連香姣，竇蘊(yùn)平，山 崢，錢(qián)立運(yùn)

（北京建筑大學(xué)，北京 100044）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口迅速增加，城市生活垃圾產(chǎn)生量也大幅度增加。為貫徹 《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》，提高城市生活垃圾的減量化、資源化、無(wú)害化的管理水平，近年來(lái)北京市政府大力倡導(dǎo)生活垃圾分類(lèi)收集、分類(lèi)處理，大部分小區(qū)配置了分類(lèi)的垃圾桶，工人將可回收的垃圾運(yùn)送至廢品回收站，將不可回收的垃圾運(yùn)至小區(qū)的垃圾中轉(zhuǎn)站，再由中轉(zhuǎn)站工人裝入集裝箱，由卡車(chē)運(yùn)送至垃圾填埋場(chǎng)或垃圾處理廠(chǎng)。這種人工收集和運(yùn)送垃圾的過(guò)程主要存在以下問(wèn)題：收集垃圾時(shí)的氣味、灑漏等對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染；垃圾未經(jīng)壓縮，一輛5 噸重的卡車(chē)往往只能運(yùn)送2 噸重的垃圾，造成集裝箱運(yùn)力浪費(fèi)極其嚴(yán)重；再者，吊裝設(shè)備無(wú)法與新型后裝式垃圾壓縮車(chē)接軌，后裝式垃圾壓縮車(chē)的作用得不到充分的發(fā)揮。本文所設(shè)計(jì)的新型螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備可以克服以上缺點(diǎn)，能自動(dòng)投入，螺旋攪拌、自動(dòng)壓縮、密封儲(chǔ)存，自動(dòng)將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車(chē)中，再經(jīng)過(guò)二次壓縮，達(dá)到增加運(yùn)量，減少運(yùn)輸次數(shù)，節(jié)約運(yùn)輸能耗的目的。

1 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

如圖1 所示，螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備主要由四部分組成：垃圾提升系統(tǒng)、投入門(mén)系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)、排出系統(tǒng)。

（1）垃圾提升系統(tǒng)：采用斗式提升系統(tǒng)，由電機(jī)減速機(jī)一體機(jī)1 經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器2 帶動(dòng)長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)軸上裝有兩個(gè)鋼絲繩輪4 和兩個(gè)滾動(dòng)軸承及軸承座3，繩輪帶動(dòng)鋼絲提升垃圾斗，電機(jī)正轉(zhuǎn)，垃圾都上升，電機(jī)反轉(zhuǎn)，垃圾斗下降。斗上裝有四個(gè)導(dǎo)向輪5，分別沿左右兩端的導(dǎo)軌6 行走，導(dǎo)軌裝在提升系統(tǒng)的支架12 上，支架由型鋼通過(guò)螺栓連接在一起。

（2）投入門(mén)系統(tǒng)：投入門(mén)系統(tǒng)13 安裝在箱體的最左端，使提升斗里的垃圾可以直接倒入箱體的最左端，投入門(mén)系統(tǒng)采用直線(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)投入門(mén)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)垃圾斗提升到指定的高度后，會(huì)碰到安裝在提升系統(tǒng)導(dǎo)軌上的行程開(kāi)關(guān)，使投入門(mén)系統(tǒng)的電機(jī)通電，帶動(dòng)投入門(mén)直線(xiàn)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟或關(guān)閉，為了控制投入門(mén)的開(kāi)啟程度，投入門(mén)系統(tǒng)的導(dǎo)軌上也安裝有兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)。整個(gè)投入門(mén)系統(tǒng)都通過(guò)型鋼支架與箱體連接在一起。

（3）壓縮系統(tǒng)：垃圾壓縮系統(tǒng)，采用電機(jī)減速機(jī)一體機(jī)11 驅(qū)動(dòng)，通過(guò)安裝在電機(jī)減速機(jī)輸出軸上的小鏈輪10，經(jīng)鏈條9 帶動(dòng)大鏈輪8 旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)螺旋軸7 旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)焊接螺旋軸上的螺旋葉片19 壓縮垃圾，并可以破開(kāi)垃圾塑料袋，切割垃圾，使壓縮比增大。

（4） 排出系統(tǒng)：當(dāng)安裝在投入門(mén)框上的光電傳感器檢測(cè)到垃圾滿(mǎn)位后，可以顯示垃圾滿(mǎn)位的信息。當(dāng)后裝式垃圾壓縮設(shè)備到位后，可以通過(guò)啟動(dòng)排出系統(tǒng)的液壓缸，帶動(dòng)排出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸16 旋轉(zhuǎn)，從而控制排出門(mén)17的開(kāi)啟和關(guān)閉，再啟動(dòng)壓縮系統(tǒng)的電機(jī)11，帶動(dòng)螺旋軸7 的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)螺旋葉片將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車(chē)中，接盤(pán)的作用是防止排出垃圾時(shí)灑落到地面。

