1 引 言
目前重慶市主城區(qū)內(nèi)各垃圾站的垃圾出料方式 有以下幾種:
(1) 完全靠人力挖掘,采用這種方式,工人的勞 動(dòng)強(qiáng)度大,環(huán)境惡劣,耗費(fèi)時(shí)間長。
(2) 站內(nèi)有出料口,出料門的開與關(guān)靠銷子鎖 定。當(dāng)運(yùn)渣車接渣口對準(zhǔn)出料口后,拉開出料門的銷子,垃圾便往下掉入車內(nèi)。
(3) 站內(nèi)有出料口,出料門的開與關(guān)靠滑輪及 鋼絲繩由手輪控制[ 1 ] 。當(dāng)運(yùn)渣車接渣口對準(zhǔn)放料口后,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,打開出料門。這時(shí)會(huì)出現(xiàn)2 種情 況:一種情況是垃圾自動(dòng)向下掉;另一種情況是垃圾不自動(dòng)向下掉,原因在于垃圾的儲(chǔ)存空間是一個(gè)漏 斗形狀,垃圾堆在里面形成相互牽扯,需要外力去攪動(dòng)才會(huì)向下掉。現(xiàn)在的部分運(yùn)渣車裝料時(shí)是粗放型的,垃圾沒 有經(jīng)過壓縮處理,從而造成運(yùn)渣車裝料不多,有時(shí)一個(gè)垃圾站內(nèi)的垃圾要幾次才能運(yùn)完。目前環(huán)衛(wèi)系統(tǒng) 廣泛采用壓縮式運(yùn)渣車,而壓縮式運(yùn)渣車對垃圾站出料方式有一定要求。為配合壓縮式運(yùn)渣車裝料, 現(xiàn)有的垃圾站內(nèi)垃圾出料方式必須改進(jìn),以保證垃圾能準(zhǔn)確、定量地投入壓縮式運(yùn)渣車內(nèi)。
2 垃圾定量出料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較
壓縮式運(yùn)渣車接渣口的尺寸為1800 mm ×1000 mm,垃圾站內(nèi)垃圾出料口的尺寸為1500 mm ×1100 mm,結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土整體澆注而成的矩 形孔。垃圾出料口下端裝配有導(dǎo)向護(hù)板,以解決垃圾準(zhǔn)確投入運(yùn)渣車接渣口內(nèi)。為了解決垃圾定量投入壓縮式運(yùn)渣車內(nèi)這一問題,討論的方案有插板式、單卷筒旋轉(zhuǎn)式、雙卷筒下置旋轉(zhuǎn)式和雙卷筒上置旋轉(zhuǎn)式4種。
2.1 插板式
圖1所示為插板式,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單。
圖1 插板式
點(diǎn)是插板開、關(guān)來回行程較長,關(guān)閉不及時(shí)會(huì)影響定量出料;插板關(guān)閉時(shí)容易夾料。
2.2 單卷筒旋轉(zhuǎn)式
圖2所示為單卷筒旋轉(zhuǎn)式,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單;轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對垃圾有攪動(dòng)功能;能定量出料。缺點(diǎn)是卷筒旋轉(zhuǎn)半徑大,扭矩大;轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卷筒對垃圾無擠壓功能;設(shè)備在空中安裝、維修不方便;該方案由于卷筒旋轉(zhuǎn)半徑大,卷筒旋轉(zhuǎn)板已和運(yùn)渣車發(fā)生干涉,故此方案不可行。
圖2 單卷筒旋轉(zhuǎn)式(注:括號內(nèi)的尺寸為參考尺寸,不加括號的尺寸為實(shí)際尺寸)Fig. 2 Single reel rotation type
213 雙卷筒下置旋轉(zhuǎn)式
圖3所示為雙卷筒下置旋轉(zhuǎn)式,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單;工作時(shí)左邊卷筒順時(shí)針旋轉(zhuǎn),右邊卷筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對垃圾既有攪動(dòng)功能又有擠壓功能;能定量、準(zhǔn)確出料。缺點(diǎn)是垃圾有可能牽扯在漏斗內(nèi),不能下料到出料口;設(shè)備在空中安裝、維修不方便。
圖3 雙卷筒下置旋轉(zhuǎn)式(注:括號內(nèi)的尺寸為參考尺寸,不加括號的尺寸為實(shí)際尺寸)Fig. 3 Double reel down rotation type
214 雙卷筒上置旋轉(zhuǎn)式
圖 4所示為雙卷筒上置旋轉(zhuǎn)式,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單;工作時(shí)左邊卷筒順時(shí)針旋轉(zhuǎn),右邊卷筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對垃圾既有攪動(dòng)功能又有擠壓功能;能定量、準(zhǔn)確出料;卷筒旋轉(zhuǎn)半徑不大,又能保證垃圾出料口的有效尺寸;不占用橫 下面的空間,對運(yùn)渣車進(jìn)出有利。缺點(diǎn)是設(shè)備在空中安裝、維修不方便。
圖4 雙卷筒上置旋轉(zhuǎn)式(注:括號內(nèi)的尺寸為參考尺寸,不加括號的尺寸為實(shí)際尺寸)Fig. 4 Double reel up rotation type
