王宝良 李舟
中国城市建设研究院有限公司 北京 100120
摘要：介绍一种集机、电、液一体化敞开式垃圾处理车。整车由发酵舱（车身部分）、驾驶室、动力装置发动机、菌种箱、后轮液压转向系统、前轮行走系统、车身液压升降系统和破碎滚工作装置等部分组成。它可以在喷洒菌种的同时对垃圾进行通气、破碎、松散、混合和翻转，并使垃圾保持理想的条形堆形状。便于对垃圾进行敞开式好氧发酵。
关键词：敞开式；好氧发酵；垃圾处理车
Abstract: This paper introduces an integrated open - type garbage disposal vehicle. The vehicle by fermentation tank (body part), cab, engine power plant, spawn box, rear wheel hydraulic steering system, the front wheel walking system, hydraulic lifting system and the car body parts such as crushing equipment of rolling. It can air, break, loose, mix and reverse the garbage while spraying the bacteria, and keep the garbage in the shape of the ideal bar. It is easy to open the garbage with open aerobic fermentation.
Key Words: Open-type,Aerobic fermentation, Garbage disposal device
1 研制目的和意义
随着我国经济的飞速发展和人民生活水平日益提高，城市规模和人口数量迅速膨胀，随之而来的城市生活垃圾也随人口与日俱增，生活垃圾污染已经成为一个迫在眉睫的社会问题。
目前国外生活垃圾处理的现状是：欧美国家以焚烧为主，大部分垃圾处理公司不能盈利，都注重环境效益和社会效益，是为了保护环境而进行垃圾处理。另外国外的垃圾都是经过分类收集后，进行分别处理。该堆肥的堆肥、该回收的回收利用、该焚烧的焚烧。而我国垃圾是没有经过分类收集，垃圾混着，成分异常复杂。针对我国生活垃圾的现状，采用好氧发酵的生态工程原理，利用全液压驱动垃圾处理车，对城市生活垃圾采用敞开式好氧发酵的机械化处理方式进行“无害化、资源化、减量化”综合利用。制成多元素活性有机复混肥，用于农田、绿化、生态主题公园等，回归大自然，形成良性生态循环。该研究成果的推广，对我国城市生活垃圾处理有着深远的影响。
2 研制内容
设计开发的一种集机、电、液一体化的全液压驱动敞开式垃圾处理车。可以在喷洒菌种的同时对垃圾进行通气、破碎、松散、混合和翻转，并使垃圾保持理想的条形堆形状。对垃圾进行好氧发酵。该垃圾处理车除具有耗油省、功率大、结构紧凑、操作灵活、维护保养方便等优点外，还具有以下特点：①采用全液压转向机构，转向轻便、灵活；②采用日本进口的液压泵、意大利进口的液压马达、车轮减速机等配套件，实现先进的液压行走、制动系统，使行走为无级变速，制动轻便可靠；③采用美国进口的手动离合器，使操作非常安全、可靠。④驾驶室安装空调，为操作者提供了较舒适的工作环境。⑤传动系统无外部暴露的运动部件，给操作者带来了安全性和心理上的安全感。⑥液压传动装置安装方便，噪音低，可以达到远距离控制，使操作方便。
2.1敞开式垃圾处理车构造
图 1 敞开式垃圾处理车实物图
