液壓生活垃圾集運(yùn)站設(shè)計(jì)思路
摘 要：本文就生活垃圾連續(xù)貯集、液壓集運(yùn)的方案進(jìn)行了分析、選優(yōu)，并介紹了液壓垃圾集運(yùn)站的設(shè)計(jì)概況
關(guān)鍵詞：垃圾; 液壓集運(yùn)站 ; 卸料門(mén); 推料板 ; 安全聯(lián)鎖 ; 多級(jí)伸縮式套筒油缸; 注料口蓋板 ; 單向刮料
一、課題及其背景
前些年，應(yīng)某市的邀請(qǐng)，本人和單位幾位工程技術(shù)人員一起，參加了液壓生活垃圾集運(yùn)站設(shè)計(jì)方案的制訂工作。我們首先對(duì)原有的生活垃圾集運(yùn)狀況進(jìn)行了調(diào)查。當(dāng)時(shí)，某市共有生活垃圾(人工)集運(yùn)站十七座，配有美國(guó)福特4000-18后裝式封閉壓縮垃圾車(chē)六臺(tái)。美國(guó)福特垃圾車(chē)技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、效率很高。但當(dāng)時(shí)給這些垃圾車(chē)上料的方法卻很落后，從集運(yùn)站轄區(qū)內(nèi)街道及住戶清掃、收集來(lái)的垃圾，每天定時(shí)用手推車(chē)運(yùn)到集運(yùn)站集中，然后福特車(chē)開(kāi)到集運(yùn)站，集運(yùn)站職工再把手推車(chē)上的垃圾一車(chē)一車(chē)喂進(jìn)福特車(chē)的進(jìn)料口，由福特車(chē)吸收、壓縮進(jìn)車(chē)箱里去，等福特車(chē)裝完集運(yùn)站里的垃圾開(kāi)出集運(yùn)站，集運(yùn)站一天一度的垃圾集運(yùn)工作即告一段落。
顯然，這樣的集運(yùn)站方式存在幾個(gè)弊病：
1.人工喂料時(shí)間太長(zhǎng)(給一臺(tái)福特車(chē)上滿一車(chē)?yán)s需二小時(shí))，這就影響了福特車(chē)的使用效率;
2.人工上料，垃圾散落，灰塵飛揚(yáng)，形成垃圾的二次污染;
3.因全市福特車(chē)少，每天只能在每一座集運(yùn)站轉(zhuǎn)運(yùn)一次，加上集運(yùn)站又沒(méi)有垃圾貯集設(shè)備，這樣，每座集運(yùn)站轄區(qū)內(nèi)的街道、住戶每天只能送出一次垃圾。如果因故錯(cuò)過(guò)這次機(jī)會(huì)，住戶、街道的垃圾只能過(guò)夜存放，這很不利于居民和市區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生;
4.人工上料，四、五個(gè)人在二小時(shí)內(nèi)把近十噸的垃圾裝上車(chē)，裝車(chē)現(xiàn)場(chǎng)塵土飛揚(yáng)，、臭氣熏天，集運(yùn)站工人既耗費(fèi)體力，又不利于健康。針對(duì)以上情況，某市環(huán)衛(wèi)部門(mén)對(duì)籌建中的垃圾集運(yùn)站的使用性能提出了幾點(diǎn)要求。
⑴垃圾集運(yùn)站應(yīng)能貯存垃圾，以便讓街道上、住戶的垃圾隨時(shí)清理、隨時(shí)集中;
⑵集運(yùn)站貯集垃圾必須做到封閉、壓縮，杜絕垃圾對(duì)集運(yùn)站的污染;
⑶集運(yùn)站給福特車(chē)上料必須用機(jī)械化或液壓設(shè)備，代替人工作業(yè)。上料速度要快(上滿一車(chē)不超過(guò)10分鐘)，上料設(shè)備務(wù)必安全、實(shí)用、快捷、簡(jiǎn)單;
⑷土建設(shè)施盡量利用原有的人工集運(yùn)站廠房。
二、方案篩選
根據(jù)我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查掌握的情況，根據(jù)業(yè)主的要求，我們很快對(duì)機(jī)械化垃圾集運(yùn)站確定了這樣的設(shè)計(jì)輪廓：
1.集運(yùn)站設(shè)置一個(gè)鋼制封閉性垃圾貯槽，貯槽有效容積不小于10m3,貯槽出口高度，出口寬度與福特垃圾車(chē)的進(jìn)料口匹配;
2.垃圾車(chē)進(jìn)入貯槽后必須經(jīng)過(guò)壓縮，以便充分利用貯槽的容積。壓縮工作，由安裝在貯槽內(nèi)的推料板來(lái)完成;
