毕业设计（论文）-垂直式垃圾压缩装置总体设计

垂直式垃圾压缩装置的设计摘要随着城市生活垃圾数量的不断增加，实行生活垃圾压缩转运势在必行。垂直式垃圾压缩装置是垃圾中转站的关键、核心设备之一，其主要功能是利用液压系统的驱动将收集到中转站的垃圾压缩成块，实现垃圾减容，能增大转运量，提高转运效率。本文以垂直式垃圾压缩装置为研究对象，对其进行了结构设计和液压系统设计。论文的主要工作如下：1．综合分析比较各类垃圾中转站的优缺点，确定了本课题的研究对象的工作环境——垂直式压缩垃圾中转站；2.对垂直式垃圾压缩装置的整机结构及垃圾箱总成、机架、压力装置及其液压系统的液压缸进行设计和计算；3.根据垃圾压缩装置的实际工作要求,对各机构和整机的液压系统原理进行了设计,选择与计算了部分元件的关键参数,使液压系统工作可靠、操作简便。关键词：垃圾压缩装置，液压系统，液压缸

VERTICALOFPRESSURE-TYPEGARBAGECOMPACTORSABSTRACTWiththeincreasingnumberofmunicipalsolidwaste,theimplementationofdomesticrefusecompressiontransferisamust.Pre-presstypegarbagecompactorsareverticallycompressedrubbishtransferstationkey,oneofthecorefacilities,itsmainfeatureistheuseofhydraulicsystemdrivenrubbishcompressedintoblocksthatarecollectedintoatransitpoint,achievingthewastevolumereduction,canincreasetransitcapacity,improvingtransitefficiency.Basedontheverticalpre-loadingtypegarbagecompressorastheresearchobject,onthestructuredesignandhydraulicsystemdesign.Paper'smainworkisasfollows:Firstly,thecomprehensiveanalysisandcomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesofallkindsofwastetransferstation,determinetheresearchobjectofthistopicworkenvironment-pitverticalcompressionpre-loadingtypetransferringwastetransferstation;Secondly,forverticalpre-loadingtyperubbishcompressormachinestructureandtheassembly,frame,pressuredeviceandthehydraulicsystemofhydrauliccylinderdesignandcalculation;Thirdly,accordingtotheactualworkrequirementsofgarbagecompressor,theinstitutionsandthemachinehydraulicsystemprincipleofdesign,selectionandcalculationofsomecomponentsofthekeyparameters,makethehydraulicsystemreliableoperation,easyoperation.KEYWORDS：therefusecompactor,thehydraulicsystem,thehydrauliccylinder第一章绪论1.1垃圾压缩装置的简介垃圾压缩装置是实现垃圾压缩减容的主要设备之一，亦是垃圾转运站的主要处理设备。垃圾压缩装置是垃圾中转站的主要设备，是一种由液压系统控制的将收集来的垃圾进行压缩，以减少垃圾体积的机械。小型垃圾压缩装置处理垃圾的效率低。中、大型的垃圾压缩装置的压缩容量虽然大，但是需要建专门的大型卸料平台，占地面积较大，土建造价也很高。垃圾压缩装置分为以下三种。1．1．1垂直式垃圾压缩装置垂直式垃圾压缩装置的压缩力巨大，压缩彻底，压缩比率高，主要用于日处理要求很高的大中型垃圾转运站。垃圾在密封压缩腔内被压成块状，然后一次性或分三次推入垃圾集装箱。结构可靠，因摩擦而易损的配件易于调整及更换。液压/电气系统可进行自动或手动控制，操作简易且易于维修。