全自动立式过滤机的设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 毕 业 论 文 题 目： 全自动立式过滤机的设计 学院： 湖南工程学院 机械工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 0901 学号： 07 学生姓名： 刘先雨 导师姓名： 白泉老师 完成日期： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 诚 信 声 明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名： 日期： 年 月 日 I 毕业设计（论文）任务书 题目： 全自动立式过滤机的设计 姓名 刘先雨 学院 机械工程 专业 机械设计制造及自动化 班级 0901 学号 07 指导老师 白泉 职称 助教 教研室主任 杨毅 一、 基本任务及要求： 1、 主要技术参数： 过滤面积 10 平方米 工作压力 工作温度 主电机功率 搅拌电机功率 清洗电机功率 1 2、 查阅全自动立式过滤机文献 15篇以上，并写出文献综述，开题报告；编写设计计算说明书一份， 3、 分析国内外立式过滤机的工作原 理及用途 4、 应用 5、 对所设计的机器进行信号检测 6、 全自动立式过滤机装配图 1张，轴、过 滤盘、飞轮零件图 4张； 程图、梯形图、程序清单、信号检测元 ） 二、进度安排及完成时间： 1 第 1周 布置任务 ， 下达设计任务书 ，熟悉课题与基础资料 2 第 2 3周 查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告 3 第 4 8周 对过滤机总体方案进行设计与计算，并进行 4 第 9 11周 5 第 12 14周 撰写毕业设计说明书（论文） 6 第 15周 论文评阅， 毕业设计答辩 7 第 16周 毕业设计资料整理、归档 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 言 . 1 滤器的发展 . 2 滤机结构 . 3 . 3 . 4 题设计的基本思路及其原理 . 5 第 2 章 过滤部分的设计 . 7 . 7 滤盘的设计 . 7 算内压圆筒壳体的壁厚 . 7 . 9 . 10 动部件设计 . 10 传动的设计 . 10 心轴的设计 . 13 电动机的选择 . 15 门的选择 与设计 . 16 感器的选择与信号检测 . 18 感器的选取 . 18 号检测 . 18 制面板的设计 . 19 第 3 章 应用及分析 . 20 . 20 . 20 . 20 . 21 . 23 . 23 序梯形图 . 25 结 论 . 30 参 考 文 献 . 31 致 谢 . 32 I 全自动立式过滤机 摘要： 随着水资源的缺乏和水污染的日益严重，废水的过滤与分离能很好的解决废水的处理与重复利用的问题，实现良好的经济效益和社会效益。但传统的过滤分离设备占地空间大，连续生产能力低，自动化程度不高，造成人力物力财力的浪费。本文以自行开发 50m3/出了全自动自清洗过滤器的各 操作参数的设计思想和方法，并建立了过滤过程中过滤器的模型，借此确定控制系统的控制参数。主要工作内容如下 ;研制设计了一台处理量为 50h、工作压力为 求过滤精度为 过滤总面积为 10，电动机功率为 工作温度为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 As of of to of of in as of of on of on 50 m3/h), of a of is as to of on 50m 3/h) , , 0 ) , W) 5 - 105 ) to by of of so be to of In a of of in 1 第 1 章 绪论 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。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。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。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 2 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。 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。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。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。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。 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。 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、自耗水量大，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。 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。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。 3 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 右。 滤机结构 全自动过滤机主要由外壳、过滤介质、清洁器和控制电路组成。 