资源描述
第一章 绪论1.1 项目 的研究 意义20 世 纪 70 年 代 以 来 , 由 于 工 业 的 不 断 发 展 , 废 物 处 理 场 地 紧 张 , 处理 费用 浩大 ,又 由 于 资源 的缺 乏 ,提 出 了“ 资源循环 ”的 口号 ,开 始从 固体 废物 中 回 收资源 和 能源 ,即 资源化 。废 旧 橡 胶是固 体废 物 的 一种 ,其 来源主要是废橡胶制 品 ,即 废 的轮 胎 、力 车胎 、胶 管 、胶 带、 工业杂品等;另一部分来源于橡胶制品厂生产过程中的边角、余料 和废 品 。此 外 ,废 旧轮 胎造成 的环境 污染 是严 重 的 :整 条废轮胎 堆积 在一起变成了蚊虫孳生的理想场所,这些蚊虫导致脑炎等传染疾病。 整条废轮 胎不会 自 然 ,但 是 ,任 何想 纵火 的人 ,只 要稍 微借助一 下助 燃的 东西 就能引 起难 以 扑灭 的大 火 ,可 见废轮 胎堆 积既 是危 害健康的 祸 源 ,又 是环境 安全 的定 时炸 弹 。当 然 ,橡 胶 的废与不 废都是相 对的 , 他们 本身 都有特定 的属 性和 用途 ,都 有被人类所利 用 以 及循 环利用 的 可能 。一 切所谓 的“ 废 物 ”只 不过是 物质 的形 态性质或者是 用途 发生 了变化 ,而 他们本身可 以利用 的 属性并没有消 失 ,只 要被人们发现和 利用, 就能重新发挥它的作用, 由 “废物” 变为 “宝物”, 而且有些 东西 只是在一定地 点 、 一定的 条件下 , 失去了 它 的 使用 价值成为 了“废 物”, 而通过再次的加工等途 径又会获得 其使用价值, 铲平机正是废 旧轮胎 回 收利用 过程 中 的一种加 工设备 ,在 目 前能源 日 趋紧 张 的形废 轮胎 势下 ,铲 平机 回 收利用 废轮 胎不仅 可 以节 约资源、能 源 ,而 且对 于保护环境具有重要的意义。1.2 国内 外现 状废 橡 胶 的 回 收 利 用 率 在 近 年 不 断 的 提 高 。 其 中 , 美 国 提 高 了 90% , 1992年总计利用约6800X 10的四次方吨废旧轮胎,利用率为27%。 原西德提高了 20%30%, 1989年废轮胎的利用量为45。5X 10的四 次 方 吨 ,占 废 橡 胶 产 生 量 的 60%。日 本 提 高 了 12%, 1992 年 废 橡 胶 的 回 收 利 用 率 为 92% , 中 国 废 橡 胶 的 回 收 利 用 率 为 50% 。 从 再 生 资 源 和保护环境的观点出发,人们越来越重视废橡胶的综合利用。美国 福 特 汽 车 公 司 和 Symene 公 司 最 近 联 合 开 发 出 一 种 回 收 废 旧 汽 车 轮 胎再加工成刹车片等汽车零件的新技术。目前全世界每天生产轮胎 大约二百万只,每年全世界废弃的汽车轮胎近二点四亿只,这一方面 是 橡 胶 材 料 的 极 大 浪 费 , 一 方 面 也 对 环 境 造 成 很 大 的 破 坏 。美 国 当 前 也只有百分之五的废旧轮胎得到再利用。其中主要是利用热塑技术 加工成地面铺设材料的筒单再 利用产品,其主要原因是由于橡 胶加 工成型汽车轮胎后,本身的化学结构发生了根本性的变化,使再利用 变得极为困难。我国废旧轮胎回收利用现状等有关方面提供的资料初步统计, 分布在全国公交、化工、冶金、煤炭、矿山、轻工、交通、物资等 部 门 的 旧 轮 胎 翻 新 企 业 约 500 家 , 具 有 一 定 规 模 的 轮 胎 修 补 企 业 约 1000 家 , 但 这 样 的 回 收 利 用 主 要 是 重 新 进 行 化 学 的 加 工 或 者 是 轮 胎 修补,前者成本高、不经济,而对于后一种利用方法则是没有解决 根本的问题,目前,对轮胎进行机械加工的环境保护的绿色设计, 废旧轮胎这方面的设计还刚刚起步,还处于研发设计阶段,因此, 铲平机的改进、设计在废旧轮胎的回收利用中将起着非常大作用, 在国内有着广阔的发展前景。1.3 铲 平 机 的 应用铲平机是废旧轮胎回收利用中进行机械加工的重要设备, 目前, 在国内外是属于一种绿色的加工设备,主要是对废旧轮胎表面的一 层进 行铲平 , 再把铲平好的废旧橡 胶切割成一片一片的 ,然后再通过 钉磨机的磨削,加工成有一定斜 度的橡 胶片,然后再 把这一小片一小 片的橡胶通过挤压机挤压在一起,最后成为实心的橡胶轮胎。 这种轮 胎在目前在外国广泛应用于农用机车上和割草机上。铲平机结构简 单,使用方便,所加工的废旧轮胎范围比较广泛, 而且,此铲平机 对废旧轮胎进行机械加工是一种保护环境的绿色加工,在处理废旧 轮胎的各种机器的设计研究还刚刚起步,还处于研发设计阶段的今 天,可以根据具体加工的废旧橡胶的实际情况,对铲平机进行简单 的改进,完全可以应用于在其它废旧橡胶的加工程序中,因此,在 注重节约资源和能源,保护周围环境,不断发展的今天而言,铲平 机在未来的废旧轮胎的回收利用中将有十分广泛的应用领域,在国 内外有着广阔的发展前景。第二章 总体设计2.1 总体 布局 设 计铲平机最终要实现的是通过两个齿滚的相反方向的转动使被 加工的废旧橡胶轮胎绕一个圆心,呈现出圆的轨迹运动,从而实现 废 旧 橡 胶 轮 胎 的 切 削 加 工 ,所 以 ,铲 平 机 的 设 计 包 括 确 定 传 动 方 案 、 选 择 电 动 机 、合 理 分 配 传 动 比 以 及 计 算 传 动 装 置 的 运 动 和 动 力 参 数 , 为设计各级传动件和转动件创造一些必要的条件。方案1铲 平 机 的 机 架 支 撑 部 分 主 要 是 有 两 部 分 构 成 的 ,即 铲 平 机 的 机 架和两个支腿,这样设计的结构虽然可以节省钢材料降低成本,但 是,由于铲平机机架是由两部分连接而成的,在加工过程中所承担 的振动也不同,于齿滚加工部分主要是由两个支腿来支撑,减振效 果不好,所以,在实际加工时稳定性能不好,产生振动,从而影响 废旧轮胎加工的质量。