全自動(dòng)立式過濾機(jī)的設(shè)計(jì)說明書[帶圖紙]

1、目 錄 摘要 .1 關(guān)鍵詞 .1 1 前言 .1 2 方案選擇 .3 2.1 循環(huán)方案 .3 2.2 雙管道方案 .4 2.3 方案比較 .5 3 過濾部分的設(shè)計(jì) .5 3.1 過濾桶的設(shè)計(jì) .5 3.1.1 過濾盤的設(shè)計(jì) .6 3.1.2 計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚 .6 3.1.3 過濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .8 3.1.4 循環(huán)桶的設(shè)計(jì) .8 3.2 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) .9 3.2.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .9 3.2.2 空心軸的設(shè)計(jì) .11 3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 .14 3.4 閥門的選擇與設(shè)計(jì) .14 3.5 傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè) .15 3.5.1 傳感器的選取 .15 3.5.2 信號(hào)檢測(cè) .16

2、 3.6 控制面板的設(shè)計(jì) .16 4 控制部分的設(shè)計(jì) .16 4.1 控制系統(tǒng)的選擇 .17 5 設(shè)計(jì)的應(yīng)用 .17 5.1 過濾器的發(fā)展 .17 5.2 盤片過濾器的特點(diǎn) .18 5.3 盤片過濾器的應(yīng)用領(lǐng)域 .19 參考文獻(xiàn) .19 致謝 .20 附錄 .20 全自動(dòng)立式過濾機(jī)的設(shè)計(jì)全自動(dòng)立式過濾機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 生：周少杰生：周少杰 指導(dǎo)老師：高英武指導(dǎo)老師：高英武 （湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院 長(zhǎng)沙長(zhǎng)沙 410128410128） 摘摘 要要：本文以自行開發(fā) 50m3/h 處理量全自動(dòng)清洗過濾器為基礎(chǔ)，研制設(shè)計(jì)了一臺(tái)處理量 為 50m3/ h、工作壓力為 1.6-

3、2.5 mpa，要求過濾精度為 0.1-200m,過濾總面積為 10，電動(dòng)機(jī) 功率為 5.5kw，工作溫度為-5-105的全自動(dòng)自清洗過濾器。該過濾器在運(yùn)行過程中無須停運(yùn)以 清洗過濾元件，整機(jī)體積較小，精度可調(diào)節(jié)，適合于各類工業(yè)生產(chǎn)。本文給出了這種過濾器的整體 設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)圖紙，并對(duì)過濾器內(nèi)部過濾機(jī)理進(jìn)行分析，討論了幾個(gè)過濾參數(shù)，并應(yīng)用于過濾 器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之中。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：過濾機(jī)；結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)；可編程序控制器 automatic vertical filter machine design author：zhou shaojie tutor: gao yingwu (orienta

4、l science technology college of hunan agricultural university, changsha 410128) abstract：based on design of automatic self-cleaning filter on industrial scale (50 m3/h), a auto control self-cleaning filter on industrial scale( 50m 3/h) , work pressure(1.6-2.5mpa) , filtration accuracy(0.1-200m), fil

5、tration surface(10) , motor power(5.5 kw) and work temperature(-5 - 105 )has been designed . auto control self-cleaning filter drive itself to clean completely by its pressure of filtrated liquid and without stop.volume of the filteris so little and precision can be modulated to fit for kinds of ind

6、ustry produce. in this paper, a suit of drawing and design procedures of such filter has been given.mechanism during filtration in the filter has been studied are obtained. key words: filter，structure; control system；programmable enfroller 1 前言 過濾機(jī)是利用多孔性過濾介質(zhì)，截留液體與固體顆?；旌衔镏械墓腆w顆粒，而實(shí) 現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過濾機(jī)廣泛應(yīng)用于化

7、工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤 炭和水處理等部門。 中國(guó)古代即已應(yīng)用過濾技術(shù)于生產(chǎn)，公元前二百年已有植物纖維制作的紙。公元 105 年，蔡倫改進(jìn)了造紙法，他在造紙過程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細(xì)竹簾上，水 經(jīng)竹簾縫隙濾過，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。 最早的過濾大多為重力過濾，后來采用加壓過濾提高了過濾速度，進(jìn)而又出現(xiàn)了 真空過濾。20 世紀(jì)初發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)實(shí)現(xiàn)了過濾操作的連續(xù)化。此后，各種類 型的連續(xù)過濾機(jī)相繼出現(xiàn)1。間歇操作的過濾機(jī)因能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作而得到發(fā)展，過 濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機(jī)械壓榨的過濾機(jī)得到了發(fā)展。 用過濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔，即

