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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 題 目：垂直式垃圾壓縮裝置總體設(shè)計(jì) 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2010962936 姓 名： 楊 桃 指導(dǎo)教師： 朱石沙 完成日期： 2014 年 5月 27日 目錄 摘要 ...............................................................1 ABSTRACT ..........................................................2 第一章 緒論 ......................................................3 1.1垃圾壓縮裝置的簡(jiǎn)介 ............................................3 1．1．1 垂直式垃圾壓縮裝置 .......................................3 1．1．2 壓裝式垃圾壓縮裝置 .......................................3 1．1．3 小型垃圾壓縮裝置 .........................................3 1．2 課題研究背景及意義 ...........................................4 1．2．1 課題研究背景 .............................................4 1．2．2 課題研究意義 .............................................6 1．3 課題研究現(xiàn)狀及存 在問(wèn)題 .......................................6 1．3．1 研究現(xiàn)狀 .................................................6 1．3．2 存在問(wèn) 題 .................................................7 1．4 本文 的主要研究 內(nèi)容 ...........................................8 1.5本章小結(jié) ......................................................8 第二章 垂直式垃圾壓縮裝 置的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................9 2．1 垃圾壓縮裝置形式的確定 .......................................9 2．1．1 城市生活垃圾壓縮裝置的基本類型 ...........................9 2．1．2 垃圾壓縮裝置整體方案的確定 ..............................10 2．2 垂直式垃圾壓 縮裝置的總體設(shè)計(jì) ................................11 2．3 垃圾箱總成的設(shè)計(jì) ............................................12 2．4 機(jī)架的設(shè)計(jì) ..................................................13 2 ．5 壓力裝置的設(shè)計(jì) ..............................................14 2．6 三聯(lián)液壓缸的設(shè) 計(jì) ............................................15 2．6．1 液壓缸工作壓力的確定 ....................................16 2．6．2 液壓缸內(nèi)徑 D及活塞桿直徑 d的確定 ........................16 2．6．3 液壓缸壁厚 及外徑 的計(jì)算 .............................18?1 2．6．4 液壓缸工作行程和缸體長(zhǎng)度的確定 ..........................20 2．6．5 液壓缸結(jié)構(gòu)形 式的確定 ....................................20 2．7 本章小結(jié) ....................................................21 第三章 垂直式垃圾 壓縮裝置 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) ...............22 3.1垂直式垃圾壓縮裝置液壓系統(tǒng)的基本要求 .........................22 3.2液壓系統(tǒng)原理設(shè) 計(jì) .............................................22 3．2．1 閥和基本回路 ............................................22 3．2．2 壓頭裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................23 3．2．3 推板機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................24 3．2．4 中門機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................25 3．2．5 整個(gè)裝置的液壓系統(tǒng) ......................................26 3．3 部分參數(shù)的選擇與計(jì)算 ........................................27 3．3．1 系統(tǒng)壓力（p）與流量（q）的確定 ..........................27 3．3．2 系統(tǒng)功率的計(jì)算與電動(dòng)機(jī)的選擇 ............................27 3．3．3 液壓泵選擇及排量計(jì)算 ....................................27 3．4 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn) ......................................28 3．5 本章小 結(jié) ....................................................28 第四章 全文總結(jié)與展望 .........................................29 4．1 全文總結(jié) ....................................................29 4．2 展望 ........................................................29 參考文獻(xiàn) ...........................................................30 致謝 ...............................................................31 0 垂直式垃圾壓縮裝置的設(shè)計(jì) 摘要 隨著城市生活垃圾數(shù)量的不斷增加，實(shí)行生活垃圾壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)勢(shì)在必行。垂 直式垃圾壓縮裝置是垃圾中轉(zhuǎn)站的關(guān)鍵、核心設(shè)備之一，其主要功能是利用液 壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)將收集到中轉(zhuǎn)站的垃圾壓縮成塊，實(shí)現(xiàn)垃圾減容，能增大轉(zhuǎn)運(yùn)量， 提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率。 