城市生活垃圾壓縮打包機的結構設計

白云濤 佟百巖 李 楠

(吉林嘉德藍天環境技術有限公司，吉林 吉林 132000)

從20 世紀40 年代，國外就已經出現了應用于棉花、塑料、秸稈等物料壓縮和打包處理的裝置。近年來，在相關技術的支持下，壓縮效果、打包效率得到了進一步地提升，但是在城市生活垃圾處理方面，壓縮打包裝置的研究與應用相對較少。隨著城市生活垃圾的不斷增加，以及市民垃圾分類意識的日益提升，壓縮打包機的應用前景更加廣闊。設計研發一種適合我國中小城市生活垃圾壓縮打包處理的裝置，對提高垃圾處理效率和實現資源回收利用均有積極意義。

1 垃圾壓縮打包機設計要求

經過分揀之后的生活垃圾，從該裝置的進料口倒入，在內部完成壓實。初始壓縮比設置為3:1，可根據垃圾種類進行手動調節壓縮比；完成壓縮后，得到比較規整的長方體垃圾塊，自動進行打包。打包后垃圾塊的尺寸為600mm×600mm×450mm，參數同樣可手動調整。設計處理能力為(2.5±0.2)t/h，壓縮后垃圾塊密度不低于360kg/m3。該裝置的主要結構包括六部分，分別是進料壓實裝置、壓縮裝置、收縮裝置、打包系統、液壓系統以及機架。

2 垃圾壓縮打包機的工藝流程

該裝置的功能實現分三步：(1)垃圾預壓。在機架的上方設有一處進料斗，呈倒錐形。進料口下方有壓縮活塞，當垃圾從進料口倒入，在液壓缸的作用下，料斗內側的活動壁重復做橫向的壓縮運動，對這部分垃圾完成預壓。經過預壓處理，垃圾的體積可以減小到1/2，為下一步的二次壓縮和打包處理提供了便利條件。(2)垃圾復壓。經過初壓步驟后，垃圾基本成型，然后掉落到下放的壓縮區。壓縮活塞推動導軌上的金屬板做往復運動。導軌能夠減小摩擦，從而提供更大的沖擊力，進一步提升了垃圾壓縮效果。完成復壓后，垃圾體積縮小至原來的1/3 左右。(3)推線與捆線。經過壓縮且密度達標后的垃圾塊，在壓縮活塞的推動下，來到收縮口。在推線機構的幫助下，鋼絲分別從上、下板，左、右板上引出，為下一步的捆線做好準備。之后在捆線機構的幫助下，完成對垃圾塊的捆扎、打包，并利用剪線組件自動將鋼絲剪斷。詳細流程如圖1 所示。

圖1 垃圾壓縮打包機的運作流程

3 垃圾壓縮打包機各部分結構設計

3.1 加料口設計

該結構主要分為上、下兩部分，上部是一塊平板狀的防護罩，垃圾加滿之后防護罩自動閉合，一來是防止壓縮過程中垃圾受力向上擠出，二來是保證預壓效果。下部是存儲垃圾的料斗。加料口為“上大下小”型式，下部出料口與壓縮腔相連，因此需要保證兩者的尺寸一致，設計為800mm×600mm。材料方面，使用6mm 厚的高強度鋼板，有助于提高垃圾預壓效果。同時，鋼板內表面必須做特殊的防腐處理，例如酸洗磷化處理，防止被垃圾液腐蝕，延長使用壽命。在距離上部開口約20cm 處，安裝料位檢測裝置，根據料斗內垃圾余量的多少，自動控制垃圾進給速度。

3.2 壓縮活塞設計

作為垃圾壓縮的主要裝置，壓縮活塞通過推動滑軌帶動壓縮腔內的壓縮快，實現對垃圾的壓縮。壓縮活塞的行程可通過人工手動修改，保證走完一個行程，垃圾剛好達到設計的壓縮密度；之后壓縮活塞回程、復位，此時經過壓縮處理的垃圾進入到打包位置。進一步分析壓縮活塞的結構，核心構件是壓縮快，材質方面同樣采用經過防腐工藝處理后的高強度鋼板；此外還有液壓缸，是提供壓縮動力的主要構件，以及承載上下板和側板的內部支架。在設計壓縮活塞時，除了要考慮結構型式和構件材質外，壓縮塊的數量、布置方式等，也是設計時要考慮的重點內容。

