全自動立式過濾機的設(shè)計說明書[帶圖紙]

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞3</b></p><p><b>　　1 前言4</b></p><p><b>　　2 方案選擇5<

2、;/b></p><p>　　2.1 循環(huán)方案5</p><p>　　2.2 雙管道方案6</p><p>　　2.3 方案比較7</p><p>　　3 過濾部分的設(shè)計7</p><p>　　3.1 過濾桶的設(shè)計8</p><p>　　3.1.1 過濾盤的設(shè)計8&

3、lt;/p><p>　　3.1.2 計算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚8</p><p>　　3.1.3 過濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計10</p><p>　　3.1.4 循環(huán)桶的設(shè)計11</p><p>　　3.2 傳動部件設(shè)計11</p><p>　　3.2.1 帶傳動的設(shè)計11</p><p>　

4、　3.2.2 空心軸的設(shè)計13</p><p>　　3.3 電動機的選擇16</p><p>　　3.4 閥門的選擇與設(shè)計17</p><p>　　3.5 傳感器的選擇與信號檢測18</p><p>　　3.5.1 傳感器的選取18</p><p>　　3.5.2 信號檢測18</p>

5、;<p>　　3.6 控制面板的設(shè)計19</p><p>　　4 控制部分的設(shè)計19</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)的選擇19</p><p>　　5 設(shè)計的應(yīng)用19</p><p>　　5.1 過濾器的發(fā)展19</p><p>　　5.2 盤片過濾器的特點20</p&

6、gt;<p>　　5.3 盤片過濾器的應(yīng)用領(lǐng)域20</p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　附錄22</b></p><p>　　全自動立式過濾機的設(shè)計</p>

7、;<p>　　學(xué) 生：周少杰</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：高英武</b></p><p>　?。ê限r(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院 長沙 410128）</p><p>　　摘 要：本文以自行開發(fā)50m3/h處理量全自動清洗過濾器為基礎(chǔ)，研制設(shè)計了一臺處理量為50m3/ h、工作壓力為1.6-2.5 Mpa，要求過濾精

8、度為0.1-200μm,過濾總面積為10㎡，電動機功率為5.5KW，工作溫度為-5℃-105℃的全自動自清洗過濾器。該過濾器在運行過程中無須停運以清洗過濾元件，整機體積較小，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)計方法以及設(shè)計圖紙，并對過濾器內(nèi)部過濾機理進行分析，討論了幾個過濾參數(shù)，并應(yīng)用于過濾器控制系統(tǒng)設(shè)計之中。</p><p>　　關(guān)鍵詞：過濾機；結(jié)構(gòu)；控制系統(tǒng)；可編程序控制器</

9、p><p>　　Automatic Vertical Filter Machine Design</p><p>　　Author：Zhou Shaojie </p><p>　　Tutor: Gao Yingwu</p><p>　　(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agric

10、ultural University, Changsha 410128)</p><p>　　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) , wor

11、k pressure(1.6-2.5Mpa) , filtration accuracy(0.1-200μm), filtration surface(10㎡) , Motor power(5.5 KW) and work temperature(-5 ℃ - 105 ℃)has been designed . Auto control self-cleaning filter drive itself to clean complet

12、ely by its pressure of filtrated liquid and without stop.Volume of the filteris so little and precision can be modulate</p><p>　　Key Words: filter，structure; control system；Programmable enfroller</p>

13、<p><b>　　1 前言</b></p><p>　　過濾機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，而實現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過濾機廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門。 </p><p>　　中國古代即已應(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，蔡倫改進了造紙法，他在造紙過程中將

14、植物纖維紙漿蕩于致密的細竹簾上，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。 </p><p>　　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，進而又出現(xiàn)了真空過濾。20世紀初發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓真空過濾機實現(xiàn)了過濾操作的連續(xù)化。此后，各種類型的連續(xù)過濾機相繼出現(xiàn)[1]。間歇操作的過濾機因能實現(xiàn)自動化操作而得到發(fā)展，過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機械壓榨的過濾機得到了發(fā)展。 </

