垃圾压缩设备中密封结构与压缩机构的改进

学术论文 2017-09-21 09:35:42
  0.引言 
  随着城市经济的快速发展,在城市生活的人口数量激增,城市生活垃圾的运输要求有更高的效率。本文所论述的自压缩垃圾箱主要由翻转装置、压缩装置、压缩腔、垃圾腔、后门锁紧装置、控制系统等部分组成。垃圾由厢体前部的装填机构装入并压缩,压缩头位于压缩腔前部,将垃圾不断往后推挤,垃圾在厢体后部的垃圾腔内存储。待垃圾充满车厢,再统一运到垃圾处理厂。倒出垃圾时,车厢抬起,后门打开,把车厢内垃圾全部卸出。 
  这种设备的特点在于将压缩设备和装料设备集成在一起,设备使用车厢可卸式垃圾车装卸,只要有空地和电源接入,即可工作。 
  1.原结构存在的缺点 
  1.1 后门密封结构 
  (1)存在问题:依据小批量销售之后,客户实际使用的反馈,超过3个月后门就开始出现漏水现象,使用不足一年其胶条就会破损失效,大大增加了售后服务成本、同时滴洒漏是环卫部门亟须解决的问题,改进势在必行。同时在压缩工作时后门被撑开缝隙,污水从缝隙漏出。 
  (2)问题分析 
  通过分析,结合实际使用经验,该结构有如下不足: 
  ①后门和密封胶条结合面有相对滑动。且在后门压紧胶条的同时,滑动的摩擦力也随之增大,容易拉扯胶条并损伤表面,大大减少胶条的寿命、降低密封性。 
  ②后门自重220kg,依靠后门的锁紧机构中锁钩支撑,当系统中的液压锁失效或者油缸内泄时,后门自重会将锁紧机构顶开,从而导致后门打开,造成垃圾大量泄漏,若在运输路上出现则影响更严重。 
  ③压缩垃圾产生的作用力顶住后门,因4个锁耳的斜槽不可调整,当胶条老化磨损后,后门将被顶开一定间隙,漏水会越来越严重。 
  1.2 压缩机构 
  (1)存在问题:在实际使用3年后,批量出现压缩腔底部局部磨穿漏水,侧板磨损变形凸出。 
  (2)问题分析: 
  W型压缩头在压缩腔内前后运动。 
  压缩头由两根交叉油缸推动,缸径110mm,系统压力20MPa,油缸初始位置与水平夹角16°,最大行程位置夹角52°。 
  则理论计算压缩机构最大推力: 
  F=2×Fn1=π×r2×P×sin52°=300kN 
  通过上述分析,结合实际使用经验,该结构有如下不足: 
  (1)压缩头底部直接和压缩腔底板摩擦,摩擦阻力大,底板易磨损。 
  (2)压缩时因压缩头左右阻力会有差异,压缩头在压缩行程的初始和末端位置会蛇形前行和后退,压缩头两侧板前后端会摩擦挤压压缩腔侧板。因压缩力很大,容易造成压缩腔侧板变形。 
  (3)压缩头与压缩腔两侧存在间隙,压缩头顶部与导轨存在间隙,压缩头存在左右窜动和上下跳动。小颗粒的硬物如沙子等会被夹在底部和两侧的间隙内,加快钢板磨损。 
  2.改进设计 
  2.1 后门密封结构 
  (1)改进措施:针对以上问题对后门密封结构进行改进。主要是避免后门和密封胶条结合面的滑动来提高寿命;改进可调整的压紧行程以补偿胶条老化磨损后的间隙变化。 
  ①将后门上方长槽取消,改为固定的转动销轴,这样后门只能绕支点做圆弧运动,对胶条只有垂直方向的作用力,消除了结合面的滑动。同时,顶部销轴可以通过螺母调整间隙,后部则有顶紧机构限制窜动。 
  ②在锁钩结构上做了改进,取消了4个导向锁耳,下部的锁钩锁紧方向改成从上往下,锁紧时,锁钩对后门产生向下作用力和向内正压力,向下作用力和后门自重由顶部销轴承担,后门不产生上下位移。 