本文以垂直式垃圾壓縮裝置為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì)。論文的主要工作如下： 1．綜合分析比較各類垃圾中轉(zhuǎn)站的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了本課題的研究對(duì)象的工 作環(huán)境——垂直式壓縮垃圾中轉(zhuǎn)站； 2.對(duì)垂直式垃圾壓縮裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)及垃圾箱總成、機(jī)架、壓力裝置及其 液壓系統(tǒng)的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算； 3.根據(jù)垃圾壓縮裝置的實(shí)際工作要求,對(duì)各機(jī)構(gòu)和整機(jī)的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行 了設(shè)計(jì),選擇與計(jì)算了部分元件的關(guān)鍵參數(shù),使液壓系統(tǒng)工作可靠、操作簡(jiǎn)便。 關(guān)鍵詞：垃圾壓縮裝置，液壓系統(tǒng)，液壓缸 1 VERTICAL OF PRESSURE-TYPE GARBAGE COMPACTORS ABSTRACT With the increasing number of municipal solid waste, the implementation of domestic refuse compression transfer is a must. Pre- press type garbage compactors are vertically compressed rubbish transfer station key, one of the core facilities, its main feature is the use of hydraulic system driven rubbish compressed into blocks that are collected into a transit point, achieving the waste volume reduction, can increase transit capacity, improving transit efficiency. Based on the vertical pre-loading type garbage compressor as the research object, on the structure design and hydraulic system design. Paper's main work is as follows: Firstly, the comprehensive analysis and comparison of the advantages and disadvantages of all kinds of waste transfer station, determine the research object of this topic work environment - pit vertical compression pre-loading type transferring waste transfer station; Secondly, for vertical pre-loading type rubbish compressor machine structure and the assembly, frame, pressure device and the hydraulic system of hydraulic cylinder design and calculation; Thirdly, according to the actual work requirements of garbage compressor, the institutions and the machine hydraulic system principle of design, selection and calculation of some components of the key parameters, make the hydraulic system reliable operation, easy operation. KEY WORDS：the refuse compactor, the hydraulic system, the hydraulic cylinder 2 第一章 緒論 1.1垃圾壓縮裝置的簡(jiǎn)介 垃圾壓縮裝置是實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮減容的主要設(shè)備之一，亦是垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的主 要處理設(shè)備。垃圾壓縮裝置是垃圾中轉(zhuǎn)站的主要設(shè)備，是一種由液壓系統(tǒng)控制 的將收集來(lái)的垃圾進(jìn)行壓縮，以減少垃圾體積的機(jī)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(tái)，占地面積較大，土建造價(jià)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(zhuǎn)運(yùn)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(jié)構(gòu)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(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)易且易于維修。 垃圾壓縮時(shí)不需轉(zhuǎn)運(yùn)車集裝箱配合，更有效地提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率。 可進(jìn)行重量及容積的準(zhǔn)確控制，控制轉(zhuǎn)運(yùn)車輛裝載量。 壓縮比大，壓縮效率高，處理垃圾能力非常強(qiáng)。 適合于大中型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)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(dá)到預(yù) 設(shè)值，壓縮周期結(jié)束。 結(jié)構(gòu)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(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)易且易于維修。 壓縮比大，壓縮效率高，處理垃圾能力非常強(qiáng)。 適合于大中型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)站。 3 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(yùn)行平穩(wěn)，壓縮比率大，轉(zhuǎn)運(yùn)效率高。 全密封設(shè)計(jì)，清潔衛(wèi)生。 采用先進(jìn)的液壓和電氣控制技術(shù)，自動(dòng)上料、自動(dòng)提門、自動(dòng)鎖箱、自動(dòng) 壓縮，全自動(dòng)化操作。 設(shè)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(shè)備 體形輕巧，操作簡(jiǎn)便，安裝靈活。 可另選壓縮裝置移位系統(tǒng)，使換箱高速準(zhǔn)確，提高系統(tǒng)運(yùn)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(duì)小區(qū)、醫(yī)院、大院等較集中人口生活垃圾暫時(shí)存儲(chǔ)的設(shè) 備，其工作原理是內(nèi)螺旋壓縮。 