15、p><p>　　用過濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔，即構(gòu)成簡單的過濾器。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)。 </p><p>　　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，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)。 </p

16、><p>　　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，這是實現(xiàn)過濾的推動力。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易堵塞過濾介質(zhì)孔隙，過濾反而減慢。 </p><p>　　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，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對過濾起主要作用，這時大、小顆粒均被截留；深層過濾是指過濾介

17、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，顆粒進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)。 </p><p>　　在實際的過濾過程中，三種方式常常是同時或相繼出現(xiàn)。過濾機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，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

18、凝聚劑將微細的顆粒集合成較大的團塊，有利于提高過濾速度。 </p><p>　　對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應(yīng)用在過濾介質(zhì)上部加料的過濾機，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，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。 </p><p>

19、　　過濾機按獲得過濾推動力的方法不同，分為重力過濾器、真空過濾機和加壓過濾機三類[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力，一般為間歇操作。 </p><p>　　真空過濾器是在濾液出口處形成負壓作為過濾的推動力。這種過濾機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可過濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過濾機適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。 </p&

20、gt;<p>　　加壓過濾器以在懸浮液進口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C械壓榨力作為過濾推動力，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。 </p><p>　　過濾機應(yīng)根據(jù)懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對過濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過濾介質(zhì)，利用過濾漏斗實驗，測定不同過濾介質(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

21、類型，再根據(jù)處理量選定過濾面積，并經(jīng)實際試驗驗證。 </p><p>　　正在發(fā)展的新型過濾設(shè)備有：機械力壓榨過濾設(shè)備；能實現(xiàn)無濾渣層過濾的動態(tài)過濾機；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。 </p><p>　　在過濾理論研究方面，濾渣層過濾阻力和孔隙率的測算、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態(tài)過濾機理，以及過濾介質(zhì)的研究，都是重要的</p>

22、<p>　　課題[5]。利用電子計算機控制過濾操作是過濾設(shè)備的發(fā)展方向。</p><p><b>　　2 方案選擇</b></p><p><b>　　2.1 循環(huán)方案</b></p><p><b>　　管道系統(tǒng)如圖1：</b></p><p>　　此過濾過

23、程有四個過濾階段，預(yù)過濾過程、過濾過程、濾余液過程、反沖洗過程。</p><p>　　預(yù)過濾過程：待濾液由F2進入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時F1、F5關(guān)閉）進入循環(huán)桶，然后從F4進入過濾桶進行過濾，此時F9關(guān)閉，過濾液經(jīng)F5再次進入循環(huán)桶。</p><p>　　過濾過程：待濾液由F2進入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時F1、F5關(guān)閉）進入循環(huán)視筒，然后從F4進入過濾桶進行過濾（期間可以通過S1觀察過濾循環(huán)過程）

24、濾液由F7再次進入循環(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，從而調(diào)整濾網(wǎng)密度）。</p><p>　　濾余液過程：收到“管高壓差”信號后，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。</p><p>　　反沖洗過程：當(dāng)“管高壓差”達到預(yù)定壓力值或者達到預(yù)定時間后，F(xiàn)2、F3關(guān)閉，將F1打開，清洗水從F1、F6進入過濾桶

25、中進行清洗，洗出的濾渣從F8中排出。</p><p>　　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 </p><p>　　F9——成品出口閥 F10——余液出口閥 F11——取樣閥 S1——循環(huán)視筒

26、</p><p>　　S2——正常工作視筒</p><p><b>　　圖1 管道系統(tǒng)圖</b></p><p>　　Fig.1 Piping system diagram</p><p>　　2.2 雙管道方案</p><p><b>　　雙管道系統(tǒng)如圖2：</b>&

27、lt;/p><p><b>　　圖2 雙管道系統(tǒng)圖</b></p><p>　　Fig.2 Pairs of piping system diagram</p><p>　　過濾：閥1、閥4開啟，閥2、閥3關(guān)閉；</p><p>　　反沖洗：：閥2、閥3開啟，閥1、閥4關(guān)閉</p><p>　　過濾

