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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目：垂直式垃圾壓縮裝置總體設計 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 號： 2010962936 姓 名： 楊 桃 指導教師： 朱石沙 完成日期： 2014 年 5月 27日 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）任務書 論文（設計）題目： 垂直式垃圾壓縮裝置總體設計 學號： 2010962936 姓名： 楊桃 專業(yè)： 機械設計制造及其自動 化 指導教師： 朱石沙 系主任： 一、主要內容及基本要求 查閱相關文獻資料，熟悉了解大型城市生活垃圾處理壓縮裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 和工作狀況，并重點觀察垃圾處理壓縮裝置的結構，對垃圾處理壓縮裝置進行 整體結構設計及分析。 要求： 1、查閱相關資料，大致了解本次設計要研究的具體內容； 2、相關參數(shù)：裝機容量 380v，7.5kw； 舉升高度 3.0m（箱頂離地面高） ；占地面積 6.2m*3.3m；最大壓緊力 100t；系統(tǒng)油壓 25MPa ；垃圾塊外形尺 寸：寬 1900長 1650高 1400 mm /單塊；垃圾壓縮密度大于 0.92 噸/立方米； 3、若干圖紙； 4、撰寫畢業(yè)設計說明書； 5、外文文獻翻譯，字數(shù) 3000 字以上。 二、重點研究的問題 垃圾綜合處理壓縮總體設計。 三、進度安排 序號 各階段完成的內容 完成時間 1 查閱資料、調研 第 1-2周 2 開題報告、制訂設計方案 第 3周 3 方案（設計） 第 4-5周 4 垃圾綜合處理壓縮總體設計 第 6-7周 5 寫出初稿，中期檢查 第 8-9周 6 修改，寫出第二稿 第 10-11周 7 寫出正式稿 第 12-13周 8 答辯 第 14周 四、應收集的資料及主要參考文獻 李國建、趙愛華、張益主編.城市垃圾處理工程.北京:科學出版社 2003 寧平主編 固體廢物處理與處置：搞等教育出版社 2007 李傳統(tǒng)主編 現(xiàn)代固體廢物綜合處理處理技術：東南大學出版社 2000 路甫祥.液壓氣動技術手冊M.北京:機械工業(yè)出版社 2002 國家環(huán)境保護局. 21 世紀環(huán)境保護議程. 北京:中國環(huán)境科學出版社 1995 徐國華.城市垃圾問題及處理對策J.環(huán)境科學與管理 2006 重偉,劉樹道.全液壓垃圾破碎機液壓系統(tǒng)的設計J.機床與液壓 2003 楊先海.城市生活垃圾壓縮和分選技術及機械設備研究D.西安:西安理工大學 2004 張利平.液壓傳動系統(tǒng)及設計M.北京,化學工業(yè)出版社 2005 董濤城市生活垃圾壓縮技術及設備研究D淄博：山東理工大學，2003 Bridgewater, A. V. Refuse composition projection and recycling technology. Retour and Conservation, 1998 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）評閱表 學號 2010962936 姓名 楊桃 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 垂直式垃圾壓縮裝置 評價項 目 評 價 內 容 選題 1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求， 達到綜合訓練的目的； 2.難度、份量是否適當； 3.是否與生產、科研、社會等實際相結合。 能力 1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力； 2.是否有綜合運用知識的能力； 3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力； 4.是否具備一定的外文與計算機應用能力； 5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。 論文 （設計） 質量 1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確， 設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng) 一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范； 2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何； 3.有無理論價值或實際應用價值，有無創(chuàng)新之處。 湘潭大學興湘學院 畢業(yè)論文（設計）鑒定意見 學號： 2010962936 姓名： 楊 桃 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 51 頁 圖 表 4 張 論文（設計）題目： 垂直式垃圾壓縮裝置 內容提要： 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，簡要介紹了本篇論文的研究背景、意 義以及目前國內外關于垃圾壓縮裝置的研究現(xiàn)狀及存在的問題，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容，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； 綜 合 評 價 評閱人： 年 月 日 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)的液壓缸進行設計只要工作完成了垃圾壓縮裝置的總體技術性能設計；垃圾箱總 成采用整體式三倉結構，對其進行了整體設計；對機架進行了設計；對壓縮裝置的核 心部件壓力裝置進行了設計：確定了三聯(lián)液壓缸的結構，及其液壓缸的工作壓力、 缸徑 D及活塞桿直徑 d、缸壁厚及外徑、工作行程和缸體長度及其結構形式等參數(shù)。 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。 指導教師評語 該生的畢業(yè)設計選題與日常生活緊密相關，符合當今對垃圾壓縮裝置的要求。 選題著重從垃圾壓縮裝置的總體設計與液壓系統(tǒng)的設計二個方面進行分析，嚴格按照 標準來進行數(shù)據(jù)計算，在原有的基礎上進行了一定的改造與創(chuàng)新。在平時的設計過程 中虛心向老師請教，態(tài)度較好，工作能力強，認真的完成了畢業(yè)設計。 同意其參加答辯，建議成績評定為“ ”。 指導教師： 2014 年 5 月 日 答辯簡要情況及評語 該生畢業(yè)設計內容充實且符合相關標準與要求，對垃圾壓縮裝置的總體設計與液 壓系統(tǒng)進行了詳細分析，針對老師所提的問題能夠較好的解答，專業(yè)基礎知識扎實。 根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績評定為“ ”。 答辯小組組長： 年 月 日 答辯委員會意見 經(jīng)答辯委員會討論，同意該畢業(yè)論文（設計）成績評定為“ ”。 答辯委員會主任： 年 月 日 目錄 摘要 ...............................................................1 ABSTRACT ..........................................................2 第一章 緒論 ......................................................3 1.1垃圾壓縮裝置的簡介 ............................................3 111 垂直式垃圾壓縮裝置 .......................................3 112 壓裝式垃圾壓縮裝置 .......................................3 113 小型垃圾壓縮裝置 .........................................3 12 課題研究背景及意義 ...........................................4 121 課題研究背景 .............................................4 122 課題研究意義 .............................................6 13 課題研究現(xiàn)狀及存 在問題 .......................................6 131 研究現(xiàn)狀 .................................................6 132 存在問 題 .................................................7 14 本文 的主要研究 內容 ...........................................8 1.5本章小結 ......................................................8 第二章 垂直式垃圾壓縮裝 置的 結構設計 ..........................9 