8、構(gòu)成簡(jiǎn)單的過濾器。懸浮液加入上腔，在 壓力作用下通過過濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面形成濾 渣(或稱濾餅)。 過濾過程中過濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增 高，過濾速度減小2。當(dāng)濾室充滿濾渣或過濾速度太小時(shí)，停止過濾，清除濾渣，使 過濾介質(zhì)再生，以完成一次過濾循環(huán)。 液體通過濾渣層和過濾介質(zhì)必須克服阻力，因此在過濾介質(zhì)的兩側(cè)必須有壓力差， 這是實(shí)現(xiàn)過濾的推動(dòng)力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差 時(shí)易堵塞過濾介質(zhì)孔隙，過濾反而減慢。 懸浮液過濾有濾渣層過濾、深層過濾和篩濾三種方式3。濾渣層過濾是指在經(jīng)過 過濾初期后，形成了初始濾

9、渣層，此后，濾渣層對(duì)過濾起主要作用，這時(shí)大、小顆粒 均被截留；深層過濾是指過濾介質(zhì)較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過濾 介質(zhì)的孔道，過濾時(shí)，顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內(nèi)的過濾；篩濾是過濾截留的固體顆 粒都大于過濾介質(zhì)的孔隙，過濾介質(zhì)內(nèi)部不吸附固體顆粒的過濾方式，例如轉(zhuǎn)筒式過 濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。 在實(shí)際的過濾過程中，三種方式常常是同時(shí)或相繼出現(xiàn)。過濾機(jī)的處理能力取決 于過濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時(shí)，過濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾 液通過濾渣層的速度較大。應(yīng)用凝聚劑將微細(xì)的顆粒集合成較大的團(tuán)塊，有利于提高 過濾速度。 對(duì)于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應(yīng)用在過濾介質(zhì)上部加料的

10、過濾機(jī)，使過濾 方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞；在難過濾 的懸浮液(如膠體)中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒，可使濾渣層變得 疏松；濾液粘度較大時(shí)，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。 過濾機(jī)按獲得過濾推動(dòng)力的方法不同，分為重力過濾器、真空過濾機(jī)和加壓過濾 機(jī)三類4。重力過濾器是借助懸浮液的重力和位差，在過濾介質(zhì)上形成的壓力作為過 濾的推動(dòng)力，一般為間歇操作。 真空過濾器是在濾液出口處形成負(fù)壓作為過濾的推動(dòng)力。這種過濾機(jī)又分為間歇 操作和連續(xù)操作兩種4。間歇操作的真空過濾機(jī)可過濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作 的真空過濾機(jī)適于過濾含固體顆粒

11、較多的稠厚懸浮液。 加壓過濾器以在懸浮液進(jìn)口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C(jī)械壓榨力作為過 濾推動(dòng)力，適用于要求過濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。 過濾機(jī)應(yīng)根據(jù)懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對(duì)過濾質(zhì)量的要求選用。先 選擇幾種過濾介質(zhì)，利用過濾漏斗實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同過濾介質(zhì)和不同壓差下的過濾速度、 濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過濾條件，初步選定過濾機(jī)類 型，再根據(jù)處理量選定過濾面積，并經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。 正在發(fā)展的新型過濾設(shè)備有：機(jī)械力壓榨過濾設(shè)備；能實(shí)現(xiàn)無濾渣層過濾的動(dòng)態(tài) 過濾機(jī)；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過濾設(shè)備。 在過濾理論研究方面，濾渣層

12、過濾阻力和孔隙率的測(cè)算、過濾速度、過濾設(shè)備的 模擬和放大、稀薄液體澄清過濾和動(dòng)態(tài)過濾機(jī)理，以及過濾介質(zhì)的研究，都是重要的 課題5。利用電子計(jì)算機(jī)控制過濾操作是過濾設(shè)備的發(fā)展方向。 2 方案選擇 2.1 循環(huán)方案 管道系統(tǒng)如圖 1： 此過濾過程有四個(gè)過濾階段，預(yù)過濾過程、過濾過程、濾余液過程、反沖洗過程。 預(yù)過濾過程：待濾液由 f2 進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng) f3（此時(shí) f1、f5 關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)桶，然 后從 f4 進(jìn)入過濾桶進(jìn)行過濾，此時(shí) f9 關(guān)閉，過濾液經(jīng) f5 再次進(jìn)入循環(huán)桶。 過濾過程：待濾液由 f2 進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng) f3（此時(shí) f1、f5 關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然 后從 f4 進(jìn)入過濾桶進(jìn)行過濾（期