28、過程：過濾液由泵泵入，經(jīng)過閥1后進入過濾桶過濾，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)）。</p><p>　　反沖洗過程：清洗水由泵泵入，經(jīng)過閥2以及視筒后，對過濾桶進行反沖洗，濾渣由閥3處排出（閥1、閥4處于關(guān)閉狀態(tài)）。</p><p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　方案1原理較簡單，管道系統(tǒng)相對較

29、為復(fù)雜，但是過濾精度較高，可靠性較強，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，指揮排污閥進行排污，使過濾精度得以提高；并且采用先進的控制方式和優(yōu)質(zhì)的信號轉(zhuǎn)換器從而具有性能穩(wěn)定，維護管理方便，日常維護少，只須做定期維護即可等特點，具有明顯的實用價值、經(jīng)濟價值和推廣價值。</p><p>　　方案2原理簡單，過濾和反沖洗裝置簡單，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，故過濾精度

30、難以保證，維護較多以及容易發(fā)生堵塞等情況。</p><p>　　綜上所述，最終方案選取為方案1為基本方案。</p><p>　　3 過濾部分的設(shè)計</p><p>　　3.1 過濾桶的設(shè)計</p><p>　　3.1.1 過濾盤的設(shè)計</p><p>　　過濾精度為0.5-100μm，故濾網(wǎng)采用滌綸布料可以達到要

31、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，壓強大小為1.6MPa，最大可達到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，達到保準后，打開F10，完成過濾。另外該系統(tǒng)在-5℃——105℃的范圍內(nèi)工作[6]。</p><p><b>　　已知條件：</b></p><p>　　過濾面積：10㎡；

32、正常工作壓力1.6MPa、最大工作壓力2.5MPa。</p><p>　?、?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：</p><p>　　R=0.4m、H=0.03m h=0.02m</p><p>　　每一片的過濾面積為：</p><p>　　S=∏*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502㎡<

33、;/p><p>　　N=10㎡/S=10㎡/0.502㎡=19.9</p><p>　　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</p><p>　?、?過濾片零件圖如圖3：</p><p>　　3.1.2 計算內(nèi)壓

34、圓筒殼體的壁厚</p><p>　?、乓阎狿g=1.6MPa</p><p><b>　　由壁厚計算公式：</b></p><p>　　（1） </p><p>　　- 計算厚度 ；mm</p><p>　　P- 計算壓力；Mpa</p><p>&l

35、t;b>　　- 焊接接頭系數(shù);</b></p><p>　　- 材料的許用應(yīng)力;</p><p>　　在已知設(shè)計溫度下16MnR的許用應(yīng)力[7]，在厚度為6~16mm時，[=170Mpa;</p><p>　　在厚度為16～36mm時，[=163Mpa;焊接接頭系數(shù) ；</p><p>　　設(shè)定圓筒內(nèi)徑 D=1000mm

36、； 腐蝕裕量C=2mm；</p><p>　　設(shè)計厚度: 材料的許用應(yīng)力=170Mpa （厚度為6~16時），筒體厚度計算；</p><p>　　=1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm （2） </p><p>　　=

37、5.5+2=7.5mm；</p><p>　　由鋼材標準規(guī)格，圓整可得壁厚為10㎜；</p><p><b>　　圖3 過濾片零件圖</b></p><p>　　Fig.3 Parts diagram of filters</p><p>　?、?圓筒的半徑由濾餅半徑確定</p><p>　　取

38、 R=500mm;</p><p>　?、?圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為150mm；</p><p>　　頂尖的直徑=50mm； 錐角=50°</p><p>　　H=H+h1=1100+150=1250mm；</p><p>　?、?圓筒邊緣設(shè)計，邊緣厚度=20mm；B=35mm；</p><p>　

39、　凸緣高度H=10mm；</p><p>　?、?固定頂尖板的厚度 =10mm；長度L=120mm；寬度B=120mm； </p><p>　　但容器制成后必須經(jīng)過壓力試驗合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制造工藝的問題和焊縫的強度，以及各連接面的緊密性等[7]。</p><p>　　對壓力試驗一般都用水壓試驗。</p><p>　　對

