螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的设计

连香姣，窦蕴平，山 峥，钱立运

（北京建筑大学，北京 100044）

0 引言

随着我国经济的快速发展，城市人口迅速增加，城市生活垃圾产生量也大幅度增加。为贯彻 《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，提高城市生活垃圾的减量化、资源化、无害化的管理水平，近年来北京市政府大力倡导生活垃圾分类收集、分类处理，大部分小区配置了分类的垃圾桶，工人将可回收的垃圾运送至废品回收站，将不可回收的垃圾运至小区的垃圾中转站，再由中转站工人装入集装箱，由卡车运送至垃圾填埋场或垃圾处理厂。这种人工收集和运送垃圾的过程主要存在以下问题：收集垃圾时的气味、洒漏等对周围环境造成严重污染；垃圾未经压缩，一辆5 吨重的卡车往往只能运送2 吨重的垃圾，造成集装箱运力浪费极其严重；再者，吊装设备无法与新型后装式垃圾压缩车接轨，后装式垃圾压缩车的作用得不到充分的发挥。本文所设计的新型螺旋转轴式垃圾压缩储存设备可以克服以上缺点，能自动投入，螺旋搅拌、自动压缩、密封储存，自动将垃圾排出到后装式垃圾压缩车中，再经过二次压缩，达到增加运量，减少运输次数，节约运输能耗的目的。

1 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的结构组成及工作原理

如图1 所示，螺旋转轴式垃圾压缩储存设备主要由四部分组成：垃圾提升系统、投入门系统、压缩系统、排出系统。

（1）垃圾提升系统：采用斗式提升系统，由电机减速机一体机1 经过联轴器2 带动长轴转动，长轴上装有两个钢丝绳轮4 和两个滚动轴承及轴承座3，绳轮带动钢丝提升垃圾斗，电机正转，垃圾都上升，电机反转，垃圾斗下降。斗上装有四个导向轮5，分别沿左右两端的导轨6 行走，导轨装在提升系统的支架12 上，支架由型钢通过螺栓连接在一起。

（2）投入门系统：投入门系统13 安装在箱体的最左端，使提升斗里的垃圾可以直接倒入箱体的最左端，投入门系统采用直线电机带动投入门作直线运动。当垃圾斗提升到指定的高度后，会碰到安装在提升系统导轨上的行程开关，使投入门系统的电机通电，带动投入门直线移动，实现开启或关闭，为了控制投入门的开启程度，投入门系统的导轨上也安装有两个行程开关。整个投入门系统都通过型钢支架与箱体连接在一起。

（3）压缩系统：垃圾压缩系统，采用电机减速机一体机11 驱动，通过安装在电机减速机输出轴上的小链轮10，经链条9 带动大链轮8 旋转，从而驱动螺旋轴7 旋转，再通过焊接螺旋轴上的螺旋叶片19 压缩垃圾，并可以破开垃圾塑料袋，切割垃圾，使压缩比增大。

（4） 排出系统：当安装在投入门框上的光电传感器检测到垃圾满位后，可以显示垃圾满位的信息。当后装式垃圾压缩设备到位后，可以通过启动排出系统的液压缸，带动排出系统的转轴16 旋转，从而控制排出门17的开启和关闭，再启动压缩系统的电机11，带动螺旋轴7 的旋转，通过螺旋叶片将垃圾排出到后装式垃圾压缩车中，接盘的作用是防止排出垃圾时洒落到地面。

图1 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备结构组成原理图Fig.1 Mechanical structure and working principle of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

2 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的三维Pro/E 设计

按照传统的方法完成了提升系统、开门系统、压缩系统和排出系统的电机、减速器、联轴器、轴承、轴承座、轴、螺旋叶片等主要零部件的设计与选型之后，需要绘制出零部件图及装配图。如果采用CAD 绘图软件，只能绘制出二维图，不够直观，也不能进行仿真。本文采用Pro/E 三维设计软件，运用草绘、零件和组件三种模块，先按参数绘制出各零部件的毛坯，再按机加工顺序创建零件的特征生成三维图，然后按照实际装配顺序将各零部件组装起来，很直观地体现了零部件的外形尺寸和总体装配关系。Pro/E 三维实体图可以转化为二维CAD 图，从而得到各零部件的二维图纸和装配图纸，用于机加工。运用Pro/E 中的仿真模块可以实现四个系统的运动仿真，直观地看到垃圾提升、投入门开启、垃圾倒入箱体、螺旋轴旋转、垃圾压缩、垃圾排出的整个过程，证明所设计的零部件之间没有干涉现象，验证了设计的合理性。螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的三维实体图如图2 所示。

3 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的控制系统设计

为了实现自动提升、自动开门、自动压缩、垃圾车来后自动排出等功能和动作，本设备采用可编程控制器（PLC） 来控制，共采用了三个电机，一个液压缸作为执行元件，还采用了四个行程开关，其输入输出节点见表1。各动作的顺序框图如图3 所示，自动时，只要接通“自动按钮”即可自动实现垃圾提升、开投入门、关投入门、螺旋压缩动作。手动时，接通“手动按钮”，可以分别按下“升斗”、“开投入门”、“降斗”、“关投入门”、“螺旋压缩”、“开排出门”、“推排出铲”按钮，可以分别实现各项动作。当垃圾满位时，可以显示“垃圾满位”的字样，当后装式垃圾压缩车到位后，就可以启动手动按钮，将垃圾排出到后装式垃圾压缩车中。

图2 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备的三维Pro-E 图Fig.2 The Pro-E design of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

表1输入输出信号节点分配表Tab.1Theinputandoutputsignalrode allocationtable

4 结论

与传统的集装箱收集垃圾相比，这种新型封闭式垃圾压缩储存设备不仅能自动提升垃圾、螺旋搅拌、自动压缩、密封储存、自动将垃圾排出到后装式垃圾压缩车中，而且操作简便、外形美观；不仅能与新型后装式垃圾压缩车接轨，还适合在北京市现有垃圾楼或新小区中放置；不仅节省了大量的人力、财力和土地资源，还美化了城市环境，一定会受到广泛的应用。

图3 螺旋转轴式垃圾压缩储存设备控制流程图Fig.3 The PLC controlling flow chart of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

[1] 窦蕴平，连香姣，张军.城市生活垃圾分类计量和分类储存设备的研究[J].机电产品开发与创新，2012，3.