（机械工程专业论文）列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究.pdf

学位论文版权使用授权书 i i i ii ii i 1 11 l ie1 11 1i il 18 9 4 5 2 7 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图二砖馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致， 允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国 学位论文全文数据库并向社会提供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论文全文数据库并向社会提供查询。 论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密酣。 厂 学位论文作者签名撂阮参 硼1 年6 舫日 指导教师签名：阉多参 加1 年易月g 日 列车垃圾处理装置的结构设计 与样机性能试验研究 s t r u c t u r ed e s i g na n dp e r f o r m a n c et e s to f t r a i nw a s t ed i s p o s a ld e v i c e 2 0 1 1 年0 6 月 i i i 江苏大学工程硕士学位论文 摘要 本文在分析列车垃圾组成特点的基础上，进行了列车垃圾处理装 置的功能和机构分析，对分选机构及破碎机构的装置进行了讨论，对 关键部位进行了虚拟样机设计和分析，并进行了样机的研制和相关试 验。论文的主要工作如下： 在分析常见垃圾处理方法和列车垃圾组成特点的基础上，确定了 列车垃圾处理装置的整体设计方案。即通过分选装置从列车垃圾中筛 选出可以回收利用的部分，随后在破碎机构作用下对其余部分进行破 碎，以便于后续的处理。 根据装置的整体设计方案，对分选机构和破碎机构进行了重点的 分析和讨论，确定了列车垃圾的两级筛选分选方法和动一定盘刀刃破碎 方法，并对分选机构和破碎机构的主要部件进行了详细的结构设计。 使用虚拟样机软件a d a m s 对破碎机构的动刀盘曲柄滑块机构进行 了建模，完成了运动学和动力学仿真分析，获得了破碎机构的运动规 律和运动特性，通过反复的修改动力学模型，在虚拟环境下模拟系统 的运动过程以满足破碎运动要求，获得优化的设计方案。 最后，研制出了列车垃圾处理装置的实验样机，通过对样机的性 能测试分析，获得了机构运行效率、处理能力等方面的特性，样机试 运行的成功验证了该装置设计的可行性。并对样机试验过程中出现的 主要问题进行了分析，提出了具体解决方案。 关键词：列车垃圾处理，分选，破碎，虚拟样机 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 江苏大学工程硕士学位论文 i nt h i s p a p e r t h e f u n c t i o n a la n di n s t i t u t i o n a l a n a l y s e s o fw a s t e d i s p o s a ld e v i c ea r ep r o p o s e do nt h eb a s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft r a i n w a s t ec o m p o s i t i o nt od e s i g ns o r t i n gi n s t i t u t i o n sa n dc r u s h i n gi n s t i t u t i o n s ， a n dv i r t u a lp r o t o t y p ed e s i g na n da n a l y s i so fc r it i c a lp a r t sa r ec o n d u c t e da s w e l la st h e i re x p e r i m e n t a lr e s e a r c h t h em a i nw o r k sa r e s h o w i n ga s f o l l o w s b a s e do nc o m m o nf e a t u r e so fw a s t ed i s p o s a lm e t h o d sa n dw a s t et r a i n c o m p o s i t i o n s ，t h eo v e r a l ld e s i g n o ft r a i nr e f u s e d i s p o s a l d e v i c ew a s d e t e r m i n e d ，t h a ti s ，r e c y c l e dp a r t sw e r es e l e c