3.垃圾倒入貯槽，垃圾在貯槽內(nèi)壓縮、垃圾推出貯槽(亦即給福特垃圾車(chē)上料)、貯槽進(jìn)料門(mén)啟閉、貯槽出料門(mén)啟閉等動(dòng)作均實(shí)行機(jī)械化或液壓傳動(dòng)。
設(shè)計(jì)輪廓有了，但在采用什么類(lèi)型的機(jī)械化來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾進(jìn)槽、垃圾壓縮、垃圾出槽的問(wèn)題上眾說(shuō)紛紜，提出不少方案，歸納起來(lái)，有以下類(lèi)型：
⑴卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引：完成垃圾壓縮、垃圾出槽以及貯槽門(mén)啟閉;
⑵履帶傳動(dòng)：完成垃圾壓縮和垃圾出槽;
⑶皮帶輸送：完成垃圾壓縮和垃圾出槽;
⑷齒輪—齒條機(jī)構(gòu)：完成垃圾壓縮和垃圾出槽;
⑸液壓傳動(dòng)：完成垃圾進(jìn)槽、垃圾壓縮和垃圾出槽和貯槽門(mén)的啟閉。
全面認(rèn)真分析了以上方案的利弊優(yōu)劣如下：
A.卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
問(wèn)題：從設(shè)備配置上看，推料板須用兩臺(tái)慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)從兩側(cè)同時(shí)牽引;另外貯槽進(jìn)料門(mén)、貯槽出料門(mén)還得各用一臺(tái)小卷?yè)P(yáng)機(jī)，這些設(shè)備占地面積大，購(gòu)置費(fèi)用也不低，且至少得兩人操作;
B.履帶傳動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備耐用
問(wèn)題：履帶鏈較長(zhǎng)，不可能很平穩(wěn)，即使傳送帶上加罩，垃圾泄漏在所難免。同時(shí)履帶傳動(dòng)噪音大，不適合在市區(qū)運(yùn)行。另外，為了滿足貯存10 m3垃圾的要求，履帶鏈必須做得很寬、很長(zhǎng)。這樣，履帶、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪及張緊裝置都得了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、制作，這樣的非標(biāo)制作，成本太高;
C.皮帶輸送
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低
問(wèn)題：皮帶承載能力有限，難以承受10 m3壓縮垃圾的載荷;
D.齒輪—-齒條機(jī)構(gòu)
優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
問(wèn)題：現(xiàn)場(chǎng)灰塵多，傳動(dòng)件易磨損。另外，齒輪、齒條安裝在未經(jīng)加工的鉚焊件上，調(diào)整難度大，容易產(chǎn)生較大的傳動(dòng)間隙，形成較大的沖擊和噪音;
E、液壓傳動(dòng)
優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以調(diào)壓、調(diào)速，有利于選用最佳的技術(shù)參數(shù);可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作聯(lián)鎖，有利于安全操作;可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化操作。
問(wèn)題：推料板液壓行程較大，安裝有一定難度;因廠房條件的限制，一些集運(yùn)站，只能安裝多級(jí)伸縮式雙作用油缸，油缸總行程達(dá)5米，制造難度大。
經(jīng)過(guò)以上方案比較，我們認(rèn)為A、B、C、D四種方案弊病較多，不宜采用，而液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)較多，雖有技術(shù)難點(diǎn)，但可以克服，因此是可以實(shí)施的。
