20070403275张遥NEDL工艺模块化净水设备刮渣机设计机自0705

1、毕业设计题 目 nedl 工艺模块化净水设备刮渣机设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机自0705 学 生 张遥 学 号 指导教师 冯德振 二一 一 年 五 月 三十 日摘 要气浮池刮渣机是气浮池表面上清除浮渣的设备。刮渣机是气浮池工艺中不可缺少的设备之一，也适用于制革、印染、屠宰、造纸、石油化工、冶金建材、食品等行业废水处理中沉淀池、气浮池的排渣。刮渣机目的在于将池中表面气泡浮渣等杂物刮至下游（池端），以便集中处理，亦可用于刮集表面浮油。翻板动作由撞块完成，动作可靠，控制形式可根据各设备的要求。刮渣机行车采用桁架结构，设计考虑了刮泥机运行的稳定性，且便于检修和管理；

2、驱动机构采用两端出轴的长轴集中形式，两组轮，一组为主动轮，一组为从动轮。 独立的翻板机构，采用推杆翻板；每台刮渣机的行驶与刮板翻转采用两套独立的驱动机构，通过电气控制互相转换交替工作。关键词：刮渣机；驱动机构；撞块；推杆翻板。abstractslag flotation tank is a flotation tank scraping the surface scum removal equipment. slag flotation tank blowing process is one of the devices are indispensable, but also for tann

3、ing, dyeing, dressing, paper, petrochemical, metallurgy, building materials, food industry wastewater treatment settling ponds, slag flotation pool. java machine aimed at scraping the surface of the pond scum and other debris blowing bubbles to the downstream (pool side), in order to focus, can also

4、 be set for scraping the surface of the oil slick. completed by the collision block flap action, and reliability, according to the various forms of control equipment. by scraping slag lane truss structures, design considerations of the scraper operation stability, and ease of maintenance and managem

5、ent; drive mechanism used at both ends of a concentrated form of the long axis of the shaft, two wheels, a set of wheels for the initiative, a group of for the driven wheel. independent of the shutter body, the use of putting flap; each scraping with scraper slag machine running reversal driven by t

6、wo independent bodies, interchangeable by alternating electrical control work.key words：driving mechanism；driving mechanism；hit the block；putting flap.目 录摘 要iabstractii1 前言12 本设计的内容及其任务3 设计内容研究3 模块化净水厂系统研发的具体任务3设计方案43 刮渣机有关设计的参数5电动机的参数5齿轮的选用5 主动齿轮参数5 从动齿轮参数5 计算各轴参数5 各传动比的计算5 各轴转速的计算5 各轴功率的计算6 各轴输入转矩

7、的计算6 数据综合74 驱动轴和从动轴的设计8 驱动轴的设计8 驱动轴的设计参数8 驱动轴的校对9从动轴的设计12 从动轴的设计参数12 从动轴的说明13 中间轴的说明145 刮渣板及其它零件的选择15 刮渣板的设计及计算15 刮渣板简图15 刮渣板的计算15 轴承和键的选择16 轴承的选择16 键的选用17 导轨的相关说明186 刮渣机整体结构装备简图及其原理说明197 结论21参考文献22致谢231 前言我国是一个水资源短缺的国家，水资源总量居世界第六位，按人均水资源量计量，人均占有量为2500立方米，为世界人均水量的1/4，世界排名第110位，被联合国列为13个贫水国家之一。目前，全国6

8、68座城市中，有400多座城市缺水，年缺水量60多亿立方米。长期以来受“水资源取之不尽，用之不竭”的传统价值观念影响，水资源被长期无偿利用，导致人们的节水意识低下，造成了巨大的水资源浪费和水资源非持续开发利用。水资源日益短缺，合理开发、利用水资源，保护生态环境，维护人与自然的和谐，已经成为二十一世纪人类共同的使命。多年以来，党中央和国务院对土地资源保护和饮水安全工作非常重视。2000年以来，国家加大了解决城市及农村居民饮水问题的力度，国家发改委、水利部相继实施“饮水解困工程”、“饮水安全工程”，指导思想也从以前单纯保证水量演化为现在的统筹考虑水量、水质、保证率、方便程度，并提出“农村供水城市化

