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全自动立式过滤机的设计【7张图纸】【优秀】

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关键词：: 全自动立式过滤机设计图纸优秀优良

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全自动立式过滤机的设计

28页 10000字数+说明书+7张CAD图纸【详情如下】

全自动立式过滤机的设计说明书.doc

大皮带轮.dwg

封面.doc

小皮带轮.dwg

工艺流程图.dwg

滤盘.dwg

空心轴.dwg

装配图.dwg

诚信声明.doc

过滤桶.dwg

摘要1

关键词1

1 前言1

2 方案选择3

　　　2.1 循环方案3

　　　2.2 双管道方案4

　　　2.3 方案比较5

3 过滤部分的设计5

　　　3.1 过滤桶的设计5

　　　　3.1.1 过滤盘的设计6

　　　　3.1.2 计算内压圆筒壳体的壁厚6

　　　　3.1.3 过滤桶的结构设计8

　　　　3.1.4 循环桶的设计8

　　　3.2 传动部件设计9

　　　　3.2.1 带传动的设计9

　　　　3.2.2 空心轴的设计11

　　　3.3 电动机的选择14

　　　3.4 阀门的选择与设计14

　　　3.5 传感器的选择与信号检测15

　　　　3.5.1 传感器的选取15

　　　　3.5.2 信号检测16

　　　3.6 控制面板的设计16

4 控制部分的设计16

　　　4.1 控制系统的选择17

5 设计的应用17

　　　5.1 过滤器的发展17

　　　5.2 盘片过滤器的特点18

　　　5.3 盘片过滤器的应用领域19

参考文献19

致谢20

附录20

　　　摘要：本文以自行开发50m3/h处理量全自动清洗过滤器为基础，研制设计了一台处理量为50m3/ h、工作压力为1.6-2.5 Mpa，要求过滤精度为0.1-200μm,过滤总面积为10㎡，电动机功率为5.5KW，工作温度为-5℃-105℃的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。

　　　关键词：过滤机；结构；控制系统；可编程序控制器　　　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(0.1-200μm), 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 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 industry 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

对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液(如胶体)中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。

　　过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤机和加压过滤机三类[4]。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。

　　真空过滤器是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种{4}。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。

　　加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。

　　过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。

　　　正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的动态过滤机；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。

　　　在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的

课题[5]。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。

2 方案选择

2.1 循环方案

　　　管道系统如图1：

　　　此过滤过程有四个过滤阶段，预过滤过程、过滤过程、滤余液过程、反冲洗过程。

　　　预过滤过程：待滤液由F2进入泵内，经F3（此时F1、F5关闭）进入循环桶，然后从F4进入过滤桶进行过滤，此时F9关闭，过滤液经F5再次进入循环桶。

　　　过滤过程：待滤液由F2进入泵内，经F3（此时F1、F5关闭）进入循环视筒，然后从F4进入过滤桶进行过滤（期间可以通过S1观察过滤循环过程）滤液由F7再次进入循环桶，直至完全过滤通过S2经F9流出（可以从F11中取样检验，从而调整滤网密度）。