中圖中設(shè)備適合社區(qū)小型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(wù)的活 動(dòng)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(guó)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 4 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(jì)，我國(guó)城市人均年產(chǎn)生活垃圾 440 kg(已高于一些歐洲國(guó)家的人均垃 圾產(chǎn)生，全國(guó)生活垃圾年產(chǎn)量己達(dá) 2億 t， 占世界垃圾總產(chǎn)生量的 26．5％， 且以 8～9％的率增長(zhǎng)，垃圾累計(jì)堆存量達(dá) 65億 t，侵占土地約 5億 m2，垃圾 圍城成為一個(gè)普遍的象 13,41。簡(jiǎn)單堆放的垃圾不僅影響城市景觀，同時(shí)滋生 病菌，污染土壤、水體、大氣，害人民健康 15J，成為中國(guó)城市面臨的棘手的 環(huán)境問(wèn)題。 現(xiàn)階段我國(guó)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(jì)截止至 2005年 底，全國(guó) 661個(gè)設(shè)市城共建有各類生活垃圾場(chǎng) 479座，日處理能力 25．7 萬(wàn) t，集中處理量 8108萬(wàn) t，處理率 51．97％。其中：生活垃圾填埋場(chǎng) 365座， 日處理能力 21．3 萬(wàn) t，處理量為 6924萬(wàn) t；生活垃圾堆肥廠 46座，日處理能 力 1．18 萬(wàn) t，處理量為 345萬(wàn) t；生活垃圾焚燒廠 66座，日處理能力 3．22 萬(wàn) t，處理量 780萬(wàn) t。 隨著人民生活水平的提高，我國(guó)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(jiàn)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(shì)， 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(dǎo)致垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)效率低下。我國(guó)幾個(gè)大城市的 垃圾處理場(chǎng)大都位于遠(yuǎn)離市區(qū) 50 km以上的郊區(qū)陰，一般的垃圾收運(yùn)車噸位較 小，不易遠(yuǎn)途運(yùn)輸，加上高額的油價(jià)，造成運(yùn)輸費(fèi)用的大幅上，同時(shí)城市交通 道路的限制導(dǎo)致垃圾車的數(shù)目不可能急增。為解決這一矛盾，響應(yīng)建設(shè)部《城 市垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)規(guī)范》第 2．2．5 條規(guī)定：垃圾運(yùn)輸距離超過(guò) 20 km時(shí)，應(yīng) 設(shè)置大、中型垃圾中轉(zhuǎn)站，垃圾中轉(zhuǎn)站正式應(yīng)運(yùn)而生，研究壓縮式垃圾中轉(zhuǎn)站 成為一個(gè)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(zhuǎn)站的主要功能是對(duì)垃圾進(jìn)行中轉(zhuǎn)運(yùn)輸。在中轉(zhuǎn)站將小噸位車輛倒 換為大型集裝箱運(yùn)輸車，并增加垃圾的裝載密度，從而提高運(yùn)輸效率，減少交 5 通堵塞，降低環(huán)境污染。另外，在有條件的地區(qū)，還可以對(duì)垃圾進(jìn)行分揀和篩 分等預(yù)處理。 2000年 6月建設(shè)部、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合發(fā)文要求：“積 極開(kāi)展垃圾分類收集，垃圾收集和運(yùn)輸應(yīng)密閉化，防止暴露、散落和滴漏，鼓 勵(lì)采用壓縮式垃圾收集處理和運(yùn)輸方式，盡快淘汰敞開(kāi)式收集和運(yùn)輸方式” 。 生活垃圾壓縮裝置作為時(shí)代亟需的一個(gè)產(chǎn)物而生。它作為壓縮式垃圾中轉(zhuǎn) 站的一個(gè)核心裝置，固定安裝在垃圾中轉(zhuǎn)站內(nèi)，其工藝流程如圖 1．1 所示：待 收集到中轉(zhuǎn)站的垃圾倒入該機(jī)構(gòu)的受圾箱后，經(jīng)過(guò)數(shù)次“傾倒一壓縮一再傾倒” 的過(guò)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(jī)構(gòu)將之推 入封閉的垃圾運(yùn)輸車車廂內(nèi)，然后由其轉(zhuǎn)運(yùn)至垃圾處理廠(場(chǎng))進(jìn)行處理。這樣 既高了單車?yán)b載量，降低了運(yùn)輸成本，又避免了垃圾遠(yuǎn)途運(yùn)輸過(guò)程中的二 次污染，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。 圖 1．1 垂直式壓縮垃圾中轉(zhuǎn)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(jìn)的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法，為垂直式垃圾壓縮的方案 設(shè)計(jì)、參數(shù)選擇、仿真分析等提供科學(xué)的依據(jù)； 2．提出具有一定實(shí)用價(jià)值的相關(guān)結(jié)論，推動(dòng)我國(guó)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)做出一定貢獻(xiàn)。 1．3 課題研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題 1．3．1 研究現(xiàn)狀 國(guó)外在垃圾中轉(zhuǎn)站設(shè)備研制開(kāi)展較早，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種形式的壓縮式垃圾 6 轉(zhuǎn)站垃圾壓縮裝置，技術(shù)成熟。早在 1986年日本三菱重工株式會(huì)社幫助新加坡 建造世界上第 1座日處理 1500 t的垃圾中轉(zhuǎn)站，其后，歐洲和亞洲相繼建成多 座大型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)兒。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要存在的垃圾中轉(zhuǎn)站是有三種：翻斗地 平式中轉(zhuǎn)站、高位倒料式中轉(zhuǎn)站和吊裝式垃圾站，都存在一定問(wèn)題：翻斗地平 式中轉(zhuǎn)站采用翻料裝置，傾倒垃圾過(guò)程中易出現(xiàn)二次污染，并且由于無(wú)高度落 差，倒料時(shí)會(huì)存在殘留垃圾：高位倒料式中轉(zhuǎn)站，建有 2層平臺(tái)來(lái)傾倒垃圾， 提高高度的同時(shí)還需為垃圾收運(yùn)車修建引道，導(dǎo)致建筑費(fèi)用增加；吊裝式垃圾 站直接采用吊裝，未對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮，導(dǎo)致垃圾運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下，同時(shí)運(yùn)費(fèi)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(zhuǎn)站，成為 必要。 國(guó)內(nèi)也有部分城市在積極探索垃圾中轉(zhuǎn)站壓縮裝置的研發(fā)，多以引進(jìn)外國(guó) 的設(shè)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(jìn)外 國(guó)設(shè)備價(jià)格較高，加上國(guó)內(nèi)外的垃圾特性差異較大，不完全適合國(guó)內(nèi)的需求， 為此研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的垃圾中轉(zhuǎn)站及其壓縮裝置將帶來(lái)較高的社會(huì)效益和豐 厚的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)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(shì)，也是 環(huán)衛(wèi)機(jī)械行業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的一個(gè)熱點(diǎn)。 