t e df r o mt r a i ng a r b a g eb y m e a n so fs o r t i n gi n s t i t u t i o n s ，o t h e rp a r t so ft h eg a r b a g ew e r ec r u s h e du s i n g c r u s h i n gi n s t i t u t i o n so nt h ec o n v e n i e n c eo ff u r t h e rd i s p o s e t h e s p e c i f i ci n s t i t u t i o n sw e r ed e s i g n e da c c o r d i n g t ot h eo v e r a l ld e s i g n t od e t e r m i n et h e s o r t i n gm e t h o d f o r s o r t i n gi n s t i t u t i o n sa n dc r u s h i n g m e t h o df o rc r u s h i n gi n s t i t u t i o na sw e l la st h e i rm a i np a r t s d e s i g n w h a t s m o r e ，t h et r a i n st w o s t a g ef i l t e rw a s t es o r t i n gm e t h o d sa n dm o v i n g f i x i n g b l a d eb r o k e nm e t h o dw e r ed e t e r m i n e d i nt h ed e s i g np r o c e s s t h en u m e r i c a lm o d e lo fk n i f et r a ys l i d e r c r a n k m e c ia n i s mo f c r u s h i n g i n s t i t u t i o n sw a se s t a b l i s h e d u s i n g v i r t u a l p n - i ；t y p i n gs o f t w a r ea d a m s k i n e m a t i c sa n dd y n a m i c ss i m u l a t i o nw e ；e a n a ：jz e dt o o b t a i nm o t i o nl a w a n dc h a r a c ：r i s t i c s i no r d e rt oo b t a i n o p ：ih a ld e s i g n ，t h es y s t e mm o t i o nw a ss i m u k ：di nv i r t u a le n v i r o n m e n tt o m e ：e h em o v e m e n tb yr e p e a t e dc h a n g i n gd y n ：l i cm o d e l f i n a l l y ，t h ep r o t o t y p eo ft r a i nr e f u s ed i s ：+ s a l d e v i c ew a sc o m p l e t e d ； t h e 。f f i c i c n c ya n dd i s p o s a lc a p a b i l i t yf e a t u r e s e r eo b t a i n e db yt e s t i n ga i 谴j a n al , z i n gt h e p r o t o t y p ep e r f o r m a n c e ，s u c c t , f u lr u no fp r o t o t y p et o ：- ；。 p r o 、j ? t h ef e a s i b i l i t y o ft h i s d e s i g n ，m e a n v 7 卜喾，s p e c i t i cs o l u t i o n sw e , , - ：。： 1 1 1 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 p r o p o s e db a s e do nt h em a i ni s s u e sd u r i n gt h ep r o t o t y p et e s t i n g k e yw o r d s ：t r a i nw a s t e p r o c e s s i n g ，s o r t i n g ，c r u s h i n g ，v i r t u a l p r o t o t y p i n g 江苏大学工程硕士学位论文 第一章 1 1 1 2 1 3 1 4 第二章 2 1 2 2 2 3 2 4 2 6 第三章 3 1 3 2 3 3 目录 绪论1 研究背景1 国内外研究现状2 列车垃圾分选机应用存在问题1 0 本文主要研究内容1 1 列车垃圾处理装置总体方案设计1 2 常见垃圾处理方法及其特点1 2 列车垃圾的组成特点1 3 列车垃圾处理装置总体设计思路1 4 列车垃圾处理装置分选机构方案设计。