一种应用于垃圾处理带沥水功能步进地板的优化改进.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：王陈伟，男，江苏常州人，维尔利环保科技集团，汉族，本科，研究方向为非标机械及自动化。-60-一种应用于垃圾处理带沥水功能步进地板的优化改进 王陈伟 维尔利环保科技集团，江苏 常州 213100 摘要：摘要：厨余垃圾处理是现代生活中一个重要的环境保护问题，本文介绍一种应用于厨余垃圾处理带沥水功能的步进地板，在其长期实际使用过程中发现其存在一定的不足之处如模块化程度低、控制程序和控制组件的可靠性要求较高以及沥水口容易堵塞等问题，通过对已知不足点的分析，在现有基础上对机构进行优化改进设计，以达到提高其可靠性、实用性及经济性的目的。关键词：关键词：沥水；步进地板；优化 中图分类号：中图分类号：TU992 1 概述 生物水解反应器是目前我司应用于厨余垃圾 EMBT（生态消融技术）机械预处理中的一种核心设备，EMBT采用“机械预处理+生物水解+生物干化+后分选+厌氧处理”的生产工艺。垃圾经过预处理和生物水解转化为高浓度有机浆液和剩余可燃物，有机浆液进行厌氧消化处理产生沼气后进行发电处理，可燃物部分经过生物干化后作为燃料利用，臭气处理后达标排放，厌氧出水排入已有的污水处理系统进行处理。生物水解反应器是一个卧式的、中间带缓慢搅拌装置、底部有渗漏栅格的设备，采用厌氧消化后的沼液回流作为生物水解液。在反应器中，微生物和垃圾之间的相互作用是关键。微生物利用垃圾中的有机物作为能源和营养源，同时垃圾也为微生物提供了生长所需的环境条件。搅拌装置的作用是保持反应器中的均匀悬浮状态，使微生物和垃圾之间的接触更加充分。在适宜的温度下，生物水解反应器中酸化菌进行大量繁殖，酸化菌主要是一些厌氧菌，它们能够将复杂的有机物分解成简单的溶解性有机物。简单溶解性有机物在酸化菌作用下进一步分解成脂肪酸、醇类、丙酸、丁酸、乙酸、乳酸等。在淋洗的作用下，垃圾中小颗粒无机物、被酸化菌分解成的小颗粒有机物以及酸类醇类等被冲洗出生物水解反应器进入液相，从而实现垃圾的减量化作用。本文介绍的步进地板结构是生物水解环节中的一部分，其结构的稳定性严重影响着含有有机质的液相能否顺利进入厌氧系统，事关 EMBT 后续工艺中的有机浆液的回收量以及后期的利用率。2 沥水步进地板结构介绍 沥水步进地板是一种应用在生物水解反应器下方的结构，它由 6 块活动地板单元组成。每块地板上都设有滑架、推料刮板、沥水板、支撑梁等部件。而驱动单元则由尾部的 6 根有杠油缸组成，用于驱动地板的运动。地板上的挂料板按照错位排布，以实现对沥水板上物料的清理。例如，1 号地板的挂料板布置时涵盖了 2 号地板，这样在运动过程中，1 号地板可以清理2 号地板运动时不能涉及到的沥水板上的物料。为了确保刮板的有效清理，每个刮板之间的间距需要大于油缸实际行程的 1/2。沥水步进地板的设计和使用可以有效地提高生物水解反应器的操作效率和清洁度。通过地板的运动，物料可以被及时清理，并且沥水板上的水分可以被有效地排除，从而保持反应器内部的干燥和清洁。这对于生物水解反应器的正常运行和产出的质量具有重要意义。综上所述，沥水步进地板的安装和使用结构简单，但功能强大。它通过地板的运动和刮板的清理，可以有效地提高生物水解反应器的操作效率和清洁度，从而为生产过程提供了更好的条件。在实际运作过程中，6 个地板按照电气预先设置的顺序及时间依次运作，起初 1、6 号地板开始启动，其余地板暂不运作。当 1、6 号地板运动到油缸行程的一半时，2、5 号地板油缸开始运作，此时 1、6 号地板按原速度继续运动，而当 2、5 号运作到行程一半时，3、4 号地板开始运作，此时 1、6 号地板已经到达满行程处并处于停止状态，当所有地板均到达满行程后，回退时运动顺序则改为 3、4 号为第一批、2、5 号为第二中国科技期刊数据库 工业 A 批、1、6 号为最后一批，所有油缸的控制则由电气设置，设置时按照油缸恒压下记录的满行程所需的时间来进行设定各油缸的启动时间、运动时间以及往复时间（如图 2 简单示意图）。