畢業(yè)設計（論文）-垂直式垃圾壓縮裝置總體設計

垂直式垃圾壓縮裝置的設計摘要隨著城市生活垃圾數(shù)量的不斷增加，實行生活垃圾壓縮轉運勢在必行。垂直式垃圾壓縮裝置是垃圾中轉站的關鍵、核心設備之一，其主要功能是利用液壓系統(tǒng)的驅(qū)動將收集到中轉站的垃圾壓縮成塊，實現(xiàn)垃圾減容，能增大轉運量，提高轉運效率。本文以垂直式垃圾壓縮裝置為研究對象，對其進行了結構設計和液壓系統(tǒng)設計。論文的主要工作如下：1．綜合分析比較各類垃圾中轉站的優(yōu)缺點，確定了本課題的研究對象的工作環(huán)境——垂直式壓縮垃圾中轉站；2.對垂直式垃圾壓縮裝置的整機結構及垃圾箱總成、機架、壓力裝置及其液壓系統(tǒng)的液壓缸進行設計和計算；3.根據(jù)垃圾壓縮裝置的實際工作要求,對各機構和整機的液壓系統(tǒng)原理進行了設計,選擇與計算了部分元件的關鍵參數(shù),使液壓系統(tǒng)工作可靠、操作簡便。關鍵詞：垃圾壓縮裝置，液壓系統(tǒng)，液壓缸

VERTICALOFPRESSURE-TYPEGARBAGECOMPACTORSABSTRACTWiththeincreasingnumberofmunicipalsolidwaste,theimplementationofdomesticrefusecompressiontransferisamust.Pre-presstypegarbagecompactorsareverticallycompressedrubbishtransferstationkey,oneofthecorefacilities,itsmainfeatureistheuseofhydraulicsystemdrivenrubbishcompressedintoblocksthatarecollectedintoatransitpoint,achievingthewastevolumereduction,canincreasetransitcapacity,improvingtransitefficiency.Basedontheverticalpre-loadingtypegarbagecompressorastheresearchobject,onthestructuredesignandhydraulicsystemdesign.Paper'smainworkisasfollows:Firstly,thecomprehensiveanalysisandcomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesofallkindsofwastetransferstation,determinetheresearchobjectofthistopicworkenvironment-pitverticalcompressionpre-loadingtypetransferringwastetransferstation;Secondly,forverticalpre-loadingtyperubbishcompressormachinestructureandtheassembly,frame,pressuredeviceandthehydraulicsystemofhydrauliccylinderdesignandcalculation;Thirdly,accordingtotheactualworkrequirementsofgarbagecompressor,theinstitutionsandthemachinehydraulicsystemprincipleofdesign,selectionandcalculationofsomecomponentsofthekeyparameters,makethehydraulicsystemreliableoperation,easyoperation.KEYWORDS：therefusecompactor,thehydraulicsystem,thehydrauliccylinder第一章緒論1.1垃圾壓縮裝置的簡介垃圾壓縮裝置是實現(xiàn)垃圾壓縮減容的主要設備之一，亦是垃圾轉運站的主要處理設備。垃圾壓縮裝置是垃圾中轉站的主要設備，是一種由液壓系統(tǒng)控制的將收集來的垃圾進行壓縮，以減少垃圾體積的機械。小型垃圾壓縮裝置處理垃圾的效率低。中、大型的垃圾壓縮裝置的壓縮容量雖然大，但是需要建專門的大型卸料平臺，占地面積較大，土建造價也很高。垃圾壓縮裝置分為以下三種。1．1．1垂直式垃圾壓縮裝置垂直式垃圾壓縮裝置的壓縮力巨大，壓縮徹底，壓縮比率高，主要用于日處理要求很高的大中型垃圾轉運站。垃圾在密封壓縮腔內(nèi)被壓成塊狀，然后一次性或分三次推入垃圾集裝箱。結構可靠，因摩擦而易損的配件易于調(diào)整及更換。液壓/電氣系統(tǒng)可進行自動或手動控制，操作簡易且易于維修。垃圾壓縮時不需轉運車集裝箱配合，更有效地提高轉運效率?？蛇M行重量及容積的準確控制，控制轉運車輛裝載量。壓縮比大，壓縮效率高，處理垃圾能力非常強。適合于大中型垃圾轉運站配套使用。1．1．2壓裝式垃圾壓縮裝置壓裝式垃圾壓縮裝置的壓縮能力適中，主要用于日處理要求較高的中型垃圾轉運站。垃圾被壓縮裝置直接推入垃圾集裝箱中壓縮，待垃圾箱中垃圾重量達到預設值，壓縮周期結束。結構可靠，因摩擦而易損的配件易于調(diào)整及更換。