1 5 2 4 1 垃圾分选的一般理论1 6 2 4 2 常见的垃圾分选方法1 7 2 4 - 3基于垃圾尺寸的筛分分选技术。1 8 2 4 4 垃圾分选机构方案设计1 9 列车垃圾处理装置破碎机构方案设计2 1 2 5 1固体废物破碎的原理和目的2 1 2 5 2 固体废物破碎的方法2 2 2 5 3 列车垃圾处理装置破碎机构方案设计2 2 本章小结2 3 列车垃圾处理装置结构设计。2 4 分选机构设计2 4 3 1 1 分选方法的确定2 4 3 1 2 分选机构主要部件的设计2 4 破碎机构的设计2 9 3 2 1 破碎的方法确定2 9 3 2 2 破碎机构结构设计3 3 3 2 3 破碎机构工作参数设计3 6 3 2 4 破碎机构主要工作零件校核计算3 7 本章小结3 8 v 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 第四章基于虚拟样机的破碎机构动力学分析。 4 1 虚拟样机技术 4 2 a d 触订s 软件简介 4 3 应用a d a m s 软件进行虚拟样机设计的过程 4 4a d a m s 多刚体系统动力学方程。 4 5 动刀盘运动机构。 4 6 动刀盘偏置曲柄滑块机构运动学仿真。 4 6 1 模型的建立 4 6 2 仿真分析及调试 4 6 3 运动学仿真结果4 6 4 7 动刀盘偏置曲柄滑块的动力学仿真4 7 4 8 本章小结4 8 第五章样机研制和性能试验。4 9 5 1 列车垃圾处理装置的样机简介4 9 5 2 试验样品的制取4 9 5 2 1 样品采集方法的确定4 9 5 2 2 垃圾样品的份样量确定5 0 5 3 样机试验51 5 3 1 分选机构的性能试验5 1 5 3 2 破碎机构的性能试验5 4 5 3 3 样机整体的性能试验5 8 5 4 试验中出现的问题和处理办法5 9 5 5 本章小结5 9 第六章总结和展望6 1 6 1 总结。6 1 6 2 展望6 2 致 谢6 3 参考文献6 4 v i 江苏大学工程硕： 学位论文 第一章绪论帚一早 三百下匕 列车垃圾处理装置主要完成对列车垃圾的预处理，包括分捡、破碎和压缩。 通过分捡回收垃圾中的可回收资源，对无法回收的部分进行破碎，目的是改变其 形状和大小，以便进一步处理。垃圾被破碎后，进一步压缩，可以减小其所占的 体积，增加密度，便于收集和运输。及时有效地对列车垃圾进行分类和处理，既 提高了垃圾资源的利用水平，又减少了垃圾处置量，是实现垃圾资源化和减量化 的重要途径和手段【1 】。 1 1研究背景 随着我国铁路客运事业发展和人民生活水平的提高，旅客列车客运量呈持续 增长趋势。据铁道部铁路“十一五”规划，2 0 0 5 年铁路全行业完成旅客发送量 1 1 5 6 亿人，“十一五 期间年均递增1 9 2 ，旅客周转量6 0 6 2 亿人公里，年均递 增5 9 9 。预计2 0 11 年铁路旅客发送量达到1 5 亿人次，旅客分别达到8 0 0 0 亿人 公里【引。随之而来的是旅客列车垃圾产量的大幅度增加。据相关研究表明，2 0 0 5 年全阳旅客列车垃圾总产量约1 7 万吨【3 1 。如何对这些垃圾进行及时有效地处理， 是一个需要认真对待的问题。 列车垃圾产量的快速增加对垃圾的处理提出了更高的要求，如不能得到有效 的处理，会对列车内部和外部环境产生很大的威胁。在2 0 世纪9 0 年代以前，列 车上对垃圾的处理方法是将垃圾直接清除出车外，同时，由于当时的大部分列车 是非封闭式的，加上当时人们的观念和习惯等方面的原因，很多垃圾被随手扔出 列车外，这样在铁路沿线两侧形成了污染带，对环境造成了很大破坏。近年来， 随着铁路事业的发展以及人们对环境的重视，这种直接将垃圾处理出列车的现象 有了很大改观。目l ； ，铁路部门实行的是在车厢内人工进行垃圾的收集，将垃圾 袋装化，到站后将垃圾下交的方法，这样虽然在很大程度上解决了列车垃圾污染 铁路沿线的弊端，但是也带来了一些新的问题：采用混合收集的处理方式，即将 金属、塑料等难降解物质混入食物残渣等易降解部分一并袋装，不仅增加了旅客 列车垃圾无害化处理的难度，而且在很大程度上浪费了资源。如果实现旅客列车 垃圾的分类收集和处理，食品垃圾既可堆肥，也可以焚烧供热，塑料、瓶罐、废 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 纸可以回收利用。将列车垃圾进行分选处理符合垃圾资源化战略，不仅提高了社 会效益，做到物尽其用，取得一定的经济效益的同时，还产生了巨大的环境效益， 因此设计出符合列车使用要求的垃圾处理装置具有十分广泛的应用前景。 