城市生活垃圾分类处理系统水平出料设计论文-G.doc

地下型城市生活垃圾分类减量处理系统
——水平出料机构的设计与制造

申报职称： 高级工程师
申报人姓名：汪京明
申报人单位：北京东西分析仪器有限公司
论文专业： 机械设计

地下型城市生活垃圾分类减量处理系统
——水平出料机构的设计与制造
摘要:水平出料机构是地下型城市生活垃圾分类减量处理系统中的重要机构之一，它主要由料槽、π型支架、推头和滑盖部件构成，而每一个部件又由若干个不同零件组装或焊接而成。它的工作原理是：首先由固定在料槽后架与π型支架之间的一组双作用油缸Ⅰ驱动π型支架部件、推头部件及滑盖，通过其两侧分别安装的导向滑轮沿着料槽两侧的导轨在料槽中做往复运动，π型支架的后端安装有支撑滚轮在料槽底板上滚动；然后由固定在π型支架与推头架之间的另一组双作用油缸Ⅱ驱动推头部件和滑盖，同样是通过推头架两侧安装的导向滑轮沿着料槽两侧的导轨在料槽中做往复运动，由推头将“垃圾”推入提升料斗中。水平出料机构的动力是由一个液压站提供，双作用油缸作为动力的执行部件，由行程开关控制电磁阀的换向来控制其运动部件的开始和返回的行程。采用双作用油缸驱动推头在料槽中做往复运动推料不仅简化了水平出料机构的机械结构，且推头在料槽中推料平稳，而且水平出料机构也更便于维修与保养。
关键词：分类减量处理系统；水平出料机构；π型支架部件；推头部件
0 引言
在城市化进程中，垃圾作为城市代谢的产物曾经是城市发展的负担，世界上许多城市均有过垃圾围城的局面。随着环境问题逐渐被重视，节能、环保成为各国的发展主题，如今的垃圾被认为是最具开发潜力的、永不枯竭的“城市矿藏”，是“放错地方的资源”。这既是对垃圾认识的深入和深化，也是城市发展的必然要求。此外，在垃圾回收利用加工过程中，不仅解决了垃圾排放的环保问题，同时也使垃圾成为再生资源被重新利用，正可谓“一举两得”。如今作为循环经济重要组成部分的再生资源——垃圾，已经开始成为资源循环的一个新起点，垃圾处理为产业发展提供了新的契机 。
据有关部门统计，2010年北京市每天将有上万吨生活垃圾处理缺口。而现有垃圾处理方法的90％是使用垃圾填埋技术，由于直接填埋，加剧了土地资源的消耗，而现在我们的城市再也“吃”不下这些垃圾了，所以垃圾减量化成为首都城市发展迫切需要解决的问题，垃圾减量化处理势在必行。
1 城市生活垃圾分类减量处理系统
以前居民把垃圾扔到垃圾桶，环卫工人将收集的垃圾用三轮车送到垃圾楼里的集装箱中，然后运到垃圾处理场进行初步的分类筛选，再送到垃圾填埋场进行填埋处理。现在垃圾楼中安装了一套城市生活垃圾分类减量处理设备，垃圾送到垃圾楼中的该套设备中，机器就能对垃圾进行细致的分类，这样就将垃圾的分类和筛选提前到垃圾楼进行了。经过垃圾分类减量处理设备分类和筛选后的生活垃圾，主要分三类:第一类是纸、塑料等可回收再利用的垃圾；第二类是菜叶、果皮、剩饭菜等富含有机质的垃圾，经堆肥发酵转化成富含有机物的“营养土”后，可养花、种菜，垃圾废渣还可制成彩色地砖；最后的筛下物将送到垃圾填埋场填埋，而这一部分仅占全部垃圾的三成。生活垃圾在经过分类减量处理设备的分类筛选后，该送去堆肥的送堆肥厂，该回收的送给回收部门，需要填埋的送去填埋。以前每一集装箱垃圾中的70%都可回收再利用，真正的“垃圾”就剩下30%了。所以垃圾减量化处理，不仅可以实现垃圾的回收再利用，还可以节约运输费用和人工成本，同时减少垃圾对宝贵土地资源的消耗。图1是地下型城市生活垃圾减量处理系统的垃圾分类减量过程图：由图1中看出倒入送料机构的垃圾被送进破袋机构，破袋机构将垃圾袋打破后垃圾落到筛选机构中（一个有着许多特制筛孔且在不停地旋转的巨大滚筒），垃圾在旋转的筛筒中首先漏下可腐有机物（菜叶、果皮、剩饭菜等富含有机物的垃圾），落到筛筒下面的水平出料机构的料槽中，然后由二组双作用液压缸驱动的水平推料机构将漏下的可腐有机垃圾推入提升料斗中，提升料斗机构将这些可腐有机垃圾从地下提出倒入集装箱中。
送料机构
破袋机构
水平出料
筛选机构
提升料斗
打包机构
集装箱
集装箱
风选机构
提升机构