圖1 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備結(jié)構(gòu)組成原理圖Fig.1 Mechanical structure and working principle of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

2 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備的三維Pro/E 設(shè)計(jì)

按照傳統(tǒng)的方法完成了提升系統(tǒng)、開(kāi)門(mén)系統(tǒng)、壓縮系統(tǒng)和排出系統(tǒng)的電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、軸承、軸承座、軸、螺旋葉片等主要零部件的設(shè)計(jì)與選型之后，需要繪制出零部件圖及裝配圖。如果采用CAD 繪圖軟件，只能繪制出二維圖，不夠直觀，也不能進(jìn)行仿真。本文采用Pro/E 三維設(shè)計(jì)軟件，運(yùn)用草繪、零件和組件三種模塊，先按參數(shù)繪制出各零部件的毛坯，再按機(jī)加工順序創(chuàng)建零件的特征生成三維圖，然后按照實(shí)際裝配順序?qū)⒏髁悴考M裝起來(lái)，很直觀地體現(xiàn)了零部件的外形尺寸和總體裝配關(guān)系。Pro/E 三維實(shí)體圖可以轉(zhuǎn)化為二維CAD 圖，從而得到各零部件的二維圖紙和裝配圖紙，用于機(jī)加工。運(yùn)用Pro/E 中的仿真模塊可以實(shí)現(xiàn)四個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真，直觀地看到垃圾提升、投入門(mén)開(kāi)啟、垃圾倒入箱體、螺旋軸旋轉(zhuǎn)、垃圾壓縮、垃圾排出的整個(gè)過(guò)程，證明所設(shè)計(jì)的零部件之間沒(méi)有干涉現(xiàn)象，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備的三維實(shí)體圖如圖2 所示。

3 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提升、自動(dòng)開(kāi)門(mén)、自動(dòng)壓縮、垃圾車(chē)來(lái)后自動(dòng)排出等功能和動(dòng)作，本設(shè)備采用可編程控制器（PLC） 來(lái)控制，共采用了三個(gè)電機(jī)，一個(gè)液壓缸作為執(zhí)行元件，還采用了四個(gè)行程開(kāi)關(guān)，其輸入輸出節(jié)點(diǎn)見(jiàn)表1。各動(dòng)作的順序框圖如圖3 所示，自動(dòng)時(shí)，只要接通“自動(dòng)按鈕”即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)垃圾提升、開(kāi)投入門(mén)、關(guān)投入門(mén)、螺旋壓縮動(dòng)作。手動(dòng)時(shí)，接通“手動(dòng)按鈕”，可以分別按下“升斗”、“開(kāi)投入門(mén)”、“降斗”、“關(guān)投入門(mén)”、“螺旋壓縮”、“開(kāi)排出門(mén)”、“推排出鏟”按鈕，可以分別實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)動(dòng)作。當(dāng)垃圾滿(mǎn)位時(shí)，可以顯示“垃圾滿(mǎn)位”的字樣，當(dāng)后裝式垃圾壓縮車(chē)到位后，就可以啟動(dòng)手動(dòng)按鈕，將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車(chē)中。

圖2 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備的三維Pro-E 圖Fig.2 The Pro-E design of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

表1輸入輸出信號(hào)節(jié)點(diǎn)分配表Tab.1Theinputandoutputsignalrode allocationtable

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)的集裝箱收集垃圾相比，這種新型封閉式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備不僅能自動(dòng)提升垃圾、螺旋攪拌、自動(dòng)壓縮、密封儲(chǔ)存、自動(dòng)將垃圾排出到后裝式垃圾壓縮車(chē)中，而且操作簡(jiǎn)便、外形美觀；不僅能與新型后裝式垃圾壓縮車(chē)接軌，還適合在北京市現(xiàn)有垃圾樓或新小區(qū)中放置；不僅節(jié)省了大量的人力、財(cái)力和土地資源，還美化了城市環(huán)境，一定會(huì)受到廣泛的應(yīng)用。

圖3 螺旋轉(zhuǎn)軸式垃圾壓縮儲(chǔ)存設(shè)備控制流程圖Fig.3 The PLC controlling flow chart of a garbage compressing and storing device with a screw propeller shaft

[1] 竇蘊(yùn)平，連香姣，張軍.城市生活垃圾分類(lèi)計(jì)量和分類(lèi)儲(chǔ)存設(shè)備的研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2012，3.