中心传动刮泥机动力系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 I 图 书 分类号 ： 密 级 ： 摘要 传统的悬挂式刮泥机运行控制系统采用的是继电器逻辑控制线路 。 采用这种控制线路 ， 存在易出故障、维护不便、运寿命较短、占用空间大等缺点 。 所以本课题采用 接触器电气控制系统 ， 实现了对中心传动刮泥机的自动控制 ， 可编程控制器是一种广泛应用于工业现场的新型控制器 ， 具有结构简单 ， 抗干扰性强 ，编程方便等特点 ， 本课题所研究的利用电气控制系统的设计实现了的控制悬挂式中心传动刮泥机自动化 ， 方便了工人实际操作 。 由于 接触 器电气控制系统相比 ， 具有结构简单 ， 编程方便 ， 调试周期短 ， 可靠性高 ， 抗干扰能力强 ， 故障率低 ，对工作环境要求低等一系列优点 。 因此 ， 本论文将把 从而大大提高刮泥机的工作性能 。 完成了电气控制系统硬件和软件的设计 ， 其中包括 I/I/ 对 泥机 的工作过程作了详细阐述 ， 论述了采用 代传统继电器 接触器电气控制系统从而提高 刮泥机 工作性能的方法 ， 给出了相应的控制原理图 。 关键词 可编程控制器；梯形图； 电 气控制系统 买文档就送您 01339828或 11970985 he is of to to be to in a so on LC to to is in to be so on LC to be is is is is to a of LC in as LC ， ， LC to LC LC to 文档就送您 01339828或 11970985 录 1 绪论 . 1 国的环保形势 . 1 泥机 . 1 泥机的分类 . 1 种类刮泥机的适用条件和优缺点 . 2 心传动刮泥机 . 4 理 . 4 品特征 . 4 心传动刮泥机参数： . 4 计任务 . 5 究意义 . 5 2 刮泥机总体构成 . 6 臂的形式 . 9 板 . 10 下轴承 . 11 作桥 . 12 3 动力系统设计与计算 . 13 动装置的设计 . 13 动机的选择 . 13 择电动机的类型和结构形式 . 13 定电动机的功率 . 14 轴器的设计 . 16 的选择 . 18 水泵 . 18 水泵 . 19 轮、蜗杆的设计、计算 . 20 轮、蜗杆材料及 精度选择 . 20 轮、蜗杆计算和校核 . 20 算和校核 . 20 动立轴的设计与计算 . 22 买文档就送您 01339828或 11970985 轴的概述 . 22 的材料 . 22 的强度计算 . 23 的刚度计算 . 23 泥机传动立轴的计算 . 24 4 中心传动刮泥机电气控制系统硬件软件部分的设计 . 25 号的选择 . 25 据 物理结构 . 26 据 指令功能 . 26 据 输入输出点数 . 26 据 存储容量 . 27 据输出模块的类型 . 27 泥机动力系统泥机总体方案说明 . 27 气控制原理图的设计 . 28 电路的设计 . 28 流控制电路的设计 . 28 要参数设计 . 29 I/O 端口分配表 . 29 I/O 电气接线图的设计 . 30 挂式中心传动刮泥机电气控制系统软件部分的设计 . 31 结论 . 36 致谢 . 37 参考文献 . 38 附录 . 39 附录 1 . 39 附录 2 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 01339828或 11970985 1 1 绪论 国的环保形势 自从改革开放以来 ， 我国科技 ， 经济快速发展 ， 工厂在各个城市林立 ， 但随之而来的是环境污染 。 现在 环境保护是我国的基本国策 。 世界经济发展的实践证明 ， 为实现经济的持续稳定的发展 ， 必须解决好发展与环境保护的矛盾 。 随着我国社会和经济的高速发展 ，城市环境污染特别是水污染的问题日趋严重 。 