一种水平式垃圾压缩机压缩力检测装置的研发

摘要：根据JB/T 10855—2008《垃圾转运站设备》标准最大压缩力的检测方法，研制了一款适用性强、测量准确度和检测效率高的水平式垃圾压缩机压缩力检测装置，介绍了该检测装置的总体研发思路、具体研发内容，并验证分析了其检测性能。

关键词：垃圾压缩机；压缩力；检测装置

中图分类号：U472.9 收稿日期：2024-06-19

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.09.021

1 前言

随着经济发展、城市规模扩大和人口增多，城市生活垃圾产量剧增，已成为影响和制约城市整体功能正常发挥和城市居民生活及劳动环境的突出因素。为实现垃圾处理无害化、资源化和减量化的目的，可广泛应用卫生填埋、高温堆肥和焚烧发电等垃圾处理方法，生活垃圾通过前端车辆或设备的收集，经过垃圾中转站中垃圾压缩机实现垃圾减量化后，再转运到后端填埋厂、焚烧厂等进行无害化处理。水平式垃圾压缩机作为垃圾中转站的关键设备，一般采用大直径压缩油缸推动压缩头对垃圾进行压缩来提升垃圾密度，并将液体从垃圾中分离出来，进而实现垃圾减量化的目的。最大压缩力决定了垃圾被压实的程度，它是水平式垃圾压缩机的关键性能参数。受检测空间限制、存在空间夹角等因素影响，现有检测技术难以准确测量水平式垃圾压缩机的最大压缩力值。

2 研发背景

根据JB/T 10855—2008《垃圾转运站设备》[1]标准，最大压缩力按以下公式计算获得：

式中，F为最大压缩力，kN；[n1]为油缸的数量；[d]为压缩油缸有效活塞直径，mm；[p]为油缸的最大工作压力，MPa；[α]为最大压缩力与油缸中心线之间的夹角，（°）；[M1]为压头总成质量，kg。

压缩油缸有效活塞直径d等于油缸缸筒内径，也等于油缸外径D减去2倍的油缸壁厚δ。对于油缸与压头运行方向平行布置的水平式垃圾压缩机，[α]为0。对于两根压缩油缸交叉布置的水平式垃圾压缩机，压缩力与油缸中心线之间的夹角[α]为两根压缩油缸夹角的1/2。对于水平式垃圾压缩机，[M1]为0。综上，水平式垃圾压缩机的最大压缩力可通过测量压缩油缸外径、油缸壁厚、油缸最大工作压力、两根压缩油缸夹角后按照公式（1）计算获得。

目前，在水平式垃圾压缩机最大压缩力检测中存在以下问题：

a.压缩油缸外径尺寸较大（约100～300 mm），检测空间狭小，采用游标卡尺或外径千分尺等常规外径测量工具，测量和数据读取困难。

b.对于两根压缩油缸上下交叉布置的垃圾压缩机，现有检测工具难以测量压缩力与油缸中心线之间的夹角[α]。

c.最大压缩力的检测需要单独测得每个参数后，再通过公式人工计算得出最大压缩力值，计算繁琐且易出错。

针对目前水平式垃圾压缩机最大压缩力检测的不便性，有必要研发一款适用性强、检测准确度和检测效率高的水平式垃圾压缩机压缩力检测装置，提升检测质量和效率。

3 总体研发思路与技术指标

3.1 总体研发思路

水平式垃圾压缩机压缩力检测装置是根据JB/T 10855—2008《垃圾转运站设备》标准中最大压缩力检测项目的要求，针对测量和数据读取空间狭小、空间夹角无法测量、人工计算工作量较大等问题，设计专用大直径油缸外径测量模块和油缸空间夹角测量模块，具备快速准确测量压缩油缸外径和油缸空间夹角，同时将测量数值输出到显示屏进行读取，并将其余检测过程数据输入显示屏后通过PLC编程自动计算，直接在显示屏显示最大压缩力值的功能，具体研发思路如图1所示。该水平式垃圾压缩机压缩力检测装置已研制出样机，检测效果达到预期目标。