三、方案的細(xì)化
1.運(yùn)作模式和基本參數(shù)
請(qǐng)參閱附圖一、附圖二、附圖四。垃圾集運(yùn)站內(nèi)設(shè)置一封閉貯槽(型鋼鉚焊件，有效容積不小于10 m3，槽寬1.5 m，貯槽出口底板相對(duì)于集運(yùn)地面高度不小于1 m)，零散垃圾運(yùn)到集運(yùn)站后，用提料斗機(jī)動(dòng)提升并倒入貯槽注料口。貯槽注料口每倒進(jìn)一定垃圾后，可操作電氣按鈕，令貯槽內(nèi)的推料板(參閱附圖三)在液壓缸的帶動(dòng)下對(duì)槽內(nèi)松散垃圾進(jìn)行壓縮(最大壓力2.45t)，壓縮的目的，一是充分利用貯槽有效空間;二是使垃圾形成斷層，以免垃圾推出槽時(shí)互相牽扯。經(jīng)過(guò)不斷注入垃圾和若干次壓縮，當(dāng)貯槽內(nèi)垃圾塞滿后，福特垃圾車(chē)開(kāi)到貯槽出料口前，貯槽出料口門(mén)打開(kāi)(液壓推動(dòng))，推料板以足夠的推力(最大可達(dá)12 t)，將貯槽內(nèi)經(jīng)過(guò)初步壓縮的垃圾，以每分鐘1.86 m的速度，徐徐推出，整個(gè)推出時(shí)間約為3min。如果垃圾運(yùn)輸車(chē)一時(shí)來(lái)不及扒進(jìn)貯槽推出的垃圾，可隨時(shí)點(diǎn)動(dòng)操作按鈕，
(方案一) 附圖一
(方案二) 附圖二
附圖三
附圖四
令推料液壓缸暫時(shí)停前進(jìn)。就是說(shuō)，通過(guò)點(diǎn)動(dòng)電磁方向閥按鈕，可以較方便地實(shí)行推料板斷續(xù)推動(dòng)，直到貯槽內(nèi)垃圾全部推出為止。
生活垃圾集運(yùn)站設(shè)備采用集中操作臺(tái)操制，為了防止操作人員誤操作，設(shè)備各相關(guān)動(dòng)作設(shè)置安全聯(lián)鎖裝置。
為了能在出現(xiàn)異常情況時(shí)(如停電、設(shè)備故障)，生活垃圾集運(yùn)站仍能實(shí)施生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)，我們?cè)诜桨钢袑?zhuān)門(mén)留下應(yīng)急手推車(chē)通道(通道大于1.5 m)。
為了使垃圾初步壓縮泄漏出來(lái)的臟水能及時(shí)排走，在槽底推料板初始位置有地漏，通市區(qū)下水道。
由于市內(nèi)各生活垃圾集運(yùn)站所處環(huán)境各不相同
，特別是部分生活垃圾集運(yùn)站土建施工已經(jīng)完成，土建結(jié)構(gòu)模式不盡相同，針對(duì)這一情況，我們?cè)趫?jiān)持統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基本模式的原則下，各生活垃圾集運(yùn)站設(shè)計(jì)方案在某些問(wèn)題上要因地制宜地予以考慮，以適應(yīng)各種不同的環(huán)境，各種不同的工況。
2.動(dòng)力
推料板進(jìn)退、卸料門(mén)啟閉、垃圾槽內(nèi)初步壓縮均采用液壓動(dòng)力。液壓系統(tǒng)傳動(dòng)原理見(jiàn)附圖五，液壓系統(tǒng)工作循環(huán)電磁閥動(dòng)作見(jiàn)附表一。
壓力油由二級(jí)葉片泵Y2B-A26C-JE提供。系統(tǒng)有三級(jí)壓力(20kg/cm2、40kg/cm2、100kg/cm2)，由三只溢流閥來(lái)調(diào)定。三只電磁三位四通閥分別控制卸料門(mén)啟閉、垃圾初步壓縮并推料板進(jìn)退以及提料斗的翻轉(zhuǎn)。負(fù)責(zé)垃圾初步壓縮的推料板進(jìn)退的動(dòng)力液壓油缸有兩種選擇。方案一(見(jiàn)附圖一)是采用油缸DG-J125C-E1L(行程5 m)，當(dāng)生活垃圾集運(yùn)站廠房縱深長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，即可采用此油缸，此油缸占地面積較大，但價(jià)格較便宜。方案二(見(jiàn)附圖二)是采用多級(jí)伸縮式雙作用套筒油缸，行程5 m 。此類(lèi)油缸長(zhǎng)度短，但價(jià)格較貴。此方案適用于廠房縱深長(zhǎng)度較短的生活垃圾集運(yùn)站。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 附圖五