1．3．2 存在問(wèn)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(cāng)、貯存?zhèn)}和推 出倉(cāng)三箱一體的受圾裝置，如專利號(hào)為 0320976．9(公告號(hào)為 N2633817Y)的中 國(guó)實(shí)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(jī) 構(gòu)，采用二塊垃圾整體式提升方式裝箱。該類設(shè)計(jì)存在問(wèn)題在于垂直式前門容 易頂住垃圾中轉(zhuǎn)站的門道，且裝車過(guò)程中垃圾容易散落造成二次污染；中門在 箱體兩側(cè)中縫內(nèi)移動(dòng)，垃圾塊推鏟移動(dòng)過(guò)程中容易造成垃圾散入中縫內(nèi)：推板 上沒(méi)有防圾板，壓縮過(guò)程中垃圾容易掉入推出倉(cāng)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(cāng)的 維修及清理工作；此外保險(xiǎn)性能偏弱，設(shè)備運(yùn)行的可靠性無(wú)法得到保障。 國(guó)內(nèi)一些設(shè)備制造公司已開(kāi)發(fā)了一些垃圾壓縮裝置，并應(yīng)用于各垃圾中轉(zhuǎn) 站，實(shí)現(xiàn)了垃圾中轉(zhuǎn)站的壓縮功能。通過(guò)調(diào)研和實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)垃圾中 轉(zhuǎn)站垃圾壓縮裝置主要存在如下一些缺點(diǎn)： 1．垃圾壓縮裝置設(shè)備功能相對(duì)簡(jiǎn)單，并且體積龐大，整機(jī)結(jié)構(gòu)的安全系數(shù) 偏低； 2．作業(yè)時(shí)工作面未封閉，手工操作與自動(dòng)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； 7 3．垃圾中轉(zhuǎn)站的地坑基建成本費(fèi)用偏高，要求復(fù)雜； 4．垃圾壓縮裝置設(shè)備運(yùn)行時(shí)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(duì) 設(shè)備的金屬外殼侵蝕嚴(yán)重。 1．4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文以工程實(shí)際應(yīng)用為背景，以垂直式垃圾壓縮裝置為研究對(duì)象，對(duì)垂直 式垃圾壓縮裝置各個(gè)部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維實(shí)體建模及虛擬裝配，然后對(duì)其 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 本論文主要內(nèi)容為以下幾個(gè)部分： 1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分：為論文的第二章，對(duì)垂直式垃圾壓縮裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)及 垃圾箱總成、機(jī)架、壓力裝置及其液壓系統(tǒng)的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算； 2．液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分：為本論文的第三章，對(duì)垂直式垃圾壓縮裝置的各機(jī) 構(gòu)和整機(jī)的液壓系統(tǒng)原理進(jìn)行了設(shè)計(jì),選擇和計(jì)算了部分元件參數(shù),并分析了該 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)。 3. 全文總結(jié)與展望：為本文的最后一章。 1.5本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了本篇論文的研究背景、意義以及目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于垃圾壓縮裝 置的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，本章還簡(jiǎn)要的分析了幾種類型的垃圾壓縮裝置的 對(duì)比和本篇論文的主要研究?jī)?nèi)容。 8 第二章 垂直式垃圾壓縮裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(shí)行生活垃圾壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)勢(shì)在必行。生 活垃圾中轉(zhuǎn)站作為連接垃圾產(chǎn)生源頭和末端處置系統(tǒng)的結(jié)合點(diǎn)，其作用越來(lái)越 明顯，建立區(qū)域性的、相應(yīng)規(guī)模的生活垃圾中轉(zhuǎn)站己經(jīng)迫在眉睫。國(guó)內(nèi)外生活 垃圾壓縮裝置形式多種多樣，根據(jù)垃圾中轉(zhuǎn)站內(nèi)垃圾處理設(shè)備的工作原理及處 理效果(減容壓實(shí)程度)不同，主要分為以下幾種形式： 1．直接轉(zhuǎn)運(yùn)式垃圾中轉(zhuǎn)站 上個(gè)世紀(jì)八、九十年代我國(guó)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(yùn)車運(yùn)至中轉(zhuǎn)站，然后直接傾倒進(jìn)車廂容積大約 為 60---80 m3的半拖掛式大型垃圾運(yùn)輸車集裝箱，最后由牽引車拖帶進(jìn)行運(yùn)輸， 運(yùn)輸途中，為防止垃圾飛揚(yáng)，敞篷用篷布覆蓋。 此形式的垃圾壓縮裝置工藝流程簡(jiǎn)單，幾乎沒(méi)有專用的中轉(zhuǎn)垃圾處理設(shè)備， 投資費(fèi)用低，但是，中轉(zhuǎn)時(shí)未對(duì)垃圾進(jìn)行減容、壓縮處理，致使站內(nèi)垃圾運(yùn)輸 車的車廂(集裝箱)體積很大，無(wú)法承擔(dān)大運(yùn)量的運(yùn)輸工作，且中轉(zhuǎn)過(guò)程中為非 封閉化作業(yè)，運(yùn)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(yù)壓縮式垃圾壓縮裝置的工作原理是待垃圾運(yùn)至中轉(zhuǎn)站后，將垃圾卸入固定在 中轉(zhuǎn)站內(nèi)的垃圾受圾箱體內(nèi)，通過(guò)垃圾壓縮裝置進(jìn)行壓縮(減容并壓實(shí))成形(塊)， 然后利用推鏟機(jī)構(gòu)一次性將垃圾塊推入對(duì)接的封閉垃圾運(yùn)輸車的箱體內(nèi)，由運(yùn) 輸車運(yùn)抵垃圾處理場(chǎng)。 預(yù)壓縮式垃圾壓縮裝置的特點(diǎn)如下：垃圾在固定箱體內(nèi)壓縮成塊，壓縮比 例可達(dá) 3：l，實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)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(cè)精確，垃圾壓縮過(guò)程不須集裝箱半掛車配合，工作效率高；但 是設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，運(yùn)營(yíng)費(fèi)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(zhuǎn)運(yùn)站的工作原理為：垃圾收集后運(yùn)至此中轉(zhuǎn)站，經(jīng) 料斗直接卸入由 40英尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱改裝而成的半掛運(yùn)輸車箱體內(nèi)，由固定的 9 水平壓壓縮裝置進(jìn)行反復(fù)多次的壓裝，滿載后由運(yùn)輸車運(yùn)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(diǎn)如下：設(shè)備體積較小，相應(yīng)的土建設(shè)施規(guī)模較小，投資也相對(duì)較少； 壓裝過(guò)程完全自動(dòng)控制，全封閉作業(yè)，無(wú)二次污染；但是，帶壓縮裝置的集裝 箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，與預(yù)壓縮式中轉(zhuǎn)站相比，車輛等候時(shí)間較長(zhǎng)。 