3.2 检测装置的主要技术指标

该检测装置的主要技术指标如表1所示。

4 研发内容

该检测装置主要由大直径油缸外径测量模块、油缸空间夹角测量模块和电气系统组成。

4.1 大直径油缸外径测量模块

该模块主要对大尺寸压缩油缸外径进行测量，并进行测量数据输出。根据调研收集的压缩油缸外径范围、油缸型式、测量空间等参数和信息，确定采用带数据输出的长爪游标卡尺测量油缸外径的测量方案。该模块包括长爪游标卡尺、容栅位移传感器、数据转换器、显示屏，游标卡尺量程为0～500 mm、测量爪长200 mm，可以测量直径400 mm以内的油缸外径，测量的油缸外径值（模拟量）通过数据转换器进行模/数转换后输出到显示屏进行数值显示。该模块不仅可以用于测量垃圾压缩机压缩油缸直径，也可用于其他大尺寸直径的测量。

4.2 油缸空间夹角测量模块

该模块结构如图2所示，通过底部磁铁将测量模块固定在垃圾压缩机底板上，竖直杆外表面安装两个套环，实现横向伸缩杆的上下移动，解决两根压缩油缸不在同一平面检测定位困难的问题，横向伸缩杆一端固定一个横向磁铁，该横向磁铁与横向伸缩杆、竖直杆分别垂直，竖直杆顶部固定有角位移传感器，角位移传感器中空轴固定有用于测量两横向伸缩杆之间角度的外伸杆。

1.横向磁铁 2.横向伸缩杆 3.底部磁铁 4.竖直杆 5.套环 6.角位移传感器 7.外伸杆

测量时，如图3所示，将该检测模块放置在两压缩油缸之间，底部磁铁固定后，通过上下移动套环和伸缩横向伸缩杆将两块向磁铁分别以平行于油缸长度方向吸附在两根交叉油缸的外表面，如此，两根横向伸缩杆将分别垂直于两根交叉的油缸，通过角位移传感器测量外伸杆在两横向伸缩杆之间旋转的角度，再用180°减去该角度即为两根交叉油缸的夹角。

4.3 电气系统

根据项目整体方案，该系统主要包括稳压电源、游标卡尺（容栅传感器）及数据转换器、角度传感器、角度传感器仪表、PLC和显示屏，电气系统原理如图4所示。游标卡尺测得的油缸外径通过数据转换器进行模/数转换后输出到显示屏显示。油缸空间夹角测量模块测得的角度模拟量通过PLC进行处理，转换为数字量后输出到显示屏显示。在单独测量油缸数量、油缸壁厚、最大工作压力后，将数值手动输入到显示屏，显示屏将数据传输到PLC进行计算后，将获得的最大压缩力值输出到显示屏显示。如此，即可在显示屏直接读取水平式垃圾压缩机的最大压缩力值。

5 验证分析

为了验证本检测装置的适用性、准确性、稳定性和检测效率，分别用传统检测方法和本检测装置对两种型号的水平式垃圾压缩机的最大压缩力进行检测，并在其中一种型号的水平式垃圾压缩机最大压缩力检测时用秒表计时。传统检测方法试验结果如表2所示，采用水平式垃圾压缩机压缩力检测装置试验结果如表3所示。结果表明本检测装置适用于检测空间狭小的水平式垃圾压缩机最大压缩力的检测，且测得的最大压缩力值比传统检测方法获得的检测结果更接近实际值，检测准确度更高，检测时间更短（传统检测方法检测时间718 s，本检测装置检测时间623 s），检测稳定性好。

6 结语

本项目研制的水平式垃圾压缩机压缩力检测装置具有油缸缸筒外径和油缸空间夹角准确测量、数据自动读取显示、自动计算和显示最大压缩力值的功能。该检测装置结构简单、操作方便，测量准确性和效率高，稳定性好，便携性强。

参考文献：

[1]JB/T 10855—2008 垃圾转运站设备[S].