液壓/電氣系統(tǒng)可進行自動或手動控制，操作簡易且易于維修。壓縮比大，壓縮效率高，處理垃圾能力非常強。適合于大中型垃圾轉運站配套使用。1．1．3小型垃圾壓縮裝置小型垃圾壓縮裝置主要用于日處理要求較低的小型垃圾轉運站。\o"查看圖片"由垃圾壓縮裝置、垃圾集裝箱組成，與專用勾臂車配套使用。工作運行平穩(wěn)，壓縮比率大，轉運效率高。全密封設計，清潔衛(wèi)生。采用先進的液壓和電氣控制技術，自動上料、自動提門、自動鎖箱、自動壓縮，全自動化操作。設有垃圾滲濾液收排裝置，防止二次污染。另外一種適合社區(qū)的使用的設備體形輕巧，操作簡便，安裝靈活?？闪磉x壓縮裝置移位系統(tǒng)，使換箱高速準確，提高系統(tǒng)運作效率。適用于住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)，亦可安裝在清潔船上處理水面漂浮物。上圖中是現(xiàn)有針對小區(qū)、醫(yī)院、大院等較集中人口生活垃圾暫時存儲的設備，其工作原理是內(nèi)螺旋壓縮。中圖中設備適合社區(qū)小型垃圾轉運站1．2課題研究背景及意義1．2．1課題研究背景城市生活垃圾，是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為城市生活垃圾的固體廢物。我國城市生活垃圾主要由廚余物、廢紙、廢塑料、廢織物、廢金屬、廢玻璃陶瓷碎片、磚瓦渣土、糞便，以及廢家具、廢舊電器、庭園廢物組成，受居民生活水平、區(qū)域劃分、氣候反季節(jié)變化等多重因素的影響。據(jù)統(tǒng)計，我國城市人均年產(chǎn)生活垃圾440kg(已高于一些歐洲國家的人均垃圾產(chǎn)生，全國生活垃圾年產(chǎn)量己達2億t，占世界垃圾總產(chǎn)生量的26．5％，且以8～9％的率增長，垃圾累計堆存量達65億t，侵占土地約5億m2，垃圾圍城成為一個普遍的象13,41。簡單堆放的垃圾不僅影響城市景觀，同時滋生病菌，污染土壤、水體、大氣，害人民健康15J，成為中國城市面臨的棘手的環(huán)境問題。現(xiàn)階段我國城市生活垃圾的處理方式主要有：衛(wèi)生填埋(Landfill)、堆肥（Composting)和焚燒(Incineration)。其中衛(wèi)生填埋法占到全部垃圾處理的70％以上，堆肥占5％，部分大城市采用焚燒法161。資料統(tǒng)計截止至2005年底，全國661個設市城共建有各類生活垃圾場479座，日處理能力25．7萬t，集中處理量8108萬t，處理率51．97％。其中：生活垃圾填埋場365座，日處理能力21．3萬t，處理量為6924萬t；生活垃圾堆肥廠46座，日處理能力1．18萬t，處理量為345萬t；生活垃圾焚燒廠66座，日處理能力3．22萬t，處理量780萬t。隨著人民生活水平的提高，我國城市垃圾的各組分的比重也在發(fā)生變化，以北京市為例(見表1．1)，比較1989年和2000年各垃圾組分占垃圾總量的比重的變化可以看出：灰土、磚瓦等比重高，不易壓縮的成分呈明顯的下降趨勢，而塑料、廢紙、織物、食品、木竹等比重偏低，壓縮系數(shù)較高的成分所占比例明顯升高。這樣就容易造成虧載，導致垃圾轉運效率低下。我國幾個大城市的垃圾處理場大都位于遠離市區(qū)50km以上的郊區(qū)陰，一般的垃圾收運車噸位較小，不易遠途運輸，加上高額的油價，造成運輸費用的大幅上，同時城市交通道路的限制導致垃圾車的數(shù)目不可能急增。為解決這一矛盾，響應建設部《城市垃圾轉運站設計規(guī)范》第2．2．5條規(guī)定：垃圾運輸距離超過20km時，應設置大、中型垃圾中轉站，垃圾中轉站正式應運而生，研究壓縮式垃圾中轉站成為一個必然的方向。表1．1北京市1989年和2000年生活垃圾組成(％)垃圾中轉站的主要功能是對垃圾進行中轉運輸。在中轉站將小噸位車輛倒換為大型集裝箱運輸車，并增加垃圾的裝載密度，從而提高運輸效率，減少交通堵塞，降低環(huán)境污染。另外，在有條件的地區(qū)，還可以對垃圾進行分揀和篩分等預處理。2000年6月建設部、國家環(huán)境保護總局、科學技術部聯(lián)合發(fā)文要求：“積極開展垃圾分類收集，垃圾收集和運輸應密閉化，防止暴露、散落和滴漏，鼓勵采用壓縮式垃圾收集處理和運輸方式，盡快淘汰敞開式收集和運輸方式”。生活垃圾壓縮裝置作為時代亟需的一個產(chǎn)物而生。它作為壓縮式垃圾中轉站的一個核心裝置，固定安裝在垃圾中轉站內(nèi)，其工藝流程如圖1．1所示：待收集到中轉站的垃圾倒入該機構的受圾箱后，經(jīng)過數(shù)次“傾倒一壓縮一再傾倒”的過程，將松散的垃圾壓縮成高密度的塊狀，濾去水分后，用推鏟機構將之推入封閉的垃圾運輸車車廂內(nèi)，然后由其轉運至垃圾處理廠(場)進行處理。這樣既高了單車垃圾裝載量，降低了運輸成本，又避免了垃圾遠途運輸過程中的二次污染，具有重要現(xiàn)實意義。圖1．1垂直式壓縮垃圾中轉站工藝流程示意框圖1．2．2課題研究意義本課題的研究意義如下：1．掌握一批先進的設計理論、設計與試驗方法，為垂直式垃圾壓縮的方案設計、參數(shù)選擇、仿真分析等提供科學的依據(jù)；2．提出具有一定實用價值的相關結論，推動我國高性能、高質(zhì)量的垂直式垃圾壓縮裝置的發(fā)展；3．產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟效益，為我國的環(huán)保事業(yè)做出一定貢獻。1．