13、間可以通過 s1 觀察過濾循環(huán)過程）濾液由 f7 再次進(jìn) 入循環(huán)桶，直至完全過濾通過 s2 經(jīng) f9 流出（可以從 f11 中取樣檢驗(yàn)，從而調(diào)整濾網(wǎng) 密度）。 濾余液過程：收到“管高壓差”信號(hào)后，開始反沖洗過程前的約 1min 內(nèi)，打開 f10 將管道內(nèi)的余液濾出以方便反沖洗，防止堵塞反沖洗管道。 反沖洗過程：當(dāng)“管高壓差”達(dá)到預(yù)定壓力值或者達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，f2、f3 關(guān)閉， 將 f1 打開，清洗水從 f1、f6 進(jìn)入過濾桶中進(jìn)行清洗，洗出的濾渣從 f8 中排出。 f1清洗水入口閥 f2待濾液入口閥 f3循環(huán)液入口閥 f4循環(huán)液出口閥 f5 流向控制閥 f6沖洗閥 f7排氣閥 f8排渣閥 f9

14、成品出口閥 f10余液出口閥 f11取樣閥 s1循環(huán)視筒 s2正常工作視筒 圖 1 管道系統(tǒng)圖 fig.1 piping system diagram 2.2 雙管道方案 雙管道系統(tǒng)如圖 2： 圖 2 雙管道系統(tǒng)圖 fig.2 pairs of piping system diagram 過濾：閥 1、閥 4 開啟，閥 2、閥 3 關(guān)閉； 反沖洗：閥 2、閥 3 開啟，閥 1、閥 4 關(guān)閉 過濾過程：過濾液由泵泵入，經(jīng)過閥 1 后進(jìn)入過濾桶過濾，濾后液經(jīng)過視筒后從 閥 4 排出（閥 2、閥 3 處于關(guān)閉狀態(tài)）。 反沖洗過程：清洗水由泵泵入，經(jīng)過閥 2 以及視筒后，對(duì)過濾桶進(jìn)行反沖洗，濾 渣由閥

15、 3 處排出（閥 1、閥 4 處于關(guān)閉狀態(tài)）。 2.3 方案比較 方案 1 原理較簡(jiǎn)單，管道系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，但是過濾精度較高，可靠性較強(qiáng)， 由于采用循環(huán)過濾且用閉環(huán)控制，待網(wǎng)內(nèi)外壓差值滿足排放條件時(shí)，指揮排污閥進(jìn)行 排污，使過濾精度得以提高；并且采用先進(jìn)的控制方式和優(yōu)質(zhì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器從而具有 性能穩(wěn)定，維護(hù)管理方便，日常維護(hù)少，只須做定期維護(hù)即可等特點(diǎn)，具有明顯的實(shí) 用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。 方案 2 原理簡(jiǎn)單，過濾和反沖洗裝置簡(jiǎn)單，但是由于過濾和反沖洗管道共用較多 且沒有排除管道余液的設(shè)計(jì)，故過濾精度難以保證，維護(hù)較多以及容易發(fā)生堵塞等情 況。 綜上所述，最終方案選取為方案 1 為基本方

16、案。 3 過濾部分的設(shè)計(jì) 3.1 過濾桶的設(shè)計(jì) 3.1.1 過濾盤的設(shè)計(jì) 過濾精度為 0.5-100m，故濾網(wǎng)采用滌綸布料可以達(dá)到要求而且表面光滑，再在 上涂上一層硅藻土增加過濾流量，水面上部采用氣壓，壓強(qiáng)大小為 1.6mpa，最大可達(dá) 到 2.5mpa，可以使過濾更加快捷。濾后液通過下部孔流出，從取樣閥中取樣調(diào)節(jié)流速 從而保證過濾精度，達(dá)到保準(zhǔn)后，打開 f10，完成過濾。另外該系統(tǒng)在-5105 的范圍內(nèi)工作6。 已知條件： 過濾面積：10；正常工作壓力 1.6mpa、最大工作壓力 2.5mpa。 .選定過濾介質(zhì)的半徑（r），厚度（h），片間間隙（h）以及片數(shù)（n）分別為： r=0.4m、h=

17、0.03m h=0.02m 每一片的過濾面積為： s=*r*r=3.14*0.4*0.4=0.502 n=10/s=10/0.502=19.9 所以片數(shù)需要 20 片才能滿足過濾需要，也因此過濾濾芯長(zhǎng)度（過濾部分）應(yīng)等于 20*（h+h）+頂部密封片厚度+頂部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m .過濾片零件圖如圖 3： 3.1.2 計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚 已知 pg=1.6mpa 由壁厚計(jì)算公式： （1） c t ic pdp 2/* - 計(jì)算厚度 ；mm p - 計(jì)算壓力；mpa c - 焊接接頭系數(shù); - 材料的許用應(yīng)力; t 在已知設(shè)計(jì)溫度下 16mnr 的許用

