污水处理机的结构分析及设计(含CAD零件图纸和装配图)
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污水处理机的结构分析及设计(含CAD零件图纸和装配图),污水,处理机,结构,分析,设计,CAD,零件,图纸,装配
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摘 要随着水资源的污染，污水处理事业逐渐被重视起来，离心机的研究对污水的改善作用渐渐被放大。以前的污水大量处理都是使用带式压滤机，上世纪70年代之后这一情况发生重大变化，离心机的应用使污水的处理更加多样，适应性也比较强，污水的沉降分离澄清离心机都可以做到，污水处理中最繁重的工程就是对污泥的脱水。处理污泥可以说是一举两得，可以获得澄清的水，分离得到的沉渣也能二次处理用于其它工作。近年来，无论是工业废水中的污泥还是城市生活中的污泥，都在污泥脱水离心机大量研发之后得到了有效的处理，在一定程度上改善了水环境。关键词：离心机；沉降分离；污泥脱水AbstractWith the pollution of water resources, the sewage treatment industry has been gradually taken seriously, and the research of centrifuges has been gradually enlarged. Before a lot of sewage treatment is to use belt type filter press, the situation has greatly changed after the 1970 s, the application of centrifuge make sewage treatment more diversity, adaptability is strong, clarify sewage sedimentation separation centrifuge can do, the most onerous in sewage treatment project is the dehydration of sludge. The sludge can be treated with two birds with one stone, the clarified water can be obtained, and the sediment can be separated for other work. In recent years, both in the industrial sewage sludge and sludge of urban life, the sludge dewatering centrifuge got effective treatment after a lot of research and development, to a certain extent, improve the water environment.Keywords：the centrifuge；settlement separation；sludge dewatering目 录第1章绪论11.1 研究的背景、目的和意义11.1.1 研究的背景11.1.2 研究的目的11.1.3 研究的意义11.2 设计的任务及方案1第2章污泥脱水分离的机理32.1 污泥脱水离心机工作原理32.2 差速器的作用32.3本章小结4第3章主要部件参数的设计53.1 设计原则53.2 转鼓技术参数53.2.1 基本参数53.2.2 半锥角a的确定63.2.3 机内液面高h63.2.4 脱水区长度L的确定63.2.5 锥形段直径d63.3 螺旋推料器数据计算73.3.1 推料器参数73.3.2 选择螺旋的头数Z73.3.3 分析螺距形式计算长度73.3.4 计算螺旋叶片高73.3.5 推料器转鼓的间距83.4 本章小结8第4章离心机生产情况分析104.1待处理物料的参数104.2 计算离心机生产能力104.2.1 物料为悬浊液条件下101.