方案2综上分析后,此铲平机机架采用方案2由于加工橡胶的转速不是很高,从电动机的输入部分到齿滚的 输出部分,中间传动的主要设计部件有减速器、改向器等。其次, 是铲平机机架、铲平机侧板等的设计;以及其它部分的结构:实现 切割的刀架结构的设计;切割橡胶时起到支撑橡胶的刀片按滚部分 的设计;为加工废旧橡胶提供直接动力的齿滚传动部分的设计等等。 下面大致介绍各个部分的结构和实现的功能:改向器由两个传动轴带动两个齿滚,两个齿滚的转动方向是相反 的,并且两个齿滚并不是平行的,而是有一个很小的角度,当两个 相反的齿滚转动时,使被加工的废旧橡胶轮胎绕一个圆心,曾圆的 轨迹运动,从而实现废旧橡胶轮胎的切削加工。刀架结构刀具是用沉头螺栓固定在刀架上的,而刀架的结构是主要 是由弧形角度板和刀片支架构成,通过丝杠来调整使刀架上下移动 从而带动刀具上下移动,达到调整高度的目的。刀片按滚部分,由弧形角度板、刀片按滚绞链、刀片按滚连杆轴、刀片按滚等组成图2刀片按滚钱链图3角度板由于废旧轮胎的废旧橡胶来源于各种各样的汽车、重型机车、 农用机车、卡车等等,种类和型号的不同使要加工的废旧橡胶的厚 薄也不同,所以,为了扩大铲平机的加工范围,实现更广泛的废旧 轮胎的加工,实现加工的动力部分的齿滚设计成可以上下可调整, 用来加工不同厚度的橡胶。通过具体的分析确定如下的传动方案:电动机蜗杆减速器f 改向齿轮箱齿滚2.2各传动轴的数据计算2.2.1选择电动机的类型和结构形式:Y系列电动机为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,用于空气中 不含易燃、易爆或者腐蚀性气体的场合,适用于电源电压380伏, 且无特殊要求的机械上,如机床、运输机,也用于某些高启动转矩 的机器上。按照工作条件和要求,选择一般用途的这种三相异步电动机,卧式 封闭结构。2 .2 .2选择电动机的容量:工作机所需的功率:4P = F V = 2100 2 = 4 176KWw1000 -nw1000 0.96.乙 ,电动机所需的功率:巳*二建8=7.017KW从电动机到齿滚轴之间传动装置的总效率为:n =n1 *n2,n3 .n9 =0.96 0,982 0.72 0,973 0.992 = 0.5938选择电动机的额定功率pm :使pm= ( 11.3 ) p0查手册后选取电动机为:电动机的型号 Y1 3S- 4额定功率P0=7.5KW满载转速 144ro / m i2 .2 . 3计算各轴的转速:蜗杆轴n1 :=1440_ = 1440 = 553 85 r / minn1325/1252.655。.。51 /Imn蜗轮轴n2 :553.85n230: 18.46r /min改向齿轮轴n3 :n3 =n2 =18.46r/min齿滚轴n4:n4 = n2 = 18.46r / min2.2.4计算各轴功率:(1 )蜗杆轴的功率R :P = P0 x n1 =7.017 S96 =6.736KW(2)蜗轮轴的功率P2:P2=R2 3 =6.763 0.98 0.72 =4.753KW(3)改向齿轮轴的功率P3:P3=P24 5 =0.97 0.98 4.753 =4.518KW(4)齿滚轴的功率R :F4=P3678 =0.97 0.97 0.99 4.518 = 4.208KW2.2.5计算各轴的转矩:(1 )蜗杆轴的转矩:工= 9550蒋=9550 需=116.15N*m(2)蜗轮轴的转矩:T2 = 9550s = 9550= 2458.89NLm(3)改向齿轮轴的转矩:T3 = 9550P3 = 9550 僦=2337.3N1m(4)齿滚轴的转矩:T4 = 9550n4 = 9550 4246 2 2176.94Nm第三章蜗杆减速器的设计3 . 1确定蜗杆减速器的总体结构蜗杆减速器传动比大,结构紧凑,但效率低,用于中、小功率、 输入轴与输入轴垂直交错的传动。蜗杆下置式:蜗杆与蜗轮啮合处的冷却和润滑都较好,同时蜗杆轴承的润滑也比 较方便,但当蜗杆圆周速度太大时,搅油损失大,一般用于蜗杆圆 周速度小于等于45米/秒,传动比的范围是1040。蜗杆上置式:装拆方便,蜗杆的圆周速度允许高一些,但蜗杆轴承的润滑不太方 便,需要才用特殊的结构措施,一般用于蜗杆圆周速度大于45米/ 秒,传动比的范围是1040 。左图为蜗杆上置式,右图为蜗杆下置式。此铲平机采用蜗杆在上的蜗杆减速器结构:蜗轮轴以及蜗杆轴上都是采用单列圆锥滚子轴承,蜗杆的轴端 轴承为固定式,在安装时轴承必须留有轴向的间隙,用来防止蜗杆 膨胀而使轴承产生轴向的附加压力,蜗杆、蜗轮、轴承等都是用机 座内的润滑油润滑的,蜗杆轴上轴承的润滑油是由蜗杆将油甩到机 盖壁上铸造的油沟而进入轴承;蜗杆轴上的轴承的润滑油则靠安装 在蜗轮两端面的刮油板,将油导入机座上的油沟而进入轴承,蜗杆 转向变化时,刮油板都能起作用。机座采用剖分式结构,并且在外 机座壁上铸有散热片,机座上的散热片作成垂直方向,用来有利于 热传导;在蜗杆一端装有风扇,用来冷却机盖,机盖上散热片作成 水平的方向,便于空气流动。3 . 