21 垃圾壓縮裝置形式的確定 .......................................9 211 城市生活垃圾壓縮裝置的基本類型 ...........................9 212 垃圾壓縮裝置整體方案的確定 ..............................10 22 垂直式垃圾壓 縮裝置的總體設計 ................................11 23 垃圾箱總成的設計 ............................................12 24 機架的設計 ..................................................13 2 5 壓力裝置的設計 ..............................................14 26 三聯(lián)液壓缸的設 計 ............................................15 261 液壓缸工作壓力的確定 ....................................16 262 液壓缸內徑 D及活塞桿直徑 d的確定 ........................16 263 液壓缸壁厚 及外徑 的計算 .............................181 264 液壓缸工作行程和缸體長度的確定 ..........................20 265 液壓缸結構形 式的確定 ....................................20 27 本章小結 ....................................................21 第三章 垂直式垃圾 壓縮裝置 液壓傳動系統(tǒng)的 設計 ...............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 計 .............................................22 321 閥和基本回路 ............................................22 322 壓頭裝置液壓系統(tǒng)設計 ....................................23 323 推板機構液壓系統(tǒng)設計 ....................................24 324 中門機構液壓系統(tǒng)設計 ....................................25 325 整個裝置的液壓系統(tǒng) ......................................26 33 部分參數(shù)的選擇與計算 ........................................27 331 系統(tǒng)壓力（p）與流量（q）的確定 ..........................27 332 系統(tǒng)功率的計算與電動機的選擇 ............................27 333 液壓泵選擇及排量計算 ....................................27 34 液壓傳動系統(tǒng)的主要特點 ......................................28 35 本章小 結 ....................................................28 第四章 全文總結與展望 .........................................29 41 全文總結 ....................................................29 42 展望 ........................................................29 參考文獻 ...........................................................30 致謝 ...............................................................31 附件 ...............................................................32 0 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 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. Papers 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。 111 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。 可進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。 112 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。 113 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。 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。 可另選壓縮裝置移位系統(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，其工作原理是內螺旋壓縮。 中圖中設備適合社區(qū)小型垃圾轉運站 12 課題研究背景及意義 121 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 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，我國城市人均年產生活垃圾 440 kg(已高于一些歐洲國家的人均垃 圾產生，全國生活垃圾年產量己達 2億 t， 占世界垃圾總產生量的 265， 且以 89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 257 萬 t，集中處理量 8108萬 t，處理率 5197。其中：生活垃圾填埋場 365座， 日處理能力 213 萬 t，處理量為 6924萬 t；生活垃圾堆肥廠 46座，日處理能 力 118 萬 t，處理量為 345萬 t；生活垃圾焚燒廠 66座，日處理能力 322 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 11)，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) 50 km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 225 條規(guī)定：垃圾運輸距離超過 20 km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 11 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 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，其工藝流程如圖 11 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，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 11 垂直式壓縮垃圾中轉站工藝流程示意框圖 122 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、高質量的垂直式 垃圾壓縮裝置的發(fā)展； 3產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。 13 課題研究現(xiàn)狀及存在問題 131 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 6 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 1500 t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，加上國內外的垃圾特性差異較大，不完全適合國內的需求， 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)新產品的一個熱點。 132 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 03209769(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 箱體兩側中縫內移動，垃圾塊推鏟移動過程中容易造成垃圾散入中縫內：推板 上沒有防圾板，壓縮過程中垃圾容易掉入推出倉內；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。通過調研和實地考察發(fā)現(xiàn)目前國內垃圾中 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； 7 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，垃圾液產生的酸、堿、潮濕環(huán)境對 設備的金屬外殼侵蝕嚴重。 