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目前重庆市主城区内各垃圾站的垃圾出料方式 有以下几种:
(1) 完全靠人力挖掘,采用这种方式,工人的劳 动强度大,环境恶劣,耗费时间长。
(2) 站内有出料口,出料门的开与关靠销子锁 定。当运渣车接渣口对准出料口后,拉开出料门的
销子,垃圾便往下掉入车内。
(3) 站内有出料口,出料门的开与关靠滑轮及 钢丝绳由手轮控制[ 1 ] 。当运渣车接渣口对准放料
口后,转动手轮,打开出料门。这时会出现2 种情 况:一种情况是垃圾自动向下掉;另一种情况是垃圾
不自动向下掉,原因在于垃圾的储存空间是一个漏 斗形状,垃圾堆在里面形成相互牵扯,需要外力去搅
动才会向下掉。
现在的部分运渣车装料时是粗放型的,垃圾没 有经过压缩处理,从而造成运渣车装料不多,有时一
个垃圾站内的垃圾要几次才能运完。目前环卫系统 广泛采用压缩式运渣车,而压缩式运渣车对垃圾站
出料方式有一定要求。为配合压缩式运渣车装料, 现有的垃圾站内垃圾出料方式必须改进,以保证垃
圾能准确、定量地投入压缩式运渣车内。
2 垃圾定量出料系统设计方案的比较
压缩式运渣车接渣口的尺寸为1800 mm ×1000 mm,垃圾站内垃圾出料口的尺寸为1500 mm ×1100 mm,结构为钢筋混凝土整体浇注而成的矩 形孔。垃圾出料口下端装配有导向护板,以解决垃圾准确投入运渣车接渣口内。为了解决垃圾定量投入压缩式运渣车内这一问题,讨论的方案有插板式、单卷筒旋转式、双卷筒下置旋转式和双卷筒上置旋转式4种。
2.1 插板式
图1所示为插板式,其优点是结构较简单。缺
图1 插板式
(注:括号内的尺寸为参考尺寸,不加括号的尺寸为实际尺寸)
Fig. 1 The type of insert board
点是插板开、关来回行程较长,关闭不及时会影响定量出料;插板关闭时容易夹料。
2.2 单卷筒旋转式
图2所示为单卷筒旋转式,其优点是结构较简单;转动时对垃圾有搅动功能;能定量出料。缺点是卷筒旋转半径大,扭矩大;转动时卷筒对垃圾无挤压功能;设备在空中安装、维修不方便;该方案由于卷筒旋转半径大,卷筒旋转板已和运渣车发生干涉,故此方案不可行。
图2 单卷筒旋转式
(注:括号内的尺寸为参考尺寸,不加括号的尺寸为实际尺寸)
Fig. 2 Single reel rotation type
213 双卷筒下置旋转式
图3所示为双卷筒下置旋转式,其优点是结构较简单;工作时左边卷筒顺时针旋转,右边卷筒逆时针旋转,转动时对垃圾既有搅动功能又有挤压功能;能定量、准确出料。缺点是垃圾有可能牵扯在漏斗内,不能下料到出料口;设备在空中安装、维修不方便。
图3 双卷筒下置旋转式
(注:括号内的尺寸为参考尺寸,不加括号的尺寸为实际尺寸)
Fig. 3 Double reel down rotation type
214 双卷筒上置旋转式
图4所示为双卷筒上置旋转式,其优点是结构较简单;工作时左边卷筒顺时针旋转,右边卷筒逆时针旋转,转动时对垃圾既有搅动功能又有挤压功能;能定量、准确出料;卷筒旋转半径不大,又能保证垃圾出料口的有效尺寸;不占用横 下面的空间,对运渣车进出有利。缺点是设备在空中安装、维修不方便。
图4 双卷筒上置旋转式
(注:括号内的尺寸为参考尺寸,不加括号的尺寸为实际尺寸)
Fig. 4 Double reel up rotation type
3 垃圾定量出料系统设计方案的确定经过对上述方案的比较、分析研究,同时结合垃圾站内的土建基础结构及空间尺寸,确定采用双卷筒上置旋转式作为垃圾定量出料系统设计方案。传动系统用电动机带动蜗轮减速机[ 2 ] ,通过齿轮传动改变方向,如图4所示,使左边卷筒顺时针旋转,右边卷筒逆时针旋转,以实现转动时对垃圾既有搅动功能又有挤压功能。
4 双卷筒旋转式垃圾定量出料系统设计
4.1 基本参数