图1地下型城市生活垃圾减量处理系统流程图
其次在筛筒旋转筛选的过程中风选机构也同时启动，垃圾中的纸、塑料等可回收再利用“垃圾”被强大的气流由风道抽到打包机构中打包后送去回收再利用；最后的筛下物从筛筒（与水平方向成一定的夹角）另一端的底部漏出到垃圾筒中被另一提升机构提起倒入集装箱中。本论文所论述的就是生活垃圾减量处理系统（地下型）中的水平出料机构部分的设计与制造。
2 水平出料系统结构的设计与制造
2.1 水平出料机构的结构及其工作原理
水平出料机构是地下型城市生活垃圾减量处理系统的八大机构之一，也是重要的机构之一，图2是该套处理系统中水平出料机构的结构图。由图2中可看出水平出料机构的结构主要由料槽部件、π型支架部件、推头部件和滑盖部件组成，而每一个部件又由若干个不同零件组装或焊接而成。它的工作原理是首先由固定在料槽后架与π型支架之间的一组（两个工作行程510mm）双作用油缸Ⅰ驱动组成水平出料机构运动部件的π型支架部件和推头部件以及滑盖，π型支架部件和推头部件的两侧都分别安装有导向滑轮沿着料槽两侧的导轨在料槽中做往复运动，π型支架的后端安装有支撑滚轮在料槽底板上滚动；其次由固定在π型支架与推头架之间的另一组（两个工作行程630mm）双作用油缸Ⅱ驱动推头部件和滑盖，通过推头架两侧安装的导向滑轮沿着料槽两侧的导轨在料槽中做往复运动；双作用油缸Ⅰ和双作用油缸Ⅱ的动力由一个液压站提供（图中未画出）。所以不难看出图2所示地下型垃圾减量处理系统的水平出料机构是由液压为动力的两组双作用油缸驱动推料机构在料槽中进行推料，推料机构的工作行程和返回行程由行程开关和电磁换向阀组成的控制部件（图中未画出）控制。
图2 地下型垃圾减量处理系统水平出料机构结构图
2.2 水平出料机构的结构设计与制造
2.2.1 料槽部件
由图3中看出料槽由框架、后架、衬板和导轨构成，由于垃圾含有大量可腐有机物和水分，所以料槽主要采用不锈钢材料制造，避免长时间接触零件表面生锈和被腐蚀。而其中框架是整个料槽的基础构件，其强度和尺寸精度决定着料槽的强度及尺寸精度。为保证框架的尺寸精度和整体强度，整个框架用25mm×50mm 壁厚2mm的不锈钢矩型管焊接。先将构成框架各构件的结合处用氩弧焊焊接，要求保证焊后框架中各联接构件相互垂直且框对角线误差在允许范围内以及保证零件的各装配尺寸，之后再使用电焊将结合处焊接以确保框架的整 图3 料槽部件结构图
体强度，因框架长、宽尺寸均2M以上而出料口为敞口，所以框架的四角分别焊接45°加强筋；后架采用10＃槽钢其上焊接与双作用油缸联接用的法兰（焊后表面经发黑处理）与框架焊接，衬板为2mm不锈钢板折弯成型后与框架焊接，导轨用45＃钢调质后加工制造经表面发黑处理，用M12螺栓安装在料槽的两侧相应位置。
2.2.2 π型支架部件
由图2中不难看出π型支架部件是整个水平出料机构的核心部分，又由图4中看出该部件主要由π型支架、双作用油缸Ⅰ和双作用油缸Ⅱ、导向滑轮和支撑滚轮构成。π型支架用10＃槽钢构件焊接而成，相应位置焊接联接油缸的法兰,由于π型支架部件是整个水平出料机构的核心部分，而π型支架又是整个部件的核心件，所以在加工制造过程中要求保证焊后π型支架中的各联接构件相互垂直且框对角线误差在允许范围内以及保证零件的各装配尺寸。 图4 π型支架部件结构图
π型支架焊接完后进行表面发黑处理；安装在π型支架两侧的导向滑轮沿着料槽导轨滚动，和安装在π型支架后端的支撑滚轮一起支撑水平出料的运动部件，避免由于运动部件本身的自重而倾斜（运动部件自重约200Kg）。由图5看出导向滑轮部件由轮、轮套、轮轴和滑轮支座等构成，轮轴和轮及滑轮支座采用45＃钢机加工制造经调质处理后磨削配合孔与外园，所有零件都进行表面发黑处理（不 图5 导向滑轮部件 包括铜套）后组装。由于油缸的往返运动为速度较慢的匀速运动，而整个水平出料机构的位置是在地下型筛筒的下面维修和保养又不十分方便，所以轮轴与轮子之间的相对转动用强度和耐磨都较好的黄铜(Cu6-1-1)套取代滚动轴承做转动付，在保证了滑轮和滚轮转动自如的前提下缩小了零件的尺寸。由图5看到导向滑轮的侧端面较宽，这是因为导向滑轮不仅起运动部件的导向作用，而且对运动部件起支撑的作用，避免运动部件因自身重量在工作中倾斜。通过设备将近一年的运行达到了预先的设计效果。
