1. 引言
永磁铁氧体作为一种以氧化铁为主要原料的磁性元器件，凭借其独特的性能，在汽车、家用电器、电动工具等领域得到了广泛应用[1]-[3]。随着家用电器用电机由交流改用直流，对永磁铁氧体元器件的需求呈现大幅递增的趋势。磁瓦作为永磁直流电机的核心部件，在其生产过程中，压制成型、烧结、磨加工等多个工序均可能产生次品或不合格产品[4] [5]。这些废品若能实现高效回收再利用，不仅能降低生产成本，还能减少资源浪费。然而，目前现有的磁瓦废品回收装置在实际应用中存在明显缺陷。例如，中国专利CN2020206977980 [6]和CN201420594262.0 [7]所公开的回收装置，由于磁瓦单个质量较大，多个磁瓦集中收集后取出困难，导致工作效率低下，增加了劳动强度。因此，研发一种能够有效解决上述问题的新型磁瓦废品回收装置，对于铁氧体生产行业具有重要的现实意义。
2. 新型磁瓦废品回收装置的设计目标和结构
针对现有磁瓦废品回收装置的不足，本研究旨在设计一种高效、便捷、低成本的磁瓦废品回收装置。该装置应具备特点：高效收集磁瓦废品，减少人工干预；便于废品的取出和处理，提高回收效率；结构简单，易于制造和维护；成本低廉，适合大规模推广应用[8]。
新型磁瓦废品回收装置主要由承载部件和接收部件组成，如图1所示，图1(a)为新型磁瓦废品回收装置的结构示意图；图1(b)为新型磁瓦废品回收装置的主视图；图1(c)为图1(b)的沿A-A线的剖视图，其中，10、承载部件；11、箱体；12、收集口；13、回收腔；14、圆柱辊道；15、窗口；16、轨道板；17、挡料板；18、支撑板；19、滚轮；20、接收部件；21、接收料斗；22、把手。
2.1. 承载部件
承载部件包括箱体、收集口、回收腔和圆柱辊道。箱体的上端面设置有收集口，用于接收磁瓦废品。回收腔位于箱体内部，与收集口对应，用于存放废品。在回收腔中设置有若干圆柱辊道，这些圆柱辊道能够沿回收腔的横向或纵向转动，便于废品的移动和取出[9]。箱体上还开设有窗口，用于放置和取出接收部件。
2.2. 接收部件
接收部件由接收料斗与把手组成，主要用于收集和存放磁瓦废品。接收料斗经由窗口放置在回收腔内，由圆柱辊道承载，能够沿着回收腔的横向或纵向灵活移动，方便根据实际需求进行位置调整[10]。其把手设计巧妙，便于操作人员轻松取出废品，提升了操作的便捷性和效率，整体结构简洁实用，有效满足磁瓦废品回收过程中的收集与存放需求。
Figure 1. (a) The structure diagram of the new magnetic tile waste recycling device, (b) The main view of the new magnetic tile waste recycling device, (c) Sectional view of figure (b) along A-A line
图1. (a) 新型磁瓦废品回收装置的结构示意图，(b) 新型磁瓦废品回收装置的主视图，(c) 图(b)沿A-A线的剖视图
2.3. 关键参数设计与分析
1) 收集口设计：收集口的形状和尺寸对磁瓦废品的下落流畅性和收集效率具有重要影响。棱锥形喇叭口的锥度设计为41˚，这种角度能够在保证废品顺利下落的同时，有效控制废品的下落速度和方向，减少飞溅现象。钢板厚度选择10 mm，确保了收集口的强度和耐用性，能够承受磁瓦下落时的冲击[11]。
2) 圆柱辊道设计：圆柱辊道的直径范围设定为15~25 mm，通过实际测试和分析，当直径为18 mm时，能够在承载能力和转动灵活性之间取得较好的平衡。直径过小可能导致承载能力不足，无法承受较多磁瓦的重量；直径过大则会增加圆柱辊道的转动惯量，使转动阻力增大，影响接收部件的移动便捷性。相邻两圆柱辊道的间距为10~15 mm，优选12 mm。合理的间距设计既能保证接收料斗在圆柱辊道上的稳定性，又能避免间距过小导致圆柱辊道数量过多，增加装置的成本和复杂性[12]；同时也能防止间距过大导致接收料斗在移动过程中发生晃动或卡顿。
3) 采用DOE设计：通过系统地设计不同辊道直径与间距的组合，实验数据，得到了优化曲面和回归模型，从而能够有效描述辊道参数与回收效率之间的关系。根据DOE结果，选择了18 mm和12 mm的辊道直径与间距组合，验证了这一参数选择的合理性。具体来说，18 mm和12 mm的组合在实际应用中表现出了较高的回收效率，尤其是在磁瓦废品的回收过程中，能够有效降低废品的损失率并提高装置的处理能力。回归模型的结果表明，该组合参数在多个实验条件下均能保持较为稳定的性能，验证了该优化设计的有效性。进一步的实验验证表明，在实际应用环境中，采用此优化设计的回收装置不仅提高了回收效率，还增强了设备的适应性，能够应对不同废品形状与尺寸的变化。
4) 挡料板设计：在圆柱辊道下方设置有一挡料板，挡料板距离圆柱辊道的间距为15~20 mm，这一间距既能有效阻挡部分下落的磁瓦，防止其直接落入箱体底部难以清理，又能为操作人员清理挡料板上的磁瓦提供足够的操作空间，便于拆卸和清理[13]。挡料板与两条轨道板固定且可拆卸地安装在箱体上。箱体的四角设置有支撑板，挡料板搭落在支撑板上。这种设计便于清理落入挡料板上的废品。
5) 滚轮设计：为了方便装置的运输和移动，在箱体的底部设置有滚轮，滚轮采用万向轮设计。
3. 具体实施方式与应用
3.1. 装置组装