9、，城乡供水一体化”的构想，逐步付诸实施。人民生活的富裕、经济的发展对饮水问题提出了更高的要求。要保证饮水安全，实现“农村供水城市化，城乡供水一体化”，就需要多建水厂。目前国内外传统水厂均采用钢筋混凝土结构构筑物为主要设施建设，普遍存在占地面积多、土建工程大、工期长、投资大以及实际供水规模与设计规模相差较大。我国正在加速进行的城市化进程、城市供水规模的增大，以及“农村供水城市化，城乡供水一体化”构想的实施，也使得旧水厂的扩建和新水厂的建设有更大需求。无论在惜土如金的大、中型城市，还是在用水量较小的农村，寻求一种方式灵活、占地面积小的水厂建设形式成为必然。模块化净水厂系统凭借其投资少、见效快、占地

10、小、规模形式灵活多样、扩容方便、自动化程度高、操作方便等优势，在“农村供水城市化，城乡供水一体化”战略构想的实施过程中将发挥巨大作用。目前，我国有大中型城市300多个，县级区域2800多个，乡镇4万多个。按照“农村供水城市化，城乡供水一体化”构想，仅考虑县以下城镇中小型水厂需求，按平均每个县城区改扩或新建一个20000m3/d水厂、城乡一体化每县辖区内建35个5000-15000m3/d水厂计算，则全国将需建设万个供水厂。设其中80%采用模块化净水厂系统，则约需建设896013440座模块化净水厂系统。这一计划若在10年内完成，则每年要建设约8961345座500020000m3/d的模块化净

11、水厂。模块化净水厂系统的开发研制符合国家发展战略和产业政策，并有广阔的市场发展前景。 在净水的大型设备中，当净水采用气浮时，水面就会漂浮很多的杂质污垢，此时需要一机械设备清除水面上的杂质，气浮池刮渣机应运而生，气浮池刮渣机是气浮池表面上清除浮渣的设备。刮渣机是气浮池工艺中不可缺少的设备之一，也适用于制革、印染、屠宰、造纸、石油化工、冶金建材、食品等行业废水处理中沉淀池、气浮池的排渣。刮渣机目的在于将池中表面气泡浮渣等杂物刮至下游（池端），以便集中处理，亦可用于刮集表面浮油。翻板动作由撞块完成，动作可靠，控制形式可根据各设备的要求。刮渣机行车采用桁架结构，设计考虑了刮泥机运行的稳定性，且便于检修

12、和管理；驱动机构采用两端出轴的长轴集中形式，两组轮，一组为主动轮，一组为从动轮。 独立的翻板机构，采用推杆翻板；每台刮渣机的行驶与刮板翻转采用两套独立的驱动机构，通过电气控制互相转换交替工作。2 本设计的内容及其任务 设计内容研究研制开发一种符合产业政策和当前市场需求的、占地面积小、模块化、自动化、标准化、设备化、安全方便、控制精准的新型净水系统，弥补或改善传统净水厂的缺陷或不足。1. 模块化净水厂系统研发的目标要求（1）工艺成熟可靠，保证出水水量及水质；（2）寻找一种高效的水处理工艺和紧凑的设备结构型式，减小占地面积；（3）建设规模及模块型式多样，易对供水规模进行调节和扩展；（4）简化内部结

13、构，使小型净水厂系统（5000m3/d及其以下处理规模）的建设、生产得以实现；（5）能够进行工厂化、标准化生产，减小系统投资，缩短水厂建设工期；（6）优化防腐工艺，保证系统使用寿命；（7）设计开发一种合理有效的控制模式，协调各模块之间的工作次序，对各工艺指标进行严格控制；（8）进行集成的中央控制，对信息进行实时的监测记录。 模块化净水厂系统研发的具体任务（1）净水处理系统工艺设计混合工艺按gb50013-2006室外给水设计规范规定，选用管道静态混合器混合和机械混合相配合的方式。絮凝工艺采用穿孔旋流絮凝法，絮凝区用轻质材料间壁，平均分为9个方形絮凝井。沉淀工艺按gb50013-2006室外给水

