垃圾壓縮機構結構設計與研究

陳 歡

（陜西國防工業職業技術學院，陜西西安 710300）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，生活垃圾的產生量與日俱增，如何將城市垃圾進行收集、運輸和處理已經變成亟待解決的難題。應運而生的垃圾壓縮站已成為城市垃圾綜合處理系統的中樞，垃圾處理系統可將松散的垃圾壓縮成餅狀，減少垃圾聚集的空間，避免在運輸過程中因掉落而產生的2 次污染，對整個垃圾處理具有重要意義[1-3]。

針對垃圾處理系統中垂直式垃圾壓縮機進行分析，并對主要部件壓縮機構進行結構設計與研究，提出設計時的關鍵要素，為產品的生產加工提供依據。

1 垂直式垃圾壓縮機的整體布局及結構

垂直式垃圾壓縮機主要是利用壓頭的重力對垃圾箱內的垃圾施加豎直向下的作用力，具有壓縮力度大、壓緊壓實效果好等諸多優點[4-5]，其工作原理如圖1 所示。

從圖1 中可知，垂直式垃圾壓縮機主要完成以下動作：一是豎直上下直線運動完成垃圾壓縮的循環往復；二是水平方向運動將垃圾推出貯存或與垃圾轉運車進行對接。

從整體結構來看，可將垂直式垃圾壓縮機分為2 大部分，分別是壓縮機構和垃圾箱體，如圖2 所示，壓縮機構主要實現豎直上下運動完成垃圾壓縮，垃圾箱體主要實現水平運動完成垃圾貯存和推出。此結構設計的優點主要有以下4 個方面：①能夠有效避免多液壓缸在垃圾壓縮接力過程中出現的停頓現象，避免多缸在配合過程中對液壓電氣控制系統的要求過高；②減少了多液壓缸在運動過程中的能量損耗，減少了所需結構鋼材的重量，降低了成本；③避免了多液壓缸在安裝過程中的人員操作危險，提高了垂直式垃圾壓縮機的整體強度；④降低了垂直式垃圾壓縮機在土建安裝時的房屋要求，減少了建造成本。

圖1 垂直式垃圾壓縮機工作原理

圖2 垂直式垃圾壓縮機結構

2 壓縮結構設計與研究

壓縮機構是垂直式垃圾壓縮機整個結構中最為重要的一部分，主要是完成垃圾的壓縮，具體的動作可分為2 部分，一是在空載運行時，可以實現壓縮機構的快進快退；二是在進行壓縮時，可以實現緩慢加壓、緩慢退出。此動作設定可以提高整個壓縮機構的效率，能夠保證整機在良好的狀態下運行。

從圖3 可以看出，壓縮機構包含壓縮油缸、壓頭和立柱總成3 大部分，其中壓頭的主要作用是與壓縮油缸進行有效連接，在壓縮垃圾時不斷增大與垃圾接觸的面積，一般而言，壓頭上安裝有球頭座，球頭座的主要目的是在壓縮垃圾時使壓縮油缸能承受一定的偏載，延長壓縮油缸的使用壽命。

2.1 壓縮油缸的設計

壓縮油缸帶動壓頭完成垃圾壓縮，而在壓縮油缸與壓頭之間，采用球鉸的方式進行聯接，球鉸聯接可在一定范圍內任意偏轉，當垃圾不平整壓縮時，壓縮油缸不受偏載的影響，有效保護了壓縮油缸。

2.2 壓頭的設計

圖3 壓縮機構

在壓頭的設計過程中，要充分考慮到壓頭實際的工況以及垂直式垃圾壓縮機現場裝站的地基可能產生的誤差等情況，必須要對壓頭與垃圾箱體的壓縮腔四周的間隙進行優化設計。通常要保證間隙的尺寸在50～60 mm，保證在有輕微的傾斜運動時，壓頭在上下運行過程中不觸碰到箱體，保證在壓縮垃圾時也無垃圾的溢出。

2.3 立柱總成的設計。

從圖4 可知，立柱總成結構主要由立柱、三角連接架、保險裝置及承重梁等部分組成。在壓縮機構壓縮垃圾時，壓縮油缸將受到的反作用力傳遞到承重梁上，承重梁將受到一個垂直向上的拉力，在提起箱體時，承重梁將受到一個垂直向下的拉力，最大拉力為壓縮箱與垃圾塊最大重量之和。立柱總成各個組成部分的功能如下：

（1）立柱。立柱是垂直站壓縮系統的支撐，為壓頭和箱體的升降提供導向。為保證設備的高度和抗拉抗壓強度，立柱選用方管，方管兩端連接板采用30 mm 厚的鋼板，立柱在于承重梁和地基連接處采用M24 的螺栓連接。

（2）三角連接架。立柱四周布置4 個三角連接架，主要作用是分擔承重梁受力，能夠固定立柱，保證整個結構的穩定，防止承重梁變形。三角架支撐管選用矩形管，三角連接架兩端連接立柱和承重梁。

（3）承重梁。承重梁的主梁采用拱形結構設計，主梁中間放置壓縮油缸，主梁中心上下面為平面，上下裝配壓縮油缸的固定板，在承重梁受力情況下，拱形主梁可以將垂直方向的受力向邊梁、四周的橫梁或豎梁轉移，大大提高了承重梁的承載能力。拱形主梁采用8 mm 厚的鋼板焊接而成，邊梁和其余橫梁、豎梁采用槽鋼，整個承重梁結構設計能滿足整機作業時的強度和剛性要求。

（4）保險裝置。保險裝置主要是由保險油缸、連桿和保險鉤3 部分組成，當垃圾箱需要維修保養時，可通過壓縮油缸先將垃圾箱提升至安全高度，再通過安裝在頂梁之上的保險油缸推動連桿，連桿帶動保險鉤勾住壓臺之上安裝的橫梁，可為進一步維修操作提供安全、可靠的保障。

圖4 立柱總成

3 結語

通過垂直式垃圾壓縮機整體布局與結構的分析，主要對垃圾壓縮機構進行結構設計與研究，結合壓縮油缸、壓頭和立柱總成的設計，對垂直式垃圾壓縮機的整體設計研發提供依據，也為產品的生產提供思路。