2蜗杆的设计计算3.2.1 根据蜗杆齿面接触强度计算:此蜗杆传动属于一般用途等特点,由表可以查得: 蜗杆选用45钢,表面淬火,硬度大于45HRC 蜗轮齿圈通过查表得:选用无锡青铜,砂模铸造蜗杆头数乙:传动比5871615323083乙6421由上表可取Z1=11、 许用接触应力:由材料的许用接触应力表可以查得:二h =220Mpa2、 蜗轮传递的转矩:T2 =9550P2 =9550 黯=2458.89NLm3、 K 一载荷系数: K=KaKvK公式中:(1) Kv为动载荷系数:由于蜗杆传动一般比较平稳,动载荷要比齿轮传动的小的多,故Kv值可取定如下:对于精确制造,且蜗轮圆周速度:当 v =3m/s时,取 KV =1.01.1当 v23m/s时,取 KV=1.11.2(2) Kp为齿向载荷分布系数:当蜗杆传动在平稳载荷下工作时,载荷分布不均匀现象将由于工作 表面良好的摩合而得到改善,此时可取Kp = 1.0;当载荷变化大或者冲击振动时,蜗杆由于变形不固定,不可能因 跑合使载荷分布均匀,这时取Kp=1.31.6 :蜗杆刚度大时,取小值, 反之,取大值。(3) Ka为使用系数此处省略 NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN字口如需要完整说明书 和CAD图纸等.互联网腾讯公司Q二四七五九五九零九八。认 准小麦设计0本设计已通过答辩!长期有效论文中对机床进行优化设计分析,这样可以在设计的同时还可 以将每个零件进行应力分析,以确定所选择的材料的尺寸是否合理, 这样做既直观又简单;对于机床中各主要零件的设计中,在选材方 面都是在满足了设计要求及其强度要求下,而选择材料这样很好地 减少了材料的浪费;在设计方面也是尽可能地简化零件的结构,在 机床的整体设计上比较起以前的机床机构更加简单些;这样能很好 地缩短零件的加工时间。整台机床的设计成本及其设计周期比以前 的设计都得到了降低。铲平机是废旧轮胎回收利用过程中的一种加工设备,在目前能 源日趋紧张的形废轮胎势下,铲平机对废轮胎回收利用不仅可以节 约资源、能源,对于保护环境具有重要的意义,还可以由“废物”变为 “宝物这些都将带来可观的社会效益和经济效益第七章 绿色设计与生产7 . 1绿色设计产生的背景自 20 世 纪 70 年 代 以 来 , 工 业 污 染 所 导 致 全 球 性 环 境 恶 化 达 到 了前所未有的程度,生态危机日益严重,人们不得不重视这种环境 污染的现实。在工业发达国家,产品的绿色标志制度相继建立,凡 标有 “绿色标志” 的产 品, 表明该产品从生产 到使用、 回收的整个 过程符合环境保护要求,对生态环境无害或危害极小,可以实现资 源的再生与回收,这中产品大大地提高了在国际市场的竞争力。与经济发达国家相比,我国工业的技术水平还有较大的差距, 工业产品还存在着资源和原料消耗大、环境污染严重、国际市场竞 争能力相对较弱等问题。为了解决上述问题的可行途径,就是通过 绿色设计与绿色制造技术,大力发展绿色产品,尽可能减少对环境 的污染和资源的浪费,全面提高产品的竞争力。8 . 2绿色产品的含义和优点绿色设计是由绿色产品的诞生所引伸的一种设计技术。因而, 要进行绿色设计,首先有必要弄清什么样产品是绿色产品,绿色产 品有何特点,以便于采取一定的方法和手段去设计绿色产品。7.2.1 绿色产品的含义 绿色产品是相对传统产品而言的,至今还没有权威性的定义,为了便于对绿色产品的认识给出如下一些 定义:1 )绿 色 产 品 是 指 以 环 境 和 环 境 资 源 保 护 为 核 心 概 念 而 设 计 生 产 的、可以拆卸和分解的产品,其零部件经过翻新处理后可以重新里 利用。2 )绿 色 产 品 是 将 重 点 放 在 减 少 部 件 ,使 原 材 料 使 用 合 理 化 并 能 进行回收处理的产品。3 )绿 色 产 品 是 指 从 生 产 到 使 用 乃 至 回 收 的 整 个 过 程 都 符 合 特 定 的 环 境 保 护 要 求 ,对 生 态 环 境 无 害 或 危 害 小 ,以 及 可 以 再 生 或 回 收 、 循环、再利用的产品。4 )绿 色 产 品 是 指 其 使 用 寿 命 完 结 时 ,部 件 可 以 翻 新 和 重 新 里 利 用的产品。从上述定义可以看出绿色产品是指在产品全生命周期内,包括 原材料制备、设计、制造、包装、运输、使用、回收、再用或再生 过程,能节约资源和能源,对生态环境无危害或少危害,且对生产 者及是使用者具有良好保护性的产品。7.2.2 绿色产品的优点:1 )优 良 的 环 境 友 好 性 。即 产 品 从 生 产 到 使 用 乃 至 废 弃 回 收 处 理 的各个环节都对环境无害或危害甚小。这就要求企业在生产过程中 选用清洁的原料、清洁的工艺过程,生产出清洁的产品;使用产品 时不对使用者造成危害;报废产品在回收处理过程中很少产生废弃 物。2 )最 大 限 度 地 利 用 材 料 资 源 。绿 色 产 品 尽 量 减 少 材 料 使 用 量 , 减少使用材料的种类,特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料。这 就要求设计产品时,在满足产品基本功能的条件下尽量简化产品结 构,合理选用材料,并使产品中零件材料能最大限度的再利用。3 ) 最大限度地节 约能源 。 绿 色产 品 在其生命周 期 的 各个环节 所消耗的能源最少,能源的节约本身也是很好的环境保护手段。7 . 3绿色设计的主要内容1 .绿色设计的描述与建模 准确全面地描述绿色,建立系统 的绿色产品评价模型是绿色设计的关键。2 .绿色设计的材料选择绿色设计要求设计人员改变传统的选材程序和步骤,选材时不仅要考虑产品的使用要求和性能,还 应 考 虑 环 境 约 束 准 则 ,同 时 必 须 了 解 材 料 对 环 境 的 影 响 ,选用 无 毒 、无污染材料,选用易回收、可重用、易降解材料。.面向拆卸性设计传统设计方法多考虑产品的装备性很少考虑产品的可拆卸性。绿色设计要求把可拆卸作为产品结构设 计的一项评价准则,使产品在报废以后其零部件能够高效地、不加 破坏地拆卸,有利于零部件的重新利用和材料的循环再生,达到节 省资源、保护环境的目的。产品类型千差万别,不同产品的拆卸性设计不尽相同。