垃圾压缩时不需转运车集装箱配合，更有效地提高转运效率。可进行重量及容积的准确控制，控制转运车辆装载量。压缩比大，压缩效率高，处理垃圾能力非常强。适合于大中型垃圾转运站配套使用。1．1．2压装式垃圾压缩装置压装式垃圾压缩装置的压缩能力适中，主要用于日处理要求较高的中型垃圾转运站。垃圾被压缩装置直接推入垃圾集装箱中压缩，待垃圾箱中垃圾重量达到预设值，压缩周期结束。结构可靠，因摩擦而易损的配件易于调整及更换。液压/电气系统可进行自动或手动控制，操作简易且易于维修。压缩比大，压缩效率高，处理垃圾能力非常强。适合于大中型垃圾转运站配套使用。1．1．3小型垃圾压缩装置小型垃圾压缩装置主要用于日处理要求较低的小型垃圾转运站。\o"查看图片"由垃圾压缩装置、垃圾集装箱组成，与专用勾臂车配套使用。工作运行平稳，压缩比率大，转运效率高。全密封设计，清洁卫生。采用先进的液压和电气控制技术，自动上料、自动提门、自动锁箱、自动压缩，全自动化操作。设有垃圾渗滤液收排装置，防止二次污染。另外一种适合社区的使用的设备体形轻巧，操作简便，安装灵活。可另选压缩装置移位系统，使换箱高速准确，提高系统运作效率。适用于住宅区、商业区，亦可安装在清洁船上处理水面漂浮物。上图中是现有针对小区、医院、大院等较集中人口生活垃圾暂时存储的设备，其工作原理是内螺旋压缩。中图中设备适合社区小型垃圾转运站1．2课题研究背景及意义1．2．1课题研究背景城市生活垃圾，是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。我国城市生活垃圾主要由厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃陶瓷碎片、砖瓦渣土、粪便，以及废家具、废旧电器、庭园废物组成，受居民生活水平、区域划分、气候反季节变化等多重因素的影响。据统计，我国城市人均年产生活垃圾440kg(已高于一些欧洲国家的人均垃圾产生，全国生活垃圾年产量己达2亿t，占世界垃圾总产生量的26．5％，且以8～9％的率增长，垃圾累计堆存量达65亿t，侵占土地约5亿m2，垃圾围城成为一个普遍的象13,41。简单堆放的垃圾不仅影响城市景观，同时滋生病菌，污染土壤、水体、大气，害人民健康15J，成为中国城市面临的棘手的环境问题。现阶段我国城市生活垃圾的处理方式主要有：卫生填埋(Landfill)、堆肥（Composting)和焚烧(Incineration)。其中卫生填埋法占到全部垃圾处理的70％以上，堆肥占5％，部分大城市采用焚烧法161。资料统计截止至2005年底，全国661个设市城共建有各类生活垃圾场479座，日处理能力25．7万t，集中处理量8108万t，处理率51．97％。其中：生活垃圾填埋场365座，日处理能力21．3万t，处理量为6924万t；生活垃圾堆肥厂46座，日处理能力1．18万t，处理量为345万t；生活垃圾焚烧厂66座，日处理能力3．22万t，处理量780万t。随着人民生活水平的提高，我国城市垃圾的各组分的比重也在发生变化，以北京市为例(见表1．1)，比较1989年和2000年各垃圾组分占垃圾总量的比重的变化可以看出：灰土、砖瓦等比重高，不易压缩的成分呈明显的下降趋势，而塑料、废纸、织物、食品、木竹等比重偏低，压缩系数较高的成分所占比例明显升高。这样就容易造成亏载，导致垃圾转运效率低下。我国几个大城市的垃圾处理场大都位于远离市区50km以上的郊区阴，一般的垃圾收运车吨位较小，不易远途运输，加上高额的油价，造成运输费用的大幅上，同时城市交通道路的限制导致垃圾车的数目不可能急增。为解决这一矛盾，响应建设部《城市垃圾转运站设计规范》第2．2．5条规定：垃圾运输距离超过20km时，应设置大、中型垃圾中转站，垃圾中转站正式应运而生，研究压缩式垃圾中转站成为一个必然的方向。表1．1北京市1989年和2000年生活垃圾组成(％)垃圾中转站的主要功能是对垃圾进行中转运输。在中转站将小吨位车辆倒换为大型集装箱运输车，并增加垃圾的装载密度，从而提高运输效率，减少交通堵塞，降低环境污染。另外，在有条件的地区，还可以对垃圾进行分拣和筛分等预处理。2000年6月建设部、国家环境保护总局、科学技术部联合发文要求：“积极开展垃圾分类收集，垃圾收集和运输应密闭化，防止暴露、散落和滴漏，鼓励采用压缩式垃圾收集处理和运输方式，尽快淘汰敞开式收集和运输方式”。生活垃圾压缩装置作为时代亟需的一个产物而生。它作为压缩式垃圾中转站的一个核心装置，固定安装在垃圾中转站内，其工艺流程如图1．1所示：待收集到中转站的垃圾倒入该机构的受圾箱后，经过数次“倾倒一压缩一再倾倒”的过程，将松散的垃圾压缩成高密度的块状，滤去水分后，用推铲机构将之推入封闭的垃圾运输车车厢内，然后由其转运至垃圾处理厂(场)进行处理。