通过电气上的时间设置以保证地板运动过程中 6 个地板互不干涉，达到推料的同时清理了沥水板上面的物料以保证垃圾在生物水解过程中有机浆液的及时排出。1-地板滑架 2-地板滑架 3-地板滑架 4-地板滑架 5-地板滑架 6-地板滑架 7-地板推料板 8-地板推料板 9-地板推料板 10-油缸 11-油缸 12-油缸 13-油缸 14-油缸 15-油缸 16-地板推料板 17-地板推料板 18-支撑架 19-地板推料板 20-沥水板 图 1 原歩进地板结构图 图 2 歩进地板运动简图 3 实际使用过程中存在的不足 该结构在我司一中试项目上进行了使用，实际使用过程中效果比较理想，但纵观安装调试以及结合后期项目的使用情况来看，依然存在一些不足：如图 1 中所示，6 个地板因为其刮板的布置不同，其制作过程中的通用性较低，同时有三种规格的刮板，故现有结构的模块化程度较低。在现有结构中，各地板的启动顺序和行程之间存在关联。这意味着在调试过程中，必须确保各油缸的动作时间上的衔接和急停控制。如果其中一个油缸的控制出现问题，整个结构可能会发生相撞的危险。因此，在控制程序和控制组件方面，对可靠性的要求较高。控制程序必须能够准确地控制各个油缸的启动顺序和行程，并能够实现急停功能，在调试及后期使用中需设置互锁装置进行保护。如图 1 所示，现有的沥水板上开孔排布为垂直于地板运动方向，其沥水口的清洁为通过挂料板的往复运动达到对沥水板上方进行清理的效果，但是因为垃圾物料的特性比较复杂，尤其厨余垃圾经过生物水解后其残渣的粘度较大，沥水板上方通过刮板的往复运动将上方积料进行清理，但是其沥水口会因为物料粘度较大而粘在物料口上，长期如此会导致沥水口堵塞从而影响有机浆料的回收，进一步影响后续的工艺处理。4 改进方法 根据中试后该设备存在的一些问题，从可靠性、实用性及经济性出发对该结构进行了一些优化改进。具体如下所述：1-固定架 2-地板滑架 3-固定架 4-固定架 5.5-地板滑架 6-固定架 7-油缸组件 8-推料刮板 9-支撑架 10-沥水板 图 3 优化改进后歩进地板结构图 4.1 简化控制、优化排布 从可靠性和经济性出发，我们对驱动结构进行了简化。原先的 6 个地板按顺序运动的方式被改为只有 2号和 5 号地板运动，而 1 号、3 号、4 号和 6 号地板则被改为固定地板。同时，我们将驱动单元的油缸数量从 6 个减少到 2 个，并改为单独的往返运动形式，不再局限于按顺序和时间间隔来控制。这样一来，我们大大简化了控制程序的复杂度。另外，我们对刮板进行了模块化制作，采用了统一的型号。如图 3 所示，刮板安装在 2 号和 5 号地板上方，并伸出飞边覆盖到 1 号、3 号、4 号和 6 号地板上方。当 2 号地板开始运作时，刮板可以同时推动 1号、2 号和 3 号地板上方的物料；同理，当 5 号地板运作时，刮板可以同时推动 4 号、5 号和 6 号地板上方的物料。这样的结构调整不仅提高了系统的可靠性，还降低了成本。通过简化控制程序和采用模块化制作，我们可以更容易地维护和维修驱动系统，并且减少了61中国科技期刊数据库 工业 A 零部件的种类和规格，进一步降低了生产成本。这些改进措施有助于提高生产效率和降低故障率，从而提升整个系统的性能和可靠性。图 4 改进后歩进地板运动简图 4.2 增加篦子对沥水槽口进行清理 如图 3 所示，将现有的沥水板的沥水口排布更改为平行于地板的运动方向，现有的刮板固定在 2、5 号地板上，同时，其两侧覆盖相邻的地板，而刮板相邻飞边侧下部则设有篦子（见图 4 中），篦子则插入到相邻两地板的沥水板槽口内，当 2、5 号地板开始运作时，篦子随着地板进行前后运动的同时对沥水板槽口内进行清理，有效保证了槽口的沥水通畅，提高了设备在运行过程中的稳定性。图 5 刮板与沥水板安装配合 4.3 经济成本优化 根据优化结构设计，采用两个油缸作为驱动动力可以有效地提高设备的性能和降低成本。