垃圾壓縮機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

陳 歡

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，生活垃圾的產(chǎn)生量與日俱增，如何將城市垃圾進(jìn)行收集、運輸和處理已經(jīng)變成亟待解決的難題。應(yīng)運而生的垃圾壓縮站已成為城市垃圾綜合處理系統(tǒng)的中樞，垃圾處理系統(tǒng)可將松散的垃圾壓縮成餅狀，減少垃圾聚集的空間，避免在運輸過程中因掉落而產(chǎn)生的2 次污染，對整個垃圾處理具有重要意義[1-3]。

針對垃圾處理系統(tǒng)中垂直式垃圾壓縮機(jī)進(jìn)行分析，并對主要部件壓縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究，提出設(shè)計時的關(guān)鍵要素，為產(chǎn)品的生產(chǎn)加工提供依據(jù)。

1 垂直式垃圾壓縮機(jī)的整體布局及結(jié)構(gòu)

垂直式垃圾壓縮機(jī)主要是利用壓頭的重力對垃圾箱內(nèi)的垃圾施加豎直向下的作用力，具有壓縮力度大、壓緊壓實效果好等諸多優(yōu)點[4-5]，其工作原理如圖1 所示。

從圖1 中可知，垂直式垃圾壓縮機(jī)主要完成以下動作：一是豎直上下直線運動完成垃圾壓縮的循環(huán)往復(fù)；二是水平方向運動將垃圾推出貯存或與垃圾轉(zhuǎn)運車進(jìn)行對接。

從整體結(jié)構(gòu)來看，可將垂直式垃圾壓縮機(jī)分為2 大部分，分別是壓縮機(jī)構(gòu)和垃圾箱體，如圖2 所示，壓縮機(jī)構(gòu)主要實現(xiàn)豎直上下運動完成垃圾壓縮，垃圾箱體主要實現(xiàn)水平運動完成垃圾貯存和推出。此結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)點主要有以下4 個方面：①能夠有效避免多液壓缸在垃圾壓縮接力過程中出現(xiàn)的停頓現(xiàn)象，避免多缸在配合過程中對液壓電氣控制系統(tǒng)的要求過高；②減少了多液壓缸在運動過程中的能量損耗，減少了所需結(jié)構(gòu)鋼材的重量，降低了成本；③避免了多液壓缸在安裝過程中的人員操作危險，提高了垂直式垃圾壓縮機(jī)的整體強(qiáng)度；④降低了垂直式垃圾壓縮機(jī)在土建安裝時的房屋要求，減少了建造成本。

圖1 垂直式垃圾壓縮機(jī)工作原理

圖2 垂直式垃圾壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

2 壓縮結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

壓縮機(jī)構(gòu)是垂直式垃圾壓縮機(jī)整個結(jié)構(gòu)中最為重要的一部分，主要是完成垃圾的壓縮，具體的動作可分為2 部分，一是在空載運行時，可以實現(xiàn)壓縮機(jī)構(gòu)的快進(jìn)快退；二是在進(jìn)行壓縮時，可以實現(xiàn)緩慢加壓、緩慢退出。此動作設(shè)定可以提高整個壓縮機(jī)構(gòu)的效率，能夠保證整機(jī)在良好的狀態(tài)下運行。

從圖3 可以看出，壓縮機(jī)構(gòu)包含壓縮油缸、壓頭和立柱總成3 大部分，其中壓頭的主要作用是與壓縮油缸進(jìn)行有效連接，在壓縮垃圾時不斷增大與垃圾接觸的面積，一般而言，壓頭上安裝有球頭座，球頭座的主要目的是在壓縮垃圾時使壓縮油缸能承受一定的偏載，延長壓縮油缸的使用壽命。

2.1 壓縮油缸的設(shè)計

壓縮油缸帶動壓頭完成垃圾壓縮，而在壓縮油缸與壓頭之間，采用球鉸的方式進(jìn)行聯(lián)接，球鉸聯(lián)接可在一定范圍內(nèi)任意偏轉(zhuǎn)，當(dāng)垃圾不平整壓縮時，壓縮油缸不受偏載的影響，有效保護(hù)了壓縮油缸。

2.2 壓頭的設(shè)計

圖3 壓縮機(jī)構(gòu)

在壓頭的設(shè)計過程中，要充分考慮到壓頭實際的工況以及垂直式垃圾壓縮機(jī)現(xiàn)場裝站的地基可能產(chǎn)生的誤差等情況，必須要對壓頭與垃圾箱體的壓縮腔四周的間隙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通常要保證間隙的尺寸在50～60 mm，保證在有輕微的傾斜運動時，壓頭在上下運行過程中不觸碰到箱體，保證在壓縮垃圾時也無垃圾的溢出。

2.3 立柱總成的設(shè)計。

從圖4 可知，立柱總成結(jié)構(gòu)主要由立柱、三角連接架、保險裝置及承重梁等部分組成。在壓縮機(jī)構(gòu)壓縮垃圾時，壓縮油缸將受到的反作用力傳遞到承重梁上，承重梁將受到一個垂直向上的拉力，在提起箱體時，承重梁將受到一個垂直向下的拉力，最大拉力為壓縮箱與垃圾塊最大重量之和。立柱總成各個組成部分的功能如下：

（1）立柱。立柱是垂直站壓縮系統(tǒng)的支撐，為壓頭和箱體的升降提供導(dǎo)向。為保證設(shè)備的高度和抗拉抗壓強(qiáng)度，立柱選用方管，方管兩端連接板采用30 mm 厚的鋼板，立柱在于承重梁和地基連接處采用M24 的螺栓連接。

（2）三角連接架。立柱四周布置4 個三角連接架，主要作用是分擔(dān)承重梁受力，能夠固定立柱，保證整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，防止承重梁變形。三角架支撐管選用矩形管，三角連接架兩端連接立柱和承重梁。

（3）承重梁。承重梁的主梁采用拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，主梁中間放置壓縮油缸，主梁中心上下面為平面，上下裝配壓縮油缸的固定板，在承重梁受力情況下，拱形主梁可以將垂直方向的受力向邊梁、四周的橫梁或豎梁轉(zhuǎn)移，大大提高了承重梁的承載能力。拱形主梁采用8 mm 厚的鋼板焊接而成，邊梁和其余橫梁、豎梁采用槽鋼，整個承重梁結(jié)構(gòu)設(shè)計能滿足整機(jī)作業(yè)時的強(qiáng)度和剛性要求。

（4）保險裝置。保險裝置主要是由保險油缸、連桿和保險鉤3 部分組成，當(dāng)垃圾箱需要維修保養(yǎng)時，可通過壓縮油缸先將垃圾箱提升至安全高度，再通過安裝在頂梁之上的保險油缸推動連桿，連桿帶動保險鉤勾住壓臺之上安裝的橫梁，可為進(jìn)一步維修操作提供安全、可靠的保障。

圖4 立柱總成

3 結(jié)語

通過垂直式垃圾壓縮機(jī)整體布局與結(jié)構(gòu)的分析，主要對垃圾壓縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究，結(jié)合壓縮油缸、壓頭和立柱總成的設(shè)計，對垂直式垃圾壓縮機(jī)的整體設(shè)計研發(fā)提供依據(jù)，也為產(chǎn)品的生產(chǎn)提供思路。