这样既高了单车垃圾装载量，降低了运输成本，又避免了垃圾远途运输过程中的二次污染，具有重要现实意义。图1．1垂直式压缩垃圾中转站工艺流程示意框图1．2．2课题研究意义本课题的研究意义如下：1．掌握一批先进的设计理论、设计与试验方法，为垂直式垃圾压缩的方案设计、参数选择、仿真分析等提供科学的依据；2．提出具有一定实用价值的相关结论，推动我国高性能、高质量的垂直式垃圾压缩装置的发展；3．产生良好的社会效益和经济效益，为我国的环保事业做出一定贡献。1．3课题研究现状及存在问题1．3．1研究现状国外在垃圾中转站设备研制开展较早，已经开发出各种形式的压缩式垃圾转站垃圾压缩装置，技术成熟。早在1986年日本三菱重工株式会社帮助新加坡建造世界上第1座日处理1500t的垃圾中转站，其后，欧洲和亚洲相继建成多座大型垃圾转运儿。目前国内市场上主要存在的垃圾中转站是有三种：翻斗地平式中转站、高位倒料式中转站和吊装式垃圾站，都存在一定问题：翻斗地平式中转站采用翻料装置，倾倒垃圾过程中易出现二次污染，并且由于无高度落差，倒料时会存在残留垃圾：高位倒料式中转站，建有2层平台来倾倒垃圾，提高高度的同时还需为垃圾收运车修建引道，导致建筑费用增加；吊装式垃圾站直接采用吊装，未对垃圾进行压缩，导致垃圾运转效率低下，同时运费提升。因此，研发一种工作可靠性高、性能优良的压缩式城市生活垃圾中转站，成为必要。国内也有部分城市在积极探索垃圾中转站压缩装置的研发，多以引进外国的设备，自己加以模仿改造而成，有的已取得了较好的使用效果。但是引进外国设备价格较高，加上国内外的垃圾特性差异较大，不完全适合国内的需求，为此研发适合我国国情的垃圾中转站及其压缩装置将带来较高的社会效益和丰厚的经济效益。同时大力推广垃圾压缩是今后环卫处理的一种发展趋势，也是环卫机械行业开发新产品的一个热点。1．3．2存在问题现有的垃圾压缩装置一般都采用单油缸的压缩装置，压缩仓、贮存仓和推出仓三箱一体的受圾装置，如专利号为0320976．9(公告号为N2633817Y)的中国实用新型专利《垃圾压缩装置》，其受圾装置包括垂直式前门、中门及推铲机构，采用二块垃圾整体式提升方式装箱。该类设计存在问题在于垂直式前门容易顶住垃圾中转站的门道，且装车过程中垃圾容易散落造成二次污染；中门在箱体两侧中缝内移动，垃圾块推铲移动过程中容易造成垃圾散入中缝内：推板上没有防圾板，压缩过程中垃圾容易掉入推出仓内；中、前门油缸管道裸露在受圾箱体的外面，增加了油管的易侵蚀性；箱体的后端封闭，不利于推出仓的维修及清理工作；此外保险性能偏弱，设备运行的可靠性无法得到保障。国内一些设备制造公司已开发了一些垃圾压缩装置，并应用于各垃圾中转站，实现了垃圾中转站的压缩功能。通过调研和实地考察发现目前国内垃圾中转站垃圾压缩装置主要存在如下一些缺点：1．垃圾压缩装置设备功能相对简单，并且体积庞大，整机结构的安全系数偏低；2．作业时工作面未封闭，手工操作与自动控制相混合，容易造成操作人员的失误引发安全事故，隐患较多；3．垃圾中转站的地坑基建成本费用偏高，要求复杂；4．垃圾压缩装置设备运行时产生的噪声较大，且操作人员需近距离接触垃圾，工作环境差；5．地面以下的装置较多，维修难度大，垃圾液产生的酸、碱、潮湿环境对设备的金属外壳侵蚀严重。1．4本文的主要研究内容本文以工程实际应用为背景，以垂直式垃圾压缩装置为研究对象，对垂直式垃圾压缩装置各个部件进行结构设计、三维实体建模及虚拟装配，然后对其液压传动系统进行了设计。本论文主要内容为以下几个部分：1．结构设计部分：为论文的第二章，对垂直式垃圾压缩装置的整机结构及垃圾箱总成、机架、压力装置及其液压系统的液压缸进行设计和计算；2．液压系统设计部分：为本论文的第三章，对垂直式垃圾压缩装置的各机构和整机的液压系统原理进行了设计,选择和计算了部分元件参数,并分析了该液压系统的特点。3.全文总结与展望：为本文的最后一章。1.5本章小结本章简要介绍了本篇论文的研究背景、意义以及目前国内外关于垃圾压缩装置的研究现状及存在的问题，本章还简要的分析了几种类型的垃圾压缩装置的对比和本篇论文的主要研究内容。第二章垂直式垃圾压缩装置的结构设计2．1垃圾压缩装置形式的确定2．1．1城市生活垃圾压缩装置的基本类型随着城市生活垃圾数量的不断增加，实行生活垃圾压缩转运势在必行。生活垃圾中转站作为连接垃圾产生源头和末端处置系统的结合点，其作用越来越明显，建立区域性的、相应规模的生活垃圾中转站己经迫在眉睫。国内外生活垃圾压缩装置形式多种多样，根据垃圾中转站内垃圾处理设备的工作原理及处理效果(减容压实程度)不同，主要分为以下几种形式：1．直接转运式垃圾中转站上个世纪八、九十年代我国建造的垃圾压缩装置大多属于这种形式。垃圾收集后由人力收集车、小型收运车运至中转站，然后直接倾倒进车厢容积大约为6080m3的半拖挂式大型垃圾运输车集装箱，最后由牵引车拖带进行运输，运输途中，为防止垃圾飞扬，敞篷用篷布覆盖。