全自动立式过滤机的设计.gif

内容简介：: 1目录摘要 .1关键词 .11 前言 .12 方案选择 .32.1 循环方案 .32.2 双管道方案 .42.3 方案比较 .53 过滤部分的设计 .53.1 过滤桶的设计 .53.1.1 过滤盘的设计 .63.1.2 计算内压圆筒壳体的壁厚 .63.1.3 过滤桶的结构设计 .83.1.4 循环桶的设计 .83.2 传动部件设计 .93.2.1 带传动的设计 .93.2.2 空心轴的设计 .113.3 电动机的选择 .143.4 阀门的选择与设计 .143.5 传感器的选择与信号检测 .153.5.1 传感器的选取 .153.5.2 信号检测 .163.6 控制面板的设计 .164 控制部分的设计 .164.1 控制系统的选择 .1725 设计的应用 .175.1 过滤器的发展 .175.2 盘片过滤器的特点 .185.3 盘片过滤器的应用领域 .19参考文献 .19致谢 .20附录 .203全自动立式过滤机的设计全自动立式过滤机的设计学学生：周少杰生：周少杰指导老师：高英武指导老师：高英武（湖南农业大学东方科技学院（湖南农业大学东方科技学院长沙长沙 410128410128）摘摘要要：本文以自行开发 50m3/h 处理量全自动清洗过滤器为基础，研制设计了一台处理量为 50m3/ h、工作压力为 1.6-2.5 Mpa，要求过滤精度为 0.1-200m,过滤总面积为 10，电动机功率为 5.5KW，工作温度为-5-105的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。关键词关键词：过滤机；结构；控制系统；可编程序控制器Automatic Vertical Filter Machine Design Author：Zhou Shaojie Tutor: Gao Yingwu(Oriental 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), 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 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 industry 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 enfroller41 前言过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前二百年已有植物纤维制作的纸。公元105 年，蔡伦改进了造纸法，他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘上，水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了真空过滤。20 世纪初发明的转鼓真空过滤机实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤机相继出现1。间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。用过滤介质把容器分隔为上、下腔，即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼)。过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小2。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙，过滤反而减慢。悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤三种方式3。滤渣层过滤是指在经过过滤初期后，形成了初始滤渣层，此后，滤渣层对过滤起主要作用，这时大、小颗粒均被截留；深层过滤是指过滤介质较厚，悬浮液中含固体颗粒较少，且颗粒小于过滤介质的孔道，过滤时，颗粒进入后被吸附在孔道内的过滤；筛滤是过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙，过滤介质内部不吸附固体颗粒的过滤方式，例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。在实际的过滤过程中，三种方式常常是同时或相继出现。过滤机的处理能力取决于过滤速度。悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。 5对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液(如胶体)中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤机和加压过滤机三类4。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。真空过滤器是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种4。