城镇生活污水的排放量逐年增加 ， 2002 年全国工业和城镇生活废水排放总量为 吨 ， 比上年增加 吨 ， 比上年增加 城镇生活污水排放量 吨 ， 比上年增加 其中仅有 10%得到处理 。 生活污水中含有较高的氮、磷等营养物质 ， 未经处理直接排入江河湖海 ， 是导致水域富营养化污染的主要原因 。 2002 年监测数据显示 ， 辽河、海河水系污染严重 ， 劣 V 类水体占 60%以上；淮河干流水质以 水体为主 ， 支流及省界河段水质仍然较差；黄河水系总体水质较差 ， 干流水质以 水体为主 ， 支流污染普通严重；松花江水系以 水体为主；珠 江水系水质总体良好 ， 以 水体为主；长江干流及主要一级支流水质良好 ， 以 水体为主 。 由于 “污染性 ”造成的水资源短缺 ， 已成为严重制约我国社会经济持续发展的突出问题 ， 有 待解决 。 目前我国水污染控制的重点已从以工业点源为主 ， 逐步转变为以城市污水污染为主的控制 。 国家非常重视环境污染问题 ， 制定了相应的法律法规 。 从节约水资源和保护环境出发 ， 我国政府提出落实科学发展观 ， 走可持续发展的道路 。 如果直接清理污染河道 ， 代价肯定是巨大的 ， 因此治污必须从源头抓起 ，污水必须经过净化方可排放 。 建设具有一定净水能力的污水处理厂势在必行 。 根据预测到 2010年我国城市污水排放总量为 1050亿 城市污水处理率要达到 50%，预计需新建污水处理厂 1000 余座 ， 而决定城市污水处理厂投资和运行成本的主要因素是污水处理工艺和技术的选择 ， 因此开发适合我国国情的、高效、低耗、能满足排放要求、基建和运行费用低的污水处理新技术 ， 具有十分重要的现实意义 。 刮泥机就是污水处理的一种重要设备 。 该设备在国外的应用较为广泛的一种 。 泥机 泥机的分类 买文档就送您 01339828或 11970985 2 表 1泥机的分类 平流式沉淀池 行车式 吸泥机 泵吸式 单管扫描式 多管并联式 虹吸式 虹吸泵吸式 刮泥机 翻板式 提板式 链板式 单列链式 双列链式 螺旋输送式 水平式 倾斜式 辐流式沉淀池 中心传动式 垂架式 刮泥机 双刮臂式 四刮臂式 吸泥机 水位差自吸式 虹吸式 空气提升式 悬挂式 周边传动式 刮泥机 吸泥机 种类刮泥机的适用条件和优缺点 我国有多种刮泥机 ， 有 行车式虹吸、行车式提板刮泥机、链板式刮泥机螺旋、输送式刮泥机泵吸泥机、悬挂式中心、传动 刮泥机周边传动吸泥、刮泥机 等 。 下表 1各种类刮泥机的适用条件和优缺点 表 1序号 机种名称 池形 池径或池宽（ m ） 池底坡度 适用范围 （吸）刮泥转 速（ m/ 优缺点 1 行车式虹吸、 泵吸泥机 矩形 8 30 平底 （ 1 ）给水平流沉淀池 。 （ 2 ）排水二次沉淀池 。 （ 3 ）斜管沉淀池 。 （ 4 ）悬浮物含量应低于 5000 。 （ 5 ）固体重量度不大于 粒 优点 (1)边行进边吸泥 ， 效果较好 (2)根据污泥量多少 ， 调节排泥次数 (3) 往返工作 ， 排泥效率高 。 缺点 ： (1)除采用液下泵外 ， 吸泥前须先引水 ， 操作较麻烦 。 (2) 池内不均匀沉泥 ， 吸泥浓度不一致 。 (3) 吸出污泥的含水率较高 买文档就送您 01339828或 11970985 3 续表 1 行车式提板刮泥机 矩形 4 30 1 ）给水平流沉淀池 。 （ 2 ）排水初次沉淀池 。 点 :(1)排泥次数可由污泥量确定 .(2) 传动部件可脱离水面 . 检修方便 .(3) 回程时 ， 收起刮板 ， 不扰动沉泥缺点 :电器原件如设在户外 ， 易损坏 3 链板式刮泥机 矩形 6 1) 沉砂池 (2) 排水初次沉淀池 (3) 排水二次沉淀池 3 点 :(1)排泥效 高 ，在循环的牵引链上 ，每隔 2m 左右装有一块刮板 ， 因此整个链上的刮板较多 ， 使刮泥保持连续 (2)刮泥撇渣两用 ， 机构简单 . 缺点 :(1)池宽受到刮板的限制通常不大于 6m.