2.2.3 推头部件
由图6中看出推头部件由推头架和其上焊接的与双作用油缸联接用的法兰及分别安装在推头架两端的四个与π型支架部件相同的导向滑轮构成。同样与π型支架一样，推头架也一律用10＃槽钢构件 图6 推头部件结构图
焊接而成，制造要求与π型支架制造过程中的要求相同，焊接完后进行表面发黑处理；推头架两侧分别安装两个与π型支架部件中相同的导向滑轮，其作用与π型支架部件中导向滑轮一样使推头部件沿着料槽导轨滚动，与支撑π型支架的导向滑轮和支撑滚轮一起支撑水平出料的运动部件，避免由于运动部件本身的自重而倾斜。
2.2.4 滑盖部件
滑盖部件由盖板、轮槽和均匀装在轮槽中的小滚轮构成，如图7所示。并盖在水平出料的运动部件上，其前端面与推头架前端联接，两零件之间夹一个8mm厚耐油橡胶垫（图中未画出），耐油橡胶垫下端贴着料槽底板，确保推头推料干净。下面轮槽中两排小滚轮支撑着盖板，且可在π型支架上做往复运动，并且与推头部件和π型支架部件一起在料槽中沿着导轨做往复运动，避免从上面筛筒里筛下的“垃圾”落到水平出料机构里（水平出料机构返回时，固定在滑盖上方的刮板将落到其上面的“垃圾”刮到料槽里）。其中盖板采用2mm不锈钢板折弯成型，与机加工制造的轮槽（表面发黑处理）焊接在一起，
图7 滑盖部件结构图
小滚轮采用黄铜(Cu6-1-1)制造加工且轮轴孔需经铰孔加工，之后将小滚轮均匀地安装在轮槽中。
2.2.5 液压控制及电气控制
水平出料机构是由液压站提供动力分别控制两组双作用油缸，由油缸驱动π型支架部件和推头部件，三个行程开关分别控制π型支架部件和推头部件的开始和返回位置所组成的液压控制系统机构，由于驱动油缸是分别安装在π型支架部件和推头部件两侧的两个规格相同的油缸，为了使π型支架部件和推头部件在工作中运行平稳，在液压系统的油路中设置了两个平衡阀，以保证油缸在工作时同步。
水平出料机构经多个安装了地下型城市生活垃圾分类减量处理系统的垃圾楼在运行工作了一段时间后证明达到了设计的各项技术要求。采用双作用油缸驱动推头在料槽中做往复运动推料不仅简化了水平出料机构的机械结构，且推头在料槽中推料工作平稳，而且也更宜于维修与保养。
3 设计中的不足和对垃圾分类减量处理的展望
在垃圾分类减量处理系统工作中，虽然水平出料机构中的双作用油缸在滑盖下面，避免了油缸裸露在垃圾楼恶劣的环境中，在垃圾分类减量处理系统长时间工作中，缸杆也应该加可伸缩的保护罩，避免在长时间垃圾处理环境下工作后油缸杆上落上灰尘，影响双作用油缸的正常工作。
垃圾楼中使用垃圾分类减量处理系统处理生活垃圾不仅解决了垃圾排放的环保问题，同时在垃圾回收利用加工过程中也使垃圾成为再生资源被重新利用，同时也减少了垃圾对土地资源的占用。
据统计我国每年产生近1.5亿吨城市垃圾，且垃圾年增长率达到10%以上，城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨。仅北京去年生活垃圾产生量为669万吨，日产生量1.83万吨，如果用装载量2.5吨的车辆来运输，首尾相连，汽车可绕三环路一圈。在如此巨大的垃圾压力下，国家及北京市不断出台政策支持垃圾处理行业的发展，各级领导也开始高度重视环保建设并加大了投入，垃圾处理逐渐向环保化、减量化和资源化方向发展。通过近些年来的发展，中国垃圾处理产业已初具规模,如今中国的垃圾处理市场已经从导入期进入到成长期，并正向成熟期迈进。有理由相信，垃圾处理行业的前景将十分广阔，可以预见不久的将来会成为未来国内的明星产业。

参考文献：
［1］ 到2012年中国垃圾处理行业投资分析及前景预测报告

［2］北京生活垃圾产生量惊人 厨房废弃物成减量重点

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