3課題研究現(xiàn)狀及存在問題1．3．1研究現(xiàn)狀國外在垃圾中轉站設備研制開展較早，已經(jīng)開發(fā)出各種形式的壓縮式垃圾轉站垃圾壓縮裝置，技術成熟。早在1986年日本三菱重工株式會社幫助新加坡建造世界上第1座日處理1500t的垃圾中轉站，其后，歐洲和亞洲相繼建成多座大型垃圾轉運兒。目前國內(nèi)市場上主要存在的垃圾中轉站是有三種：翻斗地平式中轉站、高位倒料式中轉站和吊裝式垃圾站，都存在一定問題：翻斗地平式中轉站采用翻料裝置，傾倒垃圾過程中易出現(xiàn)二次污染，并且由于無高度落差，倒料時會存在殘留垃圾：高位倒料式中轉站，建有2層平臺來傾倒垃圾，提高高度的同時還需為垃圾收運車修建引道，導致建筑費用增加；吊裝式垃圾站直接采用吊裝，未對垃圾進行壓縮，導致垃圾運轉效率低下，同時運費提升。因此，研發(fā)一種工作可靠性高、性能優(yōu)良的壓縮式城市生活垃圾中轉站，成為必要。國內(nèi)也有部分城市在積極探索垃圾中轉站壓縮裝置的研發(fā)，多以引進外國的設備，自己加以模仿改造而成，有的已取得了較好的使用效果。但是引進外國設備價格較高，加上國內(nèi)外的垃圾特性差異較大，不完全適合國內(nèi)的需求，為此研發(fā)適合我國國情的垃圾中轉站及其壓縮裝置將帶來較高的社會效益和豐厚的經(jīng)濟效益。同時大力推廣垃圾壓縮是今后環(huán)衛(wèi)處理的一種發(fā)展趨勢，也是環(huán)衛(wèi)機械行業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的一個熱點。1．3．2存在問題現(xiàn)有的垃圾壓縮裝置一般都采用單油缸的壓縮裝置，壓縮倉、貯存?zhèn)}和推出倉三箱一體的受圾裝置，如專利號為0320976．9(公告號為N2633817Y)的中國實用新型專利《垃圾壓縮裝置》，其受圾裝置包括垂直式前門、中門及推鏟機構，采用二塊垃圾整體式提升方式裝箱。該類設計存在問題在于垂直式前門容易頂住垃圾中轉站的門道，且裝車過程中垃圾容易散落造成二次污染；中門在箱體兩側中縫內(nèi)移動，垃圾塊推鏟移動過程中容易造成垃圾散入中縫內(nèi)：推板上沒有防圾板，壓縮過程中垃圾容易掉入推出倉內(nèi)；中、前門油缸管道裸露在受圾箱體的外面，增加了油管的易侵蝕性；箱體的后端封閉，不利于推出倉的維修及清理工作；此外保險性能偏弱，設備運行的可靠性無法得到保障。國內(nèi)一些設備制造公司已開發(fā)了一些垃圾壓縮裝置，并應用于各垃圾中轉站，實現(xiàn)了垃圾中轉站的壓縮功能。通過調(diào)研和實地考察發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)垃圾中轉站垃圾壓縮裝置主要存在如下一些缺點：1．垃圾壓縮裝置設備功能相對簡單，并且體積龐大，整機結構的安全系數(shù)偏低；2．作業(yè)時工作面未封閉，手工操作與自動控制相混合，容易造成操作人員的失誤引發(fā)安全事故，隱患較多；3．垃圾中轉站的地坑基建成本費用偏高，要求復雜；4．垃圾壓縮裝置設備運行時產(chǎn)生的噪聲較大，且操作人員需近距離接觸垃圾，工作環(huán)境差；5．地面以下的裝置較多，維修難度大，垃圾液產(chǎn)生的酸、堿、潮濕環(huán)境對設備的金屬外殼侵蝕嚴重。1．4本文的主要研究內(nèi)容本文以工程實際應用為背景，以垂直式垃圾壓縮裝置為研究對象，對垂直式垃圾壓縮裝置各個部件進行結構設計、三維實體建模及虛擬裝配，然后對其液壓傳動系統(tǒng)進行了設計。本論文主要內(nèi)容為以下幾個部分：1．結構設計部分：為論文的第二章，對垂直式垃圾壓縮裝置的整機結構及垃圾箱總成、機架、壓力裝置及其液壓系統(tǒng)的液壓缸進行設計和計算；2．液壓系統(tǒng)設計部分：為本論文的第三章，對垂直式垃圾壓縮裝置的各機構和整機的液壓系統(tǒng)原理進行了設計,選擇和計算了部分元件參數(shù),并分析了該液壓系統(tǒng)的特點。3.全文總結與展望：為本文的最后一章。1.5本章小結本章簡要介紹了本篇論文的研究背景、意義以及目前國內(nèi)外關于垃圾壓縮裝置的研究現(xiàn)狀及存在的問題，本章還簡要的分析了幾種類型的垃圾壓縮裝置的對比和本篇論文的主要研究內(nèi)容。第二章垂直式垃圾壓縮裝置的結構設計2．1垃圾壓縮裝置形式的確定2．1．1城市生活垃圾壓縮裝置的基本類型隨著城市生活垃圾數(shù)量的不斷增加，實行生活垃圾壓縮轉運勢在必行。生活垃圾中轉站作為連接垃圾產(chǎn)生源頭和末端處置系統(tǒng)的結合點，其作用越來越明顯，建立區(qū)域性的、相應規(guī)模的生活垃圾中轉站己經(jīng)迫在眉睫。國內(nèi)外生活垃圾壓縮裝置形式多種多樣，根據(jù)垃圾中轉站內(nèi)垃圾處理設備的工作原理及處理效果(減容壓實程度)不同，主要分為以下幾種形式：1．直接轉運式垃圾中轉站上個世紀八、九十年代我國建造的垃圾壓縮裝置大多屬于這種形式。垃圾收集后由人力收集車、小型收運車運至中轉站，然后直接傾倒進車廂容積大約為6080m3的半拖掛式大型垃圾運輸車集裝箱，最后由牽引車拖帶進行運輸，運輸途中，為防止垃圾飛揚，敞篷用篷布覆蓋。此形式的垃圾壓縮裝置工藝流程簡單，幾乎沒有專用的中轉垃圾處理設備，投資費用低，但是，中轉時未對垃圾進行減容、壓縮處理，致使站內(nèi)垃圾運輸車的車廂(集裝箱)體積很大，無法承擔大運量的運輸工作，且中轉過程中為非封閉化作業(yè)，運輸途中易發(fā)生撤落，造成二次污染。