液壓生活垃圾集運站設計思路
摘 要：本文就生活垃圾連續貯集、液壓集運的方案進行了分析、選優，并介紹了液壓垃圾集運站的設計概況
關鍵詞：垃圾; 液壓集運站 ; 卸料門; 推料板 ; 安全聯鎖 ; 多級伸縮式套筒油缸; 注料口蓋板 ; 單向刮料
一、課題及其背景
前些年，應某市的邀請，本人和單位幾位工程技術人員一起，參加了液壓生活垃圾集運站設計方案的制訂工作。我們首先對原有的生活垃圾集運狀況進行了調查。當時，某市共有生活垃圾(人工)集運站十七座，配有美國福特4000-18后裝式封閉壓縮垃圾車六臺。美國福特垃圾車技術先進、性能優良、效率很高。但當時給這些垃圾車上料的方法卻很落后，從集運站轄區內街道及住戶清掃、收集來的垃圾，每天定時用手推車運到集運站集中，然后福特車開到集運站，集運站職工再把手推車上的垃圾一車一車喂進福特車的進料口，由福特車吸收、壓縮進車箱里去，等福特車裝完集運站里的垃圾開出集運站，集運站一天一度的垃圾集運工作即告一段落。
顯然，這樣的集運站方式存在幾個弊病：
1.人工喂料時間太長(給一臺福特車上滿一車垃圾約需二小時)，這就影響了福特車的使用效率;
2.人工上料，垃圾散落，灰塵飛揚，形成垃圾的二次污染;
3.因全市福特車少，每天只能在每一座集運站轉運一次，加上集運站又沒有垃圾貯集設備，這樣，每座集運站轄區內的街道、住戶每天只能送出一次垃圾。如果因故錯過這次機會，住戶、街道的垃圾只能過夜存放，這很不利于居民和市區的環境衛生;
4.人工上料，四、五個人在二小時內把近十噸的垃圾裝上車，裝車現場塵土飛揚，、臭氣熏天，集運站工人既耗費體力，又不利于健康。針對以上情況，某市環衛部門對籌建中的垃圾集運站的使用性能提出了幾點要求。
⑴垃圾集運站應能貯存垃圾，以便讓街道上、住戶的垃圾隨時清理、隨時集中;
⑵集運站貯集垃圾必須做到封閉、壓縮，杜絕垃圾對集運站的污染;
⑶集運站給福特車上料必須用機械化或液壓設備，代替人工作業。上料速度要快(上滿一車不超過10分鐘)，上料設備務必安全、實用、快捷、簡單;
⑷土建設施盡量利用原有的人工集運站廠房。
二、方案篩選
根據我們通過現場調查掌握的情況，根據業主的要求，我們很快對機械化垃圾集運站確定了這樣的設計輪廓：
1.集運站設置一個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的進料口匹配;
2.垃圾車進入貯槽后必須經過壓縮，以便充分利用貯槽的容積。壓縮工作，由安裝在貯槽內的推料板來完成;
3.垃圾倒入貯槽，垃圾在貯槽內壓縮、垃圾推出貯槽(亦即給福特垃圾車上料)、貯槽進料門啟閉、貯槽出料門啟閉等動作均實行機械化或液壓傳動。
設計輪廓有了，但在采用什么類型的機械化來實現垃圾進槽、垃圾壓縮、垃圾出槽的問題上眾說紛紜，提出不少方案，歸納起來，有以下類型：
⑴卷揚機牽引：完成垃圾壓縮、垃圾出槽以及貯槽門啟閉;
⑵履帶傳動：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—齒條機構：完成垃圾壓縮和垃圾出槽;
⑸液壓傳動：完成垃圾進槽、垃圾壓縮和垃圾出槽和貯槽門的啟閉。
全面認真分析了以上方案的利弊優劣如下：
A.卷揚機牽引
優點：結構簡單
問題：從設備配置上看，推料板須用兩臺慢速卷揚機從兩側同時牽引;另外貯槽進料門、貯槽出料門還得各用一臺小卷揚機，這些設備占地面積大，購置費用也不低，且至少得兩人操作;
B.履帶傳動
優點：設備耐用
問題：履帶鏈較長，不可能很平穩，即使傳送帶上加罩，垃圾泄漏在所難免。同時履帶傳動噪音大，不適合在市區運行。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。這樣，履帶、驅動輪、導向輪及張緊裝置都得了專門設計、制作，這樣的非標制作，成本太高;
C.皮帶輸送
優點：結構簡單、造價低
問題：皮帶承載能力有限，難以承受10 m3壓縮垃圾的載荷;
D.齒輪—-齒條機構
優點：傳動可靠、結構簡單
問題：現場灰塵多，傳動件易磨損。另外，齒輪、齒條安裝在未經加工的鉚焊件上，調整難度大，容易產生較大的傳動間隙，形成較大的沖擊和噪音;
E、液壓傳動
優點：動作平穩、結構簡單，可以調壓、調速，有利于選用最佳的技術參數;可以實現動作聯鎖，有利于安全操作;可以實現過載保護，可以實現半自動化操作。
問題：推料板液壓行程較大，安裝有一定難度;因廠房條件的限制，一些集運站，只能安裝多級伸縮式雙作用油缸，油缸總行程達5米，制造難度大。
經過以上方案比較，我們認為A、B、C、D四種方案弊病較多，不宜采用，而液壓傳動優點較多，雖有技術難點，但可以克服，因此是可以實施的。
三、方案的細化
1.運作模式和基本參數