外壳 全自动过滤机外壳设计压力 2属于压力容器 , 须按照国家标准 50 89钢制压力容器的规范进行设计和制造。如采用耐腐蚀材质可在中等强度的酸碱液中工作 , 选用不同的密封材料而可在高温或低温环境工作。 过滤介质 过滤介质是过滤过程中影响过滤精度、过滤速率、过滤效率等技术指标的重要工作元件 , 其性能、寿命和可靠性取决于制作过滤介质的材料、机械性能 , 同时也取决于被处理物料的性质等。全自动过滤机选用不锈钢制的螺旋线圈过滤介 质 , 它是用不锈钢材料制成笼式骨架 , 将加工和检验后的梯形截面 ( 宽平面朝内 ) 或圆形截面不锈钢丝按缠绕线圈方式缠绕在骨架上 , 缠绕的层数由悬浮液中固体颗粒粒径决定 , 粒径小的需多缠绕几层 , 反之则可少。过滤时 , 悬浮液从螺旋线圈过滤介质内腔向外通过相邻钢丝之间的缝隙进行过滤 ,则缠绕的不锈钢丝直接支撑滤饼。由于螺旋线圈过滤介质相邻钢丝之间的连续缝隙仅允许固体颗粒与其有两点接触 , 这样就使孔隙堵塞的机率减少到最小程度。制作过程中 , 采用将不锈钢丝与笼式骨架点焊的方法 , 可使螺旋线圈过滤介质有较高机械强度。缠绕 完毕后 ,对螺旋线圈过滤介质内腔进行车削加工 , 使其内腔骨架成为一个圆形 , 以便安放旋转的清洁器。 清洁器 清洁器是用聚四氟乙烯制成的 , 其长与过滤介质高相等 , 宽为笼式骨架间格的 3倍 , 其中间有一道与间格相等的槽 , 并由两根接管与空心轴连接。接管与空心轴间装有弹簧 , 将清洁器压在笼式骨架上进行密封。 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%。 4 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， 达到了其他过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需 20 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 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%。 采用盘式过滤器后设备占地仅为 3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 97吨，自耗水率为 是原来耗水量的八十分之一。 片过滤器的应用领域 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。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 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。 5 题设计的基本思路及其原理 循环方案图如下 图 工作原理图 清洗水入口阀 待滤液入口阀 循环液入口阀 循环液出口阀 流向控制阀 冲洗阀 排气阀 排渣阀 成品出口阀 余液出口阀 取样阀 循环视筒 正常工作视筒 6 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 经 时 入循环视筒，然后从 此时 滤液经 过滤过程：待滤液由 时 入循环视筒，然后从 间可以通过 液由 至完全过滤通过 9流出（可以从 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 1开 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， 洗水从 出的滤渣从 7 第 2 章 过滤部分的设计 滤桶的设计 滤盘的设计 过滤精度为 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 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 成过滤。另外该系统在 105 的范围内工作 。 已知条件：过滤面积： 10；正常工作压力 大工作压力 R），厚度（ H），片间间隙（ h）以及片数（ N）分别为： R=H=h= 每一片的过滤面积为： S= *R*R= N=10 /S=10 / =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*+ 图 过滤盘 算内压圆筒壳体的壁厚 已知 壁厚计算公式： 8 2/* - 计算厚度 ； 算压力； - 焊接接头系数 ; t - 材料的许用应力 ; 在已知设计温度下 16厚度为 616 t =170在厚度为 16 36 t =163焊接接头系数 ； 设定 圆筒内径 000 腐蚀裕量 2 设计厚度； 材料的许用应力 t =170厚度为 616时），筒体厚度计算； 2/* =000/（ 2*170*= d 2C= 由钢材标准规格，圆整可得壁厚为 10； 圆筒的半径由滤饼半径确定 取 R=500 圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为 150 顶尖的直径 =50 锥角 =50 1 +100+150=1250 圆筒边缘设计，边缘厚度 =20B=35 凸缘高度 H=10 固定顶尖板的厚度 =10度 L=120度 B=120 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。 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： =D+（ /2（ 按规定水压试验压力 故： =D+（ /2（ =900+（ /2*（ *115 s= *中 故 s=115*849 s=164于 115 164筒体强度满足水压试验的要求。 