14、设计规范规定，采用斜管沉淀法，沉淀区在高度方向划分为集泥、配水、斜管、清水保护四个小区，并自行设计安装w板、沉淀斜管和集水槽。过滤工艺按gb50013-2006室外给水设计规范规定，采用快滤法，双层滤料，分别采用无烟煤和石英砂。消毒工艺按gb50013-2006室外给水设计规范规定，采用二氧化氯消毒法。（2）单元净水模块设计与制造单元净水模块将絮凝、沉淀、过滤三个净水工艺区设计在一个设备单元内，工艺区参数依据gb50013-2006室外给水设计规范设计，每个单元净水模块都具有独立的水处理能力。净水处理模块单元按照制作工艺不同分为钢筋混凝土结构、钢构混凝土内衬外贴结构、钢构混凝土内衬外喷结构、钢

15、构加现代防腐结构等四种类型。单元净水模块规格为：500m3/d、1200m3/d、2400m3/d、3600m3/d、5000m3/d和10000m3/d。（3）模块化净水控制主、从站系统设计与制造模块化净水控制从站系统要实现对一台单元净水模块的净水工艺（混合、絮凝、沉淀、过滤）过程的控制，对外实现485总线通讯，向上位主站上传运行信息及控制请求同时接受上位主站的协调控制。模块化净水控制从站系统是为单元净水模块配备的控制模块，要进行模块化、标准化生产，确保产品的一致性。模块化净水控制主站系统在通讯上通过485总线实现对多台（一般在12台以内）模块化净水控制从站系统的串联连接，可以准确无误地与各

16、个净水控制从站系统进行通讯，可以控制和协调多台净水控制从站系统的投入运行及退出，可以实现与净水控制从站系统之间双向数据传输。（4）模块化净水厂控制系统设计与建设保证模块化净水厂系统内的所有构成子系统，包括模块化净水控制主、从站系统，以及一级提水系统、二级供水系统、反冲洗系统、中央控制系统、消毒系统、絮凝剂制配投加系统等控制系统，都利用485总线技术有机的连接并汇总到中央控制系。设计方案方案实施1.理论分析 理论设计一个简单刮渣结构，齿轮以及减速器结构，电源控制系统，及其其它组成部分。2.分析实施检验刮渣结构强度，分析其可行性，电源控制系统的电路，及其其他部分的结构及强度。齿轮一级减速器的选定及

17、分析。3.方案综合 综合设计结构，组合装配图。3 刮渣机有关设计的参数电动机的参数电动机转速：；电动机配转速箱传动比：；电动机功率： 齿轮的选用3.2.1 主动齿轮参数主动齿轮：齿轮齿数 z=55；模数 m=2； 压力角 a=20°；齿高 h=；精度等级：8hkgb10095-883.2.2 从动齿轮参数从动齿轮：齿轮齿数 z=89；模数 m=2； 压力角 a=20°；齿高 h=；精度等级：8hkgb10095-88 计算各轴参数3.3.1 各传动比的计算 电动机配减速箱传动比； 齿轮传送的的传动比 （） 3.3.2 各轴转速的计算电机转速 ； 则驱动轴的转速 （） 驱动轴

18、通过k型万向节与从动轴相连接则： 驱动轴转速与从动轴转速相同，即： 3.3.3 各轴功率的计算电动机与齿轮直接的连接采用万向联轴器连接，则其传动效率为：齿轮选用为8精度直齿圆柱齿轮，则其传动效率为：驱动轴与从动轴之间有中间轴切采用联轴器和轴承其传动效率分别为： 有以上可知，驱动轴的功率为： 则带入数据得： 则从动轴的功率： （） 则带入数据得：3.3.4 各轴输入转矩的计算根据功率与转速可以求得驱动轴和从动轴的输入转矩，即：驱动轴转矩： （） 从动轴的转矩： （）3.3.5 数据综合 表3-1各轴数据综合项目电动机驱动轴从动轴转速（r/min）2800功率（w）200转矩（）驱动轴和从动的参数