經(jīng)過(guò)分析比較以上幾種形式的垃圾中轉(zhuǎn)站的優(yōu)缺點(diǎn)，初步選定垂直式垃圾 中轉(zhuǎn)站作為研究對(duì)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(yùn)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(yīng)的土建設(shè)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(jī)多箱式、一機(jī)一箱式。一機(jī)多箱式適 合垃圾裝運(yùn)量大的大中城市。還有全封閉旋轉(zhuǎn)式垃圾壓縮儲(chǔ)存機(jī)等。 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境效益等方面綜合考慮，結(jié)合課題組的實(shí)際情況， 最終確定本論文的研究對(duì)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(biāo)如下： 1．垃圾日處理能力：100 t(按每天工作 7小時(shí)以上，每年工作 300天以上 計(jì)算)； 2．垃圾處理方式：垂直壓縮裝置進(jìn)行垂直壓縮，垃圾壓實(shí)后，密度達(dá)到 0．9 t／m 3以上； 3．轉(zhuǎn)運(yùn)方式：全封閉式自卸垃圾車轉(zhuǎn)運(yùn)；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(yùn)輸，垃圾和污水在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中無(wú)撒漏， 杜絕二次污染；垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(jī)動(dòng)車收集，可以 從二個(gè)或三個(gè)方向同時(shí)進(jìn)料 6．適用范圍社區(qū)、大廈、醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)關(guān)、商場(chǎng)、賓館、車站、機(jī)場(chǎng)等 產(chǎn)生大量垃圾的相關(guān)場(chǎng)所； 7．操作人員及操作方式：2 人，采用手動(dòng)、自動(dòng)控制兩種控制。在設(shè)備正 常工作時(shí)，選用電動(dòng)自動(dòng)控制，在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，選用手動(dòng)控 制。即當(dāng)電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，仍可人工手動(dòng)操作，繼續(xù)工作； 10 8．工作噪聲：≤60 分貝。采用進(jìn)口雙聯(lián)葉片泵，可靠性高，降低整機(jī)噪 聲。 2．2 垂直式垃圾壓縮裝置的總體設(shè)計(jì) 垃圾壓縮裝置是實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮減容的主要設(shè)備之一，亦是垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的主 要處理設(shè)備。垃圾壓縮裝置是垃圾中轉(zhuǎn)站的主要設(shè)備，是一種由液壓系統(tǒng)控制 的將收集來(lái)的垃圾進(jìn)行壓縮，以減少垃圾體積的機(jī)械。 1——機(jī)架；2——液壓活塞桿；3——活動(dòng)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(jié)構(gòu)圖 垂直式垃圾壓縮裝置整機(jī)結(jié)構(gòu)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(dòng)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(dòng)橫梁、壓頭組成，用于對(duì)垃圾進(jìn) 行垂直壓縮。主液壓缸和輔助液壓缸的缸筒固定于活動(dòng)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(jī)架頂梁上。待散裝垃圾 11 倒入垃圾箱內(nèi)(此時(shí)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(dòng)伸 長(zhǎng)，到最大工作行程后，固定不動(dòng)，由主液壓缸驅(qū)動(dòng)壓頭伸入垃圾箱中進(jìn)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(cāng)的液壓缸驅(qū)動(dòng)將 垃圾塊推入儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)儲(chǔ)存，接著進(jìn)行第二塊垃圾的壓縮。待兩塊垃圾都?jí)嚎s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(dòng)將壓頭升 起同時(shí)提起垃圾箱到與轉(zhuǎn)運(yùn)車車廂的高度平齊位置。中門升起，由推鏟機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(zhuǎn)運(yùn)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(shí)活塞桿前行時(shí)，推板向前運(yùn)動(dòng)，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(guò) 程，同時(shí)每次壓縮到一定程度時(shí)進(jìn)行保壓，確保垃圾壓實(shí)成塊。 本設(shè)計(jì)中垂直垃圾壓縮裝置的總體技術(shù)要求如下： 1．主要結(jié)構(gòu)件：機(jī)架采用分裝式，便于拆卸、安裝、轉(zhuǎn)移；壓縮主油缸， 采用多節(jié)缸，行程 3350mm，額定壓力 25 MPa，缸徑 250 mm／ 180 ? mm，保證了壓縮油缸同步及安裝要求；四根立柱頂部?jī)?nèi)加裝加強(qiáng)梁，確 保大壓力壓縮垃圾時(shí)，立柱不產(chǎn)生局部變形。 2．壓頭與立柱之間采用導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置必須采用可自由轉(zhuǎn)運(yùn)的浮動(dòng)滑 塊，確保壓頭偏擺時(shí)，滑塊滑動(dòng)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(guò)程為全自動(dòng)工程；關(guān)鍵元件 (例如：可編程控制器、斷路器、交流接觸器、擴(kuò)展模塊、傳感器、穩(wěn) 壓電源)等使用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口件： 4．所有結(jié)構(gòu)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(jī)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(shè)有互鎖，確保提箱后的安全性。安全鉤裝 置的開(kāi)啟與鎖緊須采用液壓油缸控制，采用高強(qiáng)度調(diào)制處理，并實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)各動(dòng)作間的互鎖，確保整機(jī)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(shè)有專門的污水收集及 排放裝置，地坑內(nèi)四周設(shè)有導(dǎo)流通道，進(jìn)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(shè)計(jì) 12 垃圾箱總成(見(jiàn)圖 2．