城市生活垃圾壓縮打包機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

白云濤 佟百巖 李 楠

(吉林嘉德藍(lán)天環(huán)境技術(shù)有限公司，吉林 吉林 132000)

從20 世紀(jì)40 年代，國(guó)外就已經(jīng)出現(xiàn)了應(yīng)用于棉花、塑料、秸稈等物料壓縮和打包處理的裝置。近年來(lái)，在相關(guān)技術(shù)的支持下，壓縮效果、打包效率得到了進(jìn)一步地提升，但是在城市生活垃圾處理方面，壓縮打包裝置的研究與應(yīng)用相對(duì)較少。隨著城市生活垃圾的不斷增加，以及市民垃圾分類意識(shí)的日益提升，壓縮打包機(jī)的應(yīng)用前景更加廣闊。設(shè)計(jì)研發(fā)一種適合我國(guó)中小城市生活垃圾壓縮打包處理的裝置，對(duì)提高垃圾處理效率和實(shí)現(xiàn)資源回收利用均有積極意義。

1 垃圾壓縮打包機(jī)設(shè)計(jì)要求

經(jīng)過(guò)分揀之后的生活垃圾，從該裝置的進(jìn)料口倒入，在內(nèi)部完成壓實(shí)。初始?jí)嚎s比設(shè)置為3:1，可根據(jù)垃圾種類進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮比；完成壓縮后，得到比較規(guī)整的長(zhǎng)方體垃圾塊，自動(dòng)進(jìn)行打包。打包后垃圾塊的尺寸為600mm×600mm×450mm，參數(shù)同樣可手動(dòng)調(diào)整。設(shè)計(jì)處理能力為(2.5±0.2)t/h，壓縮后垃圾塊密度不低于360kg/m3。該裝置的主要結(jié)構(gòu)包括六部分，分別是進(jìn)料壓實(shí)裝置、壓縮裝置、收縮裝置、打包系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及機(jī)架。

2 垃圾壓縮打包機(jī)的工藝流程

該裝置的功能實(shí)現(xiàn)分三步：(1)垃圾預(yù)壓。在機(jī)架的上方設(shè)有一處進(jìn)料斗，呈倒錐形。進(jìn)料口下方有壓縮活塞，當(dāng)垃圾從進(jìn)料口倒入，在液壓缸的作用下，料斗內(nèi)側(cè)的活動(dòng)壁重復(fù)做橫向的壓縮運(yùn)動(dòng)，對(duì)這部分垃圾完成預(yù)壓。經(jīng)過(guò)預(yù)壓處理，垃圾的體積可以減小到1/2，為下一步的二次壓縮和打包處理提供了便利條件。(2)垃圾復(fù)壓。經(jīng)過(guò)初壓步驟后，垃圾基本成型，然后掉落到下放的壓縮區(qū)。壓縮活塞推動(dòng)導(dǎo)軌上的金屬板做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌能夠減小摩擦，從而提供更大的沖擊力，進(jìn)一步提升了垃圾壓縮效果。完成復(fù)壓后，垃圾體積縮小至原來(lái)的1/3 左右。(3)推線與捆線。經(jīng)過(guò)壓縮且密度達(dá)標(biāo)后的垃圾塊，在壓縮活塞的推動(dòng)下，來(lái)到收縮口。在推線機(jī)構(gòu)的幫助下，鋼絲分別從上、下板，左、右板上引出，為下一步的捆線做好準(zhǔn)備。之后在捆線機(jī)構(gòu)的幫助下，完成對(duì)垃圾塊的捆扎、打包，并利用剪線組件自動(dòng)將鋼絲剪斷。詳細(xì)流程如圖1 所示。

圖1 垃圾壓縮打包機(jī)的運(yùn)作流程

3 垃圾壓縮打包機(jī)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 加料口設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)主要分為上、下兩部分，上部是一塊平板狀的防護(hù)罩，垃圾加滿之后防護(hù)罩自動(dòng)閉合，一來(lái)是防止壓縮過(guò)程中垃圾受力向上擠出，二來(lái)是保證預(yù)壓效果。下部是存儲(chǔ)垃圾的料斗。加料口為“上大下小”型式，下部出料口與壓縮腔相連，因此需要保證兩者的尺寸一致，設(shè)計(jì)為800mm×600mm。材料方面，使用6mm 厚的高強(qiáng)度鋼板，有助于提高垃圾預(yù)壓效果。同時(shí)，鋼板內(nèi)表面必須做特殊的防腐處理，例如酸洗磷化處理，防止被垃圾液腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。在距離上部開(kāi)口約20cm 處，安裝料位檢測(cè)裝置，根據(jù)料斗內(nèi)垃圾余量的多少，自動(dòng)控制垃圾進(jìn)給速度。

3.2 壓縮活塞設(shè)計(jì)

作為垃圾壓縮的主要裝置，壓縮活塞通過(guò)推動(dòng)滑軌帶動(dòng)壓縮腔內(nèi)的壓縮快，實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的壓縮。壓縮活塞的行程可通過(guò)人工手動(dòng)修改，保證走完一個(gè)行程，垃圾剛好達(dá)到設(shè)計(jì)的壓縮密度；之后壓縮活塞回程、復(fù)位，此時(shí)經(jīng)過(guò)壓縮處理的垃圾進(jìn)入到打包位置。進(jìn)一步分析壓縮活塞的結(jié)構(gòu)，核心構(gòu)件是壓縮快，材質(zhì)方面同樣采用經(jīng)過(guò)防腐工藝處理后的高強(qiáng)度鋼板；此外還有液壓缸，是提供壓縮動(dòng)力的主要構(gòu)件，以及承載上下板和側(cè)板的內(nèi)部支架。在設(shè)計(jì)壓縮活塞時(shí)，除了要考慮結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)件材質(zhì)外，壓縮塊的數(shù)量、布置方式等，也是設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重點(diǎn)內(nèi)容。

