垃圾壓縮設(shè)備中密封結(jié)構(gòu)與壓縮機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

林如陽(yáng)

摘 要：現(xiàn)有移動(dòng)式垃圾壓縮設(shè)備的后門密封結(jié)構(gòu)壽命不長(zhǎng)，壓縮機(jī)構(gòu)摩擦阻力大、廂體磨損快，容易造成滴灑漏的情況。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)密封結(jié)構(gòu)和壓縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，并通過(guò)受力分析對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：壓縮垃圾箱；壓縮機(jī)構(gòu)；密封結(jié)構(gòu)；鎖緊機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TU993 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在城市生活的人口數(shù)量激增，城市生活垃圾的運(yùn)輸要求有更高的效率。本文所論述的自壓縮垃圾箱主要由翻轉(zhuǎn)裝置、壓縮裝置、壓縮腔、垃圾腔、后門鎖緊裝置、控制系統(tǒng)等部分組成。垃圾由廂體前部的裝填機(jī)構(gòu)裝入并壓縮，壓縮頭位于壓縮腔前部，將垃圾不斷往后推擠，垃圾在廂體后部的垃圾腔內(nèi)存儲(chǔ)。待垃圾充滿車廂，再統(tǒng)一運(yùn)到垃圾處理廠。倒出垃圾時(shí)，車廂抬起，后門打開(kāi)，把車廂內(nèi)垃圾全部卸出。

這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于將壓縮設(shè)備和裝料設(shè)備集成在一起，設(shè)備使用車廂可卸式垃圾車裝卸，只要有空地和電源接入，即可工作。

1.原結(jié)構(gòu)存在的缺點(diǎn)

1.1 后門密封結(jié)構(gòu)

（1）存在問(wèn)題：依據(jù)小批量銷售之后，客戶實(shí)際使用的反饋，超過(guò)3個(gè)月后門就開(kāi)始出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，使用不足一年其膠條就會(huì)破損失效，大大增加了售后服務(wù)成本、同時(shí)滴灑漏是環(huán)衛(wèi)部門亟須解決的問(wèn)題，改進(jìn)勢(shì)在必行。同時(shí)在壓縮工作時(shí)后門被撐開(kāi)縫隙，污水從縫隙漏出。

（2）問(wèn)題分析

通過(guò)分析，結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，該結(jié)構(gòu)有如下不足：

①后門和密封膠條結(jié)合面有相對(duì)滑動(dòng)。且在后門壓緊膠條的同時(shí)，滑動(dòng)的摩擦力也隨之增大，容易拉扯膠條并損傷表面，大大減少膠條的壽命、降低密封性。

②后門自重220kg，依靠后門的鎖緊機(jī)構(gòu)中鎖鉤支撐，當(dāng)系統(tǒng)中的液壓鎖失效或者油缸內(nèi)泄時(shí)，后門自重會(huì)將鎖緊機(jī)構(gòu)頂開(kāi)，從而導(dǎo)致后門打開(kāi)，造成垃圾大量泄漏，若在運(yùn)輸路上出現(xiàn)則影響更嚴(yán)重。

③壓縮垃圾產(chǎn)生的作用力頂住后門，因4個(gè)鎖耳的斜槽不可調(diào)整，當(dāng)膠條老化磨損后，后門將被頂開(kāi)一定間隙，漏水會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。

1.2 壓縮機(jī)構(gòu)

（1）存在問(wèn)題：在實(shí)際使用3年后，批量出現(xiàn)壓縮腔底部局部磨穿漏水，側(cè)板磨損變形凸出。

（2）問(wèn)題分析：

W型壓縮頭在壓縮腔內(nèi)前后運(yùn)動(dòng)。

壓縮頭由兩根交叉油缸推動(dòng)，缸徑110mm，系統(tǒng)壓力20MPa，油缸初始位置與水平夾角16°，最大行程位置夾角52°。

則理論計(jì)算壓縮機(jī)構(gòu)最大推力：

F=2×Fn1=π×r2×P×sin52°=300kN

通過(guò)上述分析，結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，該結(jié)構(gòu)有如下不足：

（1）壓縮頭底部直接和壓縮腔底板摩擦，摩擦阻力大，底板易磨損。

（2）壓縮時(shí)因壓縮頭左右阻力會(huì)有差異，壓縮頭在壓縮行程的初始和末端位置會(huì)蛇形前行和后退，壓縮頭兩側(cè)板前后端會(huì)摩擦擠壓壓縮腔側(cè)板。因壓縮力很大，容易造成壓縮腔側(cè)板變形。

（3）壓縮頭與壓縮腔兩側(cè)存在間隙，壓縮頭頂部與導(dǎo)軌存在間隙，壓縮頭存在左右竄動(dòng)和上下跳動(dòng)。小顆粒的硬物如沙子等會(huì)被夾在底部和兩側(cè)的間隙內(nèi)，加快鋼板磨損。

2.改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 后門密封結(jié)構(gòu)

（1）改進(jìn)措施：針對(duì)以上問(wèn)題對(duì)后門密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。主要是避免后門和密封膠條結(jié)合面的滑動(dòng)來(lái)提高壽命；改進(jìn)可調(diào)整的壓緊行程以補(bǔ)償膠條老化磨損后的間隙變化。

①將后門上方長(zhǎng)槽取消，改為固定的轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸，這樣后門只能繞支點(diǎn)做圓弧運(yùn)動(dòng)，對(duì)膠條只有垂直方向的作用力，消除了結(jié)合面的滑動(dòng)。同時(shí)，頂部銷軸可以通過(guò)螺母調(diào)整間隙，后部則有頂緊機(jī)構(gòu)限制竄動(dòng)。