40、水壓試驗時，筒體相應(yīng)壓力的驗算公式為：</p><p>　　σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф] （3） </p><p>　　按規(guī)定水壓試驗壓力P水=1.5MPa；</p><p>　　故：σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф]</p>

41、<p>　　=1.5*[900+（10-1.8）]/[2*（10-1.8）*0.7]=115MPa</p><p>　　又σs=σ*Ns，其中Ns查表所得為1.6，</p><p>　　故σs=115*1.6=184MPa</p><p>　　Σs與水壓系數(shù)的積為0.9σs=164MPa</p><p>　　由于115 MPa＜

42、164MPa,故筒體強度滿足水壓試驗的要求。</p><p>　　3.1.3 過濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　過濾桶設(shè)計是整個管道系統(tǒng)的重點。直接從桶上引出的有5個管道（底部3個管道、頂部2個管道），如圖4。</p><p>　?。?）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個閥門——F9（成品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和F11（

43、取樣閥，用于剛開始工作是取出樣品，從而確定各項參數(shù)）；</p><p>　?。?）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成2個方向——一個是反沖洗時使用的排渣管，上面安裝著F8（排渣閥）；另一個是循環(huán)過濾的循環(huán)管，通過F5（流向控制閥，單向閥）使壓力過大時形成循環(huán)過濾；</p><p>　?。?）桶內(nèi)靠壁處裝有反沖洗管道，連接F7（沖洗閥）后也分成2個方向——一個直接連到水泵上；另一個接上F10（

44、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；</p><p><b>　　圖4 過濾桶</b></p><p>　　Fig.4 Filter bucket</p><p>　　（4）桶頂?shù)囊粋€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；</p><p>　　（5）桶頂?shù)牧硪?/p>

45、個循環(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（1.6MPa～2.5MPa）。</p><p>　　3.1.4 循環(huán)桶的設(shè)計</p><p><b>　　(1)結(jié)構(gòu)介紹</b></p><p>　　循環(huán)桶的工作原理比較簡單，需要設(shè)計的參數(shù)也較少，主要分為2管道：其中一條的作用——待濾液通過F2（

46、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。</p><p>　　(2)循環(huán)桶的容量設(shè)計 </p><p>　　因為循環(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承受應(yīng)力。</p><p

47、>　　設(shè)定桶壁厚=3mm；桶高度H=1200mm；半徑R=400mm；容積V=0.65m。</p><p>　　3.2 傳動部件設(shè)計</p><p>　　3.2.1 帶傳動的設(shè)計</p><p><b>　?、糯_定計算功率P</b></p><p>　　由《機械設(shè)計》表8-7查得工作情況系數(shù)K=1.0,<

48、/p><p>　　故P= KP=1.0*5.5kw=5.5kw （4） </p><p><b>　?、七x擇V帶的帶型</b></p><p>　　根據(jù)P，n由《機械設(shè)計》教材由圖8-11選用A型</p><p>　?、谴_定帶輪

49、的基準直徑d并驗算帶的速度</p><p>　　①初選小帶輪的基準直徑d，由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準d=140mm</p><p>　　②驗算帶速V=* d*n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s</p><p>　　因為5 m/s < V < 25 m/s,故帶速合適</p><p>　

50、?、塾嬎愦髱л喌幕鶞手睆剑鶕?jù)式(8-15a)，計算大帶輪的基準直徑</p><p>　　d=i *d=3*140mm=420mm；</p><p>　　根據(jù)表8-8，圓整為d=450mm；</p><p>　　⑷確定V帶的中心距a與基準長度L</p><p>　?、?0.7（d+ d）≤a≤2（d+ d）

51、 （5）</p><p>　　根據(jù)上式，初定中心距a=900mm；</p><p>　?、谟嬎銕璧幕鶞书L度</p><p>　　L≈2a+∏（d+ d）/2 + (d-d)/4a</p><p>　　=2*900 +∏*590/2 +(450-140)/3600=2770mm; </p><