1 2 国内外研究现状 目前，国内外专家都在共同努力来应对日趋庞大的列车垃圾产生量，尤其是 一些发达国家对旅客列车垃圾的减量化处理十分重视，技术和管理也较先进。 d u b e y l 4 】等人对印度城市列车垃圾的收集、分类、处理处置等做过比较详尽的研究 与探讨，指出在p u n e ，很多的研究小组都在想办法使垃圾在不污染环境的情况下 被人们再次利用，目前，每月有2 0 0 吨的垃圾通过堆肥技术变废为宝。日本旅客 铁路运输公司针对新干线的开业，决定引进垃圾分选处理装置，以确保在垃圾减 量化处理的同时，还可提高排放垃圾中有用物质的资源回收率，节省垃圾存放空 问并促进自动分类装置的系统化【5 1 。此外，日本还采用可改善环境、推进生态学和 有效利用资源的方案，即垃圾分类作业由铁路公司处理，废物焚烧作业委托当地 市政部门处理，实现垃圾处理的资源化和专业化【6 1 。m i f u n en a o t o 7 1 提出要对铁路 运行中产生的有机废料进行再利用。研究主要是要建立一种方法使庞大的列车废 物进行循环利用，其中的废物包括：橡胶类材料、树脂类材料以及普通材料的混 合物，并且对再循环利用的可行性进行了深入的探讨。 目前，国内对列车垃圾的研究主要集中在对列车垃圾自身特点，如垃圾产量、 理化特性，污染特性等方面。在垃圾产量研究方面，刘建等【2 】通过对全国六大片区 的1 2 次旅客列车垃圾产生情况的调查，分析了不同地区、不同车种、不同类型车 厢和不同时段的旅客列车垃圾产量特点，并由此计算了全国旅客列车垃圾的总产 量，为制定有效的旅客列车垃圾污染防治措施提供了科学依据。汝宜红等【8 l 运用数 理统计学原理和抽样调查等方法，测定各类列车单位时间垃圾发生量，建立节点 统计模型，测算全路段垃圾指定投放站的垃圾投放量，分析垃圾投放量的空间特 性，并在其基础上提出我国铁路旅客列车垃圾治理对策建议。在理化特性和污染 特性方面，任福民等【9 】对旅客列车垃圾的理化特性进行调查研究，提出旅客列车垃 圾的规范取样方法，测定垃圾的组成，分析垃圾中c 、h 、o 、n 、s 的含量，测 定垃圾的水分、可燃成分及灰分含量的三组分构成及发热量，为探索旅客列车垃 江苏大学工程硕士学位论文 圾的减量化、无害化、资源化途径提供了技术支持。任福民等【n 1 1 】用现场调研取 样和理化分析方法对旅客列车垃圾中重金属含量水平，主要污染元素和主要污染 物进行测试，提出旅客列车垃圾重金属污染的防治对策，为科学地处理旅客列车 垃圾提供了依据。这些研究的开展，有利于我们掌握列车垃圾的特性，为列车垃 圾处理装置的研究奠定了扎实的基础。 在列车垃圾处理装置的研究方面，铁道部劳动二：三生研究所、地区卫生防疫站、 铁路卫生监督所等单位曾对某些区段内旅客列车的垃圾治理情况进行过为数不多 的调查研究。1 9 9 1 至1 9 9 2 年，铁道部劳动卫生研究所进行了铁道部科技发展计划 旅客列车垃圾处理技术和装备的可行性研究项目的研究。课题组在1 9 9 1 至1 9 9 2 年期间对进出北京和东北的1 8 趟旅客列车垃圾产量、成分、密度进行调查研究， 首次取得了我国铁路旅客列车垃圾产生情况的第一手资料并进行了旅客列车垃圾 收集处理装置的研究，成功研制了列车垃圾压缩处理装置，但并未得到实际应用。 锁向荣等【1 2 】设计的旅客列车垃圾收集处理装置可在确保客车车体改动最小的前提 下对客车垃圾进行适当的收集压缩处理，垃圾得以减容。智玉奇【1 3 】设计了一种采 用机电物理的方法处理列车上生活垃圾的电控机械装置，该装置主要由粉碎机、 磨切机，以及动力传动部分共同组成，该装置能将硬性、柔性垃圾一次处理，不 需要人工分捡，清洁卫生。塑料袋在磨切温度下收缩成颗粒料，随车排出，不会 飞扬起来，利于环保。总体来说，这方面的相关研究目前在国内并不是太丰富。 国外对于车载式便携垃圾处理机的研究相对较多些。t a s h m a n ，p h i l i p f l 4 】发明了一种 便携式垃圾自动破碎机，如图1 - 1 所示，能处理的垃圾包括干湿垃圾、玻璃、金属 罐、硬纸盒、纸板以及一些合成塑料等。该装置包含两个反向旋转的棘轮钳，进 料时经过棘轮钳，进入粉碎室，经过粉碎后，液状垃圾会被收集然后转送到破碎 机底部的一个带轮小车中。该发明对一些难以压缩的塑料瓶子特别适用，可以直 接将其粉碎压缩至较小的体积。r u m m i e rj o h nm 【1 5 】等发明了一种改进型垃圾处理 系统和装置，如图1 2 所示。 3 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 心 r 擞 蚕吵 1 1巴g _+ 一冒酉耵吁于i 厢 ( a ) 垃圾自动破碎机外观图 ( b ) 垃圾自动破碎机结构简图 图1 - 1 便携式垃圾自动破碎机 出口 碟状过滤 排气口 出口 图1 - 2 改进犁垃圾处理系统 该装置使固体垃圾和液态垃圾在初始状态时就被分开，液态垃圾经过过滤系 统过滤，过滤过程中，液态垃圾不断的被搅拌使其能均匀通过每一个过滤单元， 最终完成很好的净化。