14 本文的主要研究內容 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容。 8 第二章 垂直式垃圾壓縮裝置的結構設計 21 垃圾壓縮裝置形式的確定 211 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。國內外生活 垃圾壓縮裝置形式多種多樣，根據(jù)垃圾中轉站內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 60---80 m3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 中轉站內的垃圾受圾箱體內，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，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，由固定的 9 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。 212 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：100 t(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 09 tm 3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； 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； 10 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。 22 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 21 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 11 倒入垃圾箱內(此時垃圾箱總成箱處于地坑內)以后， 壓頭由輔助液壓缸驅動伸 長，到最大工作行程后，固定不動，由主液壓缸驅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動將 垃圾塊推入儲存?zhèn)}內儲存，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，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。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 25 MPa，缸徑 250 mm 180 mm，保證了壓縮油缸同步及安裝要求；四根立柱頂部內加裝加強梁，確 保大壓力壓縮垃圾時，立柱不產生局部變形。 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)：垃圾箱內部、中門，推鏟內設有專門的污水收集及 排放裝置，地坑內四周設有導流通道，進入收集池后集中處理排放，保 證站內環(huán)境。 23 垃圾箱總成的設計 12 垃圾箱總成(見圖 21 中 7所指)采用整體式垃圾箱技術，即壓縮倉、儲存 倉和油缸推鏟倉一體。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 30 mm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 58 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。 24 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 13 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 22 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 5000 x300 x30(mm)，頂部 橫梁為 3700 x300 x30(mm)、300030030(mm)，加強橫梁尺寸為 3000 x300 x30(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、 14 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 6 m和建筑投資加劇以致產 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 100 t、活塞軒行程為 1975mm、缸體長度 2540mm；輔助液壓缸 B推力為 50 t、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 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)質進口密封件。 26 三聯(lián)液壓缸的設計 261 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 31 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。 262 液壓缸內徑 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 24所示，由圖可知，2212()44fcDPFdPF （21）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徑之比；/dD 工作循環(huán)中最大的外負載；F 液壓缸密封處摩擦力，其精確度不易求得，常用液壓缸的機械fc 效率 進行估算。m （2/fccmF 2） 其中 液壓缸的機械效率，一般 =0.90.97，cmcm 將 代入式(2-1)，可求得 D （222114()cmFPd 3） 本設計中，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) 1632 MPa時，初算時背壓忽略不計， =0；選取1P 2P 機械效率 =09， 由式(23)計算得液壓缸直徑：cm =2378 mm；AD =1682 mm。B 液壓缸內經(jīng) D與活塞桿直徑 d的關系，當工作壓力 7(MPa)時，1P dD=O7， 則對應活塞桿直徑為： O7=16646 mm；A 07=11774 mm。Bd 為了便于采用標準的密封元件，按表 22將液壓缸內徑 D圓整到相近的標 17 準系列(GB2348--93)直徑： =250mm， =180mm；按表 2-3將活塞桿直徑 dADB 圓整到相近的標準系列尺寸： =180mm， =125 mm。d 表 2-2 液壓缸缸筒內徑(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) 263 液壓缸壁厚 及外徑 的計算1D 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，承受內壓力的圓筒，其內應力分布規(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 DO08 時，可用薄壁缸筒的實用計算公式 （2max2PD 4） 當 D=00803 時， （2max2.3PD 5） 當 DO3 時，按厚壁圓筒公式計算，則： 18 （2max0.4123PD 6） 式中： 液壓缸的最高允許工作壓力(MPa)；maxP D液壓缸缸筒內徑(m)； 缸筒材料的許用應力(MPa) 缸筒材料的許用應力 =rn 缸筒材料的屈服強度(MPa)r 安全系數(shù)n 通常取 =1 525，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： =(100110)MPa。TP 查典型的液壓缸系列產品其缸筒的壁厚 值，得出液壓缸壁厚為： =25 mm， =20 mmAB 則液壓缸的外徑： ；1230AADm 。BB 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。 (1)液壓缸的額定壓力 應低于一定的極限值，保證工作安全：rP （27） 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 應與塑rP 性變形壓力有一定的比例范圍： （0.350.42） (MPa) （28）rPPL 19 2.3 （MPa） （29）PLB2D (3)缸筒徑向變形D 值應在允許范圍內，而不超過密封件允許范圍： （m） （210） 2TDPvE （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 ：TP 2.3 (MPa) （211）EPB2D 其中 缸筒內徑(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 缸筒材料的抗拉強度(MPa)；B 缸筒材料的彈性模量(MPa)；E 液壓缸耐壓試驗壓力(MPa)；TP 缸筒發(fā)生爆炸時壓力(MPa)； 缸筒材料的泊松系數(shù)；n 鋼材： =0 3n 通過驗算，液壓缸的壁厚 =25mm， =20mm，安全。 AB 264 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。ALB 液壓缸缸體內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