垃圾载荷: 5000 kg;电动机: YZ132M226, 960 r/min, 317 kW;小皮带轮:Φ125 mm;大皮带轮:Φ355mm;三角皮带: A型,公称长度1600 mm;皮带轮减速比: i1 = 2184;蜗轮减速机:型号WS1802412Ⅱ, 减速比i2 = 41, Z1 = 1, 模数m = 7;旋转装置:旋转半径R = 260 mm,转速n = 8.2 r /min。
4.2 卷筒装置设计
4.2.1 卷筒结构设计
如图5所示,卷筒装置采用钢板加筋板焊接在传动轴的轴套上,轴套与钢板、筋板均采用焊接性好的普通碳素结构钢。轴套与传动轴采用键连接,由于轴套与传动轴不常拆,故可以在轴套与传动轴装配好后点焊处理,以保证良好的连接性。
4.2.2 卷筒轴的设计校核
已知:载荷G = 5000 kg (双轴承受) , I =πd^4 /64
m^4 , E = 220 ×10^9 N /m2 , F =G /29。
图5 卷筒装置
Fig15 Reel device
轴的直径d = 90 mm, L = 1900 mm,轴的材料为40Cr,σs = 550 N /mm2 ,安全系数S = 1.5。
对该轴的挠度计算:
轴上径向受力可简化为均匀受力,可用下式计算:
q =015G/L =2500 ×918 /119 =1129 ×104 (N /m)
最大挠度: f = (5qL^4 ) / (384EI)
= ( 5 ×1129 ×104 ×1.9^4 ) / ( 384 ×
220 ×109 ×3.14 ×0.09^4 /64)
= 3.1 (mm)
该轴径向最大挠度在正常范围之内,对于挠度引起的传动不同心的问题,在实际工程中采用了调
心球轴承予以解决[ 3 ] 。
对该轴的抗扭强度校核:
由于该轴同时受扭矩和弯矩作用,根据强度理论得:σ = 10 Me / d3 ≤[σ]
最大扭矩T = F ×R = 2500 ×9.8 ×0.26 = 6.37×10^3 (N·m)
最大弯矩M = q ×L /2 = 1.29 ×10^4 ×1.9 /2 =2.3 ×10^4 (N·m)
得:Me = (M^2 + 0.75T^2 ) 1 /2 = 23 650 (N·m)
[σ] = σs /S = 550 /1.5 = 367 (N /mm2 )
σ = 10Me / d^3 = 324 (N /mm2 ) < [σ]
轴的抗扭强度合格。
413 传动系统结构设计
如图6所示,由于卷筒旋转装置转速较低,传动系统的减速比较大,故采用2级减速,一级为皮带轮减速,另一级为蜗轮减速机减速。三角皮带传动在遇到卡阻时能有效地保护电动机。
图6 传动系统结构
Fig16 Structure of transmission system
4.4 投料控制系统设计
在卷筒传动轴端部设置回位控制装置,卷筒转动设置为连续转动及点动2种方式,便于操作。
5 结束语
该出料系统的设计为一种新型的垃圾站内垃圾出料方式,能够满足压缩式运渣车的准确、定量投料的要求。通过在市区一垃圾站投入使用的情况来看,效果显著。该垃圾站改造前使用的是载重量为5 t的普通敞开式运渣车,要运走该垃圾站内约5 t的垃圾至少需要2次才能运完。由于市区离垃圾处理场普遍较远,加上来回时间要运完该垃圾站内的垃圾至少花费6 h。改造后使用载重量为5 t的压缩式运渣车,同量的垃圾只需要一次就能运完,花费时间约2 h。同时减轻了工人的劳动强度,改善了工作环境,减少了车辆来回次数,节约了能源,降低了成本,保护了环境。
参考文献
[ 1 ] 杨霞. 城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺的研究. 环
境工程, 2000, 18 (5) : 12～14
[ 2 ] 付海明. 移动式卸料机除尘系统设计及应用. 环境工
程, 2004, 22 (1) : 41～43
[ 3 ] 徐灏. 机械设计手册. 北京:机械工业出版社, 1991
作者简介:陈华江(1969～) ,男,工程师,主要从事机械设计及制图
的教学与研究工作。Email: chenhuajiang1@163. com