3.3 機架設計

機架的功能比較簡單，發揮著支撐整套裝置以及裝置內部特定結構的作用。從具體組成上來看，又包含了底座、底板、側板、上蓋板等部分，各部分的作用如下：(1)底座。采用4 條22#槽鋼，布置成4500mm×700×20mm 的長方形底座，槽鋼相接處采用螺栓連接方式加以固定，方便后期拆卸。(2)底板。采用6mm 厚高強度鋼板，平鋪在搭設好的底座上，在四周鉆孔，將螺栓插入鉆孔，使底板與底座槽鋼連接、固定。(3)側板。由于側板受力較為集中，為提高承載力，除了選用高強鋼板外，還要在側板的外側焊接加強筋。加強筋沿側板的對角線布置，在合適位置選擇點焊固定。(4)上蓋板的尺寸為2400mm×700mm×20mm。參照底板樣式，在前半部分的內壁上銑出2 條深5mm、寬80mm、長2000mm 的細長槽，分別布置在內壁的兩側，這樣就可以使側板的上端卡入槽中。

3.4 收縮口設計

該結構有兩個功能，其一是將經過活塞壓縮后的垃圾塊，再進行一遍壓縮，提高其密度；其二是調整垃圾塊的形狀，使其更加規則，為下一步的捆綁創造便利條件。從具體組成上看，主要構件有收縮板、液壓缸、上壓板、龍門架4 部分，如圖1 所示。其中，收縮板、上壓板是進一步壓縮垃圾塊的主要受力構件；龍門架不僅起到了支撐作用，而且為液壓缸的推動提供了必要支持，將實現自動、連續的壓縮作業。結構組成如圖2 所示。

圖2 收縮口結構組成

3.5 推線與捆線機構設計

推線部分設計運動流程為：初始狀態，推線機構位于裝置的左側，推線桿、推線頭等構件固定在金屬邊框上。啟動后，液壓缸開始收縮，帶動導桿上的滑塊從左往右做定向運動。此時，推線頭緊貼著垃圾塊從一側至另一側，推線到位。為了防止推線桿移動過程中，出現摩擦力過大影響推線效果，或者是推線桿移動導致捆線不合理等情況，在設計時增加了兩個圓頭平鍵，如圖3 所示。

圖3 推線桿的固定方式

捆線部分設計運動流程為：電機啟動后，帶動鏈輪組、鏈條做逆時針轉動。同時液壓缸啟動，帶動捆線軸、捆線頭完成對垃圾塊的捆綁。捆綁結束后，利用剪線組件將線頭剪斷，完成打包。

3.6 液壓系統設計

垃圾壓縮打包裝置中使用到多臺液壓機，根據功能的不同，在型號與最大負載等方面存在明顯差異，如表1 所示。

表1 垃圾打包機各部分液壓缸的最大負載

除了液壓缸外，整個液壓系統中還包含了復雜的液壓管路、液壓泵組、控制閥組等。這些構件在PLC 的控制下，相互協調，共同完成對垃圾的壓縮打包。除了考慮硬件組成外，設計時還要關注以下幾項參數：其一是調速方式。選擇定量泵節流調速，在滿足壓縮打包處理效率的基礎上，還能兼顧速度穩定性；其二是調壓方式。液壓泵組選擇雙泵供油回路，相應的選擇溢流閥和定壓閥，實行雙閥調壓。其中，溢流閥安裝在液壓泵出口位置，而定壓閥則安裝在進/回油開口處；其三是換向回路。利用三位四通電池換向閥，輔助完成換向，實現自動壓縮、打包。

4 結論

本文設計的基于PLC 控制的垃圾壓縮打包機，主要包括加料機構、收縮機構、推線和捆線機構以及液壓系統等。具有操作簡便、自動化程度高、壓縮打包一體化等特點，為城市生活垃圾的回收處理提供了支持。