52、p>　　由表8-2選帶的基準長度L=2800mm；</p><p>　?、郯词剑?-23）計算實際中心距a</p><p>　　a= a+（ L- L）/2=900+(2800-2770)/2=915mm; （6） </p><p>　　⑸驗算小帶輪上的包角 </p><p&g

53、t;　　=180-（d-d)*57.3/a</p><p>　　=180-(450-140)* 57.3/915=161≥90； （7） </p><p><b>　　⑹計算帶的根數(shù)Z</b></p><p>　?、儆嬎銌胃鵙帶的額定功率Pr；</p><p>　　由

54、d=140mm；和n=1440r/min,查表8-4a得P=2.28kw；</p><p>　　根據(jù)n=1440r/min，i=3和A型帶，查表8-4b得 △P=0.17kw；</p><p>　　查表8-5得小帶輪包角K=0.95，表8-2得K=1.11,</p><p>　　Pr=（P+△P）* K* K=（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.58kw

55、; （8） </p><p><b>　?、谟嬎鉜帶的根數(shù)Z</b></p><p>　　Z= P/ Pr=5.5/2.58=2.1 （9）</p><p>　　所以V帶的根數(shù)為3根。</p><p>　　⑺小帶輪設(shè)計

56、 材料選取HT200；</p><p>　　d=140mm； d≤300mm； 采用腹板式結(jié)構(gòu)[8]；</p><p>　　d=40mm，d=（1.8-2.0）*d，d為電機軸的直徑； d=1.8d=72mm；</p><p>　　C=(1/7～1/4)B L=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時，L=B </p><p>　　

57、C=1/4*B=15mm; </p><p>　　根據(jù)前面設(shè)計得小輪直徑d=140mm，大輪直徑d=450mm，故查表應(yīng)選用帶長Ld=2800㎜、A系列、長度修正系數(shù)Kl=1.1的皮帶，b=11㎜，h=6㎜，h=12mm;B=60mm; </p><p>　　A=81㎜;小皮帶輪的零件圖5：</p><p>　?、檀髱л喸O(shè)計 HT200；</p>&l

58、t;p>　　d=420mm；d≥300mm； 采用輪輻式結(jié)構(gòu)[9]，</p><p>　　d=50mm；d=(1.8～2)d,d為軸的直徑；d=100mm；f=12mm，h=0.8h=26mm；</p><p>　　b=0.4h=13mm；b=0.8 b=11mm；L=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時，L=B；f=0.2h=6.5；</p><p>　

59、　h=290*=290*=31.4mm=32mm； （10）</p><p>　　圖5 小皮帶輪零件圖</p><p>　　Fig. 5 Pulley parts diagram</p><p>　　大帶輪的零件圖如圖6：</p><p>　　3.2.2 空心軸的設(shè)計</p><p>

60、;<b>　?、趴招妮S的直徑設(shè)計</b></p><p>　　d≥=A （11） </p><p>　　d≥A） 式中，=d/d,即空心軸的內(nèi)徑d與外徑d之比</p><p>　　通常取=0.5～0.6，</p><p>　　=T/W=(9

61、550000P/n)/0.2d≤[] （12） </p><p>　　查《機械設(shè)計》教材，如表1：</p><p>　　表1 軸常用幾種材料的[]及Ao值</p><p>　　Table 1 Axis common of several materials [] and Ao values&l

62、t;/p><p>　　通過查《機械設(shè)計》教材表2，查得V帶的傳動效率值為=92%；</p><p>　　取Ao=110mm； P=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min；=0.6；</p><p>　　d≥A）=110*）=25.5mm； （13） </p>

63、<p>　　d≥1.15*d=30mm;</p><p>　　圖6 大皮帶輪零件圖</p><p>　　Fig.6 Pulley parts diagram</p><p><b>　　⑵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　?、俅_定裝配方案</b></p>

64、<p>　?、诟鶕?jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度；</p><p>　　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，Ⅰ-Ⅱ軸上裝大皮帶輪，鍵，密封圈，端蓋；外徑DⅠ-Ⅱ=50mm 內(nèi)徑=50*60%=30mm，軸長為h=115mm；Ⅱ-Ⅲ軸上裝密封圈，軸承， 端蓋，外徑DⅡ-Ⅲ外徑 = 55mm，軸長h=106；內(nèi)徑=33mm；Ⅲ-Ⅳ軸上裝配濾盤，密封圈，鎖緊螺母，外徑DⅢ-Ⅳ