该敞开式垃圾处理车主要由发酵舱（车身部分）、驾驶室、动力装置发动机、菌种箱、后轮液压转向系统、前轮液压行走系统、车身液压升降系统和破碎滚工作装置等部件组成。 图 1 为实物图，图 2 为主视示意图，图 3 为侧视示意图。
1.发酵舱（车身部分）；2.驾驶室；3.动力装置发动机；
4.菌种箱； 5.后轮液压转向系统
图 2 敞开式垃圾处理车侧视示意图
6.前轮液压行走系统；7.车身液压升降系统；
8.破碎滚工作装置
图 3 敞开式垃圾处理车主视示意图
1) 破碎滚工作装置：采用发动机、手动离合器机械传动方式，两个破碎滚由发动机、手动离合器通 过SpcV带传递动力进行工作，破碎滚上分布着按一定规律排列的锤片，能使垃圾破碎的均匀，而且破碎后的垃圾不散堆。破碎滚上的锤片采用65Si2Mn钢，明显的提高了锤片使用寿命并增强了破碎的能力。
2)前轮液压行走系统：选用日本大金株式会社的90L075型液压泵、意大利BREVINI公司的CTU370车轮减速机及意大利S.A.M.HYDRAULIK公司的hzvr108sr2em135液压马达。采用低速液压传动作为行走驱动系统。
由于采用了技术成熟的液压泵、液压马达和减速机，使得液压行走系统比较可靠。选用三角集团的28l─26型前轮和1100─20型后轮轮胎，保证了行走和作业的稳定性。
3)车身液压升降系统：采用升降泵、减压阀、液压缸配合液压管路供油驱动，操纵灵活方便，安全可靠。该系统已在其它机型中取得了成熟的经验。
4)后轮液压转向系统：采用后轮液压转向，是由转向泵、转向器和液压缸组成，由一个液压缸控制两个转向轮，结构紧凑、合理、操作方便、可靠。
5)动力装置发动机：该机采用重庆康明斯发动机有限公司引进美国技术生产的NTA855-C400型柴油机作动力源，具有400Hp/2100r/min的稳定动力输出，马力大，油耗低，易起动，是经类比分析，取得的较理想的动力装置。
2.2工作过程
1)启动时
主机发动机以650转/分钟的转速转5分钟。检查主机所有仪器，补油压力不低于20Kpa。
2)启动后
加快发动机转速为1000转/分钟。把机器驶向垃圾条形堆发酵直道的顶端。减慢转速为650转/分钟。到驾驶室外合上离合器。平稳地加快发动机转速到1700-1800转/分钟。把机器慢慢驶入发酵直道。
3)工作中
开始通过发酵直道时必须做最小的移动，这样锤片才能最大限度地撕碎物质。如果发酵处理蔬菜类物质或被发酵物中夹杂着蔬菜类物质，只有当湿度降低到60%以下时才可以向内喷洒水（内含菌种）。
发酵处理城市生活垃圾时，机器第一次通过前就应向菌种箱添加水（内有菌种），每一次机器通过前都要适量加菌种和水混合物，并且适量喷洒入发酵物中，直到湿度达到发酵要求。
机器在发酵直道上的破碎滚转速由发动机油门控制，通过速度必须很慢，操作者必须校正和保持转速，它一定不能低于1600转/分钟，如果低于1600转/分钟，应减慢前移速度，直到发动机转速回升到允许的转度方可加速。但不能高于1800转/分钟。然而机器行走速度的快慢并不是由发动机油门控制，而是由行走液压泵控制。但在运作中，发动机转速与液压泵的控制有联系。因为发动机转速越高在相同行走速度下机器通过障碍物的能力越强。每次机器通过都会使被发酵物的尺寸变小一点，在发酵工序不断的进展中，借助菌种的作用及机器锤片的物理作用，发酵物也变得越来越小，一天一个尺寸。
在翻转发酵过程中，有7天属于超高温期（温度高于70℃）这是为了使动植物的病原体彻底消灭。每天早晨的第一个任务就是测量并记录温度，并为每一直道的发酵物制作一份温度曲线图。温度的探测点应该大约插到被发酵物的中心，探测点至少离地300mm。温度处于稳定后方可作记录，可从发酵物的顶层、底层和中心分别作测量，测量者取一个合适的温度。最合适的发酵温度一般为60℃—65℃（因地域的不同而有差别），随着发酵的进行，被发酵物的体积不断变小，高度也不断降低。被发酵物的堆积高度不低于1.5m，宽度不低于2.5m。
