法是将加热丝绕在CRT屏锥结合处的适当位置，利用电热丝加热过程、或加热后骤冷过程中产生的热应力使屏锥玻璃爆裂分离。 技术关键：加热丝热爆法需要解决加热丝材料柔软性、切割过程中的加热丝温度、加热时间、加热丝的支撑以及加热丝张紧力的控制等关键问题。 创新点：首先，四工位半自动废弃CRT分解切割设备的主要创新之处是很好的解决了上述关键技术问题。其次，设备整体采用四工位结构，两工位为装卸工位，另两工位为切割工位。该设备实现了切割节拍与人工装卸节拍的平衡，切割效率得到成倍提高。最后，在设计阶段为了实现设备能耗的量小化，对影响设备能耗的多因素进行了田口参数优化设计。 主要技术指标： ①分离切割效果好； ②生产效率：每两分钟一台； ③安全环保：解决防爆、除尘问题； ④电能消耗：切割单台CRT的平均电耗在0.03千瓦时以内。
科学性、先进性
- 到目前为止，国内外处理废弃CRT主要有破碎分选法和切割法。破碎分选法，破碎过程简单，但分选设备技术复杂程度过高，造价高，效率低。切割法通常有机械切割、激光切割与应力热爆法三类。机械切割效率太低，实用价值不大。激光切割分离效果好，投射光反射问题不易解决，需要用到大功率激光器，设备成本过高。加热丝热爆法本质属于应力热爆法。 本作品所采用的加热丝热爆法属于应力热爆法的一种，但与其他应力热爆法相比，在设备产业化可行性、技术先进性和可靠性方面有较为突出的实质性进步，主要表现在： ①采用了四工位分两组的切割工位和装卸工位动态循环式设计，改变了传统设备直线式布置的不足； ②加热丝采用多股细丝缠绕而成的复合加热丝，很好地解决了单根加热丝柔性低的问题； ③采用动态张紧轮对加热丝进行固定，解决了加热丝加热过程中由于受热膨胀变长，导致其与CRT表面接触紧密程度降低而造成的热切割效率低的问题； ④引入田口参数设计方法确定了设备运行的最佳参数，使设备运行的能量消耗大大降低。（参考文献见附件一。）
获奖情况及鉴定结果
作品所处阶段
- 现已开发成为专门设备，已应用于国家废家电处理示范线上。
技术转让方式
- 合作生产。
作品可展示的形式
- 设备体积和重量较大，而且已安装于生产线，有实物照片及录像提供展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：该设备使用时，处于对称位置的操作者在装卸工位装填CRT，之后回转平台顺时针旋转90度，新装填的CRT转入切割工位并处于切割过程。此时，操作者先卸下转入装卸工位的已切割CRT，之后装填新的CRT。在前一次装填的CRT完成切割后，回转平台逆时针旋转90度。此时，刚装填的CRT进入切割工位，已切割的CRT转入装卸工位等待操作者装卸。在连续作业时，操作者将重复上面的操作过程。 技术特点和优势：采用热爆法切割CRT，其切割处理速度快，生产效率高。率先采用了四工位分两组的对称分布装卸工位和切割工位的动态循环设计。这种设计实现了设备切割节拍和人工装卸节拍的平衡。 适应范围和推广前景：该设备能够切割14-25英寸的CRT。研究表明，从2003年起，每年我国将有1000万台废弃CRT亟待环保处理。这将会给CRT处理设备带来巨大的市场需求，该设备的投入使用将产生巨大的经济效益和社会效益，具有很好的推广前景。
同类课题研究水平概述
- 国外对废弃CRT切割方法的研究较早，现已形成物理切割和化学切割两类主要的切割方法，相应地也开发了多种切割设备，如金刚刀头切割设备，激光切割设备等。国内也有一些单位进行了研究并取得了一些成果。总体来看，切割方法大体可分为化学溶蚀法、机械切割法、应力爆裂法和激光切割法。 化学溶蚀法在早期用于CRT的修复，但效率较低，对环境有化学污染，难以满足对废弃CRT处理的需要。 机械切割法，分金刚石切割和普通机械力破碎后分选两种。金刚石切割对刀头的消耗极大，造成切割设备的造价很高，最终增加了处理CRT的成本。普通机械力破碎后分选法的主要缺陷是分选效率低，且分选设备造价高昂。 激光切割技术较为先进，但要求与之配套的辅助机构有较高的自动化水平，由此造成设备的开发、制造及维护成本较高。 加热丝切割属于应力爆裂，这种方法利用CRT的结构特征及玻璃不均匀受热产生热应力的特性实现屏、锥玻璃的分离。分离后的锥屏的物理表面特性完好，含铅玻璃和不含铅玻璃分离彻底，荧光粉易于回收。除此之外，它的切割效率也比较高，制造成本及维护费用很低，处理效率较高，工艺本身无污染。(参考文献见附件一)
