60m中心传动刮泥机设计.doc
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1、 黄河科技学院毕业设计(论文) 第 35 页 目录绪论11.1刮泥机简介1二、设计及计算过程62.1、确定电动机型号及减速装置62.2、 功率、转速及转矩计算:72.3、轴承型号初定:82.4、导流筒:82.5、内啮合式滚动轴承传动机构及齿轮设计92.6、工作桥152.7、中心传动竖架162.8、中心竖架设计及校核172.9、水下轴承设计192.10、刮臂设计202.11、刮板设计21三、 系统电气控制24四、技术要求271、一般要求272、 整机性能要求273、 安全防护274、 主要零部件质量要求275、 装配质量要求286、 涂装要求287、 试验方法和检验规则298、 现场试验及检验3
2、0五、结束语32六、致谢33参考文献34绪论1.1刮泥机简介在世界环境污染曰趋严重的今天,环境保护己成为当务之急。对污水进行有效处理显得愈发重要,而如何选择污水处理设备成为污水处理厂建设中的关键之一。刮泥机是污水处理的关键设备之一,十几年前随着污水处理厂整套设备的引进而进入我国。刮泥机主要应用于城市生活污水处理厂、工业废水处理站、自来水厂的初沉池和二沉池,各种处理工艺的污水厂,如常规活性污泥法、A0工艺、氧化沟工艺都离不开刮泥机,因此刮泥机是一种用途比较广泛的污水处理设备。我们在许多污水处理厂中见到过不少形态各异的刮泥机,但不管它们的外形有多大的差异,都归为两大类型,即中心传动刮泥机和周边传动
3、刮泥机。周边传动刮泥机是把传动装置布置在沉淀池的边缘上,一般采用对称布置。所以,需要在池子的两边各设置一套传动装置,两套机构同时绕池转动。另外周边传动刮泥机在中心支墩上必须设置一个中心支座,其内部不仅需要有完成机械支持的机件,还必须要有一个电刷完成交流电的传导之用。再有,周边传动刮泥机的两组轮子一般采用橡胶轮或采用轨道式钢轮,由于较大直径的回转运动,橡胶轮应设计有一符合回转运动要求的倾角,目前国内所产的橡胶轮的强度与寿命较差,需要经常更换;轨道式钢轮要求在池边铺设钢轨,由于运动速度很快,而且刮泥负荷较大的原因,轮子打滑成为一大难题。中心传动刮泥机是把所有的传动机构皆设置于池心支墩上,即电机、减
4、速机及所有传动部件都作用于中心支墩上,只需一套传动机构即可完成完整的传动动作。中心传动刮泥机对电机没有同步的要求,也无需设置电刷。因为没有轮子,所以,也没有轮子打滑的问题存在;不设轨道,所以对池边的十建施工的精度要求也不严格。周边传动刮泥机通常都是把主梁放置在中心支座与池边轮子之间,位于水面以上,主梁上可走人。桁架是从主梁下部伸向池底,其下部安装刮泥板,随着整机的旋转运动完成刮泥和集泥工作。周边传动刮泥机由于主梁在水面以上,迎风面积较大,所以,设计中必须考虑风载对整机工作的影响。中心传动刮泥机在池边与中心支墩之间架设置一个固定不动的工作桥,既为检修之用,又为电机、减速机等的支座固定之用。大齿圈
5、固定在中心支墩上,其上联接主架,随之转动,并带动了其下部所联的刮臂,从而使安装在刮臂下端的刮泥板完成刮泥和集泥的工作。中心传动刮泥机的主架与刮臂皆采用桁架形式,用料较省。桁架部分几乎全部在水中,水面以上没有较大的迎风面,因而风载的作用很小,在设计中可以不考虑,但是其要求桁架对称性和平衡性很强,一般用于直径不大于60m的沉淀池上,大于60m时应考虑容易加工的周边传动刮泥机。采用周边传动刮泥机时稳流筒都是固定在中心支墩上。而在中心传动刮泥机的设计中,因为桁架结构的要求,稳流筒必须固定在桁架上,并随桁架的转动而转动。与周边传动刮泥机相比,它给整机增加了一定的负荷。但我们可以通过选择轻型材料,减小重量
6、,从而降低影响。下图为中心传动刮泥机和周边传动刮泥机的结构简图 图1.1 中心传动刮泥机结构简图 图1.2 全跨式周边传动刮泥机总体结构 1-刮板 ;2-可动臂 ;3-桥架 ;4-旋转支承 5-撇渣装置中心传动刮泥机刮泥机又可分为垂架式中心传动刮泥机和悬挂式中心传动刮泥机。垂架式中心传动刮泥机主要由驱动装置、中心支座、中心竖架、工作桥、刮臂桁架、刮泥板及撇渣机构等部件组成。在沉淀池的中心位置设有兼有进水管道的立柱,柱管的下口与池的进水管衔接,上口封闭作为中心支座的平台,管壁四周开孔出水,柱管大多为钢筋混凝土结构,也有采用钢管制成。由于刮泥机的重量和旋转扭矩均有中心柱管承受,也叫支柱式中心传动刮