总体上, 可拆卸性设计的原则包括: 1) 实现零件的多功能性, 减少拆卸工作 量 ; 2) 避免有相互影 响的材料组 合 , 避免零件 的污损 ; 3) 易于拆 卸 , 易 于 分 离 ; 4) 实 现 零 部 件 的 标 准 化 、 系 列 化 、 模 块 化 , 减 少 零 件的多样性。4 .产品的可回收性设计 可回收性设计是指在设计是要充分 考虑产品的各零部件回收再用的可能性、回收处理方法回收费用等 问题,达到节省材料、节约能源,尽量减小环境污染的目的。可回 收性设计的内容包括:( 1) 可回收材料的识别及标志( 2) 回 收 处 理 工 艺 方 法( 3) 可 回 收 性 的 结 构 设 计( 4) 可 回 收 性 的 经 济 分 析 与 评 价可回收性设计主要原则有:1) 避免使用有害于环境及人体的材料2) 减 少产 品 所 使 用 的 材 料 种 类3) 避 免使 用 与 循 环 利 用 过 程 不 相兼 容 的 材料 或 零 件4) 使 用 便 于 重 用 的 材 料5) 使 用 可 重 用 的 零 部 件5 .绿色产品的成本分析 与传统成本分析不同,绿色产品成本分析 应考虑污染物的处理成本、产品拆卸成本、重复利用成本、环境成 本等,以达到经济效益与环境质量双赢的目的。6 .绿色产品设计数据库绿色产品设计数据库是一个庞大复杂的 数据库,该数据库对绿色产品的设计过程起到举足轻重的作用。数 据库包括产品全生命周期中环境、经济等有关的一切数据,如材料 成 分 、 各 种 材 料 对 环 境 的 影 响 、材 料 自 然 降 解 周 期 、 人 工 降 解 时 间 、 费用,以及制造、装备、销售、使用过程中所产生的附加物数量及 对环境的影响,环境评估准则所需的各种判断标准等。7 . 4绿色设计的原则与传统设计相比,绿色设计应遵循如下的设计原则:(1 ) “零污染”原则 绿色设计应彻底抛弃传统的“先污染、 后治理” 的治理环境方式。 应实施 “预防为主、 治理为辅” 的环境 保护策略。因此,设计时就必须充分考虑如何消除污染源,尽可能 地做到零污染。(2 ) “零损害”原则 绿色设计应该确保产品在生命周期内对 劳动者(生产者和使用者)具有良好的保护功能。产品设计时不仅 要从产品的制造、使用、质量、可靠性等方面保护劳动者,而且还 要从人技工程学和美学角度,避免对人们的身心健康造成危害,力 求将损害降到最低程度。(3)技术先进原则 要使产品成为绿色产品,必须采用最先进 的 技 术 。因 此 ,设 计 者 应 及 时 了 解 相 关 领 域 的 新 进 展 , 发 挥 创 造 性 , 使产品具有良好的市场竞争力。(4)能量消耗最少原则在选用能源类型时,应尽可能选用太阳能、风能等清洁、可再生的一次能源,而不是汽油等不可再生 的二次能源,以有效地缓解能源危机;从设计上力求产品整个生命 周期循环中能源消耗最少,减少能源的浪费。(5 )资源最佳利用原则 包含两个方面内容:1)在选用资源 时,应从可持续发展的观念出发,考虑资源的再生能力和跨时段配 置问题,才不致由于资源不合理使用而加剧有限资源的枯竭,尽可 能 使 用 可 再 生 资 源 ; 2 )在 设 计 时 可 能 保 证 所 选 用 资 源 在 产 品 的 整 个 生命周期中得到最大限度的利用。( 6) 生态经济效 益最佳原则 绿色设计不 仅要 考虑产 品所创 造 的经济效益,还要从可持续发展的观点出发,考虑产品在全生命周 期内的环境行为对生态环境和社会所造成的影响。绿色产品生产者 不仅要取得好的经济效益,也要取得良好的环境效益。人 类 社 会 的 发 展 ,特 别 是 工 业 化 进 程 的 推 进 和 城 市 规 模 的 扩 大 , 造成环境污染、生态破坏、资源枯竭,已经严重危机人类的生存和 可持续发展。未来产品设计中应着眼于设计出健康、保健、安全和 易于操作的设备或产品,使这些设备或产品的零部件易于取代和重 复使用,尽量节约资源和能源,减少对环境的污染。绿色设计顺应了历史发展趋势,强调了资源的有效利用,减少 废弃物排放,追求生命周期中对环境污染的最小化,对生态环境的 无害化。所以铲平机在整个生产周期中应遵循绿色生产原则,极大 的减少对环境的污染,走可持续发展的道路。结论两 个 多 月 的 毕 业 设 计 ,是 对 四 年 所 学 全 部 机 械 专 业 知 识 的 验 收 , 对 知 识 的 综 合 运 用 能 力 的 一 种 锻 炼 ,是 大 学 整 个 教 学 中 的 重 要 环 节 , 通过这个环节的训练,可以使我们把所学专业理论知识与实践生产 加工相结合,在毕业设计的过程中分析实际问题,解决实际问题, 逐步提高实际工作能力。毕业设计过程中,一方面是检验四年来的 学习,对所学机械专业知识的做进一步的巩固,及时弥补知识掌握 不扎实和空缺的地方,是对自身综合能力的再提高的过程。令一方 面是培养我们一种独立从事科学研究的方法和工作能力,进一步提 高我们的工艺,工装水平,使我们学的知识系统化,条理化,为将 来的工作奠定一个坚实的基础。我 毕 业 设 计 的 题 目 是 铲 平 机 的 设 计 ,它 是 废 旧 轮 胎 回 收 利 用 中进 行机械加工的重要设备, 目前,在国内外是属于绿色产 品的加工 设备,铲平机结构简单,使用方便,所加工的废旧轮胎范围比较广泛, 因 此 , 铲 平 机 在 未 来 的 废 旧 轮 胎 的 回 收 利 用 中 将 起 着 非 常 大 作 用 ,在 国内有着广阔的发展前景。致谢两个多月紧张而忙碌的毕业设计,在指导教师的精心指导下, 现在已经圆满的完成了。在 毕业设计 的过程 中 , 翻 阅 了 大量机械专业方 面 的 设计 资料 ,使 自己的机械专业水平得到了很大的提高,绘图能力和查阅工具书的 能力也得到锻炼,把以前所学的理论知识综合运用的实践生产中, 也使自己了解到做一名工程技术人员应该具备的素质。