②在鎖鉤結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，取消了4個(gè)導(dǎo)向鎖耳，下部的鎖鉤鎖緊方向改成從上往下，鎖緊時(shí)，鎖鉤對(duì)后門產(chǎn)生向下作用力和向內(nèi)正壓力，向下作用力和后門自重由頂部銷軸承擔(dān)，后門不產(chǎn)生上下位移。

當(dāng)油缸縮回時(shí)，鎖鉤右側(cè)導(dǎo)向斜面可以適應(yīng)密封膠條老化后的不同寬度，從而確保油缸鎖緊。同時(shí)，油缸活塞桿的桿頭是通過(guò)螺栓連接，可以調(diào)整油缸安裝距使后門銷軸C處于鎖鉤右側(cè)導(dǎo)向斜面的不同位置，從而適應(yīng)更寬的間隙。

通過(guò)后門頂部銷軸和下部鎖鉤的自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)整，在密封膠條整個(gè)壽命周期內(nèi)，都可以確保密封性能。

（2）設(shè)計(jì)驗(yàn)證

①后門機(jī)構(gòu)鎖緊時(shí)，受力情況如圖1、圖2所示。

油缸沒(méi)有更換，拉力F1=30kN，則計(jì)算后門壓緊的正壓力：F4′=F3×cos12°×277÷166×sin16°=13.5kN

經(jīng)過(guò)樣機(jī)驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)可以壓緊密封膠條，保證密封性能。

②當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，壓縮垃圾產(chǎn)生300kN作用力在后門，后門頂部依靠螺栓和螺母的螺紋承受拉力；底部依靠鎖鉤機(jī)械機(jī)構(gòu)拉緊。

后門鎖鉤承受向后推力插銷承擔(dān)。但受到向上分力會(huì)推動(dòng)鎖鉤轉(zhuǎn)動(dòng)，最后作用在油缸上，估算

F5=300÷4×tan17°=23kN

為了防止油缸內(nèi)泄和液壓鎖失效造成后門打開(kāi)，在鎖鉤上增加手動(dòng)插銷阻止鎖鉤轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)算手動(dòng)插銷D點(diǎn)受到的力為：F6=F5×160÷25=140kN

C′和D點(diǎn)銷軸材料使用Q345材質(zhì)直徑40圓鋼，根據(jù)σ=N/A<[σ]

得出最大許用應(yīng)力

N=335×π×202=421kN>F6>F5

可以滿足使用需求。

（3）后門頂部銷軸承受向下自重和F4″作用，向后受到壓縮垃圾推力作用。銷軸采用Q345材質(zhì)鍛造，末端使用兩個(gè)M48螺母鎖緊。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)可知：8.8級(jí)M48螺紋的保證應(yīng)力Sp=600N/mm2，應(yīng)力截面積As=1470mm2，則保證載荷882kN。左右各一組螺栓，可承受載荷1764kN。按最小截面積計(jì)算，單根銷軸最大許用應(yīng)力

N=335×π×（42.58÷2）2=477kN。

可以滿足使用需求。

改進(jìn)后的設(shè)備經(jīng)過(guò)市場(chǎng)大批量的使用驗(yàn)證，膠條的有效使用壽命可以達(dá)到兩年以上，期間可以杜絕后門滴灑漏問(wèn)題。

2.2 壓縮機(jī)構(gòu)

（1）改進(jìn)措施

為了避免原有結(jié)構(gòu)的缺陷，加裝導(dǎo)軌和滑塊。壓縮腔兩側(cè)焊接導(dǎo)軌，壓縮頭兩側(cè)切口安裝C型尼龍滑塊。改進(jìn)后摩擦副只有導(dǎo)軌和壓縮頭尼龍滑塊接觸?；瑝K和導(dǎo)軌可以限制壓縮頭左右竄動(dòng)和上下跳動(dòng)，同時(shí)壓縮頭底部和壓縮腔底板之間、兩側(cè)面之間都留有一定間隙，杜絕小顆粒硬物磨損，阻力和磨損顯著減小。另外將壓縮腔底板和側(cè)板材質(zhì)更換為更耐磨的鋼材。

（2）驗(yàn)證設(shè)計(jì)

原有機(jī)構(gòu)做壓力試驗(yàn)，壓縮頭空載推出時(shí)的壓力在3.5MPa左右（油溫30°，當(dāng)油溫達(dá)到45°以上時(shí)，空載壓力穩(wěn)定在2.8MPa～3MPa之間），即17.5%左右的功率是消耗在克服摩擦力和管路損失等，實(shí)際作用在壓縮垃圾的最大推力只有不到250kN。

改進(jìn)過(guò)的設(shè)備經(jīng)試驗(yàn)，壓縮頭空載推出時(shí)的壓力由原來(lái)3.5MPa減少到2MPa以下；系統(tǒng)功率更多的用于壓縮垃圾，垃圾的壓實(shí)密度將得到提升。

改進(jìn)后的設(shè)備經(jīng)過(guò)市場(chǎng)大批量的使用驗(yàn)證，12立方的設(shè)備在改進(jìn)后平均可以多裝載0.5t左右，壓縮比穩(wěn)定在0.75t/m3以上，壓縮頭尼龍滑塊的壽命在兩年左右。壓縮機(jī)構(gòu)整體壽命預(yù)計(jì)可達(dá)到免維護(hù)6年以上。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)現(xiàn)有自壓縮垃圾箱的后門密封結(jié)構(gòu)和壓縮機(jī)構(gòu)的分析，針對(duì)性提出改進(jìn)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改進(jìn)，從功能原理上大幅改善后門密封性能，提高密封膠條和壓縮機(jī)構(gòu)壽命，減少阻力，提高壓縮比。同時(shí)通過(guò)了大批量的市場(chǎng)使用驗(yàn)證。

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