  当油缸缩回时,锁钩右侧导向斜面可以适应密封胶条老化后的不同宽度,从而确保油缸锁紧。同时,油缸活塞杆的杆头是通过螺栓连接,可以调整油缸安装距使后门销轴C’处于锁钩右侧导向斜面的不同位置,从而适应更宽的间隙。 
  通过后门顶部销轴和下部锁钩的自动和手动调整,在密封胶条整个寿命周期内,都可以确保密封性能。 
  (2)设计验证 
  ①后门机构锁紧时,受力情况如图1、图2所示。 
  油缸没有更换,拉力F1=30kN,则计算后门压紧的正压力:F4′=F3×cos12°×277÷166×sin16°=13.5kN 
  经过样机验证,该结构可以压紧密封胶条,保证密封性能。 
  ②当设备工作时,压缩垃圾产生300kN作用力在后门,后门顶部依靠螺栓和螺母的螺纹承受拉力;底部依靠锁钩机械机构拉紧。 
  后门锁钩承受向后推力插销承担。但受到向上分力会推动锁钩转动,最后作用在油缸上,估算 
  F5=300÷4×tan17°=23kN 
  为了防止油缸内泄和液压锁失效造成后门打开,在锁钩上增加手动插销阻止锁钩转动。计算手动插销D点受到的力为:F6=F5×160÷25=140kN 
  C′和D点销轴材料使用Q345材质直径40圆钢,根据σ=N/A<[σ] 
  得出最大许用应力 
  N=335×π×202=421kN>F6>F5 
  可以满足使用需求。 
  (3)后门顶部销轴承受向下自重和F4″作用,向后受到压缩垃圾推力作用。销轴采用Q345材质锻造,末端使用两个M48螺母锁紧。查机械设计手册和标准可知:8.8级M48螺纹的保证应力Sp=600N/mm2,应力截面积As=1470mm2,则保证载荷882kN。左右各一组螺栓,可承受载荷1764kN。按最小截面积计算,单根销轴最大许用应力 
  N=335×π×(42.58÷2)2=477kN。 
  可以满足使用需求。 
  改进后的设备经过市场大批量的使用验证,胶条的有效使用寿命可以达到两年以上,期间可以杜绝后门滴洒漏问题。 
  2.2 压缩机构 
  (1)改进措施 
  为了避免原有结构的缺陷,加装导轨和滑块。压缩腔两侧焊接导轨,压缩头两侧切口安装C型尼龙滑块。改进后摩擦副只有导轨和压缩头尼龙滑块接触。滑块和导轨可以限制压缩头左右窜动和上下跳动,同时压缩头底部和压缩腔底板之间、两侧面之间都留有一定间隙,杜绝小颗粒硬物磨损,阻力和磨损显著减小。另外将压缩腔底板和侧板材质更换为更耐磨的钢材。 
  (2)验证设计 
  原有机构做压力试验,压缩头空载推出时的压力在3.5MPa左右(油温30°,当油温达到45°以上时,空载压力稳定在2.8MPa~3MPa之间),即17.5%左右的功率是消耗在克服摩擦力和管路损失等,实际作用在压缩垃圾的最大推力只有不到250kN。 
  改进过的设备经试验,压缩头空载推出时的压力由原来3.5MPa减少到2MPa以下;系统功率更多的用于压缩垃圾,垃圾的压实密度将得到提升。 
  改进后的设备经过市场大批量的使用验证,12立方的设备在改进后平均可以多装载0.5t左右,压缩比稳定在0.75t/m3以上,压缩头尼龙滑块的寿命在两年左右。压缩机构整体寿命预计可达到免维护6年以上。
  结语 
  本文对现有自压缩垃圾箱的后门密封结构和压缩机构的分析,针对性提出改进设计思路和设计,通过对结构的优化改进,从功能原理上大幅改善后门密封性能,提高密封胶条和压缩机构寿命,减少阻力,提高压缩比。同时通过了大批量的市场使用验证。 
二维码.jpg
上一篇探究化工机械设备管理及维修保养.. 下一篇高压开关柜放电故障及对策研究
[责任编辑:花间一壶酒]