2．垂直式垃圾壓縮裝置預壓縮式垃圾壓縮裝置的工作原理是待垃圾運至中轉站后，將垃圾卸入固定在中轉站內(nèi)的垃圾受圾箱體內(nèi)，通過垃圾壓縮裝置進行壓縮(減容并壓實)成形(塊)，然后利用推鏟機構一次性將垃圾塊推入對接的封閉垃圾運輸車的箱體內(nèi)，由運輸車運抵垃圾處理場。預壓縮式垃圾壓縮裝置的特點如下：垃圾在固定箱體內(nèi)壓縮成塊，壓縮比例可達3：l，實現(xiàn)了壓實減容；箱體密封，可收集垃圾擠出液，防止二次污染；重量和壓力檢測精確，垃圾壓縮過程不須集裝箱半掛車配合，工作效率高；但是設備結構復雜、造價高，運營費高。3．直接壓縮式大型垃圾壓縮裝置直接壓縮式大型垃圾轉運站的工作原理為：垃圾收集后運至此中轉站，經(jīng)料斗直接卸入由40英尺的標準集裝箱改裝而成的半掛運輸車箱體內(nèi)，由固定的水平壓壓縮裝置進行反復多次的壓裝，滿載后由運輸車運輸。配套的車輛可選用車廂一體式，亦可采用車廂可分離式的拉臂車。其特點如下：設備體積較小，相應的土建設施規(guī)模較小，投資也相對較少；壓裝過程完全自動控制，全封閉作業(yè)，無二次污染；但是，帶壓縮裝置的集裝箱結構復雜，造價較高，與預壓縮式中轉站相比，車輛等候時間較長。經(jīng)過分析比較以上幾種形式的垃圾中轉站的優(yōu)缺點，初步選定垂直式垃圾中轉站作為研究對象。2．1．2垃圾壓縮裝置整體方案的確定垃圾壓縮裝置按壓縮裝置的壓縮方式可以分為：垂直壓縮式、水平壓縮式。垂直壓縮式壓縮效率較高便于處理垃圾。但其大多需要專用的運載車輛，成本較高；按垃圾受圾箱的位置分：地平式、地坑式。地平式需要專門的倒料裝置和相應的土建設施，而地坑式其投料口和地面相平不需專門的倒料裝置，且不影響市容；按垃圾箱和壓縮裝置分：一機多箱式、一機一箱式。一機多箱式適合垃圾裝運量大的大中城市。還有全封閉旋轉式垃圾壓縮儲存機等。從技術、經(jīng)濟、社會環(huán)境效益等方面綜合考慮，結合課題組的實際情況，最終確定本論文的研究對象的工作環(huán)境為壓縮方式為垂直壓縮式、受圾箱位置采用地坑式、提升方式為整體提升的地坑式垂直壓縮垃圾壓縮裝置，其主要性能指標如下：1．垃圾日處理能力：100t(按每天工作7小時以上，每年工作300天以上計算)；2．垃圾處理方式：垂直壓縮裝置進行垂直壓縮，垃圾壓實后，密度達到0．9t／m3以上；3．轉運方式：全封閉式自卸垃圾車轉運；用全封閉車廂、密封式后門；后門采用全液壓控制，垃圾密封運輸，垃圾和污水在轉運過程中無撒漏，杜絕二次污染；垃圾轉運車駕駛室須配有原廠冷暖空調(diào)；4．適用垃圾類別：生活垃圾，固體廢棄物；5．適用垃圾收集方式：人力車收集、手推車收集和小型機動車收集，可以從二個或三個方向同時進料6．適用范圍社區(qū)、大廈、醫(yī)院、學校、機關、商場、賓館、車站、機場等產(chǎn)生大量垃圾的相關場所；7．操作人員及操作方式：2人，采用手動、自動控制兩種控制。在設備正常工作時，選用電動自動控制，在設備出現(xiàn)故障的情況下，選用手動控制。即當電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍可人工手動操作，繼續(xù)工作；8．工作噪聲：≤60分貝。采用進口雙聯(lián)葉片泵，可靠性高，降低整機噪聲。2．2垂直式垃圾壓縮裝置的總體設計垃圾壓縮裝置是實現(xiàn)垃圾壓縮減容的主要設備之一，亦是垃圾轉運站的主要處理設備。垃圾壓縮裝置是垃圾中轉站的主要設備，是一種由液壓系統(tǒng)控制的將收集來的垃圾進行壓縮，以減少垃圾體積的機械。1——機架；2——液壓活塞桿；3——活動橫梁；4——壓頭；5——垃圾箱中門；6——推板；7——垃圾箱總成圖2-1垂直式垃圾壓縮裝置總體結構圖垂直式垃圾壓縮裝置整機結構組成包括：壓縮系統(tǒng)、垃圾箱總成、液壓系統(tǒng)、防箱體墮落裝置、噴霧沖洗除臭系統(tǒng)、污水收集排放系統(tǒng)、電氣控制和操縱系統(tǒng)、地坑自動沖洗系統(tǒng)、空氣除臭系統(tǒng)，如圖2．1所示，其工作原理如下：壓縮系統(tǒng)由主液壓缸、輔助液壓缸、活動橫梁、壓頭組成，用于對垃圾進行垂直壓縮。主液壓缸和輔助液壓缸的缸筒固定于活動橫梁之上。主液壓缸的活塞桿端部連接于壓頭，輔助液壓缸的活塞桿固定于機架頂梁上。待散裝垃圾倒入垃圾箱內(nèi)(此時垃圾箱總成箱處于地坑內(nèi))以后，壓頭由輔助液壓缸驅(qū)動伸長，到最大工作行程后，固定不動，由主液壓缸驅(qū)動壓頭伸入垃圾箱中進行垃圾壓縮。壓縮完一塊以后，垃圾箱總成的中門提起，由推出倉的液壓缸驅(qū)動將垃圾塊推入儲存?zhèn)}內(nèi)儲存，接著進行第二塊垃圾的壓縮。待兩塊垃圾都壓縮成塊以后，由壓頭上的掛鉤勾住垃圾箱總成上的鉤子，由主液壓缸驅(qū)動將壓頭升起同時提起垃圾箱到與轉運車車廂的高度平齊位置。中門升起，由推鏟機構將2塊垃圾塊推鏟入車廂箱體內(nèi)，最后垃圾箱回位。推出機構由推出液壓缸、推板和推出架等組成，用于將壓縮成塊的垃圾推入垃圾轉運車車箱體內(nèi)。推出液壓缸固定于推出架上，其活塞桿前部固定于推板。推出垃圾塊時活塞桿前行時，推板向前運動，把垃圾箱中的垃圾塊推出。每塊垃圾塊壓縮成型需要經(jīng)歷3至4次的“傾倒一壓縮—傾倒”的輪番過程，同時每次壓縮到一定程度時進行保壓，確保垃圾壓實成塊。本設計中垂直垃圾壓縮裝置的總體技術要求如下：1．