(2) 链条易磨损 ， 对材质要求较高 . 4 螺旋输送式刮泥机 矩形或 圆形 5 40 长槽 (1) 沉砂池 .(2) 初沉池 .(3) 最大安装角 30 . (4) 最大输送距离 : 水平布置为 20m 倾斜布置为 10m 1040r/1)严禁较大或带状的悬浮物进入 .(2) 中间支撑不得阻碍泥砂输送 .(3) 池外传动密封要求可靠 .(4) 泥砂沉积时间不宜超过 8h 5 悬挂式中心 传动刮泥机 圆形 6 12 1) 给水幅流式沉淀池 (2) 排水初沉池 (3) 排水二次沉淀池刮泥 (4) 排水二次沉淀 池吸泥 (5) 污泥浓缩池 最外缘刮板端 13 优点 :(1) 结 构 简单 .(2) 运转连续 ， 管理方便缺点 :刮泥速度受刮板外缘的速度控制 . 6 垂架式中心传动吸泥机、刮泥机 14 60 外缘刮板端 13 7 周边传动吸泥、刮泥机 14 100 外缘刮板端 13 8 机械搅拌澄清池刮泥机 圆形 36 715 物线 机械搅拌澄清池 最外缘刮板端 点 : 排泥彻底缺点 :(1)水下传动部 件的检修较困难 .(2) 销齿磨损 ， 不易察觉 . 买文档就送您 01339828或 11970985 4 续表 1 钢索牵引刮泥机 矩形圆形 40 4 34 23 23 12 1 936 2832 2752 2872 5081 2880 40 所以传动比 I=n/1 查阅机械设计手册 ， 取 I=31 查阅实用机械设计手册初选 ： 动载荷系数1 1K， 当涡轮圆周速度2 3/v m s时1 1K， 反之取 合质量系数2 1K ， 取值范围 小时载荷率系数3 ； 环境温度系数4 （由表 工作情况系数5 1K （由表 ； 风扇系数6 ， （由图 ； 综上 ， 载荷系数载荷系数1 2 3 4 5 6 0 . 8 4K K K K K K K 。 算和校核 由题意知 ： 使用寿命 10年 ， 每年工作 300天 ， 每天工作 16小时 ， 每小时载荷时间为 15分钟 应力循环次数 ： N=602n t =710 ， 查阅机械传动设计第四卷图 查得 以估算的蜗轮圆周速度 确定采用浸油润滑 ， 查得润滑速度影响系数 许用接触应力 ： = H b p s =150 =115 N 710 时涡轮材料的许用接触应力见表 滑动速度影响系数 ， 又图 侵油润滑曲线 ) 寿命系数 ， 由 N=710 查图 买文档就送您 01339828或 11970985 21 21 9550 = ： 传动效率取 项目 代号 公式 计算结果 轴相角 90 蜗杆的直径系数 q 111ta 10 变位系说 20 . 5 ( )a a 取值（ 1 ） 中心距 a 1 2 211( ) ( 2 )22a d d m z q 180(模 数 m 222Am 10(蜗杆头数 1z 涡轮齿数 2z 61 传动比 i 21zi z 杆、涡轮分度圆直径 1d 1d 50 2d 22d z m 305 蜗杆、涡轮节圆直径 1d 1 ( 2 )d m q 55 2d 22d z m 305 蜗杆分度圆导程角 r 1q 111836 蜗杆、涡轮齿顶高 111 5 22 2 2()a a ah m h m h 杆、涡轮齿根高 111()m h c 6 221()m h c 11 蜗杆、涡轮齿顶圆直径 11 1 12d m h 60 22 2 222d m h m 320 蜗杆、涡轮齿根圆直径 11 1 22 ( )d h c m 38 22 2 2 22 2 ( ) 2f a ad d h d h c m m 298 买文档就送您 01339828或 11970985 22 涡轮宽度 2b 210.7 61 蜗杆螺纹长度 1b 12(1 2 . 5 0 . 1 )b z m 大于 核 H=21151502 5 1 5 0 1 5 2 . 30 . 3 0 5 0 . 