首先，考虑受力面积情况，将两个原来的 50 缸径增大到 90 缸径的油缸，保持相同的油压下，单个 90 缸径油缸产生的推力应该能够满足原来三个 50 缸径油缸所产生的推力。这样的设计可以确保设备在工作时有足够的推力来完成所需的任务。同时，通过减少油缸的数量，可以显著降低成本。原来的设计中有 6 个油缸，而优化后的设计中只需要 2 个油缸。这意味着可以减少 60%的油缸成本支出。此外，液压控制阀组件也由原来的 6个减少到 2 个，成本支出降低到原来的 1/3。这样的成本减少将对整个项目的可行性和经济效益产生积极的影响。另外，优化结构还采用了模块化设计，与原设计进行对比，进一步降低了制造难度和成本。模块化设计可以将设备拆分为多个独立的模块，每个模块都具有特定的功能。这样一来，不同的模块可以由不同的供应商进行制造，从而实现专业化和分工。每个模块的制造可以并行进行，大大缩短了制造周期。同时，模块化设计还可以减少生产线上的物料和工序，简化了制造过程，提高了生产效率。其次，模块化设计可以降低零部件的制造成本。由于模块化设计可以使制造过程更加简化和高效，生产线上所需的设备和工人的数量也会相应减少，从而降低了制造成本。此外，模块化设计还可以促进零部件的标准化和模块化，减少了零部件的种类和库存，进一步降低了制造成本。最后，模块化设计还可以提高设备的可维护性和可升级性。由于设备被拆分为多个独立的模块，当某个模块出现故障时，只需要更换该模块而不需要更换整个设备，大大减少了维修时间和成本。同时，模块化设计还可以方便设备的升级和改进，只需要更换或添加相应的模块即可，使得设备在使用过程中更加便捷和灵活。综上所述，优化结构设计采用两个油缸作为驱动动力，通过增大油缸缸径和减少油缸数量，可以满足原来设备的推力需求，并且显著降低了成本。模块化设计进一步降低了制造难度和成本，提高了设备的可维护性和可升级性。这样的优化设计在提高设备性能的同时，也具有一定的学术水平和实际应用价值。5 应用对比 通过上述优化改善后，经过上述优化改善后，我司在中试项目中选择了两台生物反应器中的一台进行改造试验。在相同的物料和工况条件下，我们进行了90 天的周期性沥水收集试验，并通过数据采集汇总出了以下曲线图。通过对曲线图的分析，我们发现在设备使用的前期阶段，两台设备的沥水值变化并不大。然而，在中期过后，原设备的沥水出现了下降波动，而改造后的新结构则呈现出较为稳定的波动值。62中国科技期刊数据库 工业 A 图 6 原结构与优化结构沥水收集数据对比 通过对比 90 天的沥水收集数据，我们可以明显看到改造效果的明显提升。这验证了我们在结构优化改进方向上的正确性，并为后续工程实际应用提供了有力的数据支撑。这项改造试验的成功意味着我们在生物反应器领域的工程实践有了重要突破。我们可以借鉴这一优化改进方案，将其应用于实际生产中，从而提高生物反应器的运行效率和稳定性。6 结语 在上述方案中，通过简化控制程序和减少控制组件的数量来降低制作成本。这意味着可以使用更少的材料和设备来实现沥水地板的功能，从而降低了制作成本。此外，通过对原设备的分析和改进，我们找到了根源导致不可靠性的问题，并进行了相应的优化。这些优化措施可以提高设备的稳定性和可靠性，从而减少了故障和维修的次数。经过优化改进后的沥水地板结构已经在后续的项目中得到了验证，并取得了良好的效果。这意味着我们的优化方案是可行的并且能够实际应用于实际项目中。总的来说，通过优化改进，我们在成本、稳定性和可靠性方面都取得了显著的改善。这对于提升设备性能和降低运营成本非常重要，也为未来的项目提供了有价值的经验和指导。参考文献 1郑文纬度,吴克坚.机械原理M.北京:高等教育出版社,1997.2揍惠君.机械运动方案设计手册M.上海:上海交通大学出版社,1994.3杨家军.机械系统创新设计M.武汉:华中科技大学出版社,2000.4黄学群.运输机械选型设计手册.北京:化学工业出版社,2011.5于文强.张丽萍等.机械制作基础.北京:清华大学出版社,2010.6李兴正.机械设计基础M.重庆:重庆大学出版社,2016.63