主要結構件：機架采用分裝式，便于拆卸、安裝、轉移；壓縮主油缸，采用多節(jié)缸，行程3350mm，額定壓力25MPa，缸徑250mm／180mm，保證了壓縮油缸同步及安裝要求；四根立柱頂部內(nèi)加裝加強梁，確保大壓力壓縮垃圾時，立柱不產(chǎn)生局部變形。2．壓頭與立柱之間采用導向裝置，導向裝置必須采用可自由轉運的浮動滑塊，確保壓頭偏擺時，滑塊滑動能大面積與立柱接觸，保證立柱不產(chǎn)生局部變形；3．電器系統(tǒng)采取PLC程序控制方式，壓縮過程為全自動工程；關鍵元件(例如：可編程控制器、斷路器、交流接觸器、擴展模塊、傳感器、穩(wěn)壓電源)等使用優(yōu)質(zhì)進口件：4．所有結構件表面經(jīng)噴丸(砂)處理，再噴涂高防腐油漆，提高防腐能力和整機壽命：5．安全裝置：垂直式垃圾壓縮裝置加裝防箱體墜落裝置的安全鉤裝置，安全鉤油缸裝液壓閥，電氣上設有互鎖，確保提箱后的安全性。安全鉤裝置的開啟與鎖緊須采用液壓油缸控制，采用高強度調(diào)制處理，并實現(xiàn)自動化控制，實現(xiàn)各動作間的互鎖，確保整機安全性；6．污水收集排放系統(tǒng)：垃圾箱內(nèi)部、中門，推鏟內(nèi)設有專門的污水收集及排放裝置，地坑內(nèi)四周設有導流通道，進入收集池后集中處理排放，保證站內(nèi)環(huán)境。2．3垃圾箱總成的設計垃圾箱總成(見圖2．1中7所指)采用整體式垃圾箱技術，即壓縮倉、儲存?zhèn)}和油缸推鏟倉一體。包括中門、推板以及附屬液壓缸等組成。推力倉內(nèi)設置有推出裝置，其左端部分為推板，用于將垃圾塊推出至轉運車車廂，其頂部設置有防圾板，放置垃圾翻入推出倉；推板和中門所分隔的具有中部空腔作為受圾倉；中門和前門形成的空腔作為貯存?zhèn)}；中門是移動與受圾箱體內(nèi)壁中縫，在中縫中嵌入安裝中縫推板機構，解決了垃圾散入中縫的問題。垃圾箱總成的具體技術性能如下：1．結構形式：采用整體式垃圾箱，垃圾壓縮倉、儲存?zhèn)}、推鏟機構為整體結構，垃圾箱體選用30mm高強度鋼板，整機采用嚴格的表面防腐工藝，金屬表面涂裝前進行酸洗磷化處理，以確保箱體在高壓力、高腐蝕、高磨損情況下使用壽命在5～8年以上；2．箱體前門及中門采用液壓油缸垂直開啟方式，提升過程采用液壓自動掛箱；3．箱體上卸料裝置(推鏟)的油缸應平置，保證全部油缸力用于推卸垃圾，推鏟采用油缸水平控制方式，同時采用側面、底面雙向滾輪導向，滾輪內(nèi)安裝自潤滑軸承，免維護；4．推鏟倉的頂部設有垃圾移位、卸料全過程封閉蓋板，防止垃圾從壓縮倉翻入推鏟倉：5．垃圾箱中門設有限位導向裝置；垃圾箱設有同步提升裝置：分隔垃圾箱分隔門設有定位裝置。垃圾箱總成設置有提升機械保險機構，該機構由滑銷、滑道、彈簧、磁性吸力器組成：滑銷、彈簧及磁性吸力器安裝在導向板上，導向板安裝在受圾箱體外側，滑道固定在立柱的側壁上，滑道為鋸齒形式；滑銷起到保險扣的作用；滑銷在彈簧的壓力作用下始終扣住滑道的鋸齒，鋸齒跟隨受圾箱體上升；磁性吸力器的吸力可拔出滑銷，實現(xiàn)受圾箱體的下降動作。此機構解決了在受圾箱體保養(yǎng)、維修及地坑清理時的安全問題。液壓保險機構是由防震片、保險油缸、保險鉤、保險鉤座及彈簧組成：保險油缸安裝在立柱大梁上側面；保險油缸推動保險鉤轉動于保險鉤座上，使保險鉤鉤脫壓臺導向橫梁；彈簧使保險鉤脫鉤復位。2．4機架的設計機架在垃圾壓縮裝置中起支撐作用，材料選擇Q235，主體結構采用高強度整體式框架，運行穩(wěn)定，壓縮力大而均勻。機架的結構圖如圖2．2所示。整體式框架包括4根立柱、4根頂部橫梁、2根加強橫梁、2根壓力裝置固定梁、4根支撐架等組成。其中，每根立柱、頂部橫梁、加強橫梁均為四塊30mm厚的鋼板焊接而成，截面為箱型。立柱所用鋼板的尺寸為5000x300x30(mm)，頂部橫梁為3700x300x30(mm)、3000×300×30(mm)，加強橫梁尺寸為3000x300x30(mm)。圖2-2機架結構圖2．5壓力裝置的設計在垃圾壓縮裝置的現(xiàn)有技術中，主要分為平地式垃圾壓縮裝置和地坑式垃圾壓縮裝置兩種。平地式垃圾壓縮裝置由于沖頭行程大，導致整機安裝高度過高而且填壓、裝運極不方便．所以已經(jīng)逐漸被淘汰：坑式垃圾壓縮裝置能將垃圾在地平線之下坑內(nèi)壓縮．由于整機高度降低、操作更方便．所以日趨受到青睬。目前地坑式垃圾壓縮裝置的沖頭行程一般大于3300mm，其壓力裝置包括油缸、供油管路、沖頭球座組成，按所用的油缸分類有兩種：一種是單活塞桿長體油缸，其沖頭行程可達3500mm、缸體長度3500mm、組成整機的安裝高度7382mm；另一種是套缸式油缸，即采用一根套缸式油缸，其沖頭行程3500mm、缸體長度2350mm、組成整機的安裝高度5572mm。前者存在壓力不平衡時易造成油缸失穩(wěn)、整機高度過高并引起建筑空間高度超過6m和建筑投資加劇以致產(chǎn)品市場受限等不足；后者缸體長度和組成整機安裝高度雖然減少，但還存在結構復雜、制造精度高、缸體直徑太、維護性差等不之處。A——輔助液壓缸；B——活動橫梁；C——主液壓缸圖2-3壓力裝置結構圖壓力裝置的壓縮油缸采用三聯(lián)油缸．為串聯(lián)油缸壓力裝置，由一根單活塞桿短體油缸A串聯(lián)兩根并聯(lián)的單活塞桿短體液壓缸B形成壓力：用一個油缸聯(lián)結粱來固定油缸A和B的缸體；油缸A的活塞桿頂端連接沖頭球座，油缸B的活塞桿頂端連接垃圾壓縮裝置頂梁。