0 5 5 =78 88 齿根弯曲强度计算 ： a 设计公式 ： 2321 26000 () Ym d m ，蜗轮复合齿形系数 ， 按22 3及变位系数 图 2似求得 F 为蜗轮齿根许用应力按下式计算 ： F= F 其中 F为 06 时的轮缘材料许用弯曲应力 ， 蜗轮材料及 07 时的许用接触应力 H ，蜗轮材料及 06 时的许用弯曲应力 F ，查表取 F=35 ， 查得 计算得 ： 所以满足要求 b 验算公式 ： 212666 () S K K Y Y M P ad d m ，Y为导程角系数 ， 用公式 Y=1算得 2 8 3 5F 满足设计要求 ： 蜗轮轮齿弯曲强度计算 F 2222 2 1 4 8 8 0 04 3 0 8 5 2 F F= = 0 动立轴的设计与计算 的概述 作为回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转 ， 大多数轴起着转矩的作用 ， 根据轴的承载情况可分为转轴、心轴和传动轴类 。 刮泥机传动立轴主要用于传动力矩 ， 属于传动轴 。 的材料 轴的材料主要采用碳素钢和合金钢 。 碳素钢比合金钢价廉 ， 对应力集中的敏感较小 ，买文档就送您 01339828或 11970985 23 所以广泛应用 。 常用的碳素钢有 30 50 钢 ， 最常用的是 45 钢 。 为保证其力学性能 ， 应进行调质或正火处理 。 刮泥机的传动立轴采用 45 钢 。 的强度计算 轴的强度主要有三种方法 ： 许用切应力计算；许用弯曲应力的计算；安全系数计算 。 许用切应力的计算只需知道转矩的大小 ， 方法简便 ， 但计算精度较低 。 它主 要用于下列情况 1）传递以转矩为主的传动轴； 2）初步估算轴径以便进行结构设计； 3）不重要的轴 。 弯矩的影响 ， 可在计算中适当降低许用应力 。 许多弯曲应力的计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数 。 为此 ， 常先按转矩估算轴的结构 。 设计后 ， 即可画出轴的弯矩合成图 ， 然后计算危险截面的最大弯曲应力 。 它主要用于计算一般重要的、弯矩复合的轴 ， 计算精度中等 。 安全系数校核计算也要在结构设计后进行 ， 不仅要定出轴的各段直径 ， 而且要定出过渡圆、轴配合、表面粗糙度等细节 。 它主要用于重要的轴 ， 计算精度较高 ， 但计 算较复杂 ，且常需要足够的资料才能进行 。 安全系数校核计算能判断各危险截面的危险截面的安全程度 ， 从而改善各薄弱环节 ， 有利于提高轴的疲劳强度 。 刮泥传动立轴主要用于传动扭矩 ， 因此根据以上使用条件 ， 只需进行许用切应力计算 。 受转矩 T（ 实心圆轴 ， 其切应力为 见式（ 。 639 1 0 /0 式（ 式中 W 轴的抗扭截面系数 ， 3 P 轴传递的功率 n 轴的转速 ， r/ 许用切应力 。 的刚度计算 轴受载荷以后要发生弯曲和扭转变形 ， 如果变形过大 ， 会影响轴上零件正常工作 。例如 ， 若车床丝杆扭角过大 ， 会影响车刀进给 ， 降低加工精度；发动机的凸轮轴扭转角过大 ， 会影响气 阀开关时间 ， 镗床的主轴或磨床的传动轴如扭转角过大 ， 将会引起扭转振动 ，影响工件的精度和光洁度 。 所以 ， 要限制一些轴的扭转变形 。 轴的变形有三种 ： 绕度、转角、和扭角 。 在各种机器中对轴的刚度要求不一致 。 刮泥机的传动立轴在传动过程中要保证扭角 。 受转矩 T（ 用 ， 其扭角 ， 由此可得单位轴长扭角为 见式（ L 式（ 式中 L 轴受转矩作用长度； 买文档就送您 01339828或 11970985 24 轴截面的极惯性矩； G 轴材料的切变模量 。 泥机传动立轴的计算 刮泥机传动立轴采用 45 号钢 ， 并采用实心轴 。 1）按扭转强度计算 ， 可有公式得 31 7 d d 最小轴径（ M 轴所传递的扭矩（ 许用扭转剪应力 。 