65、 =60mm；內(nèi)徑=36mm，軸長h=115mm；</p><p><b>　　如圖7。</b></p><p><b>　?、圯S承的選擇；</b></p><p>　　因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用兩個圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)DⅡ-Ⅲ =55mm；由軸承產(chǎn)品目錄中初選取0基本游隙組，標準精度級的圓

66、錐滾子軸承型號30313，其尺寸為d=55mm，D=80mm，B=13mm。</p><p><b>　　⑶軸的校核</b></p><p>　?、侔磸澟ず铣蓱?yīng)力校核軸的強度</p><p>　　進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取==18.6Mpa；</p>&

67、lt;p>　　查表《機械設(shè)計》表15-1查得[]=60Mpa;因此＜[]，故安全。</p><p>　　②精確校核軸的疲勞強度</p><p>　　S=S*S/≥S （14） </p><p>　　S=/K*+*≥S

68、 (15)</p><p><b>　　截面Ⅲ</b></p><p>　　抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.1*55=16637mm</p><p>　　抗扭截面系數(shù) W=0.2 d=0.2*55=33250 mm （16） </

69、p><p>　　截面Ⅲ的左側(cè)的彎矩M為</p><p>　　M=166758*(71-36)/71=92534N.m  （17）</p><p><b>　　截面Ⅲ上的扭矩T為</b></p><p>　　T=960000N.</p><p><b>　　截

70、面上的彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　=M/W=92534/16637=5.6Mpa （18）</p><p><b>　　截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</b></p><p>　　=T/ W=960000/33250=28..2Mpa （19）

71、 </p><p>　　軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理[10]。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa；</p><p>　　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:</p><p><b>　　， =1.31</b></p>

72、<p>　　軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為</p><p><b>　　==0.92</b></p><p>　　軸未經(jīng)表面強化處理，即=1，得</p><p>　　K=2.80 K=1.62</p><p><b>　　計算安全系數(shù)S值，</b></p><p&

73、gt;　　S=S*S/=9.5＞＞S=1.5 （20） </p><p><b>　　故可知其安全。</b></p><p><b>　　圖7 軸的零件圖</b></p><p>　　Fig. 7 Axis parts diagram</p><

74、;p>　　3.3 電動機的選擇</p><p>　　由于本設(shè)計需要一個功率在5KW以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動機，其安裝形式為V13011，通過查機械設(shè)計手冊選得：</p><p>　　電動機Y132S-4，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　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

75、.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)動慣量GD²為0.535N/㎡，重量為68㎏.</p><p>　　3.4 閥門的選擇與設(shè)計</p><p>　　用計算機對液壓或氣壓系統(tǒng)進行控制是技術(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是連續(xù)的電壓或電流，而計算機的指令是“開”或“關(guān)”的數(shù)字信息，要用計算機控制必

76、須進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是使設(shè)備復(fù)雜，成本提高，可靠性降低[11]。在這種技術(shù)要求下，20世紀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，簡稱數(shù)字閥，目前應(yīng)用較少。它可直接與計算機接口，不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換?？梢苑譃閿?shù)字式流量閥、數(shù)字式壓力閥、數(shù)字式方向流量閥等。 </p><p>　　下面舉例以增量式數(shù)字流量閥來說明原理：</p><p>　

77、　組成：步進電動機、滾珠絲杠、閥心、閥套、閥桿、傳感器等。</p><p>　　工作原理：計算機發(fā)出信號后，步進電機轉(zhuǎn)動，通過滾絲杠轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動節(jié)流閥閥心移動，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3600 L/min，如圖8。</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　1

78、60;閥心、閥套、閥桿的相對熱膨脹取得溫度補償，維持流量恒定。    2 該閥無反饋功能，但裝有零位移傳感器，每個控制終了，閥心都可在它控制下回到零位，重復(fù)精度較高。</p><p>　　單向閥是控制流體只能正向流動，不允許反向流動的閥，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，以步進電機作為電氣—機械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動液壓閥芯工作，因此又稱