间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。正在发展的新型过滤设备有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的动态过滤机；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的课题5。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。2 方案选择2.1 循环方案管道系统如图 1：此过滤过程有四个过滤阶段，预过滤过程、过滤过程、滤余液过程、反冲洗过程。预过滤过程：待滤液由 F2 进入泵内，经 F3（此时 F1、F5 关闭）进入循环桶，然后从 F4 进入过滤桶进行过滤，此时 F9 关闭，过滤液经 F5 再次进入循环桶。过滤过程：待滤液由 F2 进入泵内，经 F3（此时 F1、F5 关闭）进入循环视筒，然后从 F4 进入过滤桶进行过滤（期间可以通过 S1 观察过滤循环过程）滤液由 F7 再次进6入循环桶，直至完全过滤通过 S2 经 F9 流出（可以从 F11 中取样检验，从而调整滤网密度）。滤余液过程：收到“管高压差”信号后，开始反冲洗过程前的约 1Min 内，打开F10 将管道内的余液滤出以方便反冲洗，防止堵塞反冲洗管道。反冲洗过程：当“管高压差”达到预定压力值或者达到预定时间后，F2、F3 关闭，将 F1 打开，清洗水从 F1、F6 进入过滤桶中进行清洗，洗出的滤渣从 F8 中排出。F1清洗水入口阀 F2待滤液入口阀 F3循环液入口阀 F4循环液出口阀 F5流向控制阀 F6冲洗阀 F7排气阀 F8排渣阀 F9成品出口阀 F10余液出口阀 F11取样阀 S1循环视筒S2正常工作视筒7图 1 管道系统图Fig.1 Piping system diagram2.2 双管道方案双管道系统如图 2：图 2 双管道系统图Fig.2 Pairs of piping system diagram过滤：阀 1、阀 4 开启，阀 2、阀 3 关闭；反冲洗：阀 2、阀 3 开启，阀 1、阀 4 关闭过滤过程：过滤液由泵泵入，经过阀 1 后进入过滤桶过滤，滤后液经过视筒后从阀 4 排出（阀 2、阀 3 处于关闭状态）。反冲洗过程：清洗水由泵泵入，经过阀 2 以及视筒后，对过滤桶进行反冲洗，滤渣由阀 3 处排出（阀 1、阀 4 处于关闭状态）。2.3 方案比较方案 1 原理较简单，管道系统相对较为复杂，但是过滤精度较高，可靠性较强，由于采用循环过滤且用闭环控制，待网内外压差值满足排放条件时，指挥排污阀进行排污，使过滤精度得以提高；并且采用先进的控制方式和优质的信号转换器从而具有性能稳定，维护管理方便，日常维护少，只须做定期维护即可等特点，具有明显的实用价值、经济价值和推广价值。8方案 2 原理简单，过滤和反冲洗装置简单，但是由于过滤和反冲洗管道共用较多且没有排除管道余液的设计，故过滤精度难以保证，维护较多以及容易发生堵塞等情况。综上所述，最终方案选取为方案 1 为基本方案。3 过滤部分的设计3.1 过滤桶的设计3.1.1 过滤盘的设计过滤精度为 0.5-100m，故滤网采用涤纶布料可以达到要求而且表面光滑，再在上涂上一层硅藻土增加过滤流量，水面上部采用气压，压强大小为 1.6MPa，最大可达到 2.5MPa，可以使过滤更加快捷。滤后液通过下部孔流出，从取样阀中取样调节流速从而保证过滤精度，达到保准后，打开 F10，完成过滤。另外该系统在-5105的范围内工作6。已知条件：过滤面积：10；正常工作压力 1.6MPa、最大工作压力 2.5MPa。.选定过滤介质的半径（R），厚度（H），片间间隙（h）以及片数（N）分别为：R=0.4m、H=0.03m h=0.02m 每一片的过滤面积为：S=*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502N=10/S=10/0.502=19.9所以片数需要 20 片才能满足过滤需要，也因此过滤滤芯长度（过滤部分）应等于20*（H+h）+顶部密封片厚度+顶部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m.过滤片零件图如图 3：3.1.2 计算内压圆筒壳体的壁厚已知 Pg=1.6MPa由壁厚计算公式：（1） cticPDP 2/*- 计算厚度；mmP - 计算压力；Mpac9- 焊接接头系数;- 材料的许用应力;t在已知设计温度下 16MnR 的许用应力7，在厚度为 616mm 时，=170Mpa;t在厚度为 1636mm 时，=163Mpa;焊接接头系数；t85. 0设定圆筒内径 D =1000mm；腐蚀裕量 C =2mm；i2设计厚度: 材料的许用应力=170Mpa （厚度为 616 时），筒体厚度计算；t=1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm （2） cticPDP 2/* =5.5+2=7.5mm；d2C由钢材标准规格，圆整可得壁厚为10； 120.01图图 3 3 过滤片零件图 Fig.3 Parts diagram of filters 圆筒的半径由滤饼半径确定取 R=500mm; 圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为 150mm；顶尖的直径=50mm；锥角=50 H=H +h1=1100+150=1250mm；总1 圆筒边缘设计，边缘厚度=20mm；B=35mm；凸缘高度 H=10mm；10 固定顶尖板的厚度 =10mm；长度 L=120mm；宽度 B=120mm；但容器制成后必须经过压力试验合格后才能交付，压力的目的主要是检查加工制造工艺的问题和焊缝的强度，以及各连接面的紧密性等7。