垃圾壓縮設備中密封結構與壓縮機構的改進

林如陽

摘 要：現有移動式垃圾壓縮設備的后門密封結構壽命不長，壓縮機構摩擦阻力大、廂體磨損快，容易造成滴灑漏的情況。針對上述問題，對密封結構和壓縮機構進行了改進，并通過受力分析對設計改進進行了驗證。

關鍵詞：壓縮垃圾箱；壓縮機構；密封結構；鎖緊機構

中圖分類號：TU993 文獻標識碼：A

0.引言

隨著城市經濟的快速發展，在城市生活的人口數量激增，城市生活垃圾的運輸要求有更高的效率。本文所論述的自壓縮垃圾箱主要由翻轉裝置、壓縮裝置、壓縮腔、垃圾腔、后門鎖緊裝置、控制系統等部分組成。垃圾由廂體前部的裝填機構裝入并壓縮，壓縮頭位于壓縮腔前部，將垃圾不斷往后推擠，垃圾在廂體后部的垃圾腔內存儲。待垃圾充滿車廂，再統一運到垃圾處理廠。倒出垃圾時，車廂抬起，后門打開，把車廂內垃圾全部卸出。

這種設備的優點在于將壓縮設備和裝料設備集成在一起，設備使用車廂可卸式垃圾車裝卸，只要有空地和電源接入，即可工作。

1.原結構存在的缺點

1.1 后門密封結構

（1）存在問題：依據小批量銷售之后，客戶實際使用的反饋，超過3個月后門就開始出現漏水現象，使用不足一年其膠條就會破損失效，大大增加了售后服務成本、同時滴灑漏是環衛部門亟須解決的問題，改進勢在必行。同時在壓縮工作時后門被撐開縫隙，污水從縫隙漏出。

（2）問題分析

通過分析，結合實際使用經驗，該結構有如下不足：

①后門和密封膠條結合面有相對滑動。且在后門壓緊膠條的同時，滑動的摩擦力也隨之增大，容易拉扯膠條并損傷表面，大大減少膠條的壽命、降低密封性。

②后門自重220kg，依靠后門的鎖緊機構中鎖鉤支撐，當系統中的液壓鎖失效或者油缸內泄時，后門自重會將鎖緊機構頂開，從而導致后門打開，造成垃圾大量泄漏，若在運輸路上出現則影響更嚴重。

③壓縮垃圾產生的作用力頂住后門，因4個鎖耳的斜槽不可調整，當膠條老化磨損后，后門將被頂開一定間隙，漏水會越來越嚴重。

1.2 壓縮機構

（1）存在問題：在實際使用3年后，批量出現壓縮腔底部局部磨穿漏水，側板磨損變形凸出。

（2）問題分析：

W型壓縮頭在壓縮腔內前后運動。

壓縮頭由兩根交叉油缸推動，缸徑110mm，系統壓力20MPa，油缸初始位置與水平夾角16°，最大行程位置夾角52°。

則理論計算壓縮機構最大推力：

F=2×Fn1=π×r2×P×sin52°=300kN

通過上述分析，結合實際使用經驗，該結構有如下不足：

（1）壓縮頭底部直接和壓縮腔底板摩擦，摩擦阻力大，底板易磨損。

（2）壓縮時因壓縮頭左右阻力會有差異，壓縮頭在壓縮行程的初始和末端位置會蛇形前行和后退，壓縮頭兩側板前后端會摩擦擠壓壓縮腔側板。因壓縮力很大，容易造成壓縮腔側板變形。

（3）壓縮頭與壓縮腔兩側存在間隙，壓縮頭頂部與導軌存在間隙，壓縮頭存在左右竄動和上下跳動。小顆粒的硬物如沙子等會被夾在底部和兩側的間隙內，加快鋼板磨損。

2.改進設計

2.1 后門密封結構

（1）改進措施：針對以上問題對后門密封結構進行改進。主要是避免后門和密封膠條結合面的滑動來提高壽命；改進可調整的壓緊行程以補償膠條老化磨損后的間隙變化。

①將后門上方長槽取消，改為固定的轉動銷軸，這樣后門只能繞支點做圓弧運動，對膠條只有垂直方向的作用力，消除了結合面的滑動。同時，頂部銷軸可以通過螺母調整間隙，后部則有頂緊機構限制竄動。