发酵直道互相平行，若没有特殊原因，两直道中心线相距不低于5000mm。机器开出发酵直道后,应停止前移，使发动机的转速降到650转/分钟，脱开离合器。如果正在喷水，应立刻关闭菌种泵，封住阀门。只有当破碎滚停止转动后才可重新开始前移。
当被发酵物发酵得较均匀，垃圾温度从发酵开始的低温到高温再到低温完成一个循环后，说明发酵过程基本完成。
发酵结束后，机器的发酵舱和其它运作部分都必须用高压软管冲洗，机器的清洗必须在被检查过防渗的场地进行。
2.3整机主要结构与技术参数的确定
敞开式垃圾处理车采用跨跃型全钢结构，工作装置为两个破碎滚固定于发酵仓内，后轮液压驱动偏转转向。工作系统采用机械传动与液压传动相结合，前者完成整机对垃圾的破碎发酵工作，后者完成整机行驶、转向与车身升降等工作。
本机主要结构及技术参数的选择依据如下：
a)根据我国生活垃圾处理的现状和生活垃圾敞开式好氧发酵的温度、湿度等要求进行设计、计算而确定。
b)根据澳大利亚AIEM公司制造的同类产品类比而确定。
整机主要技术参数的选择与确定：
1)型式：机械与液压紧密结合，轮胎式后轮转向。
2)垃圾处理宽度：2500mm～3000mm。
3)垃圾处理高度：1000mm～1500mm。
4)垃圾处理能力：800m3/ h。
5)垃圾处理速度：0～6m/min。
6)转场速度：0～12m/min。
7)上破碎滚转速：870r/min（发动机1800 r/min）。
8)下破碎滚转速：714r/min（发动机1800 r/min）。
9)破碎滚旋向：逆时针（离合器侧）。
10)工作范围：城市生活垃圾（不包括建筑垃圾。）
11)整机质量：9000kg（不包括菌种）。
2.4破碎滚工作装置设计
破碎滚是垃圾处理车的关键工作部件，破碎滚三角带强度的设计计算、破碎滚的结构与破碎滚转速直接影响敞开式垃圾处理车的工作能力和作业性能。
2.4.1破碎滚结构及工作过程
发酵舱内的两根破碎滚（破碎滚部件、锤片分布及倾角见附图4）。其工作过程为：菌种箱加满菌种后，启动发动机，把垃圾处理车开到需要发酵的垃圾前，推上离合器。垃圾处理车向发酵堆行驶的过程中，发动机由主动皮带轮通过13槽SPCv型皮带轮（1）带动下破碎滚（3）旋转。下破碎滚（3）翻转、挑起垃圾，把垃圾向发酵仓内喂料。下破碎滚（3）通过8槽下皮带轮（4）带动8槽上皮带轮使上破碎滚（2）旋转。上破碎滚（2）把下破碎滚（3）喂进来的料破碎、翻转、同时把垃圾、菌种箱内打过来的菌种和空气搅拌均匀，使垃圾实现好氧发酵。两个破碎滚被13根SPCv型三角带带动，当发动机转速为1400r/min，上滚转速为695r/min，下滚转速为556r/min，上破碎滚（2）与下破碎滚（3）旋转速度不同，其速比为1.25:1，这一速比使垃圾的破袋效果最好。因为垃圾破袋程度大，则碎塑料很多，不利于后续工序处理；破袋程度小，则有机物在塑料袋中，不利于筛分及发酵。从动侧8槽SPCv型皮带轮的从动装置，不但传动动力，而且可以使破碎滚保持一定的相对速度并起到整机平衡作用。
破碎滚的起动靠和发动机连接的离合器手柄操纵。驾驶室内的转速表可随时显示出破碎滚的旋转速度。上粉碎滚（2）装有25片锤片（6），下破碎滚装有33片，锤片与截面倾斜角度、上下破碎滚旋转速度和锤片分布规律是经过多次实验总结出来的的。锤片与截面倾斜角度和锤片的分布规律，不但使垃圾破碎的均匀，而且破碎后的垃圾不散堆，不用每次破碎后均重新摆条形堆，节约了人力物力。锤片分布是以破碎滚中心线为界沿右边左旋两条交错的螺旋线，左边右旋两条交错的螺旋线分布，螺距为1.44米；在左边与右边螺旋线上锤片的倾角方向不同（如附图4），倾角均为16度。以上锤片（6）分布、锤片倾角及上下滚速比的设计，具有独特之处，所以嘉豪环保产业有限公司对此申请技术保护。滚筒结构如图 4 所示。