在 毕 业 设 计 的 过 程 中 , 得 到 了 指 导 老 师 - 宋 胜 伟 老 师 的 耐 心 指 导 和 帮 助 ,不 断 帮 我 解 决 在 设 计 过 程 中 所 遇 到 的 各 种 问 题 , 使 得 毕 业 设计顺利的进行。在此,我向宋老师表示由衷的感谢!在 鸡西 实 习 的过程 中 , 得到 孙桂兰老 师的 热情 帮助 , 在此 ,我 向 孙老师表示由衷的感谢!此外,在设计的过程中,也得到了其它老 师及其同学的热情帮助,在此一并致以衷心的感谢!由于本人的知识和经验有限,设计中难免会存在不足之处,敬 请老师批评指正。1 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编,濮 良贵,纪名刚主 编.机械设计. M 第七版. 北京: 高等教育出版社 ,20012 成大先主编. 机械设计手册/第一卷. M 第四版. 北京:化学工业 出 版 社 ,20023 成大先主编. 机械设计手册/第二卷. M 第四版. 北京:化学工业 出 版 社 ,20024 成大先主编. 机械设计手册/第三卷. M 第四版. 北京:化学工业 出 版 社 ,20025 刘鸿文主编.材料力学I. M第四版.北京:高等教育出版 社 ,20046 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编,孙爰桓,陈作模 主 编.机械原理. M 第六版. 北京: 高等教育出版社 ,20017 李文双, 于信伟, 苏发主编. 机械制造工程学. M 哈尔滨:黑龙江 科 学 技 术 出 版 社 ,20048 孙 明 主 编. 机械 工程基础/ 上 . M 哈尔 滨: 黑龙 江人 民 出 版 社 ,20009 雷宏主编 . 机 械工程基础/下 . M 哈尔 滨 : 黑龙江人 民 出 版 社 ,200010 施平主编.机械工程专业英语. M 第五版. 哈尔滨: 哈尔滨工业 大 学 出 版 社 ,200311 吴宗泽, 罗圣 国主编. 机械设计课程设计手册. M 北京 : 高等教 育 出 版 社 , 200112 荣涵锐主编. 机械设计课程设计简明 图册 . M 哈尔滨 : 哈尔滨工 业 大学 出 版 社 ,200513 王旭 ,王积森主编. 机械设计课程设计. M 北京: 机械工业出版 社 ,200314 机械工程手册, 电机工程手册 编辑委员会 编 . 机械工程手册 . M 第五卷, 机械设计(二). 北京: 机械工业出版社 ,198215 机械设计手册/上册第一分册.M第二版(修订).北京:化学工业 出 版 社 ,198716 机械设计手册/上册 第二分册.M第二版(修订).北京: 化学工业 出 版 社 ,198717 吴宗 泽主编. 机械设计实用手册 . M 第二版. 北京: 化 学工业出 版 社 ,200318 龚 桂义主编 . 机械设计图 册 . M 第三 版. 哈尔 滨 :哈 尔 滨工业大 学 出 版 社 ,200319 . 王 旭 , 王 积 森 主 编 . 机械 设 计 课 程 设 计 . M 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 ,200320 . 唐 蓉 城 陆 玉 主 编 机 械 设 计 M 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 1993.521 . 孔 凌 嘉 王 晓 力 主 编 机 械 设 计 M 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社2006.2.122 . 胡 家 秀 主 编 简 明 机 械 零 件 设 计 手 册 M 北 京 :机 械 工 业 出 版 社2004.523 . 黄 凯 等 主 编 机 械 零 件 设 计 手 册 M 北 京 :国 防 工 业 出 版 社 1993.824 . 邱 宣 怀 主 编 机 械 设 计 M 第 四 版 北 京 :高 等 教 育 出 版 社 1992.325 . 徐 灏 主 编 新 编 机 械 设 计 师手 册 上 册 M 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 1995.3生产胶 粉 废 旧轮胎 回收 利 用的方 向摘要:随着橡胶工业及汽车工业的发展,大量的废旧轮胎、橡胶制 品及其边角废料也不断增多,据统计,我国每年仅轮胎报废量就不 少 于 150 万 吨 ,并 以 每 年 10 的 速 度 递 增 。由 于 不 能 得 到 综 合 利 用 , 大 多 成 为 工 业 垃 圾 ,既 浪 费 了 大 量 的 可 用 资 源 ,又 造 成 了 环 境 污 染 。 关键词:胶粉 隔音壁随着橡胶工业及汽车工业的发展,大量的废旧轮胎、橡胶制品 及 其 边 角 废 料 也 不 断 增 多 ,据 统 计 ,我 国 每 年 仅 轮 胎 报 废 量 就 不 少 于 150 万 吨 , 并 以 每 年 10 的 速 度 递 增 。 由 于 不 能 得 到 综 合 利 用 , 大 多 成 为 工 业 垃 圾 ,既 浪 费 了 大 量 的 可 用 资 源 ,又 造 成 了 环 境 污 染 。 长期以来,应用最广泛的处理废旧橡胶和废旧轮胎的方法是制造再 生橡胶,但这种方法存在耗能高、劳动强度大、效率低,污染严重 等问题。自七十年代以来,工业发达国家在废旧橡胶的二次利用方面有 了很大的发展。尤其是九十年代以来,相继研究出常温和低温粉碎 工艺制造微细硫化胶粉的方法并形成规模生产。这种精细胶粉 (80-120 目 ) 是 一 种 重 要 的 添 加 剂 。