1 中 7所指)采用整體式垃圾箱技術(shù)，即壓縮倉(cāng)、儲(chǔ)存 倉(cāng)和油缸推鏟倉(cāng)一體。包括中門、推板以及附屬液壓缸等組成。推力倉(cāng)內(nèi)設(shè)置 有推出裝置，其左端部分為推板，用于將垃圾塊推出至轉(zhuǎn)運(yùn)車車廂，其頂部設(shè) 置有防圾板，放置垃圾翻入推出倉(cāng)；推板和中門所分隔的具有中部空腔作為受 圾倉(cāng)；中門和前門形成的空腔作為貯存?zhèn)}；中門是移動(dòng)與受圾箱體內(nèi)壁中縫， 在中縫中嵌入安裝中縫推板機(jī)構(gòu)，解決了垃圾散入中縫的問(wèn)題。 垃圾箱總成的具體技術(shù)性能如下： 1．結(jié)構(gòu)形式：采用整體式垃圾箱，垃圾壓縮倉(cāng)、儲(chǔ)存?zhèn)}、推鏟機(jī)構(gòu)為整體 結(jié)構(gòu)，垃圾箱體選用 30 mm高強(qiáng)度鋼板，整機(jī)采用嚴(yán)格的表面防腐工藝， 金屬表面涂裝前進(jìn)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(kāi)啟方式，提升過(guò)程采用液壓自動(dòng)掛 箱； 3．箱體上卸料裝置(推鏟)的油缸應(yīng)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(shí)采用側(cè)面、底面雙向滾輪導(dǎo)向，滾輪 內(nèi)安裝自潤(rùn)滑軸承，免維護(hù)； 4．推鏟倉(cāng)的頂部設(shè)有垃圾移位、卸料全過(guò)程封閉蓋板，防止垃圾從壓縮倉(cāng) 翻入推鏟倉(cāng)： 5．垃圾箱中門設(shè)有限位導(dǎo)向裝置；垃圾箱設(shè)有同步提升裝置：分隔垃圾箱 分隔門設(shè)有定位裝置。 垃圾箱總成設(shè)置有提升機(jī)械保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)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(dǎo)向板上，導(dǎo)向板安裝在受圾箱 體外側(cè)，滑道固定在立柱的側(cè)壁上，滑道為鋸齒形式；滑銷起到保險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)受圾箱體的下降動(dòng)作。此機(jī)構(gòu)解決了在受圾箱 體保養(yǎng)、維修及地坑清理時(shí)的安全問(wèn)題。 液壓保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)是由防震片、保險(xiǎn)油缸、保險(xiǎn)鉤、保險(xiǎn)鉤座及彈簧組成：保 險(xiǎn)油缸安裝在立柱大梁上側(cè)面；保險(xiǎn)油缸推動(dòng)保險(xiǎn)鉤轉(zhuǎn)動(dòng)于保險(xiǎn)鉤座上，使保 險(xiǎn)鉤鉤脫壓臺(tái)導(dǎo)向橫梁；彈簧使保險(xiǎn)鉤脫鉤復(fù)位。 2．4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架在垃圾壓縮裝置中起支撐作用， 材料選擇 Q235，主體結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng) 13 度整體式框架，運(yùn)行穩(wěn)定，壓縮力大而均勻。機(jī)架的結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(qiáng)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 5000 x300 x30(mm)，頂部 橫梁為 3700 x300 x30(mm)、3000×300×30(mm)，加強(qiáng)橫梁尺寸為 3000 x300 x30(mm)。 圖 2-2 機(jī)架結(jié)構(gòu)圖 2 ．5 壓力裝置的設(shè)計(jì) 在垃圾壓縮裝置的現(xiàn)有技術(shù)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(dǎo)致整機(jī)安裝高度過(guò) 高而且填壓、裝運(yùn)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(jī)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(zhǎng) 體油缸，其沖頭行程可達(dá) 3500mm、缸體長(zhǎng)度 3500mm、組成整機(jī)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、 14 缸體長(zhǎng)度 2350mm、組成整機(jī)的安裝高度 5572mm。前者存在壓力不平衡時(shí)易造成 油缸失穩(wěn)、整機(jī)高度過(guò)高并引起建筑空間高度超過(guò) 6 m和建筑投資加劇以致產(chǎn) 品市場(chǎng)受限等不足；后者缸體長(zhǎng)度和組成整機(jī)安裝高度雖然減少，但還存在結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、制造精度高、缸體直徑太、維護(hù)性差等不之處。 A——輔助液壓缸；B——活動(dòng)橫梁；C——主液壓缸 圖 2-3 壓力裝置結(jié)構(gòu)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(gè)油缸聯(lián) 結(jié)粱來(lái)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 100 t、活塞軒行程為 1975mm、缸體長(zhǎng)度 2540mm；輔助液壓缸 B推力為 50 t、活塞桿行程為 1375mm、缸體長(zhǎng)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 100 t。 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 15 制，整套油缸的密封件采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口密封件。 2．6 三聯(lián)液壓缸的設(shè)計(jì) 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(shè)備的類型來(lái)確定的，通常對(duì)于不同的 液壓設(shè)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(shè)備常 用的工作壓力。 表 2-1 液壓設(shè)備常用的工作壓力 本設(shè)計(jì)中采用的是液壓機(jī)，參考上表所給壓力，并結(jié)合初步設(shè)計(jì)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(jì)算示意圖 單活塞桿液壓缸計(jì)算示意圖如圖 2—4所示，由圖可知，2212()44fcDPFdPF????? （2—1）22211()()fc? 16 其中， ——液壓缸工作壓力；1P ——液壓缸回油腔背壓力；2 ——活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比；/dD ——工作循環(huán)中最大的外負(fù)載；F ——液壓缸密封處摩擦力，其精確度不易求得，常用液壓缸的機(jī)械fc 效率 進(jìn)行估算。m? （2—/fccmF??? 2） 其中 ——液壓缸的機(jī)械效率，一般 =0.9～0.97，cm?cm 將 代入式(2-1)，可求得 D （2—22114()cmFPd???????????????? 3） 本設(shè)計(jì)中，垃圾壓縮裝置的壓縮能力 F=100 t= N，液壓缸工作油壓610? =25MPa；由于高壓系統(tǒng) >16～32 MPa時(shí)，初算時(shí)背壓忽略不計(jì)， =0；選取1P 2P 機(jī)械效率 =0．9， 由式 (2—3)計(jì)算得液壓缸直徑：cm? =237．8 mm；AD =168．2 mm。