楔形压头压缩效果有限元分析与试验研究-机械工程学报.pdf

第 40 卷第 10 期 机 械 工 程 学 报 Vol.40 No.10 2004 年 10 月 CHINESE JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Oct. 2 0 0 4 楔形压头压缩效果有限元分析与试验研究∗ 杨先海 刘宏昭 (西安理工大学机械及精密仪器学院 西安 710048) 吕传毅 ( 山东理工大学机械工程学院 淄博 255049) 摘要：在分析城市生活垃圾压缩转运站原有压缩装置的基础上，提出了一种新型压缩装置——楔形压头。用基于 Drucker-Prager 屈服准则推导的本构关系模型对楔形压头的压缩效果进行了有限元分析，结合试验参数，给出了压 实密度计算公式，计算精度满足工程要求，可代替繁琐低效的试验工作。通过新研制的城市生活垃圾压缩试验台 做了大量试验，得出了城市生活垃圾压实密度和施加压力的关系曲线，确定了对垃圾施行压缩的合适压力范围为 0.1～0.2 MPa 。研究结果表明，计算结果与试验结果吻合良好，楔形压头能明显改善垃圾压缩效果，比原有压缩 装置可提高 48% 的垃圾装载量，为城市生活垃圾压缩转运站压缩装置的设计制造提供了理论基础。 关键词：城市生活垃圾 垃圾转运站 压缩装置 楔形压头 有限元分析 试验 中图分类号：TH122 0 前言* 随着城市规模的不断扩大和人民生活水平的 不断提高，我国的城市生活垃圾产生量不断增长， 年产垃圾已达 1.5 亿 t 。对城市生活垃圾进行填埋是 处理垃圾的主要方法。由于垃圾量大，在近郊垃圾 图 1 普通平压头压缩装置 填埋场填满的情况下，只能开辟远郊的填埋场。由 于运输距离的延长，再用普通的垃圾运输方式容易 造成运输中的亏载现象。若对城市生活垃圾进行有 效的压缩，使垃圾的密实度增加，可有效提高城市 生活垃圾转运效率。 目前，国内外垃圾压缩设备的压缩装置都是采 用普通平式压头进行压缩，如图 1 所示。这种压头 的优点是结构简单，但存在的问题是由于压头面积 相对垃圾集装箱的压缩端面较小，当压缩时只能将 图2 楔形压头结构图 垃圾集装箱内与压头接触或者靠近压头的垃圾进行 由于国内外对城市生活垃圾的压缩特性研究 压缩，而垃圾集装箱内远离压头的边角部分的垃圾 相对较少，为此研制了城市生活垃圾压缩特性试验 则得不到有效压缩，从而影响了垃圾集装箱的装载 台并做了大量试验，获得了丰富的试验数据。在试 容量。如果通过增大压力来提高压缩效果，势必要 验基础上，通过有限元分析，模拟真实的压实效果， 提高压缩装置和垃圾集装箱等的强度，加大动力源， 可以揭示城市生活垃圾被压缩时的有关规律，为压 从而使整个转运站的成本上升。在此基础上，提出 缩设备设计提供理论指导。 了一种新型压缩装置——楔形压头，当调整压缩角 α 为合适角度时，可有效改善压缩效果，达到在不 1 压缩试验台简介 增大压力的前提下提高垃圾装载量，如图 2 所示。 城市生活垃圾压缩试验台有五部分组成：压缩 垃圾箱、压缩装置、液压工作站、测试仪器和数据 ∗ 山东省中青年科学家科研奖励基金 (02BS112)和山东省自然科学专 处理系统。压缩垃圾箱收纳压缩的垃圾，其主要尺 项基金(2003ZX005)