例 如 ,将 精 细 胶 粉 添 加 到 天 然 橡 胶中(一般橡胶制 品的掺入 量可达 50) , 可提高胶 粉的静态性能, 耐 疲 劳 等 动 态 性 能 。 在 德 国 , 轮 胎 制 品 中 加 入 20 的 胶 粉 , 可 提 高 其耐磨性,延长轮胎的使用寿命,胶粉越细,提高的幅度越大。胶 粉 的 价 格 只 有 天 然 橡 胶 的 1/3 一 1/2 , 由 此 可 大 大 地 降 低 轮 胎 成 本 。 精细胶粉还可以添加到塑料中,生产出来的橡塑材料,强度高、耐 磨、弹性好、扩大了塑料的应用范围。在传统的建筑材料中添加精 细胶粉,可生产出防震、防裂、防漏、耐用的新品建材。虽然目前利用废旧轮胎有翻新利用、切碎做燃料用于发电、化 学裂解回收炭黑和燃料油、制成胶粒等多种途径,但国际上越来越 趋向于利用废旧轮胎生产胶粉。因为橡胶粉有着不可替代的优势。 后者没有再生胶生产所带来的污染,也没有其他二次污染。橡胶粉 最 神奇 的 地 方 在 于 ,可 使 废 旧 轮 胎 的 利 用 率 达到 100 ,可 以 循 环使 用,是真正的循环利用并且可持续发展。美国的高速公路敷路材料 中 , 规 定 必 须 在 沥 青 中 添 加 25 以 上 的 胶 粉 , 可 以 防 冻 、 防 滑 、 防 水塌陷,并增强路面的静态及动态强度,大大提高路面的承载能力 (约4倍)。目 前 我 国 在 精 细 胶 粉 生 产 方 面 还 处 于 落 后 状 态 。据 不 完 全 统 计 , 全 国 大 小 再 生 胶 企 业 近 500 家 , 总 生 产 能 力 达 70 万 吨 , 产 量 约 30 万 吨 以 上 , 居 世 界 首 位 。 我 国 胶 粉 生 产 厂 家 大 约 有 40 多 家 ,总 产 量 约5万吨, 其生产 和应用总体落后, 再生橡 胶 尚处于主导地位。按照 汽车工业 “九五” 规划纲要, 汽车工业将逐步发展成为 国民经济支柱产业,与之配套的轮胎生产也将迅猛发展,这就给胶 粉 市 场 带 来 了 巨 大 的 发 展 潜 力 ,据 调 查 ,仅山 东 省 的 轮 胎 生 产 企 业 ,每年所需胶粉在万吨以上,而目前基本依靠进口解决。同时随着胶 粉在其他领域的应用,其市场前景是极其广阔的。我国废旧轮胎生产 胶粉技术的发展:我 国 胶 粉 生 产 始 于 80 年 代 后 期 。 1989 年 我 国 首 次 组 团 赴 德 国 考 察 橡 胶 利 用 情 况 。 “ 八 五 ”规 划 中 由 青 岛 化 工 学 院 与 山 东 高 密 再 生 胶 厂 、 航 空 航 天 部 第 609 研 究 所 合 作 , 承 担 原 化 工 部 下 达 的 “ 低 温 冷 冻法生产 微细胶 粉及其应用研究” 的攻关项目, 冷冻采用涡轮空气 膨 胀 法 ,并 于 1993 年 通 过 鉴 定 。此 后 中 国 科 学 院 低 温 工 程 中 心 、北 京航空航天大学也开展了这方面研究工作。这期间,一些原生胶生 产 厂 家 利 用 粉 研 后 的 粗 胶 粉 (40 目 左 右 中 间 产 品 ) , 经 活 化 处 理 生 产 数量不多的活化胶粉;同时,河北、江苏、辽宁、广东、山东、浙 江等一些地区先后从美国、意大利、法国、德国等国家的不同公司 引 进 10 条 以 上 生 产 线 及 单 机 设 备 ,使 我 国 胶 粉 生 产 开 始 起 步 ,但 这 些生产线多采用常温法生产 , 几乎都只 能生产 粗 胶 粉 和细胶粉 (60 目 ) 。为 此 ,国 内 一 些 机 械 设 备 制 造 厂 也 开 始 研 制 采 用 常 温 制 备 微 细 胶 粉 的 设 备 。 1996 年 以 后 , 大 连 、 江 阴 、 无 锡 、 珠 海 、 嵊 州 、 山 西 等 地 相 继 试 制 出 了 橡 胶 粉 碎 机 并 进 行 小 规 模 生 产 , 1998 年 深 圳 东 部 集 团 建 设 了 常 温 胶 粉 生 产 , 1999 年 珠 海 经 济 特 区 精 业 机 电 技 术 研 究 所和青岛绿叶橡胶有限公司研制成功了液氮冷冻法(J Y型微细胶 粉 生 产 线 ) ,为 我 国 制 造 微 细 硫 化 胶 粉 又 提 供 了 成 套 设 备 ,可 以 预 见 未来的微细胶粉生产将会有较大的发展。常温辊压法在我国普遍使用。就生产总量来说,我国的废胶粉 碎生产尚以常温辊轧法为主。一般采用双沟辊粗碎、双光辊或光辊 细碎。在小型企业有的采用沟光辊同时进行粗碎和细碎,当然这样 做投资少、占地小,但设备安全和产量均会受到限制。国外的粗碎 机一般都比国内设备大,生产效率高。近年来国内开发了一种新型盘工粉碎机,以剪切研磨为原理, 齿盘耐磨,工作寿命较长,可将粒度4毫米以下废胶块一次粉碎成 粒度8 0目以上。经过研究发现,一定粒度的胶粉在一定性能要求 下,胶粉的掺用量受到较大限制。要提高废旧橡胶利用价值,就得 对胶粉进行改性。胶粉用各种表面处理方法改性,制成活性胶粉, 不但大幅度提高掺用量,而且拉伸应用、疲劳生热、耐撕裂性、耐 磨耗性都有提高。活性胶粉技术的发展,扩大了胶粉代替部分生胶 的应用,改善了胶料加工性,保持了掺用量胶料的性能,减少了产 品性能损失,同时掺用过程不需要大量投资。目前活性胶粉有三种生产方法:机械化学法、单体、聚合物涂 层法和辐射法。我国国内采用机械化学法生产活性胶粉有了长足的 进步,在辐射法生产丁基再生胶和胶粉方面取得了成果,在涂层包 复技术方面做了大量工作。机工化学法以其操作简单、成本低、污 染小、能耗低而成为国内外活性胶粉生产的主要方法。中科院大连 化 学物 理研 究所也研 制 出 催化 剂 829 、 改性 剂 869 。 国 内 用 单体 、 聚 合物处理制造活性胶粉较引人注目的是华南理工大学用5份酚醛树 脂处理粒径为0.6mm(30目)的胶粉。