7、泥机。垂架式中心传动刮泥机的安装池径一般为1460米悬挂式中心传动刮泥机的结构形式比较简单,主要由户外式电动机,摆线针轮减速机,链传动,涡轮减速器,传动立柱,水下轴承,刮臂及刮板等部件组成。整台刮泥机的载荷都作用在工作桥的中心,悬挂式由此得名。该机一般用于池径小于12米的圆形沉淀池。如图所示,污水经中心配水筒布水后流向周边溢水槽,随着流速的降低,污水中的悬浮物被分离而沉淀于池底,有刮板将沉淀的污泥刮集到中心集泥槽后,靠静水压力将其从污泥管中排出。 图1.3 垂架式中心传动刮泥机1-工作桥;2-刮臂;3-刮板;5-刮板;6-中心进水管;7-摆线针轮减速机;8-涡轮蜗杆减速器;9-滚动轴承式旋转支
8、承;10-扩散筒;11-中心竖架;12-水下轴承;13-撇渣板;14-撇渣斗 图1.4 悬挂式中心传动刮泥机总体结构 1-驱动装置;2-传动立柱;3-刮臂;4-刮板;5-水下轴承;6-集泥槽刮板二、设计及计算过程本次设计题目为60米中心传动刮泥机设计。主要技术参数、指标:池径60米、池深46米、刮泥板外端线速度35mmin、池底坡度1:10、刮泥功率约4KW。根据上述设计要求,本次设计决定采用垂架式中心传动刮泥机。本次设计题目为60米中心传动刮泥机设计。主要技术参数、指标:池径60米、池深46米、刮泥板外端线速度35mmin、池底坡度1:10、刮泥功率约4KW。根据上述设计要求,本次设计决定采
9、用垂架式中心传动刮泥机。2.1、确定电动机型号及减速装置 1、首先确定刮泥机刮臂线速度为4m/s,查表7-29【1】知刮臂驱动转矩为3912000NM(刮臂线速度为3.054.6m/min,载荷系数为K=447NM,适用于初沉池固体沉降)刮泥功率P=391200=869.33w刮臂转速为:V=r=r2nn=0.0212r/min设电动机满载转速为1430r/min,则总传动比为i=67453由于该减速比较大故决定选用大减速比减速装置,如摆线针轮减速机和涡轮蜗杆减速机等。结合本例暂定减速装置有摆线针轮减速机和蜗杆减速器构成。查表【2】知单机摆线针轮减速机的效率为90%95%暂定效率,蜗杆减速器传
10、动比为,联轴器、安全离合器效率为,轴承传动比为,齿轮传动效率为,水下滑动轴承效率为,由于单机摆线针轮减速机的减速比最大为1:87,而二级摆线针轮减速机的最大减速比为1:5133,蜗杆减速器传动比为1:1080,故决定采用二级摆线针轮减速机。总效率=12P总=。故查表【2】知电动机选用Y100L2-4.额定功率为3KW,同步转速为1500r/min,满载转速为1430r/min. 经查资料知一级摆线针轮减速机的传动比为9、11、17、21、23、25、29、35、43、47、59、71、87,二级摆线针轮减速机的传动比为99、121、187、289、319、385、473、493、595、649
11、、731、841、1003、1225、1505、1849、2065、2537、3045、3481、5133 暂选二级摆线针轮减速机的传动比为1849,则蜗杆减速器传动比为 查机械设计手册(电子版)选用摆线针轮减速机型号为ZWD-A-8,蜗杆减速器型号为CWS-500.2.2、 功率、转速及转矩计算:1、 各轴转速计算: 各轴输入功率计算: 各轴输入转矩计算: 2.3、轴承型号初定:根据轴径及输入转矩信息,查机械设计手册(电子版)初定电动机与摆线针轮减速机之间的轴承选用钢珠式安全离合器,摆线针轮减速机与蜗杆减速器之间用钟鼓齿形联轴器GICL10。2.4、导流筒:为了避免中心配水时的径向流速过高造
12、成短路而影响沉淀的效果,一般在中心进水配水管外设置导流筒改变出水流向,导流筒的水平截面积为水池横截面的3%。本设计中还在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒,使出水在导流筒内先形成水平切向流,然后再变成缓慢下降的旋流。下图为扩散筒的结构。如图所示,扩散筒为中心柱管的同心套筒,扩散筒的环面积略大于中心柱管的断面积,筒体高度比中心柱管的矩形出水口长度长出100mm左右,筒体下端为封板,封板的位置略低于中心柱管的出水口 ,然后在扩散筒体上相应开设8个纵向长槽口,沿槽口设置导流板,使原水(污水)从扩散筒流出后,沿切线方向旋转,以此改善沉淀效果。 图2.1 扩散筒 1-扩散筒;2-支撑;3-封板;4-进水
13、柱管2.5、内啮合式滚动轴承传动机构及齿轮设计本次设计的传动机构有户外式电动机直联的卧式二级摆线针轮减速机、蜗杆减速器、带内齿圈的滚动轴承式旋转支承依次传动扭矩,使悬挂在内齿圈上的中心竖架相应旋转。下图为内啮合式滚动轴承传动机构 图2.2 内啮合式滚动轴承传动机构 为防止扭矩过载,在蜗杆减速器的蜗杆端部设置压簧式过力矩保护装置如图所示: 图2.3 压簧式过力矩保护装置1-行程开关;2-压簧张力指示针;3-顶针;4-压簧座;5-调整螺杆;6-锁紧螺母;7-压簧座;8-压簧、涡轮伸出轴主动齿轮设计: 已知该轴输入功率,输入转矩T=754090,齿轮转速为n=0.0212r/min,齿数比为1.1.