计算离心机分离因数Fr102.计算转鼓中当量沉降面积103.计算物料中固态粒子重力沉降速度Vg114.求解分离效率系数115.生产能力Q的计算124.2.2 按产出量求解生产能力124.3 计算输送沉渣的工作效率134.4 功率校核134.4.1 计算加速物料所需功率N1134.4.2 计算离心机卸料功率N2144.4.3 计算轴承摩擦损耗功率N3144.4.4 计算与空气摩擦消耗的功率N4154.4.5 离心机启动功率的计算154.4.6 计算驱动总功率154.5 本章小结16第5章离心机总体构成175.1 转鼓总成175.1.1 转鼓结构分析175.1.2 确定转鼓鼓壁的厚度185.1.3 转鼓内表面处理方法195.1.4 设置出渣装置205.2 设计螺旋推料器205.2.1 结构和作用205.2.2 推料叶片205.2.3 计算推料器承受的转矩205.2.4 计算推料器轴向力215.2.5 求推料器壁厚215.3差速器部件225.3.1 行星差速传动的特点231、体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高232、传动比大233、传动效率高234、运动平稳、抗冲击和振动能力较强235.3.2 差速器齿轮主要尺寸的确定235.3.3 差速器齿轮强度的校核255.4出渣部位设计275.5 排液装置275.6 设计支撑旋转部件285.7转鼓部件材料选择285.8 校核螺钉参数285.9选择电机295.10 本章小结30参考文献31谢辞33第1章绪论1.1 研究的背景、目的和意义1.1.1 研究的背景离心机的离心力对液固、液液等非均相混合物进行离心分离，可以得到比其他分离机械含水量低的固相和高纯度的液相，还能把劳动强度降低、使劳动条件改善，长时间连续不停运转和体积小等多个优点。卧式污水处理机专用来离心脱水处理是处理城市污水污泥处理的重要设备。可以在城市生活污水、工业污水处理行业很好的发展，前景不错，其它需要进行固液分离的工业应用场合都能够广泛使用1。1.1.2 研究的目的污泥脱水离心机用来处理各类污水中的污泥，将污泥沉淀脱水，主要用于污泥脱水，湿渣浓缩，悬浊液分离、澄清和净化及固体颗粒分级等过程。1.1.3 研究的意义螺旋卸料沉降式离心机采用先进的离心沉降法来高速分离悬浮液，达到可连续操作运转时间长、能在耗电量较少的情况下大量处理、获得比较强的适应性、维修起来也比较简单。研发污泥脱水设备，使用污泥脱水离心机处理沉淀污泥，并且有较好的经济效益，离心机封闭的工作环境，直接避免二次污染，冲洗方便省水。从离心机中排出的含湿率低的沉渣，能够循环利用方便后期深入加工。设计制造厂能获得的利润空间也比较大，还有国产的机器竞价优势也比较明显，商机无限前景良好4。1.2 设计的任务及方案（1）设计要求: 污水离心分离处理能力17.2m/h以上； （2）确定污泥脱水离心机总体设计方案；（3）卧式污泥脱水离心机结构设计及动力分析； （4）装配图及零件图的设计。第2章污泥脱水分离的机理2.1 污泥脱水离心机工作原理污泥脱水离心机由壳体、差速器、输入和调节液位系统、离心转动部件、启动系统和调速控制装置等构成。1.差速器；2。连接架；3。支架；4。出渣口；5。花键轴；6。进料口；7。出液口；8。撇液管；9。进料管；10。向心泵；11。轴承座；12。左端盖；13。轴承 14。连接架；15。转鼓；16。螺旋；17。加速锥图2.1卧螺沉降式离心机简图主辅电机复合驱动转鼓与螺旋推料器，使二者旋转方向相同。