随着社会的进步和经济的发展，人们物质生活水平的提高，城市环境保护意识的增强，城市生活垃圾袋装化已逐步成为许多大、中城市生活垃圾的收集方式，因而破袋问题是垃圾分选预处理必须首先解决的问题。由于国内城市生活垃圾是混合袋装收集，因而破袋技术难度较大。
从近几年国内新建的垃圾处理厂及近期的一些科技文献资料来看，国内对垃圾破袋工艺技术的研究及专用设备开发起步较晚，破袋手段落后，主要是通过人工破袋，工作环境差，劳动强度高，破袋率低。部分机械破袋作业也仅仅是借用或稍加改进的以挤压、冲击、剪切为主的矿山机械设备一双齿辊或三齿辊式破碎机。但这种破袋方式弊端较多。在高速冲击、剪切、挤压作用下，混合垃圾被破碎后，粒度不均，陶瓷、砖、玻璃等无机脆性物被过度破碎，与含水率较高的有机垃圾搅拌混合在一起，无法有效分离，直接影响了垃圾可腐有机物的堆肥质量。特别是废电池等富含重金属及有害化学物质的垃圾被碎成小块后，一方面难以有效分选，另一方面加大渗滤液中重金属及有毒物质的含量，对水体环境造成极大隐患。此外，使用普通矿山机械设备处理生活垃圾，有缠绕现象，造成卸料困难，湿度大时影响设备正常运转．同时，还伴有能耗大、噪声大等缺点。
为了解决由于使用矿山机械而出现的过破碎及缠绕问题，急需研制开发出具有选择破碎作用的破碎机，本文就着重介绍了一种新型的袋装垃圾破袋破碎机的研制过程。
2、理论研究
2.1设备总体结构研究
设备总体结构设计思路，是针对垃圾特性，按照选择性破碎原理并参考矿山机械设备来确定的。由于我国城市生活垃圾主要以混装为主，含有软、硬、脆、韧等各种物料，成分复杂，同时含水率较高，垃圾的流动性能差，为此采用大直径斜置式双辊式总体结构。为防止过破碎现象，采用低速双齿辊式结构，同时，为防止垃圾缠绕发生，采用伸缩式刀齿结构，即在工作区刀齿伸出破袋，在非工作区刀齿缩进。
在工作过程中，当大块硬物料通过时，为保证设备正常工作，须有退让保护功能，同时为使物料脱落且清扫辊筒表面，该机设有卸料、清扫装置，清理附着在辊筒上的垃圾，以保持机内工作环境并实现较高的破袋效果。
2.2机构组成及运动分析
为实现刀齿的伸缩功能，采用以辊筒带动刀齿转动的方式，即在辊筒内部设置一偏心轴，轴上设置的单元轴套分别固接和铰接两种连接座，通过连杆连接着刀齿，刀齿在辊筒径向孔内随辊筒转动而绕偏心轴转动，并同时在辊筒径向孔内滑动，这种导杆滑块机构，可简化为图1所示。
由图可知：活动构件数n=5，低副数Pi -7，高副数p2 =0，连杆机构的活动数w= 3n -2p1-p2=3×5-2×7-0=1，所以，在该机构运动中，当导杆（辊筒）作主动件时，滑块（刀齿）的运动（在孔中滑动）是确定的。
2.3机构受力分析
在工作过程中，当刀齿的外伸部分受到垃圾阻力时，其刀齿成为又一主动件影响着机构的运动。也就是说当刀齿在外伸过程中，遇到垃圾中的坚硬物块有使刀齿通过机构使导杆反转的趋势。但是，一般情况下这一阻力所形成的阻力矩不会大于电机的最大转矩，即使在特殊情况下（刀齿顶着铁件等），阻力大到一定值时，活动辊筒在后方弹簧安全装置作用下会向后退让，让硬物落下，也不致影响到机构正常工作。
3、工作原理
当袋装垃圾通过料斗落入差速回转运动的两辊之间时，由于辊筒内固定轴的轴线与辊筒轴线之间有一偏移量，且两辊筒以不等速绕各自轴线相向回转，因而在两辊上均匀排布的伸缩式锯齿形破碎刀逐渐由筒内向外伸出戳入垃圾袋内，随着辊筒继续转动，两辊上的破碎刀伸出到最大位置，将大块有机物如瓜果、蔬菜等戳破和挤碎。随后破碎刀开始向辊筒内退缩，加之两辊存在转速差，两辊筒内的破碎刀在退缩时将垃圾袋撕破．充分破袋。在破碎刀的低速冲击、剪切和撕扯作用下，袋内垃圾有机物料被破碎成适合于后序分选的粒度，脆性无机物如陶瓷、砖石及玻璃等被破碎成块。由于刀排之间交错间隔较大，不但不会产生粉碎性破碎，而且废电池等小物料会保持原形而易于分选，因而具有选择性破碎作用。其后，随着辊筒的继续回转，破碎刀逐渐缩回到筒内，从而自动解脱缠绕破碎刀上的破鞋、烂布条、包装带等强韧性缠绕物，破碎后的垃圾落在下方输送带上被运走。
