液压生活垃圾集运站设计思路

摘　要：本文就生活垃圾连续贮集、液压集运的方案进行了分析、选优，并介绍了液压垃圾集运站的设计概况

关键词：垃圾； 液压集运站 ； 卸料门； 推料板 ； 安全联锁 ； 多级伸缩式套筒油缸； 注料口盖板 ； 单向刮料
一、课题及其背景
　　前些年，应某市的邀请，本人和单位几位工程技术人员一起，参加了液压生活垃圾集运站设计方案的制订工作。我们首先对原有的生活垃圾集运状况进行了调查。当时，某市共有生活垃圾(人工)集运站十七座，配有美国福特4000-18后装式封闭压缩垃圾车六台。美国福特垃圾车技术先进、性能优良、效率很高。但当时给这些垃圾车上料的方法却很落后，从集运站辖区内街道及住户清扫、收集来的垃圾，每天定时用手推车运到集运站集中，然后福特车开到集运站，集运站职工再把手推车上的垃圾一车一车喂进福特车的进料口，由福特车吸收、压缩进车箱里去，等福特车装完集运站里的垃圾开出集运站，集运站一天一度的垃圾集运工作即告一段落。
显然，这样的集运站方式存在几个弊病：
1.人工喂料时间太长(给一台福特车上满一车垃圾约需二小时)，这就影响了福特车的使用效率；
2.人工上料，垃圾散落，灰尘飞扬，形成垃圾的二次污染；
3.因全市福特车少，每天只能在每一座集运站转运一次，加上集运站又没有垃圾贮集设备，这样，每座集运站辖区内的街道、住户每天只能送出一次垃圾。如果因故错过这次机会，住户、街道的垃圾只能过夜存放，这很不利于居民和市区的环境卫生；
4.人工上料，四、五个人在二小时内把近十吨的垃圾装上车，装车现场尘土飞扬，、臭气熏天，集运站工人既耗费体力，又不利于健康。针对以上情况，某市环卫部门对筹建中的垃圾集运站的使用性能提出了几点要求。
⑴垃圾集运站应能贮存垃圾，以便让街道上、住户的垃圾随时清理、随时集中；
⑵集运站贮集垃圾必须做到封闭、压缩，杜绝垃圾对集运站的污染；
⑶集运站给福特车上料必须用机械化或液压设备，代替人工作业。上料速度要快(上满一车不超过10分钟)，上料设备务必安全、实用、快捷、简单；
⑷土建设施尽量利用原有的人工集运站厂房。
二、方案筛选
　　根据我们通过现场调查掌握的情况，根据业主的要求，我们很快对机械化垃圾集运站确定了这样的设计轮廓：
1.集运站设置一个钢制封闭性垃圾贮槽，贮槽有效容积不小于10m3,贮槽出口高度，出口宽度与福特垃圾车的进料口匹配；
2.垃圾车进入贮槽后必须经过压缩，以便充分利用贮槽的容积。压缩工作，由安装在贮槽内的推料板来完成；
3.垃圾倒入贮槽，垃圾在贮槽内压缩、垃圾推出贮槽(亦即给福特垃圾车上料)、贮槽进料门启闭、贮槽出料门启闭等动作均实行机械化或液压传动。
　　设计轮廓有了，但在采用什么类型的机械化来实现垃圾进槽、垃圾压缩、垃圾出槽的问题上众说纷纭，提出不少方案，归纳起来，有以下类型：
⑴卷扬机牵引：完成垃圾压缩、垃圾出槽以及贮槽门启闭；
⑵履带传动：完成垃圾压缩和垃圾出槽；
⑶皮带输送：完成垃圾压缩和垃圾出槽；
⑷齿轮—齿条机构：完成垃圾压缩和垃圾出槽；
⑸液压传动：完成垃圾进槽、垃圾压缩和垃圾出槽和贮槽门的启闭。
全面认真分析了以上方案的利弊优劣如下：
A.卷扬机牵引
优点：结构简单
问题：从设备配置上看，推料板须用两台慢速卷扬机从两侧同时牵引；另外贮槽进料门、贮槽出料门还得各用一台小卷扬机，这些设备占地面积大，购置费用也不低，且至少得两人操作；
B.履带传动
优点：设备耐用
问题：履带链较长，不可能很平稳，即使传送带上加罩，垃圾泄漏在所难免。同时履带传动噪音大，不适合在市区运行。另外，为了满足贮存10 m3垃圾的要求，履带链必须做得很宽、很长。这样，履带、驱动轮、导向轮及张紧装置都得了专门设计、制作，这样的非标制作，成本太高；
C.皮带输送
优点：结构简单、造价低
问题：皮带承载能力有限，难以承受10 m3压缩垃圾的载荷；
D.齿轮—-齿条机构
优点：传动可靠、结构简单
问题：现场灰尘多，传动件易磨损。另外，齿轮、齿条安装在未经加工的铆焊件上，调整难度大，容易产生较大的传动间隙，形成较大的冲击和噪音；
E、液压传动
优点：动作平稳、结构简单，可以调压、调速，有利于选用最佳的技术参数；可以实现动作联锁，有利于安全操作；可以实现过载保护，可以实现半自动化操作。
问题：推料板液压行程较大，安装有一定难度；因厂房条件的限制，一些集运站，只能安装多级伸缩式双作用油缸，油缸总行程达5米，制造难度大。
　　经过以上方案比较，我们认为A、B、C、D四种方案弊病较多，不宜采用，而液压传动优点较多，虽有技术难点，但可以克服，因此是可以实施的。
三、方案的细化
1.运作模式和基本参数
　　请参阅附图一、附图二、附图四。垃圾集运站内设置一封闭贮槽(型钢铆焊件，有效容积不小于10 m3，槽宽1.5 m，贮槽出口底板相对于集运地面高度不小于1 m)，零散垃圾运到集运站后，用提料斗机动提升并倒入贮槽注料口。贮槽注料口每倒进一定垃圾后，可操作电气按钮，令贮槽内的推料板(参阅附图三)在液压缸的带动下对槽内松散垃圾进行压缩(最大压力2.45t)，压缩的目的，一是充分利用贮槽有效空间；二是使垃圾形成断层，以免垃圾推出槽时互相牵扯。经过不断注入垃圾和若干次压缩，当贮槽内垃圾塞满后，福特垃圾车开到贮槽出料口前，贮槽出料口门打开(液压推动)，推料板以足够的推力(最大可达12 t)，将贮槽内经过初步压缩的垃圾，以每分钟1.86 m的速度，徐徐推出，整个推出时间约为3min。如果垃圾运输车一时来不及扒进贮槽推出的垃圾，可随时点动操作按钮，
　　
　　(方案一) 附图一