18、應(yīng)力7，在厚度為 616mm 時(shí)，=170mpa; t 在厚度為 1636mm 時(shí)，=163mpa;焊接接頭系數(shù) ； t 85. 0 設(shè)定圓筒內(nèi)徑 d =1000mm； 腐蝕裕量 c =2mm； i2 設(shè)計(jì)厚度: 材料的許用應(yīng)力=170mpa （厚度為 616 時(shí)），筒體厚度計(jì)算； t =1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm （2） c t ic pdp 2/* =5.5+2=7.5mm； d 2 c 由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，圓整可得壁厚為10； 120.01 圖圖 3 3 過濾片零件圖 fig.3 parts diagram of filters 圓筒的半徑由濾餅半徑確定

19、取 r=500mm; 圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為 150mm； 頂尖的直徑=50mm； 錐角=50 h=h +h1=1100+150=1250mm； 總 1 圓筒邊緣設(shè)計(jì)，邊緣厚度=20mm；b=35mm； 凸緣高度 h=10mm； 固定頂尖板的厚度 =10mm；長(zhǎng)度 l=120mm；寬度 b=120mm； 但容器制成后必須經(jīng)過壓力試驗(yàn)合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制 造工藝的問題和焊縫的強(qiáng)度，以及各連接面的緊密性等7。 對(duì)壓力試驗(yàn)一般都用水壓試驗(yàn)。 對(duì)水壓試驗(yàn)時(shí)，筒體相應(yīng)壓力的驗(yàn)算公式為： =p 水d+（s-c）/2（s-c） （3） 按規(guī)定水壓試驗(yàn)壓力 p 水=1.5mpa

20、； 故：=p 水d+（s-c）/2（s-c） =1.5*900+（10-1.8）/2*（10-1.8）*0.7=115mpa 又 s=*ns，其中 ns 查表所得為 1.6， 故 s=115*1.6=184mpa s 與水壓系數(shù)的積為 0.9s=164mpa 由于 115 mpa164mpa,故筒體強(qiáng)度滿足水壓試驗(yàn)的要求。 3.1.3 過濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 過濾桶設(shè)計(jì)是整個(gè)管道系統(tǒng)的重點(diǎn)。直接從桶上引出的有 5 個(gè)管道（底部 3 個(gè)管 道、頂部 2 個(gè)管道），如圖 4。 （1）桶底正中引出的濾后管，然后連接 s2（正常工作視筒），再接上 2 個(gè)閥門 f9（成品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和

21、f11（取樣閥，用于剛開始工作是 取出樣品，從而確定各項(xiàng)參數(shù)）； （2）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成 2 個(gè)方向一個(gè)是反沖洗時(shí)使用的排 渣管，上面安裝著 f8（排渣閥）；另一個(gè)是循環(huán)過濾的循環(huán)管，通過 f5（流向控制閥， 單向閥）使壓力過大時(shí)形成循環(huán)過濾； （3）桶內(nèi)靠壁處裝有反沖洗管道，連接 f7（沖洗閥）后也分成 2 個(gè)方向一個(gè) 直接連到水泵上；另一個(gè)接上 f10（余液出口閥）其作用是在濾余液過程中將管道以及 過濾桶的液體流出； 圖 4 過濾桶 fig.4 filter bucket （4）桶頂?shù)囊粋€(gè)循環(huán)管道向上連接 s1（循環(huán)視筒）和 f4（循環(huán)液出口閥）接到 循環(huán)桶底部； （5）桶

22、頂?shù)牧硪粋€(gè)循環(huán)管道向上連接 f7（排氣閥）和壓力表，然后接到循環(huán)桶頂 部，以保持過濾桶以及循環(huán)筒壓力的正常（1.6mpa2.5mpa）。 3.1.4 循環(huán)桶的設(shè)計(jì) (1)結(jié)構(gòu)介紹 循環(huán)桶的工作原理比較簡(jiǎn)單，需要設(shè)計(jì)的參數(shù)也較少，主要分為 2 管道：其中一 條的作用待濾液通過 f2（待濾液入口閥）、水泵、f3（循環(huán)筒入口閥）從循環(huán)桶 下部泵入，在循環(huán)桶上部壓力的作用下從右邊下方的循環(huán)出口通過 f4 后進(jìn)入過濾桶過 濾；另外一條是頂部的管道，上面連接 f7（排氣閥）和壓力表和過濾桶頂部連接在一 起以保持壓力。 (2)循環(huán)桶的容量設(shè)計(jì) 因?yàn)檠h(huán)桶所受壓力不是很大，且不是全封閉的，所以可以不許校核桶壁