3.3 機(jī)架設(shè)計(jì)

機(jī)架的功能比較簡(jiǎn)單，發(fā)揮著支撐整套裝置以及裝置內(nèi)部特定結(jié)構(gòu)的作用。從具體組成上來(lái)看，又包含了底座、底板、側(cè)板、上蓋板等部分，各部分的作用如下：(1)底座。采用4 條22#槽鋼，布置成4500mm×700×20mm 的長(zhǎng)方形底座，槽鋼相接處采用螺栓連接方式加以固定，方便后期拆卸。(2)底板。采用6mm 厚高強(qiáng)度鋼板，平鋪在搭設(shè)好的底座上，在四周鉆孔，將螺栓插入鉆孔，使底板與底座槽鋼連接、固定。(3)側(cè)板。由于側(cè)板受力較為集中，為提高承載力，除了選用高強(qiáng)鋼板外，還要在側(cè)板的外側(cè)焊接加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋沿側(cè)板的對(duì)角線布置，在合適位置選擇點(diǎn)焊固定。(4)上蓋板的尺寸為2400mm×700mm×20mm。參照底板樣式，在前半部分的內(nèi)壁上銑出2 條深5mm、寬80mm、長(zhǎng)2000mm 的細(xì)長(zhǎng)槽，分別布置在內(nèi)壁的兩側(cè)，這樣就可以使側(cè)板的上端卡入槽中。

3.4 收縮口設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)有兩個(gè)功能，其一是將經(jīng)過(guò)活塞壓縮后的垃圾塊，再進(jìn)行一遍壓縮，提高其密度；其二是調(diào)整垃圾塊的形狀，使其更加規(guī)則，為下一步的捆綁創(chuàng)造便利條件。從具體組成上看，主要構(gòu)件有收縮板、液壓缸、上壓板、龍門(mén)架4 部分，如圖1 所示。其中，收縮板、上壓板是進(jìn)一步壓縮垃圾塊的主要受力構(gòu)件；龍門(mén)架不僅起到了支撐作用，而且為液壓缸的推動(dòng)提供了必要支持，將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、連續(xù)的壓縮作業(yè)。結(jié)構(gòu)組成如圖2 所示。

圖2 收縮口結(jié)構(gòu)組成

3.5 推線與捆線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

推線部分設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)流程為：初始狀態(tài)，推線機(jī)構(gòu)位于裝置的左側(cè)，推線桿、推線頭等構(gòu)件固定在金屬邊框上。啟動(dòng)后，液壓缸開(kāi)始收縮，帶動(dòng)導(dǎo)桿上的滑塊從左往右做定向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，推線頭緊貼著垃圾塊從一側(cè)至另一側(cè)，推線到位。為了防止推線桿移動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)摩擦力過(guò)大影響推線效果，或者是推線桿移動(dòng)導(dǎo)致捆線不合理等情況，在設(shè)計(jì)時(shí)增加了兩個(gè)圓頭平鍵，如圖3 所示。

圖3 推線桿的固定方式

捆線部分設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)流程為：電機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)鏈輪組、鏈條做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)液壓缸啟動(dòng)，帶動(dòng)捆線軸、捆線頭完成對(duì)垃圾塊的捆綁。捆綁結(jié)束后，利用剪線組件將線頭剪斷，完成打包。

3.6 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

垃圾壓縮打包裝置中使用到多臺(tái)液壓機(jī)，根據(jù)功能的不同，在型號(hào)與最大負(fù)載等方面存在明顯差異，如表1 所示。

表1 垃圾打包機(jī)各部分液壓缸的最大負(fù)載

除了液壓缸外，整個(gè)液壓系統(tǒng)中還包含了復(fù)雜的液壓管路、液壓泵組、控制閥組等。這些構(gòu)件在PLC 的控制下，相互協(xié)調(diào)，共同完成對(duì)垃圾的壓縮打包。除了考慮硬件組成外，設(shè)計(jì)時(shí)還要關(guān)注以下幾項(xiàng)參數(shù)：其一是調(diào)速方式。選擇定量泵節(jié)流調(diào)速，在滿足壓縮打包處理效率的基礎(chǔ)上，還能兼顧速度穩(wěn)定性；其二是調(diào)壓方式。液壓泵組選擇雙泵供油回路，相應(yīng)的選擇溢流閥和定壓閥，實(shí)行雙閥調(diào)壓。其中，溢流閥安裝在液壓泵出口位置，而定壓閥則安裝在進(jìn)/回油開(kāi)口處；其三是換向回路。利用三位四通電池?fù)Q向閥，輔助完成換向，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓縮、打包。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的基于PLC 控制的垃圾壓縮打包機(jī)，主要包括加料機(jī)構(gòu)、收縮機(jī)構(gòu)、推線和捆線機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)等。具有操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高、壓縮打包一體化等特點(diǎn)，為城市生活垃圾的回收處理提供了支持。