首先，准备好箱体的各组成部件，包括箱体框架、收集口、轨道板、支撑板、滚轮等，主体选材以45#钢为主，箱体上盖板选择10 mm厚钢板，其余选择3 mm钢板，采用焊接或螺栓连接的方式将箱体框架组装完成。将收集口焊接在箱体的上端面，确保其与回收腔准确对应，焊接牢固[14]。在回收腔内安装轨道板，将圆柱辊道依次放置在轨道板上，调整圆柱辊道的位置和间距，确保其能够平稳转动。在箱体的四角安装支撑板，将挡料板搭落在支撑板上，确保挡料板与轨道板固定连接，且可拆卸方便。在箱体的底部安装滚轮，确保滚轮安装牢固，转动灵活。如图2所示新型磁瓦废品回收装置的三视图；(a) 新型磁瓦废品回收装置的主视图；(b) 新型磁瓦废品回收装置的左视图；(c) 新型磁瓦废品回收装置的俯视图。
Figure 2. Three views of the new magnetic tile waste recycling device. (a) The main view of the new magnetic tile waste recycling device, (b) Left view of the new magnetic tile waste recycling device, (c) Top view of the new magnetic tile waste recycling device, (d) Appearance diagram of new magnetic tile waste recycling device
图2. 新型磁瓦废品回收装置的三视图。(a) 新型磁瓦废品回收装置的主视图，(b) 新型磁瓦废品回收装置的左视图，(c) 新型磁瓦废品回收装置的俯视图，(d) 新型磁瓦废品回收装置的外观图
最后，将接收料斗通过窗口放入回收箱中，检查接收料斗在圆柱辊道上的移动情况，确保装置各部件安装正确，运行正常。
3.2. 应用流程
当磁瓦生产过程中产生次品或不合格产品时，操作人员将废品通过收集口倒入接收料斗中。随着收集的废品重量逐渐增加，当达到一定量后，操作人员可以通过推动接收料斗，利用圆柱辊道的转动，实现接收料斗沿回收腔的横向或纵向移动。由于圆柱辊道的转动实现了滚动摩擦，大大减小了摩擦阻力，使得接收料斗的移动更加轻松便捷。操作人员通过窗口将接收料斗取出，然后将不合格品统一收集到规定地点，达到一定数量后，加入到球磨机中进行回收处理[15]。
在装置的使用过程中，若部分磁瓦不慎落入挡料板上，操作人员可以将挡料板连同圆柱辊道一起托起，从窗口一侧将磁瓦清理出来，然后重新安装好挡料板，继续使用装置，避免了废品的堆积影响装置的正常运行。
4. 性能优势与对比
4.1. 主要性能优势
1) 高效便捷的回收方式：通过圆柱辊道的转动实现滚动摩擦，大大减小了接收部件移动时的摩擦阻力，使操作人员能够轻松地将装满废品的接收料斗取出，显著降低了劳动强度，提高了回收效率。与现有装置相比，操作人员无需费力搬运沉重的收集容器，节省了大量的人力和时间。
2) 结构简单紧凑：装置整体结构设计科学合理，各部件配合紧密无缝，协同运作高效流畅。其紧凑的布局使其占用空间极小，能轻松适配生产车间内各种有限空间，便于快速安装与灵活布置，丝毫不影响车间其他设备的正常运转[16]。此外，简洁的结构设计不仅降低了装置的制造难度，还有效减少了生产成本，使其在市场上更具竞争力，易于在不同规模的生产企业中推广应用，助力企业提升生产效率与经济效益。
3) 灵活的移动性能：装置箱体底部安装的万向轮，赋予了其灵活的移动性能。这使得装置能够轻松地在车间内自由移动，操作人员可根据生产需求，随时调整装置的位置，无需耗费过多人力与时间。这种设计大大提高了装置的适用范围，让其能够更好地适应车间内不同作业区域和生产流程的变化，增强了装置在实际生产中的灵活性与实用性，为生产效率的提升提供了有力支持。
4) 便于清理维护：挡料板的可拆卸设计，使得操作人员能够轻松清理落入挡料板上的磁瓦，避免了废品的堆积影响装置的正常运行，同时也便于对装置进行定期维护和保养，延长了装置的使用寿命。
4.2. 与现有装置技术的对比分析
新型装置和现有装置对比分析，见表1。
Table 1. Comparative analysis of new device and existing device
表1. 新型装置和现有装置对比分析
对比项目 |
现有装置 |
新型装置 |
取出方式 |
人工费力取出，摩擦阻力大 |
通过圆柱辊道滚动摩擦，轻松取出 |
劳动强度 |
大 |
小 |
回收效率 |
低 |
高 |
结构复杂性 |
较高 |
简单紧凑 |
移动便捷性 |
差 |
好(配备万向轮) |
清理维护难度 |
大 |
小(挡料板可拆卸) |
5. 结论与展望
本研究设计的新型磁瓦废品回收装置，针对现有技术中存在的回收困难、劳动强度大、工作效率低等问题，通过创新的结构设计和关键参数优化，实现了磁瓦废品的高效收集与便捷回收。装置通过圆柱辊道的滚动摩擦原理，显著减小了摩擦阻力，降低了操作人员的劳动强度，提高了回收效率；结构简单紧凑，便于制造和安装；同时具备灵活的移动性能和便捷的清理维护方式，具有显著的技术优势和实际应用价值。未来，该装置有望在永磁铁氧体磁瓦生产领域得到广泛应用，为企业的成本控制和资源回收提供有力支持。进一步的研究可以集中在装置的自动化控制和智能化设计上，以进一步提高回收效率和降低人工干预。