請參閱附圖一、附圖二、附圖四。垃圾集運站內設置一封閉貯槽(型鋼鉚焊件，有效容積不小于10 m3，槽寬1.5 m，貯槽出口底板相對于集運地面高度不小于1 m)，零散垃圾運到集運站后，用提料斗機動提升并倒入貯槽注料口。貯槽注料口每倒進一定垃圾后，可操作電氣按鈕，令貯槽內的推料板(參閱附圖三)在液壓缸的帶動下對槽內松散垃圾進行壓縮(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，以免垃圾推出槽時互相牽扯。經過不斷注入垃圾和若干次壓縮，當貯槽內垃圾塞滿后，福特垃圾車開到貯槽出料口前，貯槽出料口門打開(液壓推動)，推料板以足夠的推力(最大可達12 t)，將貯槽內經過初步壓縮的垃圾，以每分鐘1.86 m的速度，徐徐推出，整個推出時間約為3min。如果垃圾運輸車一時來不及扒進貯槽推出的垃圾，可隨時點動操作按鈕，
(方案一) 附圖一
(方案二) 附圖二
附圖三
附圖四
令推料液壓缸暫時停前進。就是說，通過點動電磁方向閥按鈕，可以較方便地實行推料板斷續推動，直到貯槽內垃圾全部推出為止。
生活垃圾集運站設備采用集中操作臺操制，為了防止操作人員誤操作，設備各相關動作設置安全聯鎖裝置。
為了能在出現異常情況時(如停電、設備故障)，生活垃圾集運站仍能實施生活垃圾轉運，我們在方案中專門留下應急手推車通道(通道大于1.5 m)。
為了使垃圾初步壓縮泄漏出來的臟水能及時排走，在槽底推料板初始位置有地漏，通市區下水道。
由于市內各生活垃圾集運站所處環境各不相同
，特別是部分生活垃圾集運站土建施工已經完成，土建結構模式不盡相同，針對這一情況，我們在堅持統一的設計基本模式的原則下，各生活垃圾集運站設計方案在某些問題上要因地制宜地予以考慮，以適應各種不同的環境，各種不同的工況。
2.動力
推料板進退、卸料門啟閉、垃圾槽內初步壓縮均采用液壓動力。液壓系統傳動原理見附圖五，液壓系統工作循環電磁閥動作見附表一。
壓力油由二級葉片泵Y2B-A26C-JE提供。系統有三級壓力(20kg/cm2、40kg/cm2、100kg/cm2)，由三只溢流閥來調定。三只電磁三位四通閥分別控制卸料門啟閉、垃圾初步壓縮并推料板進退以及提料斗的翻轉。負責垃圾初步壓縮的推料板進退的動力液壓油缸有兩種選擇。方案一(見附圖一)是采用油缸DG-J125C-E1L(行程5 m)，當生活垃圾集運站廠房縱深長度較長時，即可采用此油缸，此油缸占地面積較大，但價格較便宜。方案二(見附圖二)是采用多級伸縮式雙作用套筒油缸，行程5 m 。此類油缸長度短，但價格較貴。此方案適用于廠房縱深長度較短的生活垃圾集運站。
液壓傳動系統 附圖五
3.電氣控制及安全聯鎖裝置
⑴卸料門：設抱閘、門的上、下限位裝置。
a.當抱閘松開后，卸料門可上、下開關門;
b.當卸料門完全關閉后，由上限位裝置停止油缸的關門動作。
⑵注料口蓋板：設關閉裝置。
a.當推料板在初始位置時，才允許打開蓋板;
b.當推料板在工作過程中蓋板不能打開。
⑶推料板：設初始位置和終止位置裝置。
a.當注料口蓋板關閉，卸料門關閉后，推料板在主油缸的低壓力下進行垃圾初壓縮、如油壓力達到規定值后，主油缸返回帶動推料板返回初始位置;
b.當注料蓋板關閉、卸料門開后，推料板在主油缸的強力推動下進行垃圾出料，當推料板推到終止位置后停止推進，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槽鋼導軌上(其中四只輪子有突緣)，以防止推料板前后左右歪斜發卡。
為防止推料板后退時將殘留在槽底的垃圾刮到槽體后部，推料板設置專門裝置(見附圖三)，可使推料板后退時，能抬起刮刀片，就是說，推料板后退時，它是不會刮到槽底板的。
5.注料口蓋板
尺寸約為1.5 m×0.9m，帶開合鉸鏈蓋板，啟閉為液壓推動。當初步壓縮垃圾及推出垃圾時，蓋板必須蓋上。當推料板返回后部的初始位置時蓋板方可打開上料，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，還有另一個作用是：蓋板打開并與槽面有一定傾斜角度，能防止注料時垃圾撒到槽面上。
四、成本預測
由于當時設計圖未作，故只能進行制作安裝成本的粗估。每座機械化集運站的制作、安裝費用主要包括以下幾項：
a.非標件制作安裝 總重6t 單價8000元/t 合計4.8萬元
b.外購液壓件價 7萬元
c..外購電氣元件價 0.3萬元
d.其它外購件價 0.2萬元
e.土建改造費用 0.5萬元
考慮到除以上費用外，可能還要發生其它一些費用，故每座機械化垃圾集運站全部建設費用(不包括原集運站土建資產)在12.8萬元～13.6萬元之間。
本設計方案實施后，設備技術較先進、性能較優良，制作質量也比較好，基本上滿足了業主當初對設計提出的要求。
附表一、液壓系統工作循環電磁鐵動作表
參考文獻：
[1] 《液壓傳動》官忠范主編，北京機械工業出版社出版.
[2] 《機械設計手冊》第三版(修訂)聯合編寫組編 化學工業出版社2004年出版發.
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