主电机与转鼓直接相连直接驱动，辅电机通过差速器和主电机共同完成驱动螺旋推料器的旋转运动，差速器的存在使螺旋推料器的转速相对较低，与转鼓之间形成小的转速差，这个差转速是连续可调节的可以通过控制辅助电机的转速进行8。把待未处理的污泥加入絮凝剂混合后一起经进料管离心力作用送入转鼓里，利用转鼓和螺旋推料器之间形成的离心场的作用进行沉降分离加入的物料，离心机的转鼓锥段收缩将物料进行进一步脱水处理，沉降后的物料在推料器螺旋叶片末端被缓慢推出，从出渣口排出脱水污泥，离心压缩物料后得到的澄清液就从撇液口排出。2.2 差速器的作用差速器主驱动轴刚性连接转鼓，转鼓被主电机驱动做旋转运动，差速装置中另一根辅助驱动辅助电机转动的阶梯轴与副电机输出轴直接连接，差速器的输出轴刚性连接螺旋推料器，螺旋推料器的转速略低于转鼓且同一方向旋转，主辅电机共同控制螺旋推料器带动物料做离心转动，转鼓与螺旋推料器之间差转速可通过控制辅电机的转速变化使其连续可以调节。其结构如图2.2所示。图2.22KH渐开线行星齿轮差速器差速器的第二个作用就是使整个处理过程封闭功率传递。离心机中转鼓和推料器有转速差，物料进入转鼓之后物料随螺旋叶片转动进给方向一起旋转移动，物料的转动过程中接触转鼓内壁，二者转速不一致相对运动，产生滑动摩擦力，物料对转股的摩擦力起推动转鼓转动作用，转鼓、差速器、副电机和推料器四者的共同调节使这一摩擦力作用回推料器，整个离心工作中功率得以封闭传递。差速器中齿轮传动转速比相对较大，在离心机将沉渣脱水处理时能把差转速波动降低，还可以减小辅电机驱动力矩。2.3本章小结介绍了离心式污泥脱水机的污水处理工艺，分析了该机器的工作机理，还介绍了关键部件差速器的作用和运行方式。第3章主要部件参数的设计3.1 设计原则需要达到技术指标要求，依据技术要求设计出满足实际生产需要的机器，加以考虑装配误差，留出适当的加工余量，最终以能实际生产为准，满足使用要求。因为离心机需要比较大的离心力，也就要求转速特别高，转鼓等多个同心同轴的部件容易偏离轴线圆心，使机器磨损坏死，考虑这些情况后，对各零部件的材料使用和结构布局要严格分析受力情况，解决负载对部件的应力集中问题以及运转的应力集中。根据截面形状和尺寸等有效数据进行合理选材，进行整体机构科学布局将整体的动态特性提高。根据设计要求考虑设计WL450型号离心机。3.2 转鼓技术参数3.2.1 基本参数转鼓参数的字母表示：圆柱段直径D、液池液面高度h、总长L、锥形段直径d、柱段长度L1、锥段长度（L2+L3）、沉降区长度（L1+L2）、干燥区长度L3、转鼓半锥角a.图3.1转鼓结构示意图3.2.2 半锥角a的确定锥段半锥角大，湿渣经过时有压缩作用能使沉渣水分大大降低，也就减缓了物料移动的速度以及增加了推料的难度，功率也变大，叶片损耗程度也加剧，应适当取值。查阅文献资料，对不容易脱水的物质取a=6-8，易脱水物质取a =10-11，本机取a = 8。3.2.3 机内液面高h离心机的出液口径固定，撇液管半径r比较小，转鼓中液面就比较高，液池深度也就大，污泥沉降时间也就延长，固相沉降比较方便，也就减少了悬浊液中的含固量，然而液面不能太高，夜池和沉降区的长度会明显加长，那么干燥的时间和长度变短，干燥区中的沉渣移动停留时长变短，沉渣含湿百分比变大。圆柱段大端直径取D=225675mm，本机选择D=450mm。查阅文献资料，卧螺脱水型离心机的机内液面高度取h =(0.05-0.1)D，澄清型离心机的机内液面高度取h =(0.1-0.2)D，也就是22.5mm-45mm之间。本机取液池深度h= 40mm。3.2.4 脱水区长度L的确定沉渣必须在最大液池深度之内，并留有足够的干燥区长度L3这样沉渣脱水效果为最佳。想要确定L3需要最大差转速和干燥段的螺距长度，WL-450的一般差速范围为10r/min-35r/min；干燥段螺距长度决定离心机的产出效率、生产速度，取值为80mm。