此形式的垃圾压缩装置工艺流程简单，几乎没有专用的中转垃圾处理设备，投资费用低，但是，中转时未对垃圾进行减容、压缩处理，致使站内垃圾运输车的车厢(集装箱)体积很大，无法承担大运量的运输工作，且中转过程中为非封闭化作业，运输途中易发生撤落，造成二次污染。2．垂直式垃圾压缩装置预压缩式垃圾压缩装置的工作原理是待垃圾运至中转站后，将垃圾卸入固定在中转站内的垃圾受圾箱体内，通过垃圾压缩装置进行压缩(减容并压实)成形(块)，然后利用推铲机构一次性将垃圾块推入对接的封闭垃圾运输车的箱体内，由运输车运抵垃圾处理场。预压缩式垃圾压缩装置的特点如下：垃圾在固定箱体内压缩成块，压缩比例可达3：l，实现了压实减容；箱体密封，可收集垃圾挤出液，防止二次污染；重量和压力检测精确，垃圾压缩过程不须集装箱半挂车配合，工作效率高；但是设备结构复杂、造价高，运营费高。3．直接压缩式大型垃圾压缩装置直接压缩式大型垃圾转运站的工作原理为：垃圾收集后运至此中转站，经料斗直接卸入由40英尺的标准集装箱改装而成的半挂运输车箱体内，由固定的水平压压缩装置进行反复多次的压装，满载后由运输车运输。配套的车辆可选用车厢一体式，亦可采用车厢可分离式的拉臂车。其特点如下：设备体积较小，相应的土建设施规模较小，投资也相对较少；压装过程完全自动控制，全封闭作业，无二次污染；但是，带压缩装置的集装箱结构复杂，造价较高，与预压缩式中转站相比，车辆等候时间较长。经过分析比较以上几种形式的垃圾中转站的优缺点，初步选定垂直式垃圾中转站作为研究对象。2．1．2垃圾压缩装置整体方案的确定垃圾压缩装置按压缩装置的压缩方式可以分为：垂直压缩式、水平压缩式。垂直压缩式压缩效率较高便于处理垃圾。但其大多需要专用的运载车辆，成本较高；按垃圾受圾箱的位置分：地平式、地坑式。地平式需要专门的倒料装置和相应的土建设施，而地坑式其投料口和地面相平不需专门的倒料装置，且不影响市容；按垃圾箱和压缩装置分：一机多箱式、一机一箱式。一机多箱式适合垃圾装运量大的大中城市。还有全封闭旋转式垃圾压缩储存机等。从技术、经济、社会环境效益等方面综合考虑，结合课题组的实际情况，最终确定本论文的研究对象的工作环境为压缩方式为垂直压缩式、受圾箱位置采用地坑式、提升方式为整体提升的地坑式垂直压缩垃圾压缩装置，其主要性能指标如下：1．垃圾日处理能力：100t(按每天工作7小时以上，每年工作300天以上计算)；2．垃圾处理方式：垂直压缩装置进行垂直压缩，垃圾压实后，密度达到0．9t／m3以上；3．转运方式：全封闭式自卸垃圾车转运；用全封闭车厢、密封式后门；后门采用全液压控制，垃圾密封运输，垃圾和污水在转运过程中无撒漏，杜绝二次污染；垃圾转运车驾驶室须配有原厂冷暖空调；4．适用垃圾类别：生活垃圾，固体废弃物；5．适用垃圾收集方式：人力车收集、手推车收集和小型机动车收集，可以从二个或三个方向同时进料6．适用范围社区、大厦、医院、学校、机关、商场、宾馆、车站、机场等产生大量垃圾的相关场所；7．操作人员及操作方式：2人，采用手动、自动控制两种控制。在设备正常工作时，选用电动自动控制，在设备出现故障的情况下，选用手动控制。即当电气系统出现故障时，仍可人工手动操作，继续工作；8．工作噪声：≤60分贝。采用进口双联叶片泵，可靠性高，降低整机噪声。2．2垂直式垃圾压缩装置的总体设计垃圾压缩装置是实现垃圾压缩减容的主要设备之一，亦是垃圾转运站的主要处理设备。垃圾压缩装置是垃圾中转站的主要设备，是一种由液压系统控制的将收集来的垃圾进行压缩，以减少垃圾体积的机械。1——机架；2——液压活塞杆；3——活动横梁；4——压头；5——垃圾箱中门；6——推板；7——垃圾箱总成图2-1垂直式垃圾压缩装置总体结构图垂直式垃圾压缩装置整机结构组成包括：压缩系统、垃圾箱总成、液压系统、防箱体堕落装置、喷雾冲洗除臭系统、污水收集排放系统、电气控制和操纵系统、地坑自动冲洗系统、空气除臭系统，如图2．1所示，其工作原理如下：压缩系统由主液压缸、辅助液压缸、活动横梁、压头组成，用于对垃圾进行垂直压缩。主液压缸和辅助液压缸的缸筒固定于活动横梁之上。主液压缸的活塞杆端部连接于压头，辅助液压缸的活塞杆固定于机架顶梁上。待散装垃圾倒入垃圾箱内(此时垃圾箱总成箱处于地坑内)以后，压头由辅助液压缸驱动伸长，到最大工作行程后，固定不动，由主液压缸驱动压头伸入垃圾箱中进行垃圾压缩。压缩完一块以后，垃圾箱总成的中门提起，由推出仓的液压缸驱动将垃圾块推入储存仓内储存，接着进行第二块垃圾的压缩。待两块垃圾都压缩成块以后，由压头上的挂钩勾住垃圾箱总成上的钩子，由主液压缸驱动将压头升起同时提起垃圾箱到与转运车车厢的高度平齐位置。中门升起，由推铲机构将2块垃圾块推铲入车厢箱体内，最后垃圾箱回位。