23、承受應(yīng) 力。 設(shè)定桶壁厚=3mm；桶高度 h=1200mm；半徑 r=400mm；容積 v=0.65m 。 3 3.2 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì) 3.2.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 確定計(jì)算功率 pca 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 8-7 查得工作情況系數(shù) k =1.0, a 故 p= k p=1.0*5.5kw=5.5kw caa （4） 選擇 v 帶的帶型 根據(jù) p，n 由機(jī)械設(shè)計(jì)教材由圖 8-11 選用 a 型 ca 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 d 并驗(yàn)算帶的速度 d 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d，由表 8-6 和表 8-8，取小帶輪的基準(zhǔn) d=140mm 1d1d 驗(yàn)算帶速 v=* d *n/60*1000=*140*1440/60

24、*1000=10.6m/s 1d 因?yàn)?5 m/s v 25 m/s,故帶速合適 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式(8-15a)，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d=i *d=3*140mm=420mm； 2d1d 根據(jù)表 8-8，圓整為 d=450mm； 2d 確定 v 帶的中心距 a 與基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ld 0.7（d+ d）a 2（d+ d） （5） 1d2d01d2d 根據(jù)上式，初定中心距 a =900mm； 0 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 l2a +（d+ d）/2 + (d-d) /4a 0d01d2d2d1d 2 0 =2*900 +*590/2 +(450-140) /3600=2770mm; 2 由表

25、 8-2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 l =2800mm； d 按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距 a0 a= a +（ l - l）/2=900+(2800-2770)/2=915mm; 0d0d （6） 驗(yàn)算小帶輪上的包角 1 =180 -（d-d)*57.3/a 1 0 2d1d 0 =180 -(450-140)* 57.3/915=161 90 ； 0000 （7） 計(jì)算帶的根數(shù) z 計(jì)算單根 v 帶的額定功率 pr； 由 d=140mm；和 n=1440r/min,查表 8-4a 得 p =2.28kw； 1d0 根據(jù) n =1440r/min，i=3 和 a 型帶，查表 8-4b 得 p =0.

26、17kw； 10 查表 8-5 得小帶輪包角 k =0.95，表 8-2 得 k =1.11, l pr=（p +p ）* k * k =（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.58kw; 00l （8） 計(jì)算 v 帶的根數(shù) z z= p/ pr=5.5/2.58=2.1 ca （9） 所以 v 帶的根數(shù)為 3 根。 小帶輪設(shè)計(jì) 材料選取 ht200； d =140mm； d 300mm； 采用腹板式結(jié)構(gòu)8； 1d1d d=40mm，d =（1.8-2.0）*d，d 為電機(jī)軸的直徑； d =1.8d=72mm； 11 c=(1/71/4)b l=(1.52)d,當(dāng) b1.5d 時(shí)，l=

27、b c=1/4*b=15mm; 根據(jù)前面設(shè)計(jì)得小輪直徑 d =140mm，大輪直徑 d=450mm，故查表應(yīng)選用帶長(zhǎng) 1d2d ld=2800、a 系列、長(zhǎng)度修正系數(shù) kl=1.1 的皮帶，b =11，h =6， da h =12mm;b=60mm; f a=81 ;小皮帶輪的零件圖 5： 2 大帶輪設(shè)計(jì) ht200； d=420mm；d300mm； 采用輪輻式結(jié)構(gòu)9， 2d2d d=50mm；d=(1.82)d,d 為軸的直徑； 1 d=100mm；f=12mm，h =0.8h =26mm； 121 b =0.4h =13mm；b =0.8 b =11mm；l=(1.52)d,當(dāng) b1.5d

28、 時(shí)， 1121 l=b；f =0.2h =6.5； 11 h =290*=290*=31.4mm=32mm； 1 3 / a nzp 3 3*1440/5 . 5 （10） 圖 5 小皮帶輪零件圖 fig. 5 pulley parts diagram 大帶輪的零件圖如圖 6： 3.2.2 空心軸的設(shè)計(jì) 空心軸的直徑設(shè)計(jì) d=a （11） np t 2 . 0/9550000 3 0 3 /np da） 式中，=d /d,即空心軸的內(nèi)徑 d 與外徑 d 之比 0 3 4 1 (*/np 11 通常取=0.50.6， =t/w =(9550000p/n)/0.2d （12） t t 3 t 查

29、 機(jī)械設(shè)計(jì)教材，如表 1： 表 1 軸常用幾種材料的及 ao 值 t table 1 axis common of several materials and ao values t 軸的材料q235-a20q275 ,35 45 40c ,35s m rin /mpa t 15252035254535 55 ao149126135 112126 103112 97 通過查機(jī)械設(shè)計(jì)教材表 2，查得 v 帶的傳動(dòng)效率值為=92%； 取 ao=110mm； p=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min；=0.6； da）=110*）=25.5mm； 0 3 4 1 (*/np 3 4