据分析酚醛树脂与硫化胶粉 形成了互穿网络结构,同时酚醛树脂与基质胶相互扩散,产生共交 联使界面层保持了较好的粘合,构成了稳定的多相体系。 废旧橡胶(轮胎)常温法精 细胶粉成套 生产 线 :以废旧橡胶(轮胎)常温法精细胶粉成套生产线为主的浙江绿 环橡胶粉体工程有限公司已经在浙江嵊州市成立。公司由浙江丰利 粉碎设备有限公司、浙江天堂硅谷创业投资有限公司和嵊州市绿环 机械制造有限公司联合投资创建。 公司将累 计投资 1.5 亿元建成国 内最大规模 的废旧轮胎常温精细粉 碎设备生产 基地及年产 2万吨的 精细橡胶粉加工示范生产线,并以此为中心,形成废旧轮胎回收处 理、深加工及再生利用产业链的国家级工业园区。新创建的浙江绿 环公司所拥有的成套生产线主要是由丰利公司引进德国技术研发的 “ 废 旧 轮 胎 前 处 理 设 备 ”和 绿 环 公 司 自 主 开 发 的“ XJF 型 废 旧 橡 胶 常 温法精细粉 碎设备” 相配套而成, 开创了在常温条件下将废旧轮胎 整 胎 工 业 化 批 量 生 产 60-200 目 精 细 胶 粉 的 先 例 。该常温法精细胶粉成套生产线在生产过程中仅需配备相应的供 电装置和水源就可以在常温下将废旧轮胎整胎粉碎到40200目的 精细胶粉,不但能使废旧轮胎面胶和钢丝、帘布脱离,从而减少了 制造胶粉的工作量和脱丝分离工序,并可提高钢丝的利用价值,降 低生产成本,从技术上保证了胶粉的纯度,而且生产过程无任何的 二次污染。整条生产线具有设备配置合理、出胶率高、使用寿命长、 动力消耗低、噪音低和自动化程度高等优点,各项技术指标完全达 到甚至超过了国外的低温冷冻粉碎生产线,也优于目前国内刚刚开 发成功的空气涡轮冷却制冷胶粉生产技术,设备投资仅低温冷冻粉 碎 生 产 线 的 1/8 左 右 , 生 产 成 本 仅 1/3 。该 常 温 法 精 细 胶 粉 成 套 生 产 线 主 要 由 内 圈 切 割 机 、内 圈 搓 胶 机 、 整胎破碎机、橡胶钢丝分离机、破胶机、纤维分离机、精碎机、分 级机、自动称量包装系统、动力配电系统、计算机自控系统以及相 关辅助设备组成。其主要工作原理及生产流程:废轮胎-内圈切 割机 -整胎破碎机 -橡胶钢丝分离机 - 橡胶钢丝-分离机- 破胶机-精碎机空分机包装机成品。在生产作业中,所有电器动力都可由计算机进行实时监控,并 对全程开、关机顺序进行自动设定,真正实现了生产线的高可靠性 运转;工作中需要的冷却水可循环使用;设有超细粉尘收集系统对 整 条 生 产 线 进 行 粉 尘 收 集 ,真 正 做 到 “ 一 尘 不 染 ” 。 生 产 线 具 有 工 艺 路线先进,联动化、自动化程度高,生产成本低,产品质量高以及 噪音低、无污染等特点,为我国常温生产精细胶粉走出了一条符合 中国国情的新路子。废旧轮胎生产胶粉的市场利用空间:最近两年,胶粉工业已蓬勃发展,有关专家指出,胶粉工业代 表 着 废 旧 轮 胎 资 源 综 合 利 用 的 发 展 方 向 ,一 定 会 有 广 阔 的 市 场 前 景 。 然而值得注意的是,胶粉工业形成伊始便陷入了一种有价无市的局 面。究其原因,主要是胶粉的应用技术开发严重滞后。为此,专家 们建议,胶粉工业当前的关建问题是要以市场需求为导向,以开发 应用技术为手段,巩固和培育五大市场: 1、 轮胎市场早 在 1953 年 ,美 国 就 把 一 定 粒 径 的 胶 粉 用 于 轮 胎 生 产 。 1989 年 , 青 岛 橡 胶 二 厂 在 国 内 首 家 将 胶 粉 直 接 用 于 轮 胎 生 产 。 1995 年 , 胶 粉 应 用 在 原 化 工 部 重 点 厂 家 和 一 些 中 小 企 业 中 普 及 ,仅 69 家 重 点 厂 在 其 生 产 的 1870 万 条 轮 胎 中 掺 用 的 胶 粉 就 达 1.7 万 吨 。由 于 天 然 橡 胶 价 格 下 降 , 胶 粉 质 量 不 稳 定 等 因 素 , 1996 年 后 胶 粉 在 轮 胎 生 产 中 的 应 用 出 现 滑 坡 , 1999 年 起 又 开 始 回 升 。 目 前 , 中 科 进 公 司 等 企 业 生 产的8 80目以上胎面胶粉已开始取代40目、60目活化胶粉,直接 应用于轮胎的生产 , 效果很好。 “轮胎市场” 需进一步巩固和拓展。2、 橡 胶 砖市 场自 1995 年 我 国 台 湾 省 厂 商 的 橡 胶 砖 制 品 在 北 京 展 览 馆 展 出 后 , 北 京 、绍 兴 、福 州 、南 京 等 地 陆 续 办 厂 。 1999 年 6 月 中 国 化 工 报 关于辽宁丹东下岗夫妻成就大业,废旧轮胎脱胎换砖的报道更 是 轰 动 全 国 ,使 20 多 个 省 、市 区 的 部 分 企 业 ,个 人 或 行 业 主 管 部 门 都 对 橡 胶 砖 产 生 了 浓 厚 的 兴 趣 。当 前 ,要 以 北 京 市 申 办 2008 年 奥 运 会为契机,争取推广在体育场馆、学校、幼儿园、社区、宾馆、办 公楼等地铺设橡胶砖、橡胶地板、跑道、草坪等,这样不仅能消化 万吨以上胶粉,而且能进一步拓宽国内外市场。3、 高 速 公路 市 场用胶粉对沥青进行改性铺设公路应用也很广泛。中国已有一些 省市如江西、湖北、广州、北京等地,相继铺设了试验路段。实践 证明,用胶粉改性的沥青铺设的公路,可以减少路面龟裂和软化, 路面不易结冰和打滑,提高了行驶安全性,还可以提高路面寿命, 比 一 般 的 沥 青 路 面 的 使 用 寿 命 至 少 提 高 了 一 倍 。 1.63 公 里 的 路 面 可 以消耗掉1万条废轮胎。同铺设高速公路原理一样,在飞机跑道材 料中掺用硫化胶粉,可增加跑道弹性和地面磨擦性,提高夏天抗日 晒 、冬 天 抗 冰 冻 的 能 力 。 