对压力试验一般都用水压试验。对水压试验时，筒体相应压力的验算公式为：=P 水D+（S-C）/2（S-C）（3）按规定水压试验压力 P 水=1.5MPa；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 查表所得为 1.6，故 s=115*1.6=184MPas 与水压系数的积为 0.9s=164MPa由于 115 MPa164MPa,故筒体强度满足水压试验的要求。3.1.3 过滤桶的结构设计过滤桶设计是整个管道系统的重点。直接从桶上引出的有 5 个管道（底部 3 个管道、顶部 2 个管道），如图 4。（1）桶底正中引出的滤后管，然后连接 S2（正常工作视筒），再接上 2 个阀门F9（成品出口阀，正常工作是从这流出成品液）和 F11（取样阀，用于刚开始工作是取出样品，从而确定各项参数）；（2）桶底斜锥面引出排渣管，引出后分成 2 个方向一个是反冲洗时使用的排渣管，上面安装着 F8（排渣阀）；另一个是循环过滤的循环管，通过 F5（流向控制阀，单向阀）使压力过大时形成循环过滤；（3）桶内靠壁处装有反冲洗管道，连接 F7（冲洗阀）后也分成 2 个方向一个直接连到水泵上；另一个接上 F10（余液出口阀）其作用是在滤余液过程中将管道以及过滤桶的液体流出；11图 4 过滤桶Fig.4 Filter bucket（4）桶顶的一个循环管道向上连接 S1（循环视筒）和 F4（循环液出口阀）接到循环桶底部；（5）桶顶的另一个循环管道向上连接 F7（排气阀）和压力表，然后接到循环桶顶部，以保持过滤桶以及循环筒压力的正常（1.6MPa2.5MPa）。3.1.4 循环桶的设计(1)结构介绍循环桶的工作原理比较简单，需要设计的参数也较少，主要分为 2 管道：其中一条的作用待滤液通过 F2（待滤液入口阀）、水泵、F3（循环筒入口阀）从循环桶下部泵入，在循环桶上部压力的作用下从右边下方的循环出口通过 F4 后进入过滤桶过滤；另外一条是顶部的管道，上面连接 F7（排气阀）和压力表和过滤桶顶部连接在一起以保持压力。(2)循环桶的容量设计因为循环桶所受压力不是很大，且不是全封闭的，所以可以不许校核桶壁承受应力。设定桶壁厚=3mm；桶高度 H=1200mm；半径 R=400mm；容积 V=0.65m 。33.2 传动部件设计3.2.1 带传动的设计确定计算功率 Pca由机械设计表 8-7 查得工作情况系数 K =1.0,A故 P= K P=1.0*5.5kw=5.5kw caA12（4）选择 V 带的带型根据 P，n 由机械设计教材由图 8-11 选用 A 型ca确定带轮的基准直径 d 并验算带的速度d初选小带轮的基准直径 d，由表 8-6 和表 8-8，取小带轮的基准 d=140mm1d1d验算带速 V=* d *n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s1d 因为 5 m/s V 25 m/s,故带速合适计算大带轮的基准直径，根据式(8-15a)，计算大带轮的基准直径 d=i *d=3*140mm=420mm；2d1d 根据表 8-8，圆整为 d=450mm；2d确定 V 带的中心距 a 与基准长度 Ld 0.7（d+ d）a 2（d+ d）（5）1d2d01d2d 根据上式，初定中心距 a =900mm；0计算带所需的基准长度 L2a +（d+ d）/2 + (d-d) /4a0d01d2d2d1d20 =2*900 +*590/2 +(450-140) /3600=2770mm; 2 由表 8-2 选带的基准长度 L =2800mm；d按式（8-23）计算实际中心距 a0 a= a +（ L - L）/2=900+(2800-2770)/2=915mm; 0d0d（6）验算小带轮上的包角 1=180 -（d-d)*57.3/a102d1d0 =180 -(450-140)* 57.3/915=161 90 ； 0000（7）计算带的根数 Z13计算单根 V 带的额定功率 Pr；由 d=140mm；和 n=1440r/min,查表 8-4a 得 P =2.28kw；1d0 根据 n =1440r/min，i=3 和 A 型带，查表 8-4b 得 P =0.17kw；10 查表 8-5 得小带轮包角 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）计算 V 带的根数 Z Z= P/ Pr=5.5/2.58=2.1 ca（9）所以 V 带的根数为 3 根。