30、6 . 01 (480/06 . 5 （13） d1.15*d=30mm; min 圖 6 大皮帶輪零件圖 fig.6 pulley parts diagram 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定裝配方案 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度； 為了滿足軸的軸向定位要求和裝配要求8，此空心軸分為 3 段，-軸上裝大皮 帶輪，鍵，密封圈，端蓋；外徑 d-=50mm 內(nèi)徑=50*60%=30mm，軸長(zhǎng)為 h=115mm；-軸上裝密封圈，軸承， 端蓋，外徑 d-外徑 = 55mm，軸長(zhǎng) h=106；內(nèi)徑=33mm；-軸上裝配濾盤，密封圈，鎖緊螺母，外徑 d- =60mm； 內(nèi)徑=36mm，軸長(zhǎng) h=115mm；

31、 如圖 7。 軸承的選擇； 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用兩個(gè)圓錐滾子軸承，參照工作要 求并根據(jù) d- =55mm；由軸承產(chǎn)品目錄中初選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的圓 錐滾子軸承型號(hào) 30313，其尺寸為 d=55mm，d=80mm，b=13mm。 軸的校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，以及軸單向旋 轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=18.6mpa； ca wtm/)( 2 3 2 1 查表機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-1 查得=60mpa;因此，故安全。 1 ca 1 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 s=s *s /s （14） ca 2

32、2 ss s =/k *+*s (15) 1 a m 截面 抗彎截面系數(shù) w=0.1d =0.1*55 =16637mm 333 抗扭截面系數(shù) w =0.2 d =0.2*55 =33250 mm t 333 （16） 截面的左側(cè)的彎矩 m 為 m=166758*(71-36)/71=92534n.m （17） 截面上的扭矩 t 為 t=960000n. 截面上的彎曲應(yīng)力 =m/w=92534/16637=5.6mpa （18） 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =t/ w =960000/33250=28.2mpa t （19） 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理10。由表 15-1 查 =640mpa；=2

33、75mpa；=155mpa； b 1 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按表查取，因 r/d=2.0/55=0.036,d/d=60/55=1.09;經(jīng)插值得: ， =1.310 . 2 軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為 =0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1，得 q k =2.80 k =1.62 計(jì)算安全系數(shù) s值， ca s=s *s /=9.5s=1.5 ca 22 ss （20） 故可知其安全。 圖 7 軸的零件圖 fig. 7 axis parts diagram 3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)需要一個(gè)功率在 5kw 以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的 （s6）異步電

34、動(dòng)機(jī)，其安裝形式為 v13011，通過查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選得： 電動(dòng)機(jī) y132s-4，技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 額定功率 5.5kw，轉(zhuǎn)速 1440r/min，額定電流 13.4a，效率 92%，功率因數(shù) 0.78，最大 轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為 2.3，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為 2.2，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為 6.5，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 gd為 0.535n/，重量為 68. 3.4 閥門的選擇與設(shè)計(jì) 用計(jì)算機(jī)對(duì)液壓或氣壓系統(tǒng)進(jìn)行控制是技術(shù)發(fā)展的必然趨向。但是電液比例閥或 者伺服閥能接收的信號(hào)是連續(xù)的電壓或電流，而計(jì)算機(jī)的指令是“開”或“關(guān)”的數(shù) 字信息，要用計(jì)算機(jī)控制必須進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是使設(shè)備復(fù)雜，成本提高，可

35、靠 性降低11。在這種技術(shù)要求下，20 世紀(jì) 80 年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。用數(shù)字 信息直接控制的閥稱為電液數(shù)字控制閥，簡(jiǎn)稱數(shù)字閥，目前應(yīng)用較少。它可直接與計(jì) 算機(jī)接口，不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換。可以分為數(shù)字式流量閥、數(shù)字式壓力閥、數(shù)字式方向流量 閥等。 下面舉例以增量式數(shù)字流量閥來說明原理： 組成：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠、閥心、閥套、閥桿、傳感器等。 工作原理：計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過滾絲杠轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶 動(dòng)節(jié)流閥閥心移動(dòng)，首先打開非全周節(jié)流，流量較小，而后打開全周節(jié)流口，流量較 大，可達(dá) 3600 l/min，如圖 8。 特點(diǎn)： 1 閥心、閥套、閥桿的相對(duì)熱膨脹取得溫度補(bǔ)償，維持

36、流量恒定。 2 該閥無反饋功能，但裝有零位移傳感器，每個(gè)控制終了，閥心都可在它控制下 回到零位，重復(fù)精度較高。 單向閥是控制流體只能正向流動(dòng)，不允許反向流動(dòng)的閥，也可稱逆止閥或止向閥。 增量式數(shù)字閥是采用由脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣 機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作，因此又稱步進(jìn)式數(shù)字閥12。微型計(jì)算機(jī)(下簡(jiǎn)稱 微機(jī))發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后使步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)數(shù)字元件，根據(jù) 增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法， 是在脈沖數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)上，使每個(gè)采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上，增加 或減少一些步數(shù)，而達(dá)到需要的幅