19、就如上表所示的，通过以上参数的设定我们可以用来计算校核我们所选用的轴的安全度。4 驱动轴和从动轴的设计轴的失效形式：主要有因疲惫强度不足而产生的疲惫簖裂、因静强度不足而产生的塑性变形或脆性簖裂、磨损、超过答应范围的变形和振动等。 轴的设计应满足如下准： （1）根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的材料、毛坯形式及热处理方法。 （2）根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的公道结构外形及尺寸，即进行轴的结构设计。 （3）轴的强度计算或校核。对受力大的细长轴（如蜗杆轴）和对刚度要求高的轴，还要进行刚度计算。在对高速工作下的轴，因有共振危

20、险，故应进行振动稳定性计算。 驱动轴的设计4.1.1 驱动轴的设计参数 （1）材料：选用45号钢调质处理，查15-3取 （2）各轴段直径的确定 图4-1 驱动轴由 （）p=则 要与万向节相连，故取=18轴承选为61804，其内径为20，所以取左起第四段安装齿轮，为便于安装，取齿轮右端面用轴间定位，故取有安装可知可取 根据各轴直接相连接，及其他们直接的配合，则可取： 综上所述则，该轴总长为4.1.2 驱动轴的校对 （1）求圆周力和径向力 作用在齿轮上的圆周力为： 圆周力： （） 则带入数据得： 径向力： （） 则代入数据的： （2）求垂直面的支撑反力 （） （） （3）求水平面的支撑力 由 （）

21、 得 （） （） （4）绘制垂直面弯矩图 （）（5）绘制水平面弯矩图 （） (6)求合成弯矩图 考虑最不利的情况，则为： （） 则有（）得： （）（7）计算危险截面处轴的应力 从图中可见，m-m截面处最危险，折合其当量弯矩为： 注： （） （8）计算危险截面处轴的应力 因为材料选择45号调制，查阅书15-1知： 许用弯曲应力： 所以通过校核，该轴这样是安全的，完全可以支撑日常使用的条件允许。 （9）弯矩及其轴的受力分析图图4-2驱动轴弯矩及其受力分析图从动轴的设计4.2.1 从动轴的设计参数 （1）材料：选用45号钢调质处理，查15-3取 （2）各轴段的确定：图4-3从动轴 由 （） 则 （）

22、 考虑从动轴的连接，所以取最小轴的直径为： 其它直径都是与轴相连接的则分别取为： 考虑整个刮渣机的结构及其设计，则去从动轴的长为： 4.2.2 从动轴的说明此轴受力弯矩图图4-3从动轴受力弯矩图因从动轴没有与齿轮相连接，只有通过联轴器与中间轴及其导轨的轴相连接，它没有承受齿轮所给予的圆周力，径向力，只有各连接奔赴所承受的力，此轴所用的材料与驱动轴一样，驱动轴在齿轮作用下能正常保证安全工作，则从动轴在正常使用下也能保证其安全可靠性的使用，则此轴在这样的设计下是较安全可靠的。 中间轴的说明 中间轴是连接驱动轴和从动轴，对其要求较低，其设计能够满足正常使用的条件并能够保证其安全使用。轴的失效形式：主

23、要有因疲惫强度不足而产生的疲惫簖裂、因静强度不足而产生的塑性变形或脆性簖裂、磨损、超过答应范围的变形和振动等。中间轴的失效主要是有震动以及其连接轴所给的轴向力造成的挤压，选用时也许慎用。5 刮渣板及其它零件的选择 刮渣板的设计及计算 刮渣机是气浮池工艺中不可缺少的设备之一，也适用于制革、印染、屠宰、造纸、石油化工、冶金建材、食品等行业废水处理中沉淀池、气浮池的排渣。刮渣机行车采用桁架结构，设计考虑了刮泥机运行的稳定性，且便于检修和管理。 刮渣机由行车桁架、驱动机构、自动翻板机构、程序控制及限位装置等零部件组成。作用刮渣板于池中将表面气泡浮渣等杂物刮至下游（池端），以便集中处理，亦可用于刮集表面

24、浮油。翻板动作由撞块完成，所以配有重。5.1.1 刮渣板简图 刮渣板结构较简单，但设计应充分考虑它的承受载荷的能力，其简图如下：图5-1 刮渣板的基本结构图刮渣板的结构简单如上图所示，当在其水中时其下部需浸入水中，如下图：图5-2 刮渣板在工作时的状态5.1.2 刮渣板的计算 刮渣板在水中运动时可看作匀速运动，其速度为：，此时对刮渣板来说其受力平衡，即： （） 刮渣板浸入水中的深度约为板的三分之一，即： （） 则浸入水中的板的压强为： （） 水的密度，； 地球重力，。 则刮渣板所受的压强为： 则由： （） 得： 则： 由以上可知板的承受的力为，材料的选择要符合其承受载荷的能力，这样才能保证其正