小带轮设计材料选取 HT200； d =140mm； d 300mm；采用腹板式结构8；1d1d d=40mm，d =（1.8-2.0）*d，d 为电机轴的直径； d =1.8d=72mm；11 C=(1/71/4)B L=(1.52)d,当 B1.5d 时，L=B C=1/4*B=15mm; 根据前面设计得小轮直径 d =140mm，大轮直径 d=450mm，故查表应选用带长1d2dLd=2800、A 系列、长度修正系数 Kl=1.1 的皮带，b =11，h =6，dah =12mm;B=60mm; fA=81 ;小皮带轮的零件图 5：2大带轮设计 HT200；d=420mm；d300mm；采用轮辐式结构9，2d2d d=50mm；d=(1.82)d,d 为轴的直径；1d=100mm；f=12mm，h =0.8h =26mm；121 b =0.4h =13mm；b =0.8 b =11mm；L=(1.52)d,当 B1.5d 时，1121L=B；f =0.2h =6.5；11 h =290*=290*=31.4mm=32mm； 13/anzP33*1440/5 . 514（10）图 5 小皮带轮零件图Fig. 5 Pulley parts diagram大带轮的零件图如图 6：3.2.2 空心轴的设计空心轴的直径设计 d=A （11） nPT 2 . 0/9550000303/np dA）式中，=d /d,即空心轴的内径 d 与外径 d 之比0341 (*/nP11通常取=0.50.6， =T/W =(9550000P/n)/0.2d （12） TT3T 查机械设计教材，如表 1：表 1 轴常用几种材料的及 Ao 值TTable 1 Axis common of several materials and Ao valuesT轴的材料Q235-A20Q275 ,35 45 40C ,35S Mrin/MpaT15252035254535 55Ao149126135 112126 103112 9715通过查机械设计教材表 2，查得 V 带的传动效率值为=92%；取 Ao=110mm； P=5.5*92%=5.06kw ；n=480r/min；=0.6； dA）=110*）=25.5mm； 0341 (*/nP346 . 01 (480/06. 5（13） d1.15*d=30mm;min图 6 大皮带轮零件图Fig.6 Pulley parts diagram 轴的结构设计确定装配方案根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度；为了满足轴的轴向定位要求和装配要求8，此空心轴分为 3 段，-轴上装大皮带轮，键，密封圈，端盖；外径 D-=50mm 内径=50*60%=30mm，轴长为h=115mm；-轴上装密封圈，轴承，端盖，外径 D-外径 = 55mm，轴长h=106；内径=33mm；-轴上装配滤盘，密封圈，锁紧螺母，外径 D- =60mm；内径=36mm，轴长 h=115mm；如图 7。轴承的选择；因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用两个圆锥滚子轴承，参照工作要16求并根据 D- =55mm；由轴承产品目录中初选取 0 基本游隙组，标准精度级的圆锥滚子轴承型号 30313，其尺寸为 d=55mm，D=80mm，B=13mm。轴的校核按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=18.6Mpa；caWTM/)(2321查表机械设计表 15-1 查得=60Mpa;因此，故安全。1ca1 精确校核轴的疲劳强度 S=S *S /S （14） ca22SS S =/K *+*S (15)1am 截面抗弯截面系数 W=0.1d =0.1*55 =16637mm333 抗扭截面系数 W =0.2 d =0.2*55 =33250 mm T333（16）截面的左侧的弯矩 M 为 M=166758*(71-36)/71=92534N.m （17）截面上的扭矩 T 为 T=960000N.截面上的弯曲应力=M/W=92534/16637=5.6Mpa （18）截面上的扭转切应力 =T/ W =960000/33250=28.2Mpa T（19）轴的材料为 45 钢，调质处理10。由表 15-1 查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa；B1截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;经插值得:， =1.310 . 217轴按磨削加工，得表面质量系数为=0.92轴未经表面强化处理，即=1，得qK =2.80 K =1.62计算安全系数 S值，ca S=S *S /=9.5S=1.5 ca22SS（20）故可知其安全。图 7 轴的零件图Fig. 