B 液壓缸內(nèi)經(jīng) D與活塞桿直徑 d的關(guān)系，當(dāng)工作壓力 >7(MPa)時(shí)，1P d／D=O．7， 則對(duì)應(yīng)活塞桿直徑為： O．7=166．46 mm；A?? 0．7=117．74 mm。Bd 為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件，按表 2—2將液壓缸內(nèi)徑 D圓整到相近的標(biāo) 17 準(zhǔn)系列(GB2348--93)直徑： =250mm， =180mm；按表 2-3將活塞桿直徑 dADB 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸： =180mm， =125 mm。d 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(jì)算?1D 液壓缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì) 算。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律視壁厚的不同而 各異，一般計(jì)算時(shí)可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 當(dāng) ／D≤O．08 時(shí)，可用薄壁缸筒的實(shí)用計(jì)算公式? （2—??max2PD??? 4） 當(dāng) ／D=0．08～0．3 時(shí)， ? （2—??max2.3PD???? 5） 當(dāng) ／D≥O．3 時(shí)，按厚壁圓筒公式計(jì)算，則： ? 18 （2—??max0.4123PD?? ????????? 6） 式中： ——液壓缸的最高允許工作壓力(MPa)；maxP D——液壓缸缸筒內(nèi)徑(m)； ——缸筒材料的許用應(yīng)力(MPa)??? 缸筒材料的許用應(yīng)力 =???rn? ——缸筒材料的屈服強(qiáng)度(MPa)r? ——安全系數(shù)n 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(shí) n可選取小一些。 本設(shè)計(jì)中選取液壓缸的材料為無(wú)縫鋼管，則： =(100～110)MPa。TP 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：? =25 mm， =20 mmA?B 則液壓缸的外徑： ；1230AADm?? 。BB? 計(jì)算得液壓缸壁厚以后，通過(guò)以下步驟進(jìn)行驗(yàn)算，確保液壓缸安全工作。 (1)液壓缸的額定壓力 應(yīng)低于一定的極限值，保證工作安全：rP （2—7）?? 20.35srD??? (2)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(yīng)與塑rP 性變形壓力有一定的比例范圍： （0.35～ 0.42） (MPa) （2—8）rP?PL 19 2.3 ㏒ （MPa） （2—9）PL?B?2D (3)缸筒徑向變形△D 值應(yīng)在允許范圍內(nèi)，而不超過(guò)密封件允許范圍： （m） （2—10） 2TDPvE?????????? （4）為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力 PE應(yīng)大于耐壓試驗(yàn)壓力 ：TP 2.3 ㏒ (MPa) （2—11）EP?B?2D 其中 ——缸筒內(nèi)徑(m)；D ——缸筒外徑(m)；2 ——液壓缸的額定壓力(MPa)； rP ——缸筒材料的屈服強(qiáng)度 (MPa)；s ——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力(MPa)；L ——缸筒材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)；B? ——缸筒材料的彈性模量(MPa)；E ——液壓缸耐壓試驗(yàn)壓力 (MPa)；TP ——缸筒發(fā)生爆炸時(shí)壓力(MPa)； ——缸筒材料的泊松系數(shù)；n 鋼材： =0． 3n 通過(guò)驗(yàn)算，液壓缸的壁厚 =25mm， =20mm，安全。 A?B 2．6．4 液壓缸工作行程和缸體長(zhǎng)度的確定 液壓缸工作行程長(zhǎng)度，可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，查表， 最終確定活塞桿行程為 =1975mm， =1375mm。ALB 液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)該等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng) 度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)經(jīng)的 20～30 倍。 最終確定缸體長(zhǎng)度 =2540mm， =1775 mm。AlBl 2．6．5 液壓缸結(jié)構(gòu)形式的確定 液壓缸典型結(jié)構(gòu)包括通用型液壓缸和專用型液壓缸。 20 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(jié)構(gòu)形式 通用型液壓缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零、部件符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化要求，無(wú)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(shè)計(jì)的液壓缸，以滿足該用途的特殊要求，在材料、結(jié)構(gòu)、加工精 度方面不同于通用型液壓缸。 考慮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(jié)構(gòu)圖如圖 2-5所示。 液壓缸所受外負(fù)載 包括三種類型，即F （2—=+wfaF 12） 其中， ——工作負(fù)載，對(duì)于壓縮裝置來(lái)說(shuō)，即為活塞運(yùn)動(dòng)方向收到的伸wF 縮力. ——運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載；a ——導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩f 擦阻力， (2—13)()=+fRnFG ——運(yùn)動(dòng)部件重力；G ——垂直于導(dǎo)軌的工作負(fù)載；RnF 21 ——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)。f （2—14）D=aGvFgt 其中 ——重力加速度；g ——加速或減速時(shí)間：Dt —— 時(shí)間內(nèi)的速度變化量。vt 2．7 本章小結(jié) 本章為垂直式垃圾中轉(zhuǎn)站垃圾壓縮裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，主要進(jìn)行了如下 工作： 1．經(jīng)過(guò)分析選擇本論文研究對(duì)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(zhuǎn)站， 并確定了其主要性能指標(biāo)等參數(shù)； 2．完成了垃圾壓縮裝置的總體技術(shù)性能設(shè)計(jì)； 3．垃圾箱總成采用整體式三倉(cāng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)； 4．對(duì)機(jī)架進(jìn)行了設(shè)計(jì)； 5．