　　(方案二) 附图二

　　附图三

　　附图四
　　令推料液压缸暂时停前进。就是说，通过点动电磁方向阀按钮，可以较方便地实行推料板断续推动，直到贮槽内垃圾全部推出为止。
　　生活垃圾集运站设备采用集中操作台操制，为了防止操作人员误操作，设备各相关动作设置安全联锁装置。
　　为了能在出现异常情况时(如停电、设备故障)，生活垃圾集运站仍能实施生活垃圾转运，我们在方案中专门留下应急手推车通道(通道大于1.5 m)。
　　为了使垃圾初步压缩泄漏出来的脏水能及时排走，在槽底推料板初始位置有地漏，通市区下水道。
　　由于市内各生活垃圾集运站所处环境各不相同 ，特别是部分生活垃圾集运站土建施工已经完成，土建结构模式不尽相同，针对这一情况，我们在坚持统一的设计基本模式的原则下，各生活垃圾集运站设计方案在某些问题上要因地制宜地予以考虑，以适应各种不同的环境，各种不同的工况。
2.动力
　　推料板进退、卸料门启闭、垃圾槽内初步压缩均采用液压动力。液压系统传动原理见附图五，液压系统工作循环电磁阀动作见附表一。
　　压力油由二级叶片泵Y2B-A26C-JE提供。系统有三级压力(20kg/cm2、40kg/cm2、100kg/cm2)，由三只溢流阀来调定。三只电磁三位四通阀分别控制卸料门启闭、垃圾初步压缩并推料板进退以及提料斗的翻转。负责垃圾初步压缩的推料板进退的动力液压油缸有两种选择。方案一(见附图一)是采用油缸DG-J125C-E1L(行程5 m)，当生活垃圾集运站厂房纵深长度较长时，即可采用此油缸，此油缸占地面积较大，但价格较便宜。方案二(见附图二)是采用多级伸缩式双作用套筒油缸，行程5 m 。此类油缸长度短，但价格较贵。此方案适用于厂房纵深长度较短的生活垃圾集运站。

液压传动系统 附图五
3.电气控制及安全联锁装置
⑴卸料门：设抱闸、门的上、下限位装置。
a.当抱闸松开后，卸料门可上、下开关门；
b.当卸料门完全关闭后，由上限位装置停止油缸的关门动作。
⑵注料口盖板：设关闭装置。
a.当推料板在初始位置时，才允许打开盖板；
b.当推料板在工作过程中盖板不能打开。
⑶推料板：设初始位置和终止位置装置。
a.当注料口盖板关闭，卸料门关闭后，推料板在主油缸的低压力下进行垃圾初压缩、如油压力达到规定值后，主油缸返回带动推料板返回初始位置；
b.当注料盖板关闭、卸料门开后，推料板在主油缸的强力推动下进行垃圾出料，当推料板推到终止位置后停止推进，并返加初始位置。
4.推料板
　　推料板用八只轮子悬挂在贮槽内槽钢导轨上(其中四只轮子有突缘)，以防止推料板前后左右歪斜发卡。
　　为防止推料板后退时将残留在槽底的垃圾刮到槽体后部，推料板设置专门装置(见附图三)，可使推料板后退时，能抬起刮刀片，就是说，推料板后退时，它是不会刮到槽底板的。
5.注料口盖板
　　尺寸约为1.5 m×0.9m，带开合铰链盖板，启闭为液压推动。当初步压缩垃圾及推出垃圾时，盖板必须盖上。当推料板返回后部的初始位置时盖板方可打开上料，注料口盖板除了可防止因误操作将垃圾倒入推料板后部外，还有另一个作用是：盖板打开并与槽面有一定倾斜角度，能防止注料时垃圾撒到槽面上。
四、成本预测
　　由于当时设计图未作，故只能进行制作安装成本的粗估。每座机械化集运站的制作、安装费用主要包括以下几项：
a.非标件制作安装 总重6t 单价8000元/t 合计4.8万元
b.外购液压件价 7万元
c..外购电气元件价 0.3万元
d.其它外购件价 0.2万元
e.土建改造费用 0.5万元
　　考虑到除以上费用外，可能还要发生其它一些费用，故每座机械化垃圾集运站全部建设费用(不包括原集运站土建资产)在12.8万元～13.6万元之间。
　　本设计方案实施后，设备技术较先进、性能较优良，制作质量也比较好，基本上满足了业主当初对设计提出的要求。
　　附表一、液压系统工作循环电磁铁动作表

参考文献：
[1] 《液压传动》官忠范主编，北京机械工业出版社出版.
[2] 《机械设计手册》第三版(修订)联合编写组编 化学工业出版社２００４年出版发.