7 Axis parts diagram3.3 电动机的选择由于本设计需要一个功率在 5KW 以上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（S6）异步电动机，其安装形式为 V13011，通过查机械设计手册选得：电动机 Y132S-4，技术数据如下：额定功率 5.5KW，转速 1440r/min，额定电流 13.4A，效率 92%，功率因数 0.78，最大转距/额定转距为 2.3，堵转转距/额定转距为 2.2，堵转电流/额定电流为 6.5，转子转动惯量 GD为 0.535N/，重量为 68.3.4 阀门的选择与设计18用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但是电液比例阀或者伺服阀能接收的信号是连续的电压或电流，而计算机的指令是“开”或“关”的数字信息，要用计算机控制必须进行数/模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低11。在这种技术要求下，20 世纪 80 年代初期出现了电液数字控制阀。用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀，目前应用较少。它可直接与计算机接口，不需数/模转换。可以分为数字式流量阀、数字式压力阀、数字式方向流量阀等。下面举例以增量式数字流量阀来说明原理：组成：步进电动机、滚珠丝杠、阀心、阀套、阀杆、传感器等。工作原理：计算机发出信号后，步进电机转动，通过滚丝杠转化为轴向位移，带动节流阀阀心移动，首先打开非全周节流，流量较小，而后打开全周节流口，流量较大，可达 3600 L/min，如图 8。特点：1 阀心、阀套、阀杆的相对热膨胀取得温度补偿，维持流量恒定。 2 该阀无反馈功能，但装有零位移传感器，每个控制终了，阀心都可在它控制下回到零位，重复精度较高。单向阀是控制流体只能正向流动，不允许反向流动的阀，也可称逆止阀或止向阀。增量式数字阀是采用由脉冲数字调制演变而成的增量控制方式，以步进电机作为电气机械转换器，驱动液压阀芯工作，因此又称步进式数字阀12。微型计算机(下简称微机)发出脉冲序列经驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件，根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调制法演变而成的一种数字控制方法，是在脉冲数字信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数上，增加或减少一些步数，而达到需要的幅值，步进电机转角与输入的脉冲数成比例，步进电机每得到一个脉冲信号，便得到与输入脉冲数成比例的转角，每个脉冲使步进电机沿给定方向转动一固定的步距角，再通过机械转换器(丝杆螺母副或凸轮机构)使转角转换为轴向位移，使阀口获得一相应开度。从而获得与输入脉冲数成比例的压力、流量。有时，阀中还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。阀的输出量与输入脉冲数成正比，输出响应速度与输入脉冲频率成正比。对应于步进电机的步距角，阀的输出量有一定的分辨率，它直接决定了阀的最高控制精度。19本设计中 F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9、F10、F11 均采用电液数字控制阀，而 F5 采用单向阀。1步进电动机 2滚球丝杠 3阀心 4阀套 5阀杆 6 传感器图 8 数字流量阀Fig.8 Digital flow control valve3.5 传感器的选择与信号检测3.5.1 传感器的选取经过反复比较与选择最后选用美国 Motorola 公司生产的 MPX2100A 型单片集成硅压力传感器，其测量范围为 0100KPa，工作温度范围为-40125，传感器的输出电压和被测绝对压力成正比，采用显微机械加工、激光休整等先进和薄膜电镀工艺，具有测量精度高、预热时间短、响应速度快、长期稳定性好、可靠性高、过载能力强等优点13。若采用 5V 电源时，在 080温度范围内的最大测量误差不超过1.8%，满量程输出电压为 4.95V，压力灵敏度为 54MV/KPa，预热时间为 20ms，响应时间为1ms，长期稳定度为0.5%，允许过载 348%FS（FS 代表满量程）。电源允许范围为4.85V5.35V，典型值为 5.0V 或 5.1V，电源电流为 7.0MA（典型值）。具体资料可参见外文文献。3.5.2 信号检测整个工作流程由 PLC 控制，PLC 发出信号至电源和驱动器，控制其电流大小，影响电动机的功率、转速等，完成对被控量的控制（流量、压力等）；而 MPX2100A 压力传感器将被控量负反馈给 PLC，是被控量保持在一个稳定的波动范围内。3.6 控制面板的设计控制面板分为 4 大块：4 个灯、4 个按钮、2 个铃20其中正常工作时，先亮过滤灯，然后是滤余液的指示灯，最后是反冲洗的灯，如此循环，前一个灯灭接着后一个灯亮；如出现故障则亮报警灯以及响报警铃并且停止工作；反洗的时候同时响反洗铃； 4 个按钮的作用则很明显，启动按钮采用绿色材料，停止按钮采用红色材料13。另外 2 个按钮用来控制取样阀，来获取样品，从而调整工作状态。4 控制部分的设计4.1 控制系统的选择从工程的角度，PLC 与单片机系统的选用比较对单项工程或重复数极少的项目，采用 PLC 方案是明智、快捷的途径，成功率高，但成本较高。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可持续地运行。