3 垃圾定量出料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定經(jīng)過對上述方案的比較、分析研究,同時(shí)結(jié)合垃圾站內(nèi)的土建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及空間尺寸,確定采用雙卷筒上置旋轉(zhuǎn)式作為垃圾定量出料系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。傳動(dòng)系統(tǒng)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪減速機(jī)[ 2 ] ,通過齒輪傳動(dòng)改變方向,如圖4所示,使左邊卷筒順時(shí)針旋轉(zhuǎn),右邊卷筒逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對垃圾既有攪動(dòng)功能又有擠壓功能。
4 雙卷筒旋轉(zhuǎn)式垃圾定量出料系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 基本參數(shù)
垃圾載荷: 5000 kg;電動(dòng)機(jī): YZ132M226, 960 r/min, 317 kW;小皮帶輪:Φ125 mm;大皮帶輪:Φ355mm;三角皮帶: A型,公稱長度1600 mm;皮帶輪減速比: i1 = 2184;蝸輪減速機(jī):型號WS1802412Ⅱ, 減速比i2 = 41, Z1 = 1, 模數(shù)m = 7;旋轉(zhuǎn)裝置:旋轉(zhuǎn)半徑R = 260 mm,轉(zhuǎn)速n = 8.2 r /min。
4.2 卷筒裝置設(shè)計(jì)
4.2.1 卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖5所示,卷筒裝置采用鋼板加筋板焊接在傳動(dòng)軸的軸套上,軸套與鋼板、筋板均采用焊接性好的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。軸套與傳動(dòng)軸采用鍵連接,由于軸套與傳動(dòng)軸不常拆,故可以在軸套與傳動(dòng)軸裝配好后點(diǎn)焊處理,以保證良好的連接性。
4.2.2 卷筒軸的設(shè)計(jì)校核
已知:載荷G = 5000 kg (雙軸承受) , I =πd^4 /64m^4 , E = 220 ×10^9 N /m2 , F =G /29。
圖5 卷筒裝置Fig15 Reel device
軸的直徑d = 90 mm, L = 1900 mm,軸的材料為40Cr,σs = 550 N /mm2 ,安全系數(shù)S = 1.5。
對該軸的撓度計(jì)算:
軸上徑向受力可簡化為均勻受力,可用下式計(jì)算:q =015G/L =2500 ×918 /119 =1129 ×104 (N /m)最大撓度: f = (5qL^4 ) / (384EI)= ( 5 ×1129 ×104 ×1.9^4 ) / ( 384 ×
220 ×109 ×3.14 ×0.09^4 /64)= 3.1 (mm)
該軸徑向最大撓度在正常范圍之內(nèi),對于撓度引起的傳動(dòng)不同心的問題,在實(shí)際工程中采用了調(diào)心球軸承予以解決[ 3 ] 。
對該軸的抗扭強(qiáng)度校核:
由于該軸同時(shí)受扭矩和彎矩作用,根據(jù)強(qiáng)度理論得:σ = 10 Me / d3 ≤[σ]最大扭矩T = F ×R = 2500 ×9.8 ×0.26 = 6.37×10^3 (N·m)最大彎矩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]軸的抗扭強(qiáng)度合格。
413 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖6所示,由于卷筒旋轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)速較低,傳動(dòng)系統(tǒng)的減速比較大,故采用2級減速,一級為皮帶輪減速,另一級為蝸輪減速機(jī)減速。三角皮帶傳動(dòng)在遇到卡阻時(shí)能有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)。
圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig16 Structure of transmission system
4.4 投料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在卷筒傳動(dòng)軸端部設(shè)置回位控制裝置,卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)及點(diǎn)動(dòng)2種方式,便于操作。
5 結(jié)束語
該出料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為一種新型的垃圾站內(nèi)垃圾出料方式,能夠滿足壓縮式運(yùn)渣車的準(zhǔn)確、定量投料的要求。通過在市區(qū)一垃圾站投入使用的情況來看,效果顯著。該垃圾站改造前使用的是載重量為5 t的普通敞開式運(yùn)渣車,要運(yùn)走該垃圾站內(nèi)約5 t的垃圾至少需要2次才能運(yùn)完。由于市區(qū)離垃圾處理場普遍較遠(yuǎn),加上來回時(shí)間要運(yùn)完該垃圾站內(nèi)的垃圾至少花費(fèi)6 h。改造后使用載重量為5 t的壓縮式運(yùn)渣車,同量的垃圾只需要一次就能運(yùn)完,花費(fèi)時(shí)間約2 h。同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了工作環(huán)境,減少了車輛來回次數(shù),節(jié)約了能源,降低了成本,保護(hù)了環(huán)境。
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