14、工作有振动,转向不变。1) 选用直齿圆柱齿轮传动(内啮合)2) 由于刮泥机转速极低且为开式传动,故决定选用7级精度(GB1009588)3) 材料选择。由表10-1选择主动齿轮为ZG340-640,硬度为229HBS,从动齿轮材料为ZG310-570,硬度为200HBS,二者材料硬度差为29HBS.4) 初选主动齿轮齿数为,从动齿轮齿数为2、 按齿面接触强度计算 由设计计算公式(10-9a)进行计算,即(1) 确定公式内的各计算数值1) 试选载荷系数为2) 由表10-7选取齿宽系数3) 由表10-6查得材料的弹性影响系数4) 由图10-21d按齿面硬度查得主动齿轮的接触疲劳强度极限,从动齿轮的
15、解除疲劳强度极限5) 由式10-13计算应力循环次数 6) 由图10-19取接触疲劳寿命系数、7) 计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%,安全系数为S=1.由式10-12得:(2) 计算1) 试算主动齿轮分度圆直径,代入中较小的值 取2) 计算圆周速度3) 计算齿宽4) 计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5) 计算载荷系数 根据,7级精度,由图10-8查得动载系数 直齿轮 由表10-2差得使用系数 由表10-4用插值法查得7级精度、主动齿轮悬臂布置时,由,,查图10-13得.故载荷系数6) 按实际的载荷系数核正所得的分度圆半径,由式10-10a得 mm 故仍可取855mm 、按齿根弯曲强度计算
16、齿根弯曲疲劳强度的计算公式为1、 确定公式内的各计算数值1) 由图10-20c查得主动齿轮的弯曲疲劳强度极限为,从动齿轮的弯曲疲劳强度极限为2) 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数为3) 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.5,由式10-12得 4) 计算载荷系数 5) 查取齿形系数 由表10-5查得 6)查取应力校正系数 由表10-5查得 7) 计算主从齿轮的应加以比较 从动齿轮的数值较大。2、 设计计算 故m取45也可以满足设计要求 对比计算结果,无论从满足齿面接触疲劳强度还是齿根弯曲疲劳强度的角度考虑模数m取45都满足设计要求。故 m=45、齿轮几何尺寸计算1) 计算分度圆直径
17、 2) 计算中心距 (内啮合)3) 计算齿轮宽度 取 4) 计算齿顶圆直径 5) 计算齿根圆直径 因为 故将主动齿轮做成铸造齿轮。以下为主动齿轮结构参数:B=433mm 2.6、工作桥池上须设工作桥,工作桥的一端固定在中心驱动机构的基座上另一端架设在沉淀池的池壁顶上。工工作桥作为检修管理的通道。下图为工作桥结构: 图2.4 工作桥结构2.7、中心传动竖架(1)中心传动竖架:是垂架式中心传动刮泥机传动扭矩的主要部件之一。竖架的上端连接在旋转支承的齿圈上,竖架的下端二侧装有对称的刮臂,并设有滑动轴承作径向支承,刮板固定在挂泥架底弦。下图为竖架与内齿圈连接的结构: 图2.5 中心竖架与内齿圈连接的结
18、构 1-内齿圈;2-连接螺栓;3-中心竖架2.8、中心竖架设计及校核由于刮泥机的转速非常缓慢,中心竖架传递的扭矩较大。考虑到安装上的方便,中心竖架一般都设计为横截面为正方形的框架结构竖架内力计算:根据经验公式知刮板与刮臂总重为70000N,竖架承受总扭矩为已知两个刮板与刮臂的总重力为,则每根竖架承受的载荷为由刮臂扭矩转化到竖架上端的水平推力为,则.故.将竖架简化为平面桁架。求支座A、B、H的反力为: (压力) (压力) 按A、B、C、D、E、F、G、H各节点逐段计算各杆件的内力,并将计算的结果直接标注在简图上。节点A: 节点B: 节点C: 节点D: 节点E: 节点F: 节点H: 图2.6 中心
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