从 而 使 飞 机 的 起 落 平 稳 ,安 全 可 靠 性 提 高 , 跑道缩短,机场使用寿命延长。4、 弹 性 运 动 场据 报 道 一 个 网 球 场 要 消 耗 500 条 轮 胎 的 胶 粉 , 一 个 田 径 比 赛 用 综合运动场要消耗数千条废轮胎胶粉。无疑这种运动场的发展是胶 粉利用的重要途径。我国举办的亚运会田径场就是用胶料生产的塑 胶跑道。5、 防 水 卷材 市 场1986 年 , 前 苏 联 将 胶 粉 成 功 地 应 用 于 橡 胶 沥 青 防 水 卷 材 , 无 机 绝 缘 卷 材 和 三 层 板 材 组 成 的 隔 音 复 合 地 板 等 建 筑 材 料 中 。 90 年 代 以 来,我国北方地区普遍开始把粗胶粉用于防水卷材。北京京辰工贸 公 司 每 年 生 产 精 细 胶 粉 1000 吨 ,用 于 自 产 的 野 牛 牌 防 水 卷 材 ,并 正 在 用 80 目 以 上 精 细 胶 粉 开 发 建 材 新 产 品 。专 家 的 建 议 ,政 府 应 进 一 步规范建筑材料市场,促进胶粉在建筑领域中的应用。6、 隔 音 壁隔音壁是为了降低噪音,在住宅区沿公路、机场、建筑工地等噪 音发生地所设置的隔音装置。利用胶粉制造的复合隔音壁,具有良 好的噪音反射性和吸音性,而且对风化和应力具有较高的抵抗性。 其单位面积重量轻,运输、组装、解体容易。 废旧轮胎生产胶粉企业需要政策扶持北京泛洋伟业科技有限公司是一家废旧橡胶回收利用的高新技 术企业,曾经红红火火。由于得不到国家政策扶植,再加上市场混 乱 ,企 业 生 产 难 以 为 继 , 被 迫 停 产 了 。 该 公 司 于 2000 年 5 月 在 北 京 远郊区投资建 设年产 1 万 吨精 细胶粉 生产基地, 2001 年 5 月 完成第 一 期 5000 吨 生 产 线 设 备 安 装 调 试 ,投 入 正 式 生 产 并 向 国 内 外 客 户 供 货 。产 品 为 80-200 目 精 细 胶 粉 ,是 国 内 外 同 行 公 认 的 唯 一 一 家 能 够 在 常 温 下 工 业 化 批 量 生 产 200 目 超 细 橡 胶 粉 的 厂 家 。 该 生 产 线 从 废 胎投入到精细胶粉成品的包装,连续自动化生产,经粗碎、中碎、 除杂(金属、纤维)、 专用粉 碎助剂处理、精 碎、 分级等程序,全 线 各工艺技术指标在中央计算机集中控制室的监控下进行全自动运 行,是国内同行业第一条全自动计算机集中控制精细胶粉生产线, 生产规模也名列全国同行业前矛。该公司常温助剂法制精细胶粉, 开创了工业化批量生产200目以上(粒径75仙m以下)的精细胶粉、 超细胶粉,使废旧轮胎再利用产品向更高附加值方向直至橡胶纳米 材料迈进了一大步。这些超细胶粉在新型橡塑共混材料、新型建筑 装饰材料、特种喷涂、改性沥青用于高速公路等新材料开发方面, 有着广阔的前景。由于废旧橡胶回收利用行业的混乱,国家在这一领域又没有明 确的政策规定 ,这家企业在挣扎了 4年之后,被迫 停产 。一是高税 率使企业陷入严重亏损。由于废旧轮胎都是从进城收废品的农民手 中 购 买 , 无 法 取 得 增 值 税 发 票 , 企 业 要 全 部 负 担 销 售 额 17%的 增 值 税 。 环保型废弃物再利用企业与机械、化工等其它制造业抵扣进项税后 的 6%实 际 增 值 税 相 比 , 实 际 税 赋 是 他 们 的 几 倍 。 高 昂 的 废 旧 轮 胎 收 购成本和高额税收,已经使产品成本高于发达国家的同类产品。二 是环保型再生资源产品的利用缺乏政策支持。胶粉作为无污染的再 生资源,其应用利国利民,理应得到政府的大力支持,但目前由于 政策方面的障碍,很难在国内市场推广。有关人士呼吁,希望政府能制定一项切实可行的措施,对废旧 轮 胎 再 生 处 理 企 业 实 行“ 国 民 待 遇 ” 。诸 如 调 整 废 旧 轮 胎 胶 粉 生 产 加 工,资源再利用企业的增值税征收办法;制定鼓励各行各业使用橡 胶资源再利用产品的政策等等,只有政策真正到位,才能使这些企 业起死回生,也才能够真正实现旧轮胎资源化的持续发展道路。 参考文献:1 、 聂 永 丰 等 三 废 处 理 工 程 技 术 手 册 北 京 化 学 工 业 出 版 社 20002 、 废变宝公司 简论我 国废 旧橡 胶 粉 现状与未来 再 生资源 研究 2001Produce the gum powder- discard the direction that old tire recover exploitationSummary:Along with rubber industry and industrial development in cars, discard a flood ofly the old one , rubber product and its side Cape waste also increases continuously, according to covariance, our country annually only the tire discards the deal little less than 1,500,000 ton, and pass to increase with every year 10% speed.Because canting be synthesized the exploitation, become the industry garbage mostly, since wasted a flood of using the resources, resulting i
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