。
3 研制结果
该设备经工厂实际应用表明，靠其破碎滚的作用对生活垃圾进行破碎、混合、松散和通气，同时均匀喷入好氧菌种，对垃圾进行好氧发酵。设备选用功率大、体积小、噪音低、耗油省、经济性好、性能稳定的康明斯NTA855发动机，保证了整车的有效动力源；行走、转向、升降系统都采用液压传动。液压系统主要部件：行走液压泵、液压马达、车轮减速机、都选用了性能稳定、可靠性强的进口件，在整个工作过程中能够达到无故障、免维护。该设备操作轻便灵活、生产效率高，价格合理，经济性好、驾驶室安装空调舒适度好、传动部件不暴露安全性高。垃圾处理厂配套了垃圾筛分、有机物制肥系统和半自动控制系统，保证了生活垃圾在高温条件下的无害化处理，工艺搭配合理、垃圾综合处理成本低、永久占用土地少、无二次污染、有良好的环境效益、社会效益和经济效益，实用性强。
发酵工序使用JH—L400型移动式城市生活垃圾处理设备平均每小时好氧发酵、翻堆处理垃圾270吨，该处理厂要求发酵工序每天翻堆处理垃圾至少800吨。发酵工序垃圾无害化时间夏天平均为5天，冬天平均为9天。垃圾处理车消耗的柴油最多为226.25升/天；铲车消耗的柴油最多为173.4升/天；易损件刀片更换一次平均处理垃圾16800吨；菌种消耗平均36公斤/天。
4 结论
经过鉴定会鉴定，在评审委员会参观现场、听取汇报、审阅图纸资料的基础上，进行了认真的分组审议和集中讨论，对城市生活垃圾处理设备，一致通过以下鉴定结论：
一、该项研制成果符合国家产业政策，要求。具体落实了国家垃圾处理“无害化、资源化、减量化”的“三化”方针。
二、研制成果适合我国国情，移动式机械化破碎、好氧发酵新鲜混装城市生活垃圾；可以在喷洒菌种的同时对垃圾进行通气、破碎、松散、混合和翻转，并使垃圾保持理想的条形堆形状，对垃圾无害化速度快、质量好。是一种集机、电、液一体化的高效设备。具有较高的先进性，根据国家一级科技创新咨询单位——德州市计算机信息检索中心检索结果，这项成果填补了国内空白（见D2—01—012《查新报告书》）。
三、设备质量可靠，运行工艺合理，国产化程度高，具有耗油省、功率大、结构紧凑、操作灵活、维护保养方便等优点。（见山东省产品质量监督检验所《检验报告Z05010506》及有关用户意见）。
四、各种图纸资料齐全，符合国家标准化及有关规范。
总之，这项成果可以进行工业化生产，批量投放市场。
参考文献：
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[2]王宝良；李金杰；杨洪泉；张晓云；张文国.敞开式垃圾处理车：中国，ZL 02269480.3 [P].2003-09-17.
[2]李金杰；王宝良；张晓云；张文国.垃圾车破碎装置：中国，ZL 02269457.9 [P].2003-09-03.
作者简介：王宝良（1974-01-29），男，高级工程师、注册机械工程师、注册监理工程师、注册一级建造师、注册安全工程师，硕士学位，中国城市建设研究院有限公司，研究方向：机电工程。
论文作者:王宝良,李舟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/19
标签：垃圾处理论文; 菌种论文; 垃圾论文; 液压论文; 发动机论文; 转速论文; 工作论文; 《防护工程》2018年第14期论文;