推出机构由推出液压缸、推板和推出架等组成，用于将压缩成块的垃圾推入垃圾转运车车箱体内。推出液压缸固定于推出架上，其活塞杆前部固定于推板。推出垃圾块时活塞杆前行时，推板向前运动，把垃圾箱中的垃圾块推出。每块垃圾块压缩成型需要经历3至4次的“倾倒一压缩—倾倒”的轮番过程，同时每次压缩到一定程度时进行保压，确保垃圾压实成块。本设计中垂直垃圾压缩装置的总体技术要求如下：1．主要结构件：机架采用分装式，便于拆卸、安装、转移；压缩主油缸，采用多节缸，行程3350mm，额定压力25MPa，缸径250mm／180mm，保证了压缩油缸同步及安装要求；四根立柱顶部内加装加强梁，确保大压力压缩垃圾时，立柱不产生局部变形。2．压头与立柱之间采用导向装置，导向装置必须采用可自由转运的浮动滑块，确保压头偏摆时，滑块滑动能大面积与立柱接触，保证立柱不产生局部变形；3．电器系统采取PLC程序控制方式，压缩过程为全自动工程；关键元件(例如：可编程控制器、断路器、交流接触器、扩展模块、传感器、稳压电源)等使用优质进口件：4．所有结构件表面经喷丸(砂)处理，再喷涂高防腐油漆，提高防腐能力和整机寿命：5．安全装置：垂直式垃圾压缩装置加装防箱体坠落装置的安全钩装置，安全钩油缸装液压阀，电气上设有互锁，确保提箱后的安全性。安全钩装置的开启与锁紧须采用液压油缸控制，采用高强度调制处理，并实现自动化控制，实现各动作间的互锁，确保整机安全性；6．污水收集排放系统：垃圾箱内部、中门，推铲内设有专门的污水收集及排放装置，地坑内四周设有导流通道，进入收集池后集中处理排放，保证站内环境。2．3垃圾箱总成的设计垃圾箱总成(见图2．1中7所指)采用整体式垃圾箱技术，即压缩仓、储存仓和油缸推铲仓一体。包括中门、推板以及附属液压缸等组成。推力仓内设置有推出装置，其左端部分为推板，用于将垃圾块推出至转运车车厢，其顶部设置有防圾板，放置垃圾翻入推出仓；推板和中门所分隔的具有中部空腔作为受圾仓；中门和前门形成的空腔作为贮存仓；中门是移动与受圾箱体内壁中缝，在中缝中嵌入安装中缝推板机构，解决了垃圾散入中缝的问题。垃圾箱总成的具体技术性能如下：1．结构形式：采用整体式垃圾箱，垃圾压缩仓、储存仓、推铲机构为整体结构，垃圾箱体选用30mm高强度钢板，整机采用严格的表面防腐工艺，金属表面涂装前进行酸洗磷化处理，以确保箱体在高压力、高腐蚀、高磨损情况下使用寿命在5～8年以上；2．箱体前门及中门采用液压油缸垂直开启方式，提升过程采用液压自动挂箱；3．箱体上卸料装置(推铲)的油缸应平置，保证全部油缸力用于推卸垃圾，推铲采用油缸水平控制方式，同时采用侧面、底面双向滚轮导向，滚轮内安装自润滑轴承，免维护；4．推铲仓的顶部设有垃圾移位、卸料全过程封闭盖板，防止垃圾从压缩仓翻入推铲仓：5．垃圾箱中门设有限位导向装置；垃圾箱设有同步提升装置：分隔垃圾箱分隔门设有定位装置。垃圾箱总成设置有提升机械保险机构，该机构由滑销、滑道、弹簧、磁性吸力器组成：滑销、弹簧及磁性吸力器安装在导向板上，导向板安装在受圾箱体外侧，滑道固定在立柱的侧壁上，滑道为锯齿形式；滑销起到保险扣的作用；滑销在弹簧的压力作用下始终扣住滑道的锯齿，锯齿跟随受圾箱体上升；磁性吸力器的吸力可拔出滑销，实现受圾箱体的下降动作。此机构解决了在受圾箱体保养、维修及地坑清理时的安全问题。液压保险机构是由防震片、保险油缸、保险钩、保险钩座及弹簧组成：保险油缸安装在立柱大梁上侧面；保险油缸推动保险钩转动于保险钩座上，使保险钩钩脱压台导向横梁；弹簧使保险钩脱钩复位。2．4机架的设计机架在垃圾压缩装置中起支撑作用，材料选择Q235，主体结构采用高强度整体式框架，运行稳定，压缩力大而均匀。机架的结构图如图2．2所示。整体式框架包括4根立柱、4根顶部横梁、2根加强横梁、2根压力装置固定梁、4根支撑架等组成。其中，每根立柱、顶部横梁、加强横梁均为四块30mm厚的钢板焊接而成，截面为箱型。立柱所用钢板的尺寸为5000x300x30(mm)，顶部横梁为3700x300x30(mm)、3000×300×30(mm)，加强横梁尺寸为3000x300x30(mm)。图2-2机架结构图2．5压力装置的设计在垃圾压缩装置的现有技术中，主要分为平地式垃圾压缩装置和地坑式垃圾压缩装置两种。平地式垃圾压缩装置由于冲头行程大，导致整机安装高度过高而且填压、装运极不方便．所以已经逐渐被淘汰：坑式垃圾压缩装置能将垃圾在地平线之下坑内压缩．由于整机高度降低、操作更方便．所以日趋受到青睬。目前地坑式垃圾压缩装置的冲头行程一般大于3300mm，其压力装置包括油缸、供油管路、冲头球座组成，按所用的油缸分类有两种：一种是单活塞杆长体油缸，其冲头行程可达3500mm、缸体长度3500mm、组成整机的安装高度7382mm；另一种是套缸式油缸，即采用一根套缸式油缸，其冲头行程3500mm、缸体长度2350mm、组成整机的安装高度5572mm。