通常，物料进入干燥区后水分快速降低的时间应达到4s-6s，时间太长也不能改变处理效果。必须在转鼓和推料器差转速最大的时候干燥区维持离心脱水4秒，脱水段长度取L3=80mm。3.2.5 锥形段直径d转鼓圆柱段长L2=h/(tga)，代入h=40mm,a=8，求出L2=284.6mm，斜锥形段长度L2+L3=364.6mm，近似得锥形段长370mm，整个转鼓圆柱直筒L1=1350-550=980mm。转鼓锥形段直径d=D-2(L2+L3)/(tga)，代入D=450mm，L2 +L3=370mm, a= 8，得d=347.0119mm。设计实取d=347mm。3.3 螺旋推料器数据计算3.3.1 推料器参数螺旋推料器基本参数：螺旋头数Z、螺旋间距S、叶片高Y、推料器和转鼓的间隙h、叶片与转鼓内壁母线的关系。3.3.2 选择螺旋的头数Z推料器的推料速度工作效率和螺旋头数量有关系，一定程度上的变化情况是相同的，一旦螺旋头的数目超过某个数，就会在生产中对离心分离的效果产生负面影响，增加澄清液中的含固量。所以污泥脱水机多采用单头螺旋形式，本机也使用一个螺旋头，即Z=1。3.3.3 分析螺距形式计算长度翻阅有关图书得知，螺距S与转鼓锥形段末端半径r有经验关系式：S/2r0=0.3-0.8，r0=d/2=148mm，推出S=91.3-227.2mm。查阅文献8得知，一般用来脱水功能的离心机S(0.2-0.5)D，本机WL450取S90mm-225mm；澄清型离心机一般取S =（1/5-1/6）D，相应WL450取S=75mm-90mm。参考本机的要求参数值和所需要的离心分离的能力，生产实际上取S=80mm-130mm，柱段采用130mm的等螺距形式，锥段采用130mm-80mm线性变化的变螺距形式。变螺距结构形式设计延长沉降分离时间，递减的螺距使物料在锥段受到渐变的挤压作用，使分离效果明显，排出的泥饼的含湿百分比大大降低。3.3.4 计算螺旋叶片高螺旋叶片高受转鼓内悬浊液自由表面的最大高度影响，再者就是要兼顾沉渣的输出能力。在悬浊液自由表面最高的前提下叶片还不全都被液面没过，即H应大于65mm。从排渣能力来说，排渣量最多时结合螺旋间距和叶片高，沉渣能够流畅移动，达到离心机的最大生产能力，整条螺旋杆最末端螺距最小处被污泥覆盖，沉渣间相对不运动。则可由公式（3.1）和公式（3.2）计算求得离心机的叶片高度取值范围： （3.1） （3.2）式中：Q 输入物料的量Q=10 m3/h；Q=10 m3/h时排渣量，m3/s； 输入的污泥的密度，取=1.038103kg/m3；输出的沉渣密度，取=1.19103kg/m3.代入已知数据值d =349mm，=35r/min，S =80mm，可得5.7mm . 推料器柱段的叶片高实际取83mm。为了加强挤压对输送泥饼的效果，降低泥饼的含湿百分比，在锥段进行变高度设计叶片，逐级减小在83-60mm范围内从圆柱末端到斜锥形尾端，叶片与转鼓内壁母线为垂直关系。3.3.5 推料器转鼓的间距一般转鼓的内圆直径和推料器的外圆直径几乎相等且在同一圆心，且必须留有3mm-5mm的配合间隙，考虑加工、装配等情况，可能造成两者旋转偏心而致使直接接触摩擦，综合考虑取5mm.3.4 本章小结根据设计原则，对双自由度卧式污水处理机的结构形式、主要尺寸等所需要的重要参数进行了确定。确定转鼓和螺旋推料器的基本参数，如半锥角a、脱水区长度L、转鼓小端直径d、螺旋的头数ns、螺距S、叶片高度H1。对比逆流与并流、柱形与锥形的优缺点，决定采用柱锥形逆流方式，它相比其它方式有自己的特点，本章都作了说明。第4章离心机生产情况分析4.1待处理物料的参数待处理物料（污泥或悬浊液）基本参数：污泥或悬浊液溶液质量百分比浓度60% 颗粒直径X=10m（一般X5m，加入絮凝剂后X=5m50m）污泥沉渣密度=1.1103kg/m3物料中固相部分=1.3103kg/m3物料中液相部分=1.0103kg/m34.2 计算离心机生产能力4.2.1 物料为悬浊液条件下1.