根据表查得 30； 有公式 N=9550 4630 d3 0 92 2）按扭转刚度计算31 6 d 最小轴径（ M 轴所传递的扭矩（ 许用扭转角（ m ） 。 根据表查得 m ）； M 4630 入数据得4 46301 6 1 122 根据以上计算可得 ： 采用 45 钢的传动立轴轴径选 130 3） 对传动立轴进行校核 强度校核T 其中 36D ， T=M， 代入数据得T 34630 = ， 刚度校核 ， 其中 432p ， G 80 代入数据得 944 6 3 0 3 2 5 7 . 38 0 1 0 3 . 1 4 0 . 1 3 m ） 。 买文档就送您 01339828或 11970985 25 4 中心传动刮泥机电气控制系统硬件软件部分的设计 悬挂式中心传动刮泥机的电气控制系统的设计方案由两部分组成 ， 一部分为电气控制系统的硬 件设计 ， 也就是 机型的确定；另一部分是电气控制系统的软件设计 ， 就是制程序的编写 。 具体方案如下 ： 号的选择 刮泥机 电气控制系统普遍采用的是传统的继电器 接触器控制方式 。 因其所要控制的电机较多所以电路较复杂 ， 经常发生电气故障 ， 从而影响 处理污水 。 另外 ， 一些复杂的控制 ， 如 ： 时间 用继电器 接触器控制方式较难实现 ， 气控制系统可以有效的弥补上述系统的这一缺陷 。 可编程逻辑控制器（ 称 是从早期的继电器逻辑电气控制系统 发展而来 ， 它不断吸收微型计算机控制技术 ， 使之功能不断增强 ， 逐渐适合复杂的电气控制系统 。 所以有较强的生命力 ， 在于它更加适应工业现场和市场要求 。 可靠性高 ， 抗干扰能力强、编程方便、价格低、寿命长 。 与单片机相比 ， 它的输入 /输出端更接近现场设备 ， 不需添加太多的中间部件 ， 这样可以大大节省用户的开发时间与生产成本 。 现在应用于各种工业控制领域的 类繁多 ， 规模大小和功能强弱千差万别 ， 但他们具有以下一些共同的特点 。 可靠性高 。 可靠性是用户的首选要求 ， 目前各厂家生产的 平均无故障时间都大大超过 定的 10 万小时 ， 例如 ： 西门子、 下、三菱等微小型 而且都有完善的自诊断功能 ， 判断故障迅速 。 灵活组态 。 可编程控制器是系列化产品 ， 通常采用模块化结构来完成不同的任务组合 。输入输出端口选择灵活 ， 有多种机型 ， 组合方便 。 功能强大 ， 除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外 ， 配合特殊功能模块还可实现点位控制、 算、过程运算、数字控制等功能 ， 为方便工厂管理又可以与上位机通信 ， 通过远程模块可以控制远程设备 。 因此 ， 乎是全能的工业控制计算机 。 编程方便 ， 易于使用 。 编程可采用与继电器极为相似 的梯形图语言 ， 直观易懂 ，深受现场电气人员的欢迎 。 近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（ ， 使编程更加简单方便 。 运行速度快 。 传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制 ， 速度很慢 ， 而且系统愈大速度愈慢 。 控制速度则由 作速度和扫描速度决定 。 因此更适合处理高速复杂的控制任务 ， 它与微型计算机之间的差别越来越小 。 同时 ， 具备了网络功能 ， 能进行多台 之间的联网通讯 ，使用 以很方便的构成“集中管理、分散控制” 的分布式电气控制系统 ， 通过现场总买文档就送您 01339828或 11970985 26 线的 讯网络 ， 可使工厂的各种资源共享 ， 就更适合于工厂自动化的需要 ， 为工厂自动化提供了技术保证 。 此次设计提高 程水平和实践能力 ， 为今后在实际工作中熟练使用 行工业系统的设计打好基础 。 早在上世纪六十年代国外就已经出现了可编程序控制器（ 应用 ， 之后世界各国争相在该领域投入大量资金进行新产