37、值，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電 機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿 給定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過機(jī)械轉(zhuǎn)換器(絲桿螺母副或凸輪機(jī)構(gòu))使轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開度。 從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力、流量。有時(shí)，閥中還設(shè)置用以提高閥的重 復(fù)精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。 閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比。對(duì)應(yīng)于 步進(jìn)電機(jī)的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。 本設(shè)計(jì)中 f1、f2、f3、f4、f6、f7、f8、f9、f10、f11 均采用電液數(shù)字控制閥

38、， 而 f5 采用單向閥。 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2滾球絲杠 3閥心 4閥套 5閥桿 6 傳感器 圖 8 數(shù)字流量閥 fig.8 digital flow control valve 3.5 傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè) 3.5.1 傳感器的選取 經(jīng)過反復(fù)比較與選擇最后選用美國(guó) motorola 公司生產(chǎn)的 mpx2100a 型單片集成硅 壓力傳感器，其測(cè)量范圍為 0100kpa，工作溫度范圍為-40125，傳感器的輸出電 壓和被測(cè)絕對(duì)壓力成正比，采用顯微機(jī)械加工、激光休整等先進(jìn)和薄膜電鍍工藝，具 有測(cè)量精度高、預(yù)熱時(shí)間短、響應(yīng)速度快、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、可靠性高、過載能力強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)13。若采用 5v 電源時(shí)，在

39、 080溫度范圍內(nèi)的最大測(cè)量誤差不超過1.8%，滿 量程輸出電壓為 4.95v，壓力靈敏度為 54mv/kpa，預(yù)熱時(shí)間為 20ms，響應(yīng)時(shí)間為 1ms，長(zhǎng)期穩(wěn)定度為0.5%，允許過載 348%fs（fs 代表滿量程）。電源允許范圍為 4.85v5.35v，典型值為 5.0v 或 5.1v，電源電流為 7.0ma（典型值）。具體資料可參 見外文文獻(xiàn)。 3.5.2 信號(hào)檢測(cè) 整個(gè)工作流程由 plc 控制，plc 發(fā)出信號(hào)至電源和驅(qū)動(dòng)器，控制其電流大小，影響 電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等， 完成對(duì)被控量的控制（流量、壓力等）；而 mpx2100a 壓力 傳感器將被控量負(fù)反饋給 plc，是被控量保持在一個(gè)穩(wěn)

40、定的波動(dòng)范圍內(nèi)。 3.6 控制面板的設(shè)計(jì) 控制面板分為 4 大塊：4 個(gè)燈、4 個(gè)按鈕、2 個(gè)鈴 其中正常工作時(shí)，先亮過濾燈，然后是濾余液的指示燈，最后是反沖洗的燈，如 此循環(huán)，前一個(gè)燈滅接著后一個(gè)燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報(bào)警燈以及響報(bào)警鈴并且停止 工作；反洗的時(shí)候同時(shí)響反洗鈴； 4 個(gè)按鈕的作用則很明顯，啟動(dòng)按鈕采用綠色材料， 停止按鈕采用紅色材料13。另外 2 個(gè)按鈕用來控制取樣閥，來獲取樣品，從而調(diào)整工 作狀態(tài)。 4 控制部分的設(shè)計(jì) 4.1 控制系統(tǒng)的選擇 從工程的角度 ，plc 與單片機(jī)系統(tǒng)的選用比較 對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用 plc 方案是明智、快捷的途徑，成功 率高，但成本較

41、高。 對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要 有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可持續(xù)地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī) 系統(tǒng)嵌入 plc 的功能，這樣可大大簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能得到保障，效益 也就有保證14。 基于 plc 控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 實(shí)時(shí)性 由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。 基于信號(hào)處理和程序運(yùn)行的速度，plc 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)， 更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目14。 高可靠性 各輸入端均采用 r-c 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 1020ms。 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。

42、 系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單靈活.豐富的 i/o 卡件 控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu) 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 綜上所述，此過濾機(jī)選用 plc 的控制系統(tǒng)。 5 設(shè)計(jì)的應(yīng)用 5.1 過濾器的發(fā)展 常用的機(jī)械過濾器雖然能達(dá)到較好的過濾效果，但是其濾速慢，于是造成過濾器 設(shè)備龐大、耗水量大，手動(dòng)設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大，而自動(dòng)設(shè)備造價(jià)又太高，因此大大地限 制了它的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 十九世紀(jì)，出現(xiàn)了篩網(wǎng)過濾器，它是通過一個(gè)不銹鋼絲編織的濾網(wǎng)阻截水中較大 的雜質(zhì)顆粒，這大大提高了濾速，簡(jiǎn)化了設(shè)備，但是水中較小的顆粒和纖維仍能穿過 濾網(wǎng)，更重要的是如果它們過濾時(shí)恰好卡在或纏繞在濾網(wǎng)上，再要清洗掉這些雜質(zhì)就 不容易了15。因此，基于這兩方面

