垃圾压缩设备中密封结构与压缩机构的改进

摘 要：现有移动式垃圾压缩设备的后门密封结构寿命不长，压缩机构摩擦阻力大、厢体磨损快，容易造成滴洒漏的情况。针对上述问题，对密封结构和压缩机构进行了改进，并通过受力分析对设计改进进行了验证。

关键词：压缩垃圾箱；压缩机构；密封结构；锁紧机构

中图分类号：TU993 文献标识码：A

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

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。

参考文献

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