计算离心机分离因数Fr按下式求解分离因数： （4-1）公式中符号含义：Fr表示离心机的分离因数r表示转鼓的内半径，rD/2=0.225mmn表示离心机转鼓转速，2500r/min求得:Fr=1572.4。2.计算转鼓中当量沉降面积关于的转鼓结构简图见第三章第一节，按以下公式计算当量沉降面积： （4-2）公式中符号含义：L12表示沉降区长度，L12=L1+L2, m表示系数，液池深度与转鼓内径比，=2h/D代入已知Fr=1572.4, D=450mm ,L1=980mm，L2=370-80=290mm , 计算得：h=40mm（与最低液池深度相符）, =2453m2。3.计算物料中固态粒子重力沉降速度Vg关于悬浮液中固相颗粒的Vg，按以下公式（4.3）、公式（4.4）计算。 （4-3） （4-4）公式中符号含义：Kc代表形状修正系数Kc=1.2代表悬浮液动力粘度系数，单位PaS表示修正系数 表示液态物料动力粘度，=0.00101 PaSCx代表悬浊液固态粒子单位体积浓度Cx=0.03悬浊液固态粒子的单位体积浓度Cx和修正系数有线性关系，如下表所示，表4.1 与CxCx00.050.10.1510.770.620.48当Cx=0.03 时，按线性插值法取修正系数=0.86； 由各已知数据求得Vg=1.4710-5m/s.4.求解分离效率系数固相与液相分离效率系数按下式计算： （4-5）式中：Lj表示沉降区长度的计算值，Lj=L1+0.5L2单位m.综上求得：=1.3kg/m3,=1.0103kg/m3,X=10m,= 800mm,=470mm，计算得：h=40mm, = 0.192； 5.生产能力Q的计算 （4-6）代入 、Vg、，得：h = 40mm, Q=17.2 m3/h； 4.2.2 按产出量求解生产能力由螺旋推料器的产出排渣量求解生产能力： （4-7） tg(+) （4-8）式中：表示输送沉渣效率=0.9S表示螺距 平均值为75mmG表示生产能力 ns表示螺旋头数，单头ns=1 表示湿渣的容积密度 一般取1.1103kg/ m3表示沉渣条表面与推料器轴线间的夹角=20r0表示排渣口处转鼓内半径，单位mA0表示沉渣条的横截面积，单位m2表示推料器与转鼓的转速差，=215/60=/2 （1/s）由已知得：G=0.39kg/s=1296kg/h。按沉渣含湿率75算，可得每小时的进料量=12.9 m3/h，即生产能力。综上，两方法的结果都能满足设计要求8 m3/h-10 m3/h。通过对生产效率能力各方面系数的求解，证明各部件所取的长度厚度等基本参数为合理值，满足所要求的生产能力。4.3 计算输送沉渣的工作效率输渣效率由公式（4.9）公式（4.13）计算公式如下： （4-9） (4-10) (4-11) (4-12) (4-13)公式中符号含义：Ep表示离心机输送沉渣效率值 表示推力器螺旋升角，取值为5.25 表示沉渣沿转鼓壁流动方向与垂直于转鼓轴线的径向平面间的夹角f1表示沉渣与螺旋推料器间摩擦系数，取f10.3f2表示转鼓与螺旋推料器之间摩擦系数f2=0.3代入已知参数S100mm, a = 8，D = 450mm，解得:58.0, Ep=94.6计算结果与参考文献推荐值相符：55，Ep90。4.4 功率校核4.4.1 计算加速物料所需功率N1使输入物料获得转速并在转鼓内径r3处输出所需功率按下式计算： (4-14)公式中字符含义：Q1表示进料流量，Q1=15 m3/h =15/3600=4.1710-3m3/s； 表示混合物料的密度 =1.02103kg/m3；r3表示悬浊液横截面直径，取h=45mm，求得r3=D/2-h=0.18m； 表示转鼓角速度 2/60=322.04/S。