前者存在压力不平衡时易造成油缸失稳、整机高度过高并引起建筑空间高度超过6m和建筑投资加剧以致产品市场受限等不足；后者缸体长度和组成整机安装高度虽然减少，但还存在结构复杂、制造精度高、缸体直径太、维护性差等不之处。A——辅助液压缸；B——活动横梁；C——主液压缸图2-3压力装置结构图压力装置的压缩油缸采用三联油缸．为串联油缸压力装置，由一根单活塞杆短体油缸A串联两根并联的单活塞杆短体液压缸B形成压力：用一个油缸联结粱来固定油缸A和B的缸体；油缸A的活塞杆顶端连接冲头球座，油缸B的活塞杆顶端连接垃圾压缩装置顶梁。该装置所用主液压缸A推力为100t、活塞轩行程为1975mm、缸体长度2540mm；辅助液压缸B推力为50t、活塞杆行程为1375mm、缸体长度为1775mm。A和B形成压力系统的冲头行程为3350mm、冲头压力为100t。主液压缸油缸与压头之间采用球头联接。另外，三支液压缸采用单油路控制，整套油缸的密封件采用优质进口密封件。2．6三联液压缸的设计2．6．1液压缸工作压力的确定液压缸的工作压力主要是根据液压设备的类型来确定的，通常对于不同的液压设备，由于工作条件的不同采用的压力范围也不同。表3．1为液压设备常用的工作压力。表2-1液压设备常用的工作压力本设计中采用的是液压机，参考上表所给压力，并结合初步设计要求，现选择液压缸的工作油压Pl=25MPa。2．6．2液压缸内径D及活塞杆直径d的确定图2-4单活塞液压缸计算示意图单活塞杆液压缸计算示意图如图2—4所示，由图可知，（2—1）其中，——液压缸工作压力；——液压缸回油腔背压力；——活塞杆直径与液压缸内径之比；——工作循环中最大的外负载；——液压缸密封处摩擦力，其精确度不易求得，常用液压缸的机械效率进行估算。（2—2）其中——液压缸的机械效率，一般=0.9～0.97，将代入式(2-1)，可求得D（2—3）本设计中，垃圾压缩装置的压缩能力F=100t=N，液压缸工作油压=25MPa；由于高压系统>16～32MPa时，初算时背压忽略不计，=0；选取机械效率=0．9，由式(2—3)计算得液压缸直径：=237．8mm；=168．2mm。液压缸内经D与活塞杆直径d的关系，当工作压力>7(MPa)时，d／D=O．7，则对应活塞杆直径为：O．7=166．46mm；0．7=117．74mm。为了便于采用标准的密封元件，按表2—2将液压缸内径D圆整到相近的标准系列(GB2348--93)直径：=250mm，=180mm；按表2-3将活塞杆直径d圆整到相近的标准系列尺寸：=180mm，=125mm。表2-2液压缸缸筒内径(缸径)尺寸系列(摘自GB2348--93)(单位：mm)表2-3液压缸活塞杆外径(杆径)尺寸系列(摘自GB2348--93)(单位：mm)2．6．3液压缸壁厚及外径的计算液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度，由液压缸的强度条件来计算。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律视壁厚的不同而各异，一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。当／D≤O．08时，可用薄壁缸筒的实用计算公式（2—4）当／D=0．08～0．3时，（2—5）当／D≥O．3时，按厚壁圆筒公式计算，则：（2—6）式中：——液压缸的最高允许工作压力(MPa)；D——液压缸缸筒内径(m)；——缸筒材料的许用应力(MPa)缸筒材料的许用应力=——缸筒材料的屈服强度(MPa)——安全系数通常取=1．5～2．5，根据液压缸的重要程度和工作压力大小等因素选取，工作压力大时n可选取小一些。本设计中选取液压缸的材料为无缝钢管，则：=(100～110)MPa。查典型的液压缸系列产品其缸筒的壁厚值，得出液压缸壁厚为：=25mm，=20mm则液压缸的外径：；。计算得液压缸壁厚以后，通过以下步骤进行验算，确保液压缸安全工作。液压缸的额定压力应低于一定的极限值，保证工作安全：（2—7）为了避免缸筒在工作工程中发生塑性变形，液压缸的额定压力应与塑性变形压力有一定的比例范围：（0.35～0.42）(MPa)（2—8）2.3㏒（MPa）（2—9）(3)缸筒径向变形△D值应在允许范围内，而不超过密封件允许范围：（m）（2—10）（4）为确保液压缸的安全使用，缸筒的爆裂压力PE应大于耐压试验压力：2.3㏒(MPa)（2—11）其中——缸筒内径(m)；——缸筒外径(m)；——液压缸的额定压力(MPa)；——缸筒材料的屈服强度(MPa)；——缸筒发生完全塑性变形的压力(MPa)；——缸筒材料的抗拉强度(MPa)；——缸筒材料的弹性模量(MPa)；——液压缸耐压试验压力(MPa)；——缸筒发生爆炸时压力(MPa)；——缸筒材料的泊松系数；钢材：=0．