最好的方法是单片机系统嵌入 PLC 的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证14。基于 PLC 控制系统优点实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC 经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护，更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目14。高可靠性各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。系统配置简单灵活.丰富的 I/O 卡件控制系统采用模块化结构安装简单，维修方便综上所述，此过滤机选用 PLC 的控制系统。5 设计的应用5.1 过滤器的发展常用的机械过滤器虽然能达到较好的过滤效果，但是其滤速慢，于是造成过滤器设备庞大、耗水量大，手动设备劳动强度大，而自动设备造价又太高，因此大大地限制了它的发展和广泛应用。21十九世纪，出现了筛网过滤器，它是通过一个不锈钢丝编织的滤网阻截水中较大的杂质颗粒，这大大提高了滤速，简化了设备，但是水中较小的颗粒和纤维仍能穿过滤网，更重要的是如果它们过滤时恰好卡在或缠绕在滤网上，再要清洗掉这些杂质就不容易了15。因此，基于这两方面的原因筛网过滤在应用中一直受到了很大的限制。新型自动盘片过滤器充分继承了上述过滤器的优点，同时又克服了它的缺点，具有反洗效果好、设备自动化程度高、过滤水质稳定、设备占地面积小的特点，自耗水率仅有 0.25%左右。5.2 盘片过滤器的特点（1）精确过滤：可根据用水要求选择不同精度的过滤盘片，有20、50、100、200 多种规格，过滤比大于 85%。（2）彻底高效反洗：由于反洗时将过滤孔隙完全打开，加上离心喷射作用，达到了其它过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需 20 秒左右即可完成。（3）全自动运行，连续出水：时间和压差控制反洗启动。在过滤器组套内，各个过滤单元顺序进行反洗。工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损小。（4）标准：模块化系统设计，用户可按需取舍过滤单元并联数量，灵活可变，互换性强。（5）占地省：可灵活利用现场边角空间，因地制宜安装，占地少。（6）运行可靠、维护简单：几乎不需日常维护，不需专用工具，零部件很少。（7）使用寿命长：经多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差。例如：大庆某热电厂 2000 年采用两套 JY3-7 盘式过滤器作为离子交换预处理设备，过滤精度为 50，总处理水量 250 吨/小时；该厂原来采用的过滤器为 5 台 3000 砂过滤器，设备庞大，而且手动控制，每天至少反洗一次，工人劳动强度大，设备自耗水率达到 810%17。采用盘式过滤器后设备占地仅为 3mX3m，同时由于自动控制可实现无人职守，目前过滤器约 3 小时反洗一次，每个过滤单元反洗时间 15 秒，用水量仅为 33 升，而总产水量约为 9X3=27 吨，自耗水率为 0.12%，是原来耗水量的八十分之一18。5.3 盘片过滤器的应用领域22这种过滤器除了广泛应用于农业灌溉系统的水过滤外，目前在工业水过滤领域有更好、更多的应用实例，如：青岛啤酒厂的工艺用水过滤、大庆热电厂的离子交换前预处理、郑州某项目的黄河水预过滤、北京植物园的加湿喷嘴保护等。经过几年来的研究开发，盘式过滤器在一些领域已经具有很强的技术优势和很好的运行经验，从而大量应用于工业循环水旁过滤、系统总进水过滤以及细管和喷嘴的保护等方面18。同时随着水处理领域的不断扩大，在离子交换前预处理、苦咸水过滤、超滤系统的预过滤甚至在低 SDI 井水水源的反渗透处理中代替砂滤器等方面也有一定量的应用，并且正在不断扩大。参考文献1文美纯，刘吉普，对全自动过滤机的探讨N.过滤与分离1997.第三期.75-46.2文美纯，刘吉普，可编程序控制器在过滤器上的应用研究N.过滤与分离2002.VOl12.NO4.42-45.3 文美纯，刘吉普，新型管道过滤器的开发研究N.过滤与分离1996.第三期.8-16.4丁启圣、王惟一.新型实用过滤技术M .北京：冶金工业出版社. 2000.235-45.5文棋.全自动自清洗过滤机过滤机理分析及控制系统研究J.浙江：大学硕士学位论文.2002.4-41.6管力明.PLC 在硅藻土过滤机上的应用J.机电工程 2004 年第 21 卷第七期.2004.421-15.7华东工业大学、浙江大学合编.化工容器设计M.武汉：湖北科学技术出版社.1985.85-41.8濮良贵，纪名刚.机械设计（第 8 版）M.北京：高等教育出版社.2006.12-45.9刘鸿文.材料力学（第 4 版）M.北京：高等教育出版社.2004.14-52.10哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 理论力学（第 6 版）M.北京：高等教育出版社.2002.213-15

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