該裝置所用主液壓缸A推力為100t、活塞軒行程為1975mm、缸體長度2540mm；輔助液壓缸B推力為50t、活塞桿行程為1375mm、缸體長度為1775mm。A和B形成壓力系統(tǒng)的沖頭行程為3350mm、沖頭壓力為100t。主液壓缸油缸與壓頭之間采用球頭聯(lián)接。另外，三支液壓缸采用單油路控制，整套油缸的密封件采用優(yōu)質(zhì)進口密封件。2．6三聯(lián)液壓缸的設計2．6．1液壓缸工作壓力的確定液壓缸的工作壓力主要是根據(jù)液壓設備的類型來確定的，通常對于不同的液壓設備，由于工作條件的不同采用的壓力范圍也不同。表3．1為液壓設備常用的工作壓力。表2-1液壓設備常用的工作壓力本設計中采用的是液壓機，參考上表所給壓力，并結合初步設計要求，現(xiàn)選擇液壓缸的工作油壓Pl=25MPa。2．6．2液壓缸內(nèi)徑D及活塞桿直徑d的確定圖2-4單活塞液壓缸計算示意圖單活塞桿液壓缸計算示意圖如圖2—4所示，由圖可知，（2—1）其中，——液壓缸工作壓力；——液壓缸回油腔背壓力；——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比；——工作循環(huán)中最大的外負載；——液壓缸密封處摩擦力，其精確度不易求得，常用液壓缸的機械效率進行估算。（2—2）其中——液壓缸的機械效率，一般=0.9～0.97，將代入式(2-1)，可求得D（2—3）本設計中，垃圾壓縮裝置的壓縮能力F=100t=N，液壓缸工作油壓=25MPa；由于高壓系統(tǒng)>16～32MPa時，初算時背壓忽略不計，=0；選取機械效率=0．9，由式(2—3)計算得液壓缸直徑：=237．8mm；=168．2mm。液壓缸內(nèi)經(jīng)D與活塞桿直徑d的關系，當工作壓力>7(MPa)時，d／D=O．7，則對應活塞桿直徑為：O．7=166．46mm；0．7=117．74mm。為了便于采用標準的密封元件，按表2—2將液壓缸內(nèi)徑D圓整到相近的標準系列(GB2348--93)直徑：=250mm，=180mm；按表2-3將活塞桿直徑d圓整到相近的標準系列尺寸：=180mm，=125mm。表2-2液壓缸缸筒內(nèi)徑(缸徑)尺寸系列(摘自GB2348--93)(單位：mm)表2-3液壓缸活塞桿外徑(桿徑)尺寸系列(摘自GB2348--93)(單位：mm)2．6．3液壓缸壁厚及外徑的計算液壓缸的壁厚一般指缸筒結構中最薄處的厚度，由液壓缸的強度條件來計算。從材料力學可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分布規(guī)律視壁厚的不同而各異，一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。當／D≤O．08時，可用薄壁缸筒的實用計算公式（2—4）當／D=0．08～0．3時，（2—5）當／D≥O．3時，按厚壁圓筒公式計算，則：（2—6）式中：——液壓缸的最高允許工作壓力(MPa)；D——液壓缸缸筒內(nèi)徑(m)；——缸筒材料的許用應力(MPa)缸筒材料的許用應力=——缸筒材料的屈服強度(MPa)——安全系數(shù)通常取=1．5～2．5，根據(jù)液壓缸的重要程度和工作壓力大小等因素選取，工作壓力大時n可選取小一些。本設計中選取液壓缸的材料為無縫鋼管，則：=(100～110)MPa。查典型的液壓缸系列產(chǎn)品其缸筒的壁厚值，得出液壓缸壁厚為：=25mm，=20mm則液壓缸的外徑：；。計算得液壓缸壁厚以后，通過以下步驟進行驗算，確保液壓缸安全工作。液壓缸的額定壓力應低于一定的極限值，保證工作安全：（2—7）為了避免缸筒在工作工程中發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定壓力應與塑性變形壓力有一定的比例范圍：（0.35～0.42）(MPa)（2—8）2.3㏒（MPa）（2—9）(3)缸筒徑向變形△D值應在允許范圍內(nèi)，而不超過密封件允許范圍：（m）（2—10）（4）為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力PE應大于耐壓試驗壓力：2.3㏒(MPa)（2—11）其中——缸筒內(nèi)徑(m)；——缸筒外徑(m)；——液壓缸的額定壓力(MPa)；——缸筒材料的屈服強度(MPa)；——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力(MPa)；——缸筒材料的抗拉強度(MPa)；——缸筒材料的彈性模量(MPa)；——液壓缸耐壓試驗壓力(MPa)；——缸筒發(fā)生爆炸時壓力(MPa)；——缸筒材料的泊松系數(shù)；鋼材：=0．3通過驗算，液壓缸的壁厚=25mm，=20mm，安全。2．6．4液壓缸工作行程和缸體長度的確定液壓缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構實際工作的最大行程來確定，查表，最終確定活塞桿行程為=1975mm，=1375mm。液壓缸缸體內(nèi)部長度應該等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應大于內(nèi)經(jīng)的20～30倍。最終確定缸體長度=2540mm，=1775mm。2．6．5液壓缸結構形式的確定液壓缸典型結構包括通用型液壓缸和專用型液壓缸。