79、步進式數(shù)字閥[12]。微型計算機(下簡稱微機)發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動器放大后使步進電機工作。步進電機是一個數(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)字信號的基礎(chǔ)上，使每個采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上，增加或減少一些步數(shù)，而達到需要的幅值，步進電機轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進電機每得到一個脈沖信號，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個脈沖使步進電機沿給定方向轉(zhuǎn)動一固定的步距角

80、，再通過機械轉(zhuǎn)換器(絲桿—螺母副或凸輪機構(gòu))使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開度。</p><p>　　從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力、流量。有時，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?！　￠y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。對應(yīng)于步進電機的步距角，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。</p><p>

81、;　　本設(shè)計中F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9、F10、F11均采用電液數(shù)字控制閥，而F5采用單向閥。</p><p>　　1—步進電動機 2—滾球絲杠 3—閥心 4—閥套 5—閥桿 6 —傳感器</p><p><b>　　圖8 數(shù)字流量閥</b></p><p>　　Fig.8 Digital flow con

82、trol valve</p><p>　　3.5 傳感器的選擇與信號檢測</p><p>　　3.5.1 傳感器的選取</p><p>　　經(jīng)過反復(fù)比較與選擇最后選用美國Motorola公司生產(chǎn)的MPX2100A型單片集成硅壓力傳感器，其測量范圍為0～100KPa，工作溫度范圍為-40～125℃，傳感器的輸出電壓和被測絕對壓力成正比，采用顯微機械加工、激光休整等

83、先進和薄膜電鍍工藝，具有測量精度高、預(yù)熱時間短、響應(yīng)速度快、長期穩(wěn)定性好、可靠性高、過載能力強等優(yōu)點[13]。若采用5V電源時，在0～80℃溫度范圍內(nèi)的最大測量誤差不超過±1.8%，滿量程輸出電壓為4.95V，壓力靈敏度為54MV/KPa，預(yù)熱時間為20ms，響應(yīng)時間為1ms，長期穩(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4.85V～5.35V，典型值為5.0V或5.1V，電源電流為7

84、.0MA（典型值）。具體資料可參見外文文獻。</p><p>　　3.5.2 信號檢測</p><p>　　整個工作流程由PLC控制，PLC發(fā)出信號至電源和驅(qū)動器，控制其電流大小，影響電動機的功率、轉(zhuǎn)速等， 完成對被控量的控制（流量、壓力等）；而MPX2100A壓力傳感器將被控量負反饋給PLC，是被控量保持在一個穩(wěn)定的波動范圍內(nèi)。</p><p>　　3.6 控

85、制面板的設(shè)計</p><p>　　控制面板分為4大塊：4個燈、4個按鈕、2個鈴</p><p>　　其中正常工作時，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)，前一個燈滅接著后一個燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報警燈以及響報警鈴并且停止工作；反洗的時候同時響反洗鈴； 4個按鈕的作用則很明顯，啟動按鈕采用綠色材料，停止按鈕采用紅色材料[13]。另外2個按鈕用來控制取樣閥，來獲取樣品，

86、從而調(diào)整工作狀態(tài)。</p><p>　　4 控制部分的設(shè)計</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　從工程的角度 ，PLC與單片機系統(tǒng)的選用比較</p><p>　?、牛畬雾椆こ袒蛑貜?fù)數(shù)極少的項目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，但成本較高。 </p><p>　?、疲畬τ诹看?/p>

87、的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可持續(xù)地運行。最好的方法是單片機系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡化單片機系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證[14]。</p><p>　　基于PLC控制系統(tǒng)優(yōu)點</p><p><b>　?、艑崟r性</b></p><p>　　由于控

88、制器產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快?！?基于信號處理和程序運行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護，更能滿足各個領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項目[14]。</p><p><b>　?、聘呖煽啃?lt;/b></p><p>　　各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms。　 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干