该装置对液态垃圾的净化效果相当不错，很适合汽车、火 车、游轮等交通工具使用。e d v a r d s s o nc h r i s t i n a 1 6 】等发明了一种改进型垃圾处理系 统和装置，如图1 3 所示。该装置首先将液态垃圾以水蒸气形式蒸发掉。剩下的液 体可以储存用来作为非饮用水使用，如冲厕所。固体垃圾可以转化成惰性灰或者 碳化物，可储存或者直接排入水或空气中。该装置比较适合列车类使用。h o f f j a n n c l a u s 1 7 1 等发明了一种车用垃圾处理装置，该装置可以处理固液混合的垃圾。垃圾 4 江苏大学工程硕士学位论文 被收入一个容器中，容器中含有过滤器和分类系统，并且含有搅拌轴，通过活塞 压缩运动将垃圾压缩至较小的体积。容器底部有排水系统。当垃圾被压缩时，液 体经过过滤器，油类和脂类首先分离，非油脂类经过耦合系统然后送到真空处理 系统，脏水直接排出车外。整个过程由控制单元控制。 冷凝 储存器 电阻条 图1 - 3 垃圾处理系统 当然，鉴于列车垃圾的研究具有一定的狭隘性，而大多数的研究重点仍在生 活垃圾的处理中，生活垃圾虽然与列车垃圾在组成、特点等方面有不同，但是对 其研究对于列车垃圾来说有很大的借鉴作用。r y u n o s u k ek i k u c h i 等【1 8 】提出了一种 新方法来实现含氯的混合塑料垃圾分类，通过三道工序：浮沉罐、离心法和水力 旋流器来分离含氯的废料，根据含氯量的不同分离出的低含氯量废料可作为替代 燃料，同时减少了填埋量，做到节能减排。r w o o d a r d 等【1 9 】研究了一种新的垃圾 收集和分类系统，引入这种系统使垃圾的土掩埋降低了5 5 ( 从每户每周1 8 1 k g 到每户每周8 2 k g ) 。它替代了简易的路边方案，而且对垃圾处理f j 后进行分析， 表明可利用垃圾箱及其利用率都有所增加。t e w o d r o st a d e s s e 加】通过收集m e k e l l e 城市的家庭数据来分析环境专注度、垃圾分类、公共垃圾箱投递之间关系。选用 二维p r o b i t 模型和h e c k m a np r o b i t 抽样模型作为分析工具。他的研究结果可以用于 加强居民对环保的态度并能够更好地实践于生活垃圾的分类和处理。陈晓勇【2 1 】以 城市袋装生活垃圾破碎( 破袋) 机为例，针对选择性破碎，从破碎刀片运动与受力 5 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 的角度进行分析，确定选择性破碎的条件，并导出数学表达式。李新等瞄】以成都 市四个居民小区作为生活垃圾单流程回收模式试点，分析了单流程回收模式的实 施方案和运行过程。解海卫等【2 3 】针对我国城市生活垃圾的特点对现有的垃圾焚烧 处理工艺进行了深入的研究，结果表明：机械炉排焚烧炉技术比较适合国内的高 水分、低热值垃圾，是目前垃圾焚烧发电行业应大规模推广的技术，烟气净化采 用半干法脱酸塔加布袋除尘器的组合工艺为较佳方案。冯明谦【刎等研究了城市生 活垃圾破碎、筛分一体化设备的结构及性能，攻克了卡料快速自动解脱、防物料 缠绕、减少滚道磨损等难点。唐红侠等【2 5 】从生活垃圾在滚筒筛内的受力分析着手， 考虑了物料与滚筒筛筛壁间的摩擦力，其为一有限值，推导出物料的提升角与滚 筒筛转速的关系。李聪等【2 6 l 针对连续性生产线的特点，对垃圾环保再生煤生产设 备进行研究在分析连续性生产线的故障特点的基础上，采用集成神经网络与专家 系统结合的方式，建立基于集成神经网络专家系统。姜雪松等【2 7 】提出了一种以垃 圾体离散化为主的压缩机构设计分析方法，并利用r e c u r d y n 实时仿真功能对3 种 不同离散程度的垃圾压缩机构模型进行了仿真研究。该方法可以进一步提高垃圾 压缩机构对垃圾压缩的效率，为垃圾压缩机构的结构设计提供理论依据。李兵等【冽 采用孔径为1 2 0i n l l l ，4 0m m 和8l l l n l 的三种手动筛，对生活垃圾筛分，并对筛分 后生活垃圾分类。通过对其质量和含量的测定，得出如下结论：粒径大于1 2 0m m 范围内的生活垃圾中，有资源化潜力的组分为塑料、有机物、纸类、包装物及玻 璃；粒径为4 0 - - 一1 2 01 1 1 1 1 1 范围内生活垃圾中，有资源化潜力的组分为有机物、塑料、 玻璃、金属和包装物；粒径为8 4 0m m 范围内的生活垃圾，只要将玻璃分离开来， 可以直接生物处理；而粒径小于81 1 1 1 1 的生活垃圾，可以直接生物处理。根据这个 实验结果，为上海市生活垃圾制定了一条机械分选流程。田建明等【2 9 1 对生活垃圾 中4 种富含热值的废物进行研究，结果表明：不同的废物由于物理性质的差异， 要达到分析所需要的粒度，应选择不同的破碎设备；纸类废物破碎粒度大小对化 学分析结果影响不大：随着破碎粒度的增加，纺织品类废物灰分、热值、氯的含 量呈增加趋势，硬塑料灰分、氯的含量减小，而热值呈增加趋势，薄膜塑料灰分 减小、热值增加、氯含量变化没有规律。