1——活塞桿；2——前端蓋；3——鋼筒；4——支撐環(huán)；5——活塞；6——活塞密封件；7——前端蓋圖2-5液壓缸結構形式通用型液壓缸結構簡單，零、部件符合標準化、通用化要求，無特殊的使用要求，因此用途較為廣泛，適用于各種液壓系統(tǒng)；而專用型液壓缸是專門為某一用途而設計的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在材料、結構、加工精度方面不同于通用型液壓缸?？紤]到垃圾壓縮裝置工作環(huán)境及安裝的方便，可選用零件較少、外表光潔的焊接型液壓缸，其結構圖如圖2-5所示。液壓缸所受外負載包括三種類型，即（2—12）其中，——工作負載，對于壓縮裝置來說，即為活塞運動方向收到的伸縮力.——運動部件速度變化時的慣性負載； ——導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力，啟動后為動摩擦阻力，(2—13)——運動部件重力；——垂直于導軌的工作負載；——導軌摩擦系數(shù)。（2—14）其中——重力加速度；——加速或減速時間：——時間內(nèi)的速度變化量。2．7本章小結本章為垂直式垃圾中轉站垃圾壓縮裝置的結構設計部分，主要進行了如下工作：1．經(jīng)過分析選擇本論文研究對象的工作環(huán)境為壓縮方式為垂直壓縮式、受圾箱位置為地坑式、提升方式為整體提升的地坑式垂直壓縮垃圾中轉站，并確定了其主要性能指標等參數(shù)；2．完成了垃圾壓縮裝置的總體技術性能設計；3．垃圾箱總成采用整體式三倉結構，對其進行了整體設計；4．對機架進行了設計；5．對壓縮裝置的核心部件——壓力裝置進行了設計：第三章垂直式垃圾壓縮裝置液壓傳動系統(tǒng)的設計3.1垂直式垃圾壓縮裝置液壓系統(tǒng)的基本要求為了使垃圾轉運站的壓縮裝置操作簡單、維修方便、安全可靠、壓力充裕、價廉實用,現(xiàn)對液壓系統(tǒng)設計的基本要求如下:(l)在機械裝置的配合下,可以根據(jù)不同的作業(yè)要求,實現(xiàn)單工序或聯(lián)動操作；(2)合理解決不同執(zhí)行元件所需壓力和速度問題,提高系統(tǒng)效率,減少發(fā)熱；(3)有足夠的壓縮能力。3.2液壓系統(tǒng)原理設計3．2．1閥和基本回路有兩種閥和回路在類似壓縮裝置工作狀況時應用較多,介紹如下:1——三位四通換向閥；2——單向順序閥；3——液壓缸圖3一1單向順序閥的平衡回路1.單向順序閥平衡回路。為了防止立置液壓缸或垂直運動的工作部件由于自重在超速下降,通常應設置平衡回路。如圖3一1所示為單向順序閥平衡回路。單向順序閥由單向閥和順序閥并聯(lián)組成。順序閥中,當控制閥壓力(如為內(nèi)控,即進口壓力)未達到調(diào)定壓力之前,此閥關閉；當達到調(diào)定壓力后,此閥開啟。油液經(jīng)此閥進入下一執(zhí)行元件,并使其動作,從而達到順序動作的目的。在圖3一1中,當換向閥1切換至左位時,油缸3的活塞向下運動,缸下腔的油經(jīng)過單向順序閥的順序閥流回油箱。只要使閥2的調(diào)壓值大于由于活塞及其相連工作部位的重力在缸下腔產(chǎn)生的壓力值,則當換向閥處于中位的時候,活塞和工作部件就能被單向順序閥鎖住而不會因自重而下降。2.單向節(jié)流閥。單向節(jié)流閥在回路中可以起到調(diào)速功能,在垃圾壓縮裝置中可以使用。3．2．2壓頭裝置液壓系統(tǒng)設計壓頭的主要作用是將零散的垃圾壓實成塊。壓頭機構是壓縮裝置的壓縮工作機構,它由液壓缸推動壓頭將垃圾壓緊。壓頭需要往復幾次壓縮垃圾,每次壓縮至一定程度時都必須進行保壓,以促進垃圾塊壓實,避免垃圾大量潰散。在推壓垃圾時,系統(tǒng)需要提供足夠的動力,并且推壓頭必須緩慢的推進。1——液壓泵；2——溢流閥；3、4——三位四通電液換向閥；5、6——單向順序閥；7、8——傳力油缸；9——壓縮油缸圖3一2壓頭裝置液壓系統(tǒng)圖根據(jù)壓頭機構的實際工作情況和要求,設計壓縮液壓控制回路,如圖3—2所示。壓頭機構液壓系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥、三位四通閥、單向順序閥、傳力液壓缸、壓頭液壓缸、油箱、油管等組成。其工作原理是:啟動泵1,當左邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥3和4切換到左位,則泵1轉為升壓供油狀態(tài),油經(jīng)過5和6的單向順序閥進入液壓缸的無桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動壓頭推動。當兩邊的電磁鐵都不通電時，使閥3和4切換到中位時，壓頭就能被單向順序閥鎖住而不會繼續(xù)運動。當右邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥3和4切換到右位,液壓缸將快速退回。3．2．3推板機構液壓系統(tǒng)設計推板的主要作用是當一塊垃圾壓縮成塊后，將其沿箱體軌道推至儲存?zhèn)}，當兩塊垃圾壓縮成塊后，由推板將兩塊垃圾塊推出壓縮箱體，進入轉運車輛的車廂。推板的一面由推出倉的推出液壓缸、推出架及支撐件固定連接，另一面與垃圾體接觸，壓縮垃圾時，推板處于原位置，與垃圾擋板、箱體、中門形成壓縮倉。在推動垃圾時,系統(tǒng)需要提供足夠的動力,并且推板必須緩慢的推進。