②在鎖鉤結構上做了改進，取消了4個導向鎖耳，下部的鎖鉤鎖緊方向改成從上往下，鎖緊時，鎖鉤對后門產生向下作用力和向內正壓力，向下作用力和后門自重由頂部銷軸承擔，后門不產生上下位移。

當油缸縮回時，鎖鉤右側導向斜面可以適應密封膠條老化后的不同寬度，從而確保油缸鎖緊。同時，油缸活塞桿的桿頭是通過螺栓連接，可以調整油缸安裝距使后門銷軸C處于鎖鉤右側導向斜面的不同位置，從而適應更寬的間隙。

通過后門頂部銷軸和下部鎖鉤的自動和手動調整，在密封膠條整個壽命周期內，都可以確保密封性能。

（2）設計驗證

①后門機構鎖緊時，受力情況如圖1、圖2所示。

油缸沒有更換，拉力F1=30kN，則計算后門壓緊的正壓力：F4′=F3×cos12°×277÷166×sin16°=13.5kN

經過樣機驗證，該結構可以壓緊密封膠條，保證密封性能。

②當設備工作時，壓縮垃圾產生300kN作用力在后門，后門頂部依靠螺栓和螺母的螺紋承受拉力；底部依靠鎖鉤機械機構拉緊。

后門鎖鉤承受向后推力插銷承擔。但受到向上分力會推動鎖鉤轉動，最后作用在油缸上，估算

F5=300÷4×tan17°=23kN

為了防止油缸內泄和液壓鎖失效造成后門打開，在鎖鉤上增加手動插銷阻止鎖鉤轉動。計算手動插銷D點受到的力為：F6=F5×160÷25=140kN

C′和D點銷軸材料使用Q345材質直徑40圓鋼，根據σ=N/A<[σ]

得出最大許用應力

N=335×π×202=421kN>F6>F5

可以滿足使用需求。

（3）后門頂部銷軸承受向下自重和F4″作用，向后受到壓縮垃圾推力作用。銷軸采用Q345材質鍛造，末端使用兩個M48螺母鎖緊。查機械設計手冊和標準可知：8.8級M48螺紋的保證應力Sp=600N/mm2，應力截面積As=1470mm2，則保證載荷882kN。左右各一組螺栓，可承受載荷1764kN。按最小截面積計算，單根銷軸最大許用應力

N=335×π×（42.58÷2）2=477kN。

可以滿足使用需求。

改進后的設備經過市場大批量的使用驗證，膠條的有效使用壽命可以達到兩年以上，期間可以杜絕后門滴灑漏問題。

2.2 壓縮機構

（1）改進措施

為了避免原有結構的缺陷，加裝導軌和滑塊。壓縮腔兩側焊接導軌，壓縮頭兩側切口安裝C型尼龍滑塊。改進后摩擦副只有導軌和壓縮頭尼龍滑塊接觸。滑塊和導軌可以限制壓縮頭左右竄動和上下跳動，同時壓縮頭底部和壓縮腔底板之間、兩側面之間都留有一定間隙，杜絕小顆粒硬物磨損，阻力和磨損顯著減小。另外將壓縮腔底板和側板材質更換為更耐磨的鋼材。

（2）驗證設計

原有機構做壓力試驗，壓縮頭空載推出時的壓力在3.5MPa左右（油溫30°，當油溫達到45°以上時，空載壓力穩定在2.8MPa～3MPa之間），即17.5%左右的功率是消耗在克服摩擦力和管路損失等，實際作用在壓縮垃圾的最大推力只有不到250kN。

改進過的設備經試驗，壓縮頭空載推出時的壓力由原來3.5MPa減少到2MPa以下；系統功率更多的用于壓縮垃圾，垃圾的壓實密度將得到提升。

改進后的設備經過市場大批量的使用驗證，12立方的設備在改進后平均可以多裝載0.5t左右，壓縮比穩定在0.75t/m3以上，壓縮頭尼龍滑塊的壽命在兩年左右。壓縮機構整體壽命預計可達到免維護6年以上。

結語

本文對現有自壓縮垃圾箱的后門密封結構和壓縮機構的分析，針對性提出改進設計思路和設計，通過對結構的優化改進，從功能原理上大幅改善后門密封性能，提高密封膠條和壓縮機構壽命，減少阻力，提高壓縮比。同時通過了大批量的市場使用驗證。

參考文獻

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]洪嘉振，劉鑄永，楊長俊.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3] GB 3098.1-2000，緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱[S].

[4] GBT 16823.1-1997，螺紋緊固件應力截面積和承載面積[S].