吕传毅等【3 0 】分析了我国城市生活垃圾的 组成成分，阐述了对我国城市生活垃圾中的废旧塑料进行分选和资源化利用的必 要性。提出了从城市生活垃圾中分选塑料和对分选出的塑料进行资源化制板的新 6 江苏大学工程硕士学位论文 技术，给出了塑料分选过程的运动参数和板材的性能参数，解决了垃圾破：! ! 、缠 绕、变霞和塑料相容性等关键技术问题，制作的板材技术指标符合建筑材科的应 用要求：林晓东等【3 1 】以重庆市涪陵区李渡镇生活垃圾处理厂为例，分析了前分选 工艺在垃圾综合处理中的减量化和资源化效果，探讨了前分选工艺对提高生活垃 圾综合处理水平的作用。结果表明：通过对原生垃圾进行分选，使堆肥物料、可 回收物料和填埋物料实现了有效分流。z h a n gy u f e n g l 3 2 】等基于传统的高温分解原 理，提出了一种新的高温热分解技术和设备，该设备是通过控制垃圾在设备中的 停留时i 口j 和温度从而达到0 1 n g t e nm 3 二恶英的排放标准。经过该技术处理后排 出的残馏物重量是之前未处理的5 7 ，与此同时，在处理过程中产生了大量的可 燃气体： 在垃圾处理过程中，分选工艺是重点，因此，借鉴国外先进的垃圾分选方案， 对国内上蘸圾处理设备的研制和发展有很重要的意义。国内大部分使用的垃圾分选 设备都足由国外进口。以下是几种国外较为先进的垃圾分选设备【3 3 】： ( 1 ) 滚筒筛结构的s m 3 1 8e 型滚筒筛式垃圾分选机 该漫备由德国d o p p s t a d t 公司生产。s m 3 1 8e 型垃圾分选机滚筒长度 5 0 0 0m m ，滚筒直径1 8 0 0r n l n ，采用l l k w 电机。该设备采用模块化设计，机器维 修方便，部件更换简单。结构组成有以下几部分： 1 1 底座有六根高度可以调节的支撑腿( 便于运输，安装地点适应性好，平衡 性易调节) ，筛鼓镶板开有侧门，有前侧镶板，前后滑轮及筛鼓移动导向轮。 2 1 动力部分配备带有事故急停开关和安全开关电动接线箱的电机，可无极调 节的液压泵控制液压系统和清理刷，调节阀启动清理刷汽缸，液压油缸配有整套 的过虑和电冷却系统，筛鼓驱动机械调整装置，据负载大小改变的喂料控制装置， 筛鼓过载，振动喂料带停止振动喂料，恢复正常后再行喂料。 3 1 喂料箱配有可根据负载控制喂料的振动带，喂料口面积3 2 0 0x1 8 0 0 m m ， 高度3 2 0 0 m m ，喂料量为3 5 m 3 ，液压传送平台设计独立，并从前一直嵌入到振动 喂料器，振动喂料器则延伸到筛鼓内部。拆换筛鼓时可以将整个喂料器液压提升。 4 ) 清洗刷有支撑装置和刷体( 刷架、刷轴和调节装置) 。 7 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 图1 - 4s m 3 1 8e 滚筒筛分式垃圾分选机 ( 2 ) 圆盘筛结构的e u r e c d s k 型盘筛垃圾分选机 该设备由德国e u r e c 公司生产，该机可根据当地的具体情况，单独使用或作 为整套筛分设备的一部分使用。可为固定式，也可为移动式，可适用各种型号的 电机或内燃机驱动组。 “) 盘筛的筛面布置 工作中的盘筛分选机 图1 - 5e u r e c d s k 盘筛垃圾分选机 分选机传送带及转轴上的每一个驱动组采用净流体驱动。这里没有用到链和 f 灯轮，因为能耗较高。扭矩是直接传给转轴的，这就减轻了单轴、联轴器和轴承 的负担。当过载或两根轴的某一根卡住时，可以单独停转。随着新型加硬筛盘的 设计，筛盘的使用寿命增长可观。筛盘的布置方式使得进入的物料可以充分旋转 ，f ：完全分散，同时物料还有向上的运动。圆盘的这种设计使得向上运动的能量用 于分离过程。很短的筛面就可有较大的产量。像传统的设备，用间隔套管来保持 筛盘之间的距离，这里用的是双锥体系统专利技术。如果垃圾中有长箔或者录像 8 江苏大学工程硕士学位论文 带等缠绕在锥系上，会在锥的细端脱落，并被相对轴上的筛盘扯碎。这是由双锥 体系统的旋转和设计来实现的。盘筛分选机的清理装置是耙式结构，由3 个可移 动耙齿组成。当物料突然堵在轴间时，耙齿可下降进行清理。耙齿亦可作水平方 向的前后运动。这就减少了粘性、潮湿物料的堆积减轻长物料的缠绕。利用这 种自净系统，盘筛可以分类较难分离的物料( 比如下脚料垃圾) ，而且产量大，分 离效果相当好。粘合的物料部分从原物料中被移走和分离出来。盘筛分选机的另 一个优点是能分选像生活垃圾这样的成分复杂的物料，且分选效果好，产量大。为 达到最佳效果，物料应平稳地装入具有加速度的传送带上。传送带的加速可以在 长细物料被锁在筛盘问时，防止它对处理过程的干扰。盘筛分选机可以从预破碎 的下脚料垃圾中分离出矿物粒和有机物，其中9 0 以上的有机物可以筛分出来。该 设备可根据当地的实际情况，附加一个残余物分选设备。在筛面上的物料流中可 以人工拣选出玻璃、石块和其他非铁物料，以供回收利用。 ( 3 ) 采用风筛的w s7 2 0et a i f u n 型固定风筛垃圾分选机 该设备由德国d o p p s t a d t 公司生产，用于清理掉堆肥产品或堆肥原料垃圾 以及建筑垃圾中的轻质杂质。