1——溢流閥；2——液壓泵；3、4——三位四通電液換向閥；5、6——單向節(jié)流閥；7、8——推板液壓缸圖3一3推板機構液壓圖根據(jù)推板機構的實際工作情況和要求,設計壓縮液壓控制回路,如圖3—3所示。推壓機構液壓系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥、三位四通閥、單向節(jié)流閥、推壓液壓缸、油箱、油管等組成。其工作原理是:啟動泵2,當左邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥3和4切換到左位,則泵2轉為升壓供油狀態(tài),油經(jīng)過5和6的單向節(jié)流閥進入液壓缸的無桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動推板推動垃圾快。當兩邊的電磁鐵都不通電時，使閥3和4切換到中位時，推板就能被單向節(jié)流閥鎖住而不會繼續(xù)運動。當右邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥3和4切換到右位,液壓缸將快速退回。為了保證液壓缸工作平穩(wěn)性,本油路采用進口節(jié)流調(diào)速回路,單向節(jié)流閥5和6在三位四通閥3和4切換到左位時處于調(diào)速狀態(tài),可以防止推板快速推進。3．2．4中門機構液壓系統(tǒng)設計中門跟提升液壓缸一起固定于箱體上，壓縮垃圾時起到隔離垃圾的作用，當要推出垃圾時，中門由提升液壓缸提起，待推出完畢重新落回原位。在將垃圾倒入垃圾箱體中的壓縮倉之前,提升油缸驅(qū)動中門提升機構下降。在垃圾壓縮成快后,中門提升機構上升。1——溢流閥；2、7——三位四通電液換向閥；3、6——單向順序閥；4、5——中門液壓缸；8——液壓泵圖3一4中門機構液壓圖根據(jù)中門提升機構的實際工作情況和要求,設計液壓控制回路,如圖3一4所示。提升機構液壓系統(tǒng)是由液壓泵、溢流閥、三位四通閥、單向順序閥、提升液壓缸、油箱、油管等組成。其工作原理是:啟動液壓泵8,當左邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥2和7切換到左位,則泵8轉為升壓供油狀態(tài),油經(jīng)過單向順序閥3和6的單向閥進入液壓缸的無桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動推壓機構。當兩邊的電磁鐵都不通電時，使閥3和6切換到中位時,提升機構就能被單向順序閥鎖住而不會因自重而下降。當右邊的電磁鐵通電時，使三位四通閥2和7切換到右位,油進入液壓缸的有桿腔,單向順序閥到達調(diào)定壓力,油經(jīng)過單向順序閥3和6的順序閥流回油缸,此時提升機構將緩慢下降。3．2．5整個裝置的液壓系統(tǒng)前面的各個機構液壓系統(tǒng)相關聯(lián)再簡化,就構成了整個垂直式垃圾壓縮裝置的液壓系統(tǒng)。如圖3-5所示：1——變量泵；2——溢流閥；3、10、11、16——三位四通電液換向閥；4——單向節(jié)流閥；5、6——推板液壓缸；7、8——中門液壓缸；9、15——單向順序閥；12、13——壓頭裝置輔助液壓缸；14——壓頭裝置主液壓缸圖3-5垂直式垃圾壓縮裝置的液壓系統(tǒng)原理圖3．3部分參數(shù)的選擇與計算3．3．1系統(tǒng)壓力（p）與流量（q）的確定系統(tǒng)壓力(p)是設計計算中最重要的參數(shù)之一。系統(tǒng)壓力的合理選擇和匹配不但能保證液壓元件具有期望的工作壽命與可靠性,以及工作的能力能被充分的利用而降低成本,因此對液壓系統(tǒng)壓力的確定是十分重要和關鍵的。一般來講,p值大,有利于縮小系統(tǒng)的結構尺寸,但會使泄漏增大,密封要求提高。己知推壓機構最大推力為F=100t,單輔液壓缸最大推力為F=50t。根據(jù)垃圾壓縮裝置所屬類型,該液壓系統(tǒng)為中壓系統(tǒng),根據(jù)國家有關標準和調(diào)研結果分析,選p=25Mpa。已知主推壓油缸最大推力為100t,設A為推壓油缸活塞的面積,D為缸徑,有下列公式:A=F/p(3-l)(3-2)根據(jù)公式3-l、3-2,計算可得,缸徑D=288.68mm。根據(jù)GB/T2348一1993,取標準值D=300mm，液壓缸類型為:雙作用單活塞桿缸。己知壓縮周期為80s,由前文可知推板油缸行程為5m,計算可得,推壓的運行速度為v=0.16m/s。推板系統(tǒng)的最大流量q取決于液壓執(zhí)行元件所需流量、回路泄漏。由于回路行程短,泄漏可忽略不計。計算可得q=188.42(L/min)。p和q是選擇液壓元件的主要依據(jù)。3．3．2系統(tǒng)功率的計算與電動機的選擇考慮液壓泵在能量轉換過程中的損失,取效率為90%,則計算系統(tǒng)功率P.計算可得P=18.72Kw,據(jù)此,可選擇功率為22.5kw的4極交流電動機,n=30O0r/min。3．3．3液壓泵選擇及排量計算根據(jù)系統(tǒng)工作壓力和使用要求,液壓泵宜選用變量軸向柱塞泵。液壓泵排量可按下式估算:V=q/n(3-5)計算可得V=62.81mL/r。3．4液壓傳動系統(tǒng)的主要特點(1)各執(zhí)行器均采用電動換向閥進行方向控制,電路系統(tǒng)簡單,但自動化系統(tǒng)略低。(2)壓縮裝置是典型的以壓