3通过验算，液压缸的壁厚=25mm，=20mm，安全。2．6．4液压缸工作行程和缸体长度的确定液压缸工作行程长度，可根据执行机构实际工作的最大行程来确定，查表，最终确定活塞杆行程为=1975mm，=1375mm。液压缸缸体内部长度应该等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑到两端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内经的20～30倍。最终确定缸体长度=2540mm，=1775mm。2．6．5液压缸结构形式的确定液压缸典型结构包括通用型液压缸和专用型液压缸。1——活塞杆；2——前端盖；3——钢筒；4——支撑环；5——活塞；6——活塞密封件；7——前端盖图2-5液压缸结构形式通用型液压缸结构简单，零、部件符合标准化、通用化要求，无特殊的使用要求，因此用途较为广泛，适用于各种液压系统；而专用型液压缸是专门为某一用途而设计的液压缸，以满足该用途的特殊要求，在材料、结构、加工精度方面不同于通用型液压缸。考虑到垃圾压缩装置工作环境及安装的方便，可选用零件较少、外表光洁的焊接型液压缸，其结构图如图2-5所示。液压缸所受外负载包括三种类型，即（2—12）其中，——工作负载，对于压缩装置来说，即为活塞运动方向收到的伸缩力.——运动部件速度变化时的惯性负载； ——导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力，(2—13)——运动部件重力；——垂直于导轨的工作负载；——导轨摩擦系数。（2—14）其中——重力加速度；——加速或减速时间：——时间内的速度变化量。2．7本章小结本章为垂直式垃圾中转站垃圾压缩装置的结构设计部分，主要进行了如下工作：1．经过分析选择本论文研究对象的工作环境为压缩方式为垂直压缩式、受圾箱位置为地坑式、提升方式为整体提升的地坑式垂直压缩垃圾中转站，并确定了其主要性能指标等参数；2．完成了垃圾压缩装置的总体技术性能设计；3．垃圾箱总成采用整体式三仓结构，对其进行了整体设计；4．对机架进行了设计；5．对压缩装置的核心部件——压力装置进行了设计：第三章垂直式垃圾压缩装置液压传动系统的设计3.1垂直式垃圾压缩装置液压系统的基本要求为了使垃圾转运站的压缩装置操作简单、维修方便、安全可靠、压力充裕、价廉实用,现对液压系统设计的基本要求如下:(l)在机械装置的配合下,可以根据不同的作业要求,实现单工序或联动操作；(2)合理解决不同执行元件所需压力和速度问题,提高系统效率,减少发热；(3)有足够的压缩能力。3.2液压系统原理设计3．2．1阀和基本回路有两种阀和回路在类似压缩装置工作状况时应用较多,介绍如下:1——三位四通换向阀；2——单向顺序阀；3——液压缸图3一1单向顺序阀的平衡回路1.单向顺序阀平衡回路。为了防止立置液压缸或垂直运动的工作部件由于自重在超速下降,通常应设置平衡回路。如图3一1所示为单向顺序阀平衡回路。单向顺序阀由单向阀和顺序阀并联组成。顺序阀中,当控制阀压力(如为内控,即进口压力)未达到调定压力之前,此阀关闭；当达到调定压力后,此阀开启。油液经此阀进入下一执行元件,并使其动作,从而达到顺序动作的目的。在图3一1中,当换向阀1切换至左位时,油缸3的活塞向下运动,缸下腔的油经过单向顺序阀的顺序阀流回油箱。只要使阀2的调压值大于由于活塞及其相连工作部位的重力在缸下腔产生的压力值,则当换向阀处于中位的时候,活塞和工作部件就能被单向顺序阀锁住而不会因自重而下降。2.单向节流阀。单向节流阀在回路中可以起到调速功能,在垃圾压缩装置中可以使用。3．2．2压头装置液压系统设计压头的主要作用是将零散的垃圾压实成块。压头机构是压缩装置的压缩工作机构,它由液压缸推动压头将垃圾压紧。压头需要往复几次压缩垃圾,每次压缩至一定程度时都必须进行保压,以促进垃圾块压实,避免垃圾大量溃散。在推压垃圾时,系统需要提供足够的动力,并且推压头必须缓慢的推进。1——液压泵；2——溢流阀；3、4——三位四通电液换向阀；5、6——单向顺序阀；7、8——传力油缸；9——压缩油缸图3一2压头装置液压系统图根据压头机构的实际工作情况和要求,设计压缩液压控制回路,如图3—2所示。压头机构液压系统由液压泵、溢流阀、三位四通阀、单向顺序阀、传力液压缸、压头液压缸、油箱、油管等组成。其工作原理是:启动泵1,当左边的电磁铁通电时，使三位四通阀3和4切换到左位,则泵1转为升压供油状态,油经过5和6的单向顺序阀进入液压缸的无杆腔,则液压缸的活塞杆驱动压头推动。当两边的电磁铁都不通电时，使阀3和4切换到中位时，压头就能被单向顺序阀锁住而不会继续运动。