解得：N1=14.2kw。按下式计算： (4-15)公式中字符含义：表示修正系数 一般取 =1.2G表示按输出沉渣求得的生产能力，单位kg/sQ表示以悬浊液分离程度求得生产能力 单位kg/s； r0表示转鼓出渣口出半径，单位m；R2表示转鼓左端排液出口半径，R2=r3=0.18m.代入参数，得：=7.9kw.取两种结果的较大值作为加速所需功率，=13.6kw.4.4.2 计算离心机卸料功率N2 (4-16)由KM=1.79 LG=230mm Frm=1634得：N2=2.6kw.4.4.3 计算轴承摩擦损耗功率N3主轴与轴承间摩擦损耗功率N3按公式（4.17）、公式（4.18）计算： (4-17) (4-18)式中：f轴承摩擦系数，滑动轴承取f = 0.050 .1，滚动轴承取f=0 .0050 .02, WL450设计选用两个滚动轴承，取f = 0.02； d1，d2轴颈直径，取d1d2110mmp1，p2主轴承所受载荷力，p1=p2=P/2；e = 2R , R =0.225mm； G0表示物料与转鼓总重量，估得G0=382kg.已知值全部代入得：N33400w4.4.4 计算与空气摩擦消耗的功率N4转动部分与空气接触面积比较大的有转鼓和物料自由表面，消耗的功率N4按下式计算： (4-19)公式中符号含义：rk表示空气的重度，取：rk=1.3kgf/m3L表示转鼓轴向总长度，单位m = R-h =0.16m 求得：=1.2kw. 4.4.5 离心机启动功率的计算离心机启动功率按公式（4.20）计算： (4-20)公式中：G转鼓总重，估得G=278kg； 转鼓外半径，壁厚15mm，=0.24m；t启动时间，一般30240s，设t = 30s.求得：29.4kw. 4.4.6 计算驱动总功率平稳运转：N=N1+N2+N3+N4=14.2+13.6+3.4+1.2=32.4Kw离心机启动运转：N=N3+N4+N5=3.4+1.2+26.4=34.0Kw.4.5 本章小结本章计算校核离心机的生产能力、运行功率等运行参数，为在下一章求解转鼓本身的各个参数例如壁厚、螺旋厚度、螺距、出渣形式、排液方式等等做好了参考。通过重点计算生产能力及理论上所需的功率数值，为离心机材料、差速器的结构设计以及电机的选型都提供了数据支撑。第5章离心机总体构成离心机的机械部分包括：转鼓、螺旋推料器、双电机、支撑架、传感器、减震装置、减速器及进料系统等。其中转鼓、螺旋推料器和差速器为核心部件。 按代号顺序;差速器；连接架；支架；出渣口；花键轴；进料口；出液口； 撇液管；进料管；向心泵；轴承座；左端盖；轴承；连接架；转鼓；螺旋；加速锥；主电机；过载保护装置；辅电机。图5.1离心机总体结构示意图5.1 转鼓总成5.1.1 转鼓结构分析转鼓的结构设计采用柱锥分段结合的结构，增加了离心机内部的物料容量，增强离心机生产能力和澄清效果，也同时加大了长度和半径的比值。如下图所示。图5.2转鼓外观图5.1.2 确定转鼓鼓壁的厚度各方面对转鼓壁的应力：鼓壁材质自身的质量、转鼓内物料质量在高速回转时产生的离心力引起的拉伸应力，以及物料与鼓内壁摩擦产生的扭转应力（该力较低，不计算）。按强度分析有公式： （5-1）公式中字符： ，选取两公式中结果较小的表示转鼓鼓壁的厚厚度，单位m， 表示悬浊液密度，=1100kg/m3代表鼓壁材料密度，=7850kg/m3 表示转鼓内流体的自由表面半径(0.225-0.06)m 表示转速，R表示转鼓内半径R =0.225m 表示鼓壁材料许用应力=98MPa 表示鼓壁材料屈服极限，kg/m2代表屈服极限下的安全系数1.8-2.6、=2.5代表鼓壁材料强度极限，单位kg/m2代表强度极限下的安全系数=4转鼓壁材料奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti，代入后：4.9mm。