给料装置设计成振动输送带，利用其振动可使轻重 物料分层，纵向鼓风机鼓风使轻质物浮于重质物卜，有助于后续分选工作的继续 进行。可以通过调整鼓风机的速度，适合不同的分选目的。对于特别难分选的物 料，比如水分含量过高时，可以调整振动滚来改善分选效果。垂直气流把轻物料 集中起来，通过筛分室送到机器旁的收集箱内。风筛的设计基于空气的压缩过程， 由于分离物不需通过专门管道，而直接排出，所以操作安全性好。尤其是在处理 湿重物料时，就消除了风管的堵塞和风机的过载问题。两块机械挡板可根据物料 的差异进行风向的调整。为减少灰尘，风筛实现了空气的循环。轻质物料卸载后， 含尘空气被吸回机器内，就可免去了单独的除尘设备。侧门较大，容易进入，采 用中央润滑，维护方便。控制部分比较集中，机器操作安全可靠。 9 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 图1 - 6w s7 2 0et a i f u n 型同定风筛垃圾分选机 ( 4 ) 采用磁力另选的列式非铁金属垃圾分选机 该设备由日本s h i n k oe l e c t r i c 公司生产。其特点在于列式电机和振动喂 料保证了分选的高效性，大负荷及长时间工作仍具高可靠性，结构简单紧凑。本 机型可以有效地将铝、铜及其它非铁金属从混合垃圾中分离出来。 穸 图1 7 列式非铁金属垃圾分选机 1 3 列车垃圾分选机应用存在问题 前面所述国外生产的垃圾分选机机构，针对不同垃圾成分能达到一定的分选 效果，且分选的效率比较高，但不适合于列车垃圾的处理，主要原因如下： ( 1 ) 对于标准的列车车厢来说，这些设备体积过于庞大。如2 2 型列车车厢其 车体长度为2 3 6 0 0 m m ，车体宽度为3 1 0 6 m m ，车顶距轨面高度为4 2 8 3 m m ，并且对 1 0 江苏大学工程硕士学位论文 于列车车厢来说，其需要的是体积较小，安装方便的设备。 ( 2 ) 对于列车垃圾的组成来说，部分设备不适合。如列式非铁金属垃圾分选机 其主要分选的对象是金属，但是在列车垃圾中，金属成分的含量非常低。另外列 车垃圾的含水率比较高，固定风筛垃圾分选机就不太适合。 ( 3 ) 价格昂贵。这些进口设备的价格相对较高，维护保养的费用也很昂贵。 基于上述原因，针对目前中国铁路高速发展的状况，列车垃圾的在车处理要 求十分重要，迫切需要有相关垃圾处理装置来适应庞大的列车垃圾生产量。 1 4 本文主要研究内容 本文结合企业拟开发的新型列车垃圾处理机的需求，开展列车垃圾处理装置 相关技术研究，所做的主要工作有如下几个方面： ( 1 ) 根据列车垃圾的组成特点制定列车垃圾处理方法的总体设计方案，为相关 机械设备的设计制造提供科学的指导。 ( 2 ) 分析垃圾分选和破碎的工作机理，确定垃圾分选和破碎的方法，研究垃圾 分选和破碎设备的结构和运动参数，在此基础上，设计列车垃圾分选和破碎装置。 ( 3 ) 结合虚拟样机技术，运用a d a m s 软件，对破碎机构主要部件建立运动模 型，进行运动学和动力学分析，确定相关参数，验证垃圾破碎模型的正确性，为 垃圾破碎机构的设计完善提供指导。 ( 4 ) 列车垃圾处理装置的样机研制，进行分选和破碎及整体性能试验和分析， 为后续结构的改进提供依据。 列车垃圾处理装置的结构设计与样枷 生能试验研究 第二章列车垃圾处理装置总体方案设计 2 1常见垃圾处理方法及其特点 解决垃圾问题的目标是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。 目前主要有填埋、堆肥及焚烧处理和资源化处理四种方法【3 4 3 5 1 。 ( 1 ) 填埋法指将垃圾填入已预备好的坑中盖上压实，使其发生生物、物理、 化学变化，分解有机物，达到减量化和无害化的目的。但这种垃圾处理方法存在 很大的缺点：首先，填埋处理损失了可利用物，造成可再生资源的浪费；其次， 长期以来，中国大部分城市都是采用露天堆放、自然填沟和填坑等方式处理垃圾， 没有任何防护措施，使大量垃圾污水由地表渗入地下，污染地下水及土壤，对城 市环境和地下水源造成严重污染，同时垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的 空气质量；再次，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸的隐患，若排放到大 气中又会产生温室效应；最后，随着垃圾生产量的不断扩大，填埋场地的选择越 来越困难，运输、填埋、管理等费用也不断提高。由于填埋场处理能力有限，服 务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源。鉴于以上缺点，采用 填埋法处理垃圾的方式已渐渐被淘汰。 ( 2 ) 焚烧法指将垃圾置于高温炉中，使其中可燃成分充分氧化的一种方法，产 生的热量可用于发电和供暖。但是焚烧处理对垃圾低位热值有一定要求，不是任 何垃圾都可以焚烧的。