25、常使用。 轴承和键的选择在一机械装置中，除了大型零件的设计需注意外，对大型零件其保护作用的小零件也极其重要，俗话说“千里之堤毁于蚁穴”，可见小零件的重要性，所以选择要及其重要。5.2.1 轴承的选择 （1）已知 两轴承径向反力: 轴向力： （） 查表13-5得,x=1 （2）根据表13-6，有轻微冲击，则取。 初步计算轴承61804当量载荷： 额定寿命： （） 查得c=17000n （） 故可用。5.2.2 键的选用 与齿轮相连接的键，有轴的直径可知，可选用则 l=42 k= 根据挤压强度条件，键的校核为： （）所以算选键为：其它采用与其相连接的轴的情况选用合适的键。 导轨的相关说明机床上两相

26、对运动部件的配合面组成一对导轨副，不动的配合面为支承导轨，运动的配合面为动导轨。导轨副的主要功用是导向和承载，为此，导轨副只许具有1个自由度。普通滑动导轨以及静压导轨、动压导轨等导轨副工作面之间的摩擦性质为滑动摩擦。直线运动导轨 导轨副的相对运动轨迹为一条直线，如普通车床的溜板和车床导轨。圆周运动导轨 导轨副的相对运动轨迹为一圆周，如立式车床的花盘和底座导轨。次刮渣机选用直线滑动导轨，来使刮渣机整个在水池上方运动。导轨的失效形式主要是磨损，疲劳和压溃等。所以选用的导轨时应根据刮渣机的整体重量和要求来选用，以保证机械的正常运。6 刮渣机整体结构装备简图及其原理说明通过前面设计的整个过程，对刮渣机

27、零件的选择级校核已经完成，对于刮渣机的整体结构及工作原理我们来看下面的说明。刮渣机的结构示意图如下图所以：图6-1 刮渣机整体结构图如上图所示的，刮渣机整体部分的结构就是这样的，首先来说明一下主要序号所代表的：1- 电机；2- 主动齿轮；3- 驱动抽；4- 从动齿轮；5- 中间轴；6- 从动轴；7- 滚轮。其工作原理：通过电动机带动一级齿轮变速器，即主动齿轮和从动齿轮的变速传递，然后从动齿轮带动与其连接的驱动轴的转动，然后驱动轴带动右面的滚轮，同时与驱动抽相连接的中间轴把扭矩传给从动轴，从而使从动轴转动，从动轴带动与其左边相连接的滚轮运动，从而使这个机器在滑轨上运动，而使刮渣板运动，刮渣板在运

28、动到池端时，通过碰撞和重锤的左右，使板翻转，从而不刮渣做返回运动，到另一端时，再通过碰撞和重锤的作用，使板翻转，从而实现刮渣继续运动。此结构简单易于操作，比链式传动的更稳定更易于控制，其还配有电气控制，来实现此刮渣机的控制化。因此此刮渣机适合净水厂的推广使用。7 结论本传动式刮渣机的设计是基于链式刮渣机传动的一次改进，其能实现方便快捷的操作及其应用。本设计主要是对于刮渣机的传动部分和执行部分的设计说明，对于齿轮以及轴及其部分零件的选用校核，然后组成刮渣机的机械部分。经过测试实验及分析，本刮渣机具有：（1） 结构较简单，运动平稳，易于操作；（2） 可靠性高，经济效益好。参考文献1 段永侯. 全国地下水资源与环境学术研讨会学术报告总结j. 中国地质环境监测院， 李原园. 水资源合理配置在实施最严格水资源管理制度中的基础性作用j. 中国水利， 陈华，蔡钧超，郭乘君，余海龙，李海波，金承帅. 一种新型刮渣机j. 杭州升蓝环保设备科技有限公司， 刁基慧，国洪波. 水资源开发利用现状分析j