按刚度分析： (5-2)公式中字符：R表示转鼓的内径R=0.225m L表示转鼓长度L=1.35mn表示生产时转鼓转速，n = 2500r/minS表示转鼓的壁厚，单位m代表开孔削弱系数1转鼓材料奥氏体不锈钢，求得：S=6.39mm12.8mm。综上，两方法的最小壁厚值基本一样，取壁厚最小值12mm.5.1.3 转鼓内表面处理方法可以在转股内壁焊接筋条，筋条和粘附在鼓壁上的污泥形成的接触层可以有效地隔离推料器和鼓壁，避免直接偏心碰撞。再者就是在鼓壁本身设置拉槽，也能在鼓壁和推料器之间起隔离润滑作用12。采用在内表面拉槽的方式制造方便，也避免直接对推料器直径产生影响。查阅文献17：拉槽宽度15-20mm、拉槽深度2-3mm、拉槽数量12-24条。最终取24条拉槽，内置拉槽宽度20mm、拉槽深度3mm。5.1.4 设置出渣装置出渣口受物料持续的滑动摩擦力，容易损坏。一般可以覆盖含有耐磨性质的涂料对出料口保护，还能直接在口上夹持可换的耐磨衬套。本离心机采用可拆换的钨合金材料衬套形式。出渣口一般设计为沿转鼓直径方向倾斜向下，共设6个出渣口方便出渣。5.2 设计螺旋推料器5.2.1 结构和作用作用是将从进料仓出渣口离心出并沉降在转鼓壁上的沉渣输送排出，利用螺旋与转鼓之间的差转速来完成。结构有左右轴颈、连续式整体螺旋叶片、进料管等。如下图所示：图5.3 螺旋推料器模拟结构图5.2.2 推料叶片确定螺旋叶片形成的数据包括叶片高、整体螺旋叶片升角、螺旋头数、叶厚螺旋和叶片间距等。只是需要确定叶片厚度，其他参数已确定或是互相推出。叶片厚度需满足推料的强度条件和轴向推力要求，选择厚度6mm的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti。使用液态镍基碳化钨硬质合金涂料对螺旋叶片的正面进行硬化处理，增加推料叶片的耐磨特性。5.2.3 计算推料器承受的转矩沉渣对螺旋推料器施加的转矩： （5-3）公式中字符：脱水区分离因数，当n=2485r/min时， （5-4）脱水区半径均值，=164；脱水区的轴向长度，=230mm；转速差，1.48(=20r/min).代表结构系数，=,解得=1.79；G代表进料秒均流量，G=0.41Kg/s. 得：M=1702Nm。当取=20r/min时，1.12 ,=1242，M1847Nm。5.2.4 计算推料器轴向力推料器轴向力按式（5.5）计算： (5.5)式中：、同上： 求得：= 4261N。5.2.5 求推料器壁厚物料在转鼓中转动过程中，对推料器壁施加转矩；推料器受自身质量的产生的转动惯性的影响产生离心力（较小）。主求扭转强度和刚度。按强度计算： (5.6) (5.7) (5.8)式中：额定最大转矩，=2800Nm； 材料许用应力，奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti，取=100MPa。得：d169mm，则壁厚(D-d)/2=3.1mm。按刚度计算时： (5.9) (5.10)式中：G表示剪切弹性模量G80GPa代表允许扭转角度=1/m 代入相关参数得：d168.8mm，则壁厚( D-d )/2 =1.4mm。本机实际取810mm。5.3差速器部件本机采用2KH型行星齿轮差速器。图5.32KH型行星齿轮差速器传动机构简图由二级行星齿轮机构构成，差速器的外壳与转鼓固定联结，内齿圈Bl 、B2与差速器外壳上的齿轮啮合，主电机皮带轮与差速器外壳相连，转鼓的运动就直接由主电机控制。花键输出轴2连接螺旋卸料器轴，左端一级中心轮被4皮带轮间接驱动，中间连接着输入轴，4皮带轮还被5离合器控制，最终配合行星轮架以及右侧中心轮把运动传递到二级行星轮，起进一步减速效果，输出轴2与螺旋推料器相连。