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）： （ 1）桶底正中引出的滤后管，然后连接 常工作视筒），再接上 2 个阀门 品出口阀，正常工作是从这流出成品液）和 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 渣阀）；另一个是循环过滤的循环管，通过 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 洗阀）后也分成 2个方向 一个直接连到水泵上；另一个接上 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； （ 4）桶顶的一个循环管道向上连接 环视筒）和 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 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（ 10 环桶的设计 1、结构介绍 循环筒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 滤液入口阀）、水泵、 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 进入过滤桶过滤 ；另外一条是顶部的管道，上面连接 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 =3高度 H=1200径 R=400积 V= 动部件设计 传动的设计 确定计算 功率 械设计表 8A =故 =选择 根据 械设计教材由图 8用 确定带轮的基准直径 初选小带轮的基准直径 表 8小带轮的基准 40验算带速 V= * n/60*1000= *140*1440/60*1000=s 因为 5 m/s V 30 m/s,故带速合适 计算大带轮的基准直径， 根据式 (8计算大带轮的基准直径 i *14020 根据表 8整为 50 确定 d 2（ 根据上式，初定中心距 00 计算带所需的基准长度 2（ + ( /41 =2*900 + *590/2 +(450 /3600=2770由表 8d=2800 按式（ 8计算实际中心 距 0d） /2=900+(28002=915 验算小带轮上的包角 1 1 =1800 -（ *a =1800 -(450 915=1600 900 ； 计算带的根数 Z 计算单根 r； 由 40 n=1440r/表 80= 根据 1440r/i=3和 表 8 查表 8= 8L = * K* （ *计算 Z= 以 根； 小带 轮设计 材料选取 40 300 采用腹板式结构； d=40（ *d， 2 C=(1/7 1/4)B L=(2)d,当 B， L=B C=1/4*B=15 根据前面设计得小轮直径 40轮直径 50查表应选用带长800、 度修正系数 1， ， 2=60 A=81 2 ;小皮带轮的零件图如下： 12 图 小带轮 大带轮设计 20300 采用轮辐式结构， d=50(2)d,d=100f=12 130.8 11L=(2)d,当 B， L=B； 290*3 /90*3 3*1440/32 大带轮的零件图如下： 图 大带轮 13 心轴的设计 空心轴的直径设计 d 5 5 0 0 0 03 = / 41(*/ 式中， =d,即空心轴的内径 外径 d 之比，通常取 = T =T/(9550000P/n)/ T 表 料剪切应力表 轴的材料 275 ,35 45 4035 /5 25 20 35 25 45 35 55 49 126 135 112 126 103 112 97 通过查机械设计教材表 2，查得 效率值为 =92%； 取 10 P=2%= n=480r/ = d 41(*/ =110* 3 80/） = d=30 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，此空心轴分为 3 段， -轴上装大皮带轮，键，密封圈，端盖；外径 D - =50内径 =50*60%=30长为 h=115 -轴上装密封圈，轴承， 端盖，外径 D -外径 = 55长 h=106；内径 =33 -轴上装配滤盘，密封圈，锁紧螺母，外径 D - =60径 =36长h=115 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，参照工作要求并根据 D - =55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=55D=80B=13 14 图 空心轴 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 )( 2321 = 查表机械设计表 15 1 =60此 1 ，故安全。 精确校核轴的疲劳强度 *S/ 22 S S= 1 /K*a+*m S 截面 抗弯截面系数 W=53 =16637抗扭截面系数 .2 53 =33250 截面的左侧的弯矩 M=166758*(7171=截面上的扭矩 T 为 T=面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637=面上的扭转切应力 =T/ 60000/33250=28.的材料为 45钢，调质处理。由表 15 B =640 1 =275 =155 15 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=5=;经插值得 ， =按磨削加工，得表面质量系数为 =未经表面强化处理，即q=1，得 K= K=算安全系数 *S/ 22 = S=可知其安全。 动机的选择 由于本设计需要一个功率在 5上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（ 步电动机，其安