89、擾。</p><p>　?、窍到y(tǒng)配置簡單靈活.豐富的I/O卡件</p><p>　　⑷控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)</p><p>　?、砂惭b簡單，維修方便</p><p>　　綜上所述，此過濾機選用PLC的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　5 設(shè)計的應(yīng)用</b></p><

90、p>　　5.1 過濾器的發(fā)展</p><p>　　常用的機械過濾器雖然能達到較好的過濾效果，但是其濾速慢，于是造成過濾器設(shè)備龐大、耗水量大，手動設(shè)備勞動強度大，而自動設(shè)備造價又太高，因此大大地限制了它的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。</p><p>　　十九世紀，出現(xiàn)了篩網(wǎng)過濾器，它是通過一個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，簡化了設(shè)備，但是水中較小的顆粒和纖維仍能穿過

91、濾網(wǎng)，更重要的是如果它們過濾時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，基于這兩方面的原因篩網(wǎng)過濾在應(yīng)用中一直受到了很大的限制。</p><p>　　新型自動盤片過濾器充分繼承了上述過濾器的優(yōu)點，同時又克服了它的缺點，具有反洗效果好、設(shè)備自動化程度高、過濾水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小的特點，自耗水率僅有0.25%左右。</p><p>　　5.2 盤片過濾器的特點&

92、lt;/p><p>　?。?）精確過濾：可根據(jù)用水要求選擇不同精度的過濾盤片，有20μ、50μ、100μ、200μ多種規(guī)格，過濾比大于85%。</p><p>　?。?）徹底高效反洗：由于反洗時將過濾孔隙完全打開，加上離心噴射作用，達到了其它過濾器無法達到的清洗效果。反洗過程只需20秒左右即可完成。</p><p>　?。?）全自動運行，連續(xù)出水：時間和壓差控制反洗啟動

93、。在過濾器組套內(nèi)，各個</p><p>　　過濾單元順序進行反洗。工作、反洗狀態(tài)之間自動切換，可確保連續(xù)出水，系統(tǒng)壓損小。</p><p>　?。?）標準：模塊化系統(tǒng)設(shè)計，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。</p><p>　　（5）占地省：可靈活利用現(xiàn)場邊角空間，因地制宜安裝，占地少。</p><p>　?。?）運行可靠、

94、維護簡單：幾乎不需日常維護，不需專用工具，零部件很少。</p><p>　　（7）使用壽命長：經(jīng)多年工業(yè)實用驗證，過濾和反洗效果不會因使用時間而變差。</p><p>　　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50μ，總處理水量250噸/小時；該廠原來采用的過濾器為5臺3000砂過濾器，設(shè)備龐大，而且手動控制，每天至少反洗一次，工人勞動強

95、度大，設(shè)備自耗水率達到8~10%[17]。</p><p>　　采用盤式過濾器后設(shè)備占地僅為3mX3m，同時由于自動控制可實現(xiàn)無人職守，目前過濾器約3小時反洗一次，每個過濾單元反洗時間15秒，用水量僅為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]。</p><p>　　5.3 盤片過濾器的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　

96、　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、鄭州某項目的黃河水預(yù)過濾、北京植物園的加濕噴嘴保護等。</p><p>　　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)具有很強的技術(shù)優(yōu)勢和很好的運行經(jīng)驗，從而大量應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)水旁過濾、系統(tǒng)總進水過濾以及細管和噴嘴的保護等方面[18]。同時隨著水處理領(lǐng)域的不

97、斷擴大，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，并且正在不斷擴大。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]文美純，劉吉普， 對全自動過濾機的探討[N].《過濾與分離》1997.第三期.75-46.</p><p>　　[2]文美純，劉

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105、g PLC Programs: A Survey.“, in CESA 2003, Lille (France), Paper No. S2-R-00-0239, July 2003.41-78.</p><p><b>　　鳴謝</b></p><p>　　隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過將近二個月的的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺

106、得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p>&l

107、t;p>　　在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。</p><p>　　我的心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正

108、到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。</p><p>　　在此要感謝我的指導(dǎo)老師高英武老師對我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重