若垃圾中有混凝土块、石块、废钢铁件等大块硬物料进入破袋机内时，安全弹簧退让装置或摩擦离合器将发挥作用而使其顺利通过以确保设备安全正常运行。另外，该机还设有卸料、清扫装置，可将辊筒上的垃圾附着物清理干净，以保持机内环境和较高的破袋效果。
4、结构性能及关键零部件研制
4.1破袋破碎机的结构、性能
破袋破碎机主要由机架、辊筒、破袋刀、传动装置、过载保护装置、防缠绕装置等组成。结构特点是在机架上安装两个相向转动的辊简装置，每一辊简装置中含有一固定轴，其轴线与辊筒轴线偏移一定距离，固定轴上套装有若干组转动套，破袋刀一端通过连杆连接于固定轴的转动套上，另一端在辊筒上的径向孔内放置。其中一辊简装置两端与轴承，端盖、滑块、弹簧、螺杆以及连接杆等组成一体，通过滑块可沿导轨滑动；滑块与机架之间用弹簧顶紧，并通过螺杆来调节顶紧力的大小。另一辊筒的传动采用锥面摩擦离合器传动装置。
设备工作时，两个辊筒以不等速绕各自轴线相向转动，通过调节辊筒转速，使两辊筒速差实现最佳匹配，达到较好破袋效果，同时也满足了物料处理量的要求。
4.2关键零部件研制
4.2.1辊筒组件优化设计
为实现袋装垃圾的有效破袋和选择性破碎，必须对破袋破碎机的关键零部件进行结构优化设计。为保证破碎刀在辊筒内滑动，提高辊筒部件的强度，降低其重量，采用了双层钢板焊接结构。辊筒沿径向剖面共设有六组12把破碎刀。刀齿的轴向排布据垃圾袋的规格采用了均布型排列。为了便于安装、维修以及刀齿滑动时的导向和密封，采用了整体可拆式复合刀套结构。
因辊筒径向均布12把破碎刀，刀通过连杆与辊筒内偏心轴上的转动套相连，当辊筒均速转动时与刀对应的转动套转速不等，所以将转动套设计成4件，每1件与3把刀相连，其中与1把固接，另2把铰接。为满足刀齿排布及运动的不等速要求，将转动套设计成端面带凸台的圆环件，并采用了40Cr材料。
为保证辊筒内的清洁环境及刀座与刀套的配合，在刀套处须密封。刀套密封按一般活塞杆密封，这样，每个辊筒上有很多刀套密封，当辊筒运转时就会产生较大阻力，为此，将密封沟槽的一边直径减少，使密封圈的变形相应减小，这样既保证了密封，又降低了辊筒运转时的阻力。
4.2.2刀齿优化设计
为了实现最佳破袋、破碎效果，刀齿的排布与刀齿的齿形是一个有机的联系体，因而根据垃圾的物料特性及设备受力特性，确定了契斧、锯齿型刀齿，提高了刀齿的强度，实现了较好的破袋效果。由于破碎刀是工作过程中的直接受力件，因而将其设计成刀座和刀体两部分，可以使刀齿很方便地拆卸修磨或更换。
5、结论
具有这种独特的工作原理的破袋破碎机，设计新颖、结构合理、制造精密、性能可靠。目前，样机己制造完成，并在垃圾试验场进行了负荷中试试验。各种试验数据表明袋装垃圾破袋率等各项指标均达到设计要求，可满足垃圾综合处理分选工艺要求，为后序粒度分选和进一步处理创造了必要条件。
试验结果表明：该袋装垃圾破袋破碎机具有破袋、选择性破碎、防缠绕、抗冲击、能耗小、噪声低及使用寿命长等优点，具有很强的实用性和广阔的市场前景。
该设备于2000年3月3日由中华人民共和国知识产权局授予实用新型专利证书。2000年5月科技部科技型中小企业技术创新基金管理中心组织有关专家、单位进行了评审，被科学技术部、财政部确定为1999年度第四批科技型中小企业保工作，加快对清洁能源的开发与推广，就一定能实现我国交通运输业的可持续发展。