因此它不适用于所有种类的垃圾处理。同时，焚烧法使垃 圾中可利用资源被销毁，是一种浪费资源的处理方法，即使回收热能也只能做到 废物一次性再生的目的，无法实现资源的多次循环利用，故其降低了资源的再利 用效率。另一方面，焚烧法最大弊端是在焚烧垃圾时产生二恶英气体，因而只有 对焚烧产生的有毒有害气体进行一系列的处理，该法才能实现环保。同时焚烧处 理的前期投入较大，建设一个日处理垃圾1 0 0 0 吨的焚烧炉及附属热能回收设备， 大约需要7 8 亿元人民币。运营成本相当的高，因此难以得到推广。 ( 3 ) 堆肥法指将垃圾堆积成堆，保温7 0 。c ，储存、发酵，借助垃圾中微生物 分解的能力，将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后，生活垃圾变成卫生的、 无味的腐殖质。既解决垃圾的出路，又可达到再资源化的目的。但是，堆肥处理 1 2 江苏大学工程硕士学位论文 不能处理不可腐烂的有机物和无机物，垃圾中的石块、金属、玻璃、塑料尊废弃 物不能波微生物分解，这些废弃物必须分捡出来，另行处理，因此减容、减量及 无害化程度低；另外，堆肥周期长，占地面积大，卫生条件差，堆肥处理后产生 的肥料肥效低、成本高，与化肥比销售困难，经济效益差。引进国外技术投资巨 大，不适合我国国情。发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国 的一般水平，因此靠堆肥只能处理1 5 左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了 堆肥技术的推广。堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组 分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准， 真正实现无害化和资源化【3 6 1 。 ( 4 ) 资源化处理指对垃圾进行仔细分类，然后根据分类后垃圾的不同性质分 别采用适宜的方法处理，使不同种类的垃圾均能加以利用，从而真正做到垃圾的 减量化、无害化和资源化。一般将城市垃圾分为以下四组： 1 ) 材料垃圾组：玻璃、磁性或非磁性金属、废纸、橡胶、塑料； 2 ) 有机垃圾组：厨房垃圾、生物垃圾； 3 ) 无机垃圾组：炉灰渣、砖瓦、陶瓷等； 4 ) 有毒有害垃圾组：废旧电池、废荧光灯管、杀虫剂容器、过期药物、医疗 废物以及废电视机、电话、电脑等废旧电器的电子垃圾。 垃圾处理和循环利用的根本途径，是实现减量化、资源化、无害化。许多国 家垃圾处理实践表明，其中的7 0 可以回收，成为再生原料供重复利用。城市垃 圾被誉为“城市矿藏 ，是唯一在增长的资源【3 7 1 。将垃圾资源化处理是从消极地局 限地销毁垃圾阶段，走向积极、合理地利用垃圾的崭新阶段。因此，可以说垃圾 资源化处理是垃圾处理的较为理想的方式，对垃圾分选处理是实现垃圾“三化” 的最可行道路。对于资源化处理来说，需要解决的问题是针对垃圾的组成特点， 选用合适的资源化处理方法和设备，实现垃圾的最优化回收。 2 2 列车垃圾的组成特点 为实现垃圾中不同成分的分离，必须要利用不同组分之间许多物理性质上的 差异，其中最常用、也最重要的是粒度、形状、密度、颜色、磁性、电性和机械 强度等方面的不同。与此相对应，研究垃圾的特性与破碎筛分方法对于实现垃圾 1 3 列车垃圾处理装置的结构设计与样机性能试验研究 有效分选是必要的。根据相关研究资料【1 】可知，旅客列车垃圾与生活垃圾相比有以 下特点： ( 1 ) 旅客列车垃圾的构成与生活垃圾相比较为简单，如表2 - 1 所示。 表2 - 1 垃圾构成比较 ( 2 ) 旅客列车垃圾有机物的含量，特别是食物残渣的含量远高于城市生活垃 圾。 ( 3 ) 旅客列车垃圾中的废弃塑料包装物的含量较高。 ( 4 ) 旅客列车垃圾的含水量比城市生活垃圾高出很多。 由此可见，生活垃圾和列车垃圾存在一定的差异性，产生上述差异的原因主 要有以下4 个方面： ( 1 ) 由于时空的限制，旅客在列车上的生活较为简单，因此与之相应的垃圾组 分也相对简单。 ( 2 ) 旅客在列车上由于时空限制而枯燥乏味，使得很多旅客以食用食品消磨时 i 日j ，从而大量产生食物残渣。 ( 3 ) 旅客携带食品的包装物和食品本身的包装物是固体废弃塑料的主要来源。 ( 4 ) 条件的限制使得旅客列车上的垃圾袋既成了垃圾的投放处，又成了一些废 水的倾倒处，从而使得旅客列车垃圾水分含量剧增。 通过对比可以看出，在旅客列车垃圾中可以分为两大类，一类是含量最高的 食物残渣，其含量超过了5 0 ，另一类是可回收的垃圾，包括废弃塑料、瓶罐类 和废纸类垃圾，其含量接近4 5 。如果实现旅客列车垃圾的分类收集或处理，食 。怙残渣既可堆肥，也可以焚烧供热，而废旧塑料、瓶罐、废纸等可以回收利用。 2 3 列车垃圾处理装置总体设计思路 当f i 世界各国在努力实现垃圾处理无害化、减量化的同时，更加重视垃圾处 理的资源化。垃圾的资源化的意义就是对其中有用的物质及能量加以回收利