對(duì)壓縮裝置的核心部件——壓力裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)： 第三章 垂直式垃圾壓縮裝置液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(zhuǎn)運(yùn)站的壓縮裝置操作簡(jiǎn)單、維修方便、安全可靠、壓力充裕、 價(jià)廉實(shí)用,現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下: (l)在機(jī)械裝置的配合下,可以根據(jù)不同的作業(yè)要求, 實(shí)現(xiàn)單工序或聯(lián)動(dòng)操 作； (2)合理解決不同執(zhí)行元件所需壓力和速度問(wèn)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(shè)計(jì) 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(shí)應(yīng)用較多,介紹如下: 22 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(yùn)動(dòng)的工作部件由于 自重在超速下降,通常應(yīng)設(shè)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(dāng)控制閥壓力(如為內(nèi)控,即 進(jìn)口壓力)未達(dá)到調(diào)定壓力之前,此閥關(guān)閉；當(dāng)達(dá)到調(diào)定壓力后,此閥開(kāi)啟。油液 經(jīng)此閥進(jìn)入下一執(zhí)行元件,并使其動(dòng)作,從而達(dá)到順序動(dòng)作的目的。 在圖 3一 1中,當(dāng)換向閥 1切換至左位時(shí),油缸 3的活塞向下運(yùn)動(dòng),缸下腔的 油經(jīng)過(guò)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(dāng)換向閥處于中位的時(shí)候,活塞 和工作部件就能被單向順序閥鎖住而不會(huì)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(shè)計(jì) 壓頭的主要作用是將零散的垃圾壓實(shí)成塊。壓頭機(jī)構(gòu)是壓縮裝置的壓縮工 作機(jī)構(gòu), 它由液壓缸推動(dòng)壓頭將垃圾壓緊。壓頭需要往復(fù)幾次壓縮垃圾,每次壓 縮至一定程度時(shí)都必須進(jìn)行保壓,以促進(jìn)垃圾塊壓實(shí),避免垃圾大量潰散。在推 23 壓垃圾時(shí),系統(tǒng)需要提供足夠的動(dòng)力,并且推壓頭必須緩慢的推進(jìn)。 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(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況和要求,設(shè)計(jì)壓縮液壓控制回路,如圖 3—2所 示。壓頭機(jī)構(gòu)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(dòng)泵 1,當(dāng)左邊的電 磁鐵通電時(shí)，使三位四通閥 3和 4切換到左位,則泵 1轉(zhuǎn)為升壓供油狀態(tài),油經(jīng) 過(guò) 5和 6的單向順序閥進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動(dòng)壓頭推動(dòng)。 當(dāng)兩邊的電磁鐵都不通電時(shí)，使閥 3和 4切換到中位時(shí)，壓頭就能被單向順序 閥鎖住而不會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)右邊的電磁鐵通電時(shí)，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(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 推板的主要作用是當(dāng)一塊垃圾壓縮成塊后，將其沿箱體軌道推至儲(chǔ)存?zhèn)}， 當(dāng)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(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的 車廂。推板的一面由推出倉(cāng)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(shí)，推板處于原位置，與垃圾擋板、箱體、中門形成 24 壓縮倉(cāng)。在推動(dòng)垃圾時(shí),系統(tǒng)需要提供足夠的動(dòng)力,并且推板必須緩慢的推進(jìn)。 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(jī)構(gòu)液壓圖 根據(jù)推板機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況和要求,設(shè)計(jì)壓縮液壓控制回路,如圖 3—3所 示。推壓機(jī)構(gòu)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(dòng)泵 2,當(dāng)左邊的電磁鐵通電時(shí)， 使三位四通閥 3和 4切換到左位,則泵 2轉(zhuǎn)為升壓供油狀態(tài),油經(jīng)過(guò) 5和 6的單 向節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動(dòng)推板推動(dòng)垃圾快。當(dāng)兩邊 的電磁鐵都不通電時(shí)，使閥 3和 4切換到中位時(shí)，推板就能被單向節(jié)流閥鎖住 而不會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)右邊的電磁鐵通電時(shí)，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(jìn)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(shí)處于調(diào)速狀態(tài),可以防止推 板快速推進(jìn)。 3．2．4 中門機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中門跟提升液壓缸一起固定于箱體上，壓縮垃圾時(shí)起到隔離垃圾的作用， 當(dāng)要推出垃圾時(shí)，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(cāng)之前,提升油缸驅(qū)動(dòng)中門提升機(jī)構(gòu)下降。在垃圾壓縮 25 成快后,中門提升機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)液壓圖 根據(jù)中門提升機(jī)構(gòu)的實(shí)際工作情況和要求,設(shè)計(jì)液壓控制回路,如圖 3一 4 所示。提升機(jī)構(gòu)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(dòng)液壓泵 8,當(dāng)左邊的電磁鐵 通電時(shí)，使三位四通閥 2和 7切換到左位,則泵 8轉(zhuǎn)為升壓供油狀態(tài),油經(jīng)過(guò)單 向順序閥 3和 6的單向閥進(jìn)入液壓缸的無(wú)桿腔,則液壓缸的活塞桿驅(qū)動(dòng)推壓機(jī)構(gòu)。 當(dāng)兩邊的電磁鐵都不通電時(shí)，使閥 3和 6切換到中位時(shí),提升機(jī)構(gòu)就能被單向順 序閥鎖住而不會(huì)因自重而下降。當(dāng)右邊的電磁鐵通電時(shí)，使三位四通閥 2和 7 切換到右位,油進(jìn)入液壓缸的有桿腔,單向順序閥到達(dá)調(diào)定壓力,油經(jīng)過(guò)單向順序 閥 3和 6的順序閥流回油缸,此時(shí)提升機(jī)構(gòu)將緩慢下降。 3．2．5 整個(gè)裝置的液壓系統(tǒng) 前面的各個(gè)機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)再簡(jiǎn)化,就構(gòu)成了整個(gè)垂直式垃圾壓縮裝置 的液壓系統(tǒng)。如圖 3-5所示： 26 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(jì)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(shè)計(jì)計(jì)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(duì)液壓系統(tǒng)壓力的確定是十分重要和關(guān)鍵的。一般來(lái)講,p 值大,有利