当右边的电磁铁通电时，使三位四通阀3和4切换到右位,液压缸将快速退回。3．2．3推板机构液压系统设计推板的主要作用是当一块垃圾压缩成块后，将其沿箱体轨道推至储存仓，当两块垃圾压缩成块后，由推板将两块垃圾块推出压缩箱体，进入转运车辆的车厢。推板的一面由推出仓的推出液压缸、推出架及支撑件固定连接，另一面与垃圾体接触，压缩垃圾时，推板处于原位置，与垃圾挡板、箱体、中门形成压缩仓。在推动垃圾时,系统需要提供足够的动力,并且推板必须缓慢的推进。1——溢流阀；2——液压泵；3、4——三位四通电液换向阀；5、6——单向节流阀；7、8——推板液压缸图3一3推板机构液压图根据推板机构的实际工作情况和要求,设计压缩液压控制回路,如图3—3所示。推压机构液压系统由液压泵、溢流阀、三位四通阀、单向节流阀、推压液压缸、油箱、油管等组成。其工作原理是:启动泵2,当左边的电磁铁通电时，使三位四通阀3和4切换到左位,则泵2转为升压供油状态,油经过5和6的单向节流阀进入液压缸的无杆腔,则液压缸的活塞杆驱动推板推动垃圾快。当两边的电磁铁都不通电时，使阀3和4切换到中位时，推板就能被单向节流阀锁住而不会继续运动。当右边的电磁铁通电时，使三位四通阀3和4切换到右位,液压缸将快速退回。为了保证液压缸工作平稳性,本油路采用进口节流调速回路,单向节流阀5和6在三位四通阀3和4切换到左位时处于调速状态,可以防止推板快速推进。3．2．4中门机构液压系统设计中门跟提升液压缸一起固定于箱体上，压缩垃圾时起到隔离垃圾的作用，当要推出垃圾时，中门由提升液压缸提起，待推出完毕重新落回原位。在将垃圾倒入垃圾箱体中的压缩仓之前,提升油缸驱动中门提升机构下降。在垃圾压缩成快后,中门提升机构上升。1——溢流阀；2、7——三位四通电液换向阀；3、6——单向顺序阀；4、5——中门液压缸；8——液压泵图3一4中门机构液压图根据中门提升机构的实际工作情况和要求,设计液压控制回路,如图3一4所示。提升机构液压系统是由液压泵、溢流阀、三位四通阀、单向顺序阀、提升液压缸、油箱、油管等组成。其工作原理是:启动液压泵8,当左边的电磁铁通电时，使三位四通阀2和7切换到左位,则泵8转为升压供油状态,油经过单向顺序阀3和6的单向阀进入液压缸的无杆腔,则液压缸的活塞杆驱动推压机构。当两边的电磁铁都不通电时，使阀3和6切换到中位时,提升机构就能被单向顺序阀锁住而不会因自重而下降。当右边的电磁铁通电时，使三位四通阀2和7切换到右位,油进入液压缸的有杆腔,单向顺序阀到达调定压力,油经过单向顺序阀3和6的顺序阀流回油缸,此时提升机构将缓慢下降。3．2．5整个装置的液压系统前面的各个机构液压系统相关联再简化,就构成了整个垂直式垃圾压缩装置的液压系统。如图3-5所示：1——变量泵；2——溢流阀；3、10、11、16——三位四通电液换向阀；4——单向节流阀；5、6——推板液压缸；7、8——中门液压缸；9、15——单向顺序阀；12、13——压头装置辅助液压缸；14——压头装置主液压缸图3-5垂直式垃圾压缩装置的液压系统原理图3．3部分参数的选择与计算3．3．1系统压力（p）与流量（q）的确定系统压力(p)是设计计算中最重要的参数之一。系统压力的合理选择和匹配不但能保证液压元件具有期望的工作寿命与可靠性,以及工作的能力能被充分的利用而降低成本,因此对液压系统压力的确定是十分重要和关键的。一般来讲,p值大,有利于缩小系统的结构尺寸,但会使泄漏增大,密封要求提高。己知推压机构最大推力为F=100t,单辅液压缸最大推力为F=50t。根据垃圾压缩装置所属类型,该液压系统为中压系统,根据国家有关标准和调研结果分析,选p=25Mpa。已知主推压油缸最大推力为100t,设A为推压油缸活塞的面积,D为缸径,有下列公式:A=F/p(3-l)(3-2)根据公式3-l、3-2,计算可得,缸径D=288.68mm。根据GB/T2348一1993,取标准值D=300mm，液压缸类型为:双作用单活塞杆缸。己知压缩周期为80s,由前文可知推板油缸行程为5m,计算可得,推压的运行速度为v=0.16m/s。推板系统的最大流量q取决于液压执行元件所需流量、回路泄漏。由于回路行程短,泄漏可忽略不计。计算可得q=188.42(L/min)。p和q是选择液压元件的主要依据。3．3．2系统功率的计算与电动机的选择考虑液压泵在能量转换过程中的损失,取效率为90%,则计算系统功率P.计算可得P=18.72Kw,据此,可选择功率为22.5kw的4极交流电动机,n=30O0r/min。3．3．3液压泵选择及排量计算根据系统工作压力和使用要求,液压泵宜选用变量轴向柱塞泵。液压泵排量可按下式估算:V=q/n(3-5)计算可得V=62.81mL/r。3．4液压传动系统的主要特点(1)各执行器均采用电动换向阀进行方向控制,电路系统简单,但自动化系统略低。(2)压缩装置是典型的以压