43、的原因篩網(wǎng)過濾在應(yīng)用中一直受到了很大的限制。 新型自動(dòng)盤片過濾器充分繼承了上述過濾器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它的缺點(diǎn)，具 有反洗效果好、設(shè)備自動(dòng)化程度高、過濾水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小的特點(diǎn)，自耗水 率僅有 0.25%左右。 5.2 盤片過濾器的特點(diǎn) （1）精確過濾：可根據(jù)用水要求選擇不同精度的過濾盤片，有 20、50、100、200 多種規(guī)格，過濾比大于 85%。 （2）徹底高效反洗：由于反洗時(shí)將過濾孔隙完全打開，加上離心噴射作用，達(dá)到 了其它過濾器無法達(dá)到的清洗效果。反洗過程只需 20 秒左右即可完成。 （3）全自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)出水：時(shí)間和壓差控制反洗啟動(dòng)。在過濾器組套內(nèi)，各個(gè) 過濾單元順序進(jìn)行反

44、洗。工作、反洗狀態(tài)之間自動(dòng)切換，可確保連續(xù)出水，系統(tǒng)壓損 小。 （4）標(biāo)準(zhǔn)：模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用戶可按需取舍過濾單元并聯(lián)數(shù)量，靈活可變，互 換性強(qiáng)。 （5）占地省：可靈活利用現(xiàn)場(chǎng)邊角空間，因地制宜安裝，占地少。 （6）運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單：幾乎不需日常維護(hù)，不需專用工具，零部件很少。 （7）使用壽命長(zhǎng)：經(jīng)多年工業(yè)實(shí)用驗(yàn)證，過濾和反洗效果不會(huì)因使用時(shí)間而變差。 例如：大慶某熱電廠 2000 年采用兩套 jy3-7 盤式過濾器作為離子交換預(yù)處理設(shè)備， 過濾精度為 50，總處理水量 250 噸/小時(shí)；該廠原來采用的過濾器為 5 臺(tái) 3000 砂過 濾器，設(shè)備龐大，而且手動(dòng)控制，每天至少反洗一次，工人勞動(dòng)

45、強(qiáng)度大，設(shè)備自耗水 率達(dá)到 810%17。 采用盤式過濾器后設(shè)備占地僅為 3mx3m，同時(shí)由于自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)無人職守，目前 過濾器約 3 小時(shí)反洗一次，每個(gè)過濾單元反洗時(shí)間 15 秒，用水量?jī)H為 33 升，而總產(chǎn) 水量約為 9x3=27 噸，自耗水率為 0.12%，是原來耗水量的八十分之一18。 5.3 盤片過濾器的應(yīng)用領(lǐng)域 這種過濾器除了廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)的水過濾外，目前在工業(yè)水過濾領(lǐng)域有 更好、更多的應(yīng)用實(shí)例，如：青島啤酒廠的工藝用水過濾、大慶熱電廠的離子交換前 預(yù)處理、鄭州某項(xiàng)目的黃河水預(yù)過濾、北京植物園的加濕噴嘴保護(hù)等。 經(jīng)過幾年來的研究開發(fā)，盤式過濾器在一些領(lǐng)域已經(jīng)具有很強(qiáng)的技術(shù)

46、優(yōu)勢(shì)和很好 的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從而大量應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水旁過濾、系統(tǒng)總進(jìn)水過濾以及細(xì)管和噴嘴的 保護(hù)等方面18。同時(shí)隨著水處理領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在離子交換前預(yù)處理、苦咸水過濾、 超濾系統(tǒng)的預(yù)過濾甚至在低 sdi 井水水源的反滲透處理中代替砂濾器等方面也有一定 量的應(yīng)用，并且正在不斷擴(kuò)大。 參考文獻(xiàn) 1文美純，劉吉普， 對(duì)全自動(dòng)過濾機(jī)的探討n.過濾與分離1997.第三期.75-46. 2文美純，劉吉普，可編程序控制器在過濾器上的應(yīng)用研究n.過濾與分離 2002.vol12.no4.42-45. 3 文美純，劉吉普 ，新型管道過濾器的開發(fā)研究n.過濾與分離1996.第三期.8-16. 4丁啟圣、王惟一.新型

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