3.電氣控制及安全聯(lián)鎖裝置
⑴卸料門(mén)：設(shè)抱閘、門(mén)的上、下限位裝置。
a.當(dāng)抱閘松開(kāi)后，卸料門(mén)可上、下開(kāi)關(guān)門(mén);
b.當(dāng)卸料門(mén)完全關(guān)閉后，由上限位裝置停止油缸的關(guān)門(mén)動(dòng)作。
⑵注料口蓋板：設(shè)關(guān)閉裝置。
a.當(dāng)推料板在初始位置時(shí)，才允許打開(kāi)蓋板;
b.當(dāng)推料板在工作過(guò)程中蓋板不能打開(kāi)。
⑶推料板：設(shè)初始位置和終止位置裝置。
a.當(dāng)注料口蓋板關(guān)閉，卸料門(mén)關(guān)閉后，推料板在主油缸的低壓力下進(jìn)行垃圾初壓縮、如油壓力達(dá)到規(guī)定值后，主油缸返回帶動(dòng)推料板返回初始位置;
b.當(dāng)注料蓋板關(guān)閉、卸料門(mén)開(kāi)后，推料板在主油缸的強(qiáng)力推動(dòng)下進(jìn)行垃圾出料，當(dāng)推料板推到終止位置后停止推進(jìn)，并返加初始位置。
4.推料板
推料板用八只輪子懸掛在貯槽內(nèi)槽鋼導(dǎo)軌上(其中四只輪子有突緣)，以防止推料板前后左右歪斜發(fā)卡。
為防止推料板后退時(shí)將殘留在槽底的垃圾刮到槽體后部，推料板設(shè)置專(zhuān)門(mén)裝置(見(jiàn)附圖三)，可使推料板后退時(shí)，能抬起刮刀片，就是說(shuō)，推料板后退時(shí)，它是不會(huì)刮到槽底板的。
5.注料口蓋板
尺寸約為1.5 m×0.9m，帶開(kāi)合鉸鏈蓋板，啟閉為液壓推動(dòng)。當(dāng)初步壓縮垃圾及推出垃圾時(shí)，蓋板必須蓋上。當(dāng)推料板返回后部的初始位置時(shí)蓋板方可打開(kāi)上料，注料口蓋板除了可防止因誤操作將垃圾倒入推料板后部外，還有另一個(gè)作用是：蓋板打開(kāi)并與槽面有一定傾斜角度，能防止注料時(shí)垃圾撒到槽面上。
四、成本預(yù)測(cè)
由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)圖未作，故只能進(jìn)行制作安裝成本的粗估。每座機(jī)械化集運(yùn)站的制作、安裝費(fèi)用主要包括以下幾項(xiàng)：
a.非標(biāo)件制作安裝 總重6t 單價(jià)8000元/t 合計(jì)4.8萬(wàn)元
b.外購(gòu)液壓件價(jià) 7萬(wàn)元
c..外購(gòu)電氣元件價(jià) 0.3萬(wàn)元
d.其它外購(gòu)件價(jià) 0.2萬(wàn)元
e.土建改造費(fèi)用 0.5萬(wàn)元
考慮到除以上費(fèi)用外，可能還要發(fā)生其它一些費(fèi)用，故每座機(jī)械化垃圾集運(yùn)站全部建設(shè)費(fèi)用(不包括原集運(yùn)站土建資產(chǎn))在12.8萬(wàn)元～13.6萬(wàn)元之間。
本設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，設(shè)備技術(shù)較先進(jìn)、性能較優(yōu)良，制作質(zhì)量也比較好，基本上滿足了業(yè)主當(dāng)初對(duì)設(shè)計(jì)提出的要求。
附表一、液壓系統(tǒng)工作循環(huán)電磁鐵動(dòng)作表
參考文獻(xiàn)：
[1] 《液壓傳動(dòng)》官忠范主編，北京機(jī)械工業(yè)出版社出版.
[2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版(修訂)聯(lián)合編寫(xiě)組編 化學(xué)工業(yè)出版社2004年出版發(fā).
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