5.3.1 行星差速传动的特点1、体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高2、传动比大3、传动效率高4、运动平稳、抗冲击和振动能力较强5.3.2 差速器齿轮主要尺寸的确定1、确定结构形式根据差速器的设计要求，输出转速差n=1035r/min,以此为设计标准。内齿轮输入转速=2500r/min,那么=2500/35=70，故要求传动比i70。考虑到行星传动的特点，选择两级2KH串联行星传动，其中两个内齿圈固联。2、行星轮的数目np，取np =3。3、载荷不均衡系数采用行星轮油膜浮动，载荷不均系数取=1.15。4、配齿计算、一级传动：中心轮=17，行星轮=79，内齿轮=175，模数 =2 。中心轮 节圆 d=172mm=34mm 齿顶圆 =34+221mm=38mm 齿根圆 =34-22(1+0.25)mm=29mm行星轮 节圆 d=792mm=158mm 齿顶圆 =158+221mm=162mm 齿根圆 =158-22(1+0.25)mm=153mm内齿轮 节圆 d=1752mm=350mm 齿顶圆 =350-221mm=346mm 齿根圆 =350+22(1+0.25)mm=355mm邻接条件齿顶圆之间保留间隙保证相邻两个行星齿轮不相碰，。 （5.11）为行星轮数目。代入各齿数=3.1=3，符合邻接条件。装配条件三个行星齿轮的齿数必须符合和中心轮不错位的正确啮合，也必须都能正常装配进去。装入一个行星轮，使其与两个中心轮正确啮合，这样两个中心轮的相对位置就可以被确定，按照邻接条件，另外两个齿轮也就能正常装入了，即 （5.12）只要满足上式即可，代入各齿数值，M=64为整数，满足装配条件。、二级传动：中心轮=22，行星轮=47，内齿轮=116，模数=3mm。中心轮 节圆 d=223mm=66mm 齿顶圆 =66+231mm=72mm 齿根圆 =66-23(1+0.25)mm=58.5mm行星轮 节圆 d=473mm=141mm 齿顶圆 =158+231mm=164mm 齿根圆 =158-23(1+0.25)mm=150.5mm内齿轮 节圆 d=1163mm=348mm 齿顶圆 =348-231mm=342mm 齿根圆 =348+23(1+0.25)mm=355.5mm邻接条件将=22，=47代入公式（5.11）=3.98=3满足邻接条件。装配条件将=22，=116代入式（5.12）为整数，故符合装配条件。5.3.3 差速器齿轮强度的校核差转速计算： (5.13) (5.14)公式中字符含义：表示差转速i代表差速器速比i=72N表示转鼓转速 表示螺旋推料器转速 表示辅电机输入转速在脱水离心过程中，差转速稳定的程度决定产出的效果。速比若是比较大，通过差速器缩小主辅电机转速波动i倍，差转速的稳定也就由速比决定了。假如将转鼓与推料器由主电机辅电机分开各自连接控制，很难保证两者同时高转速旋转运动还能有一个比较恒定的小转速差。螺旋推料器在物料离心脱水时承受的转矩比较大，计算后最大值超过2500Nm，主辅电机承受的转矩相对推料器可以忽略不计，功率为11kw辅电机，它的负载额定扭矩=70Nm。能线性比例传递力矩也是差速器作用之一。行星轮差速器力矩关系分析如下图所示。图5.4所受力矩矢量示意图2KH型行星齿轮差速器传动效率非常高，所有传动遵循所有平衡关系式，传动损耗低到可以忽略不计。符合公式（5.15）、公式（5.16）： (5.15) (5.16)公式中字符含义：表示外壳输入力矩代表辅传动轴输入力矩代表输出的驱动力矩（驱动螺旋推料器的力矩）代表外壳转速 代表辅传动轴转速代表输出转速联立公式（5.15）、公式（5.16）得：=/i, =(i-1)i。若推料力矩为2800Nm，传动比i=72，辅传动轴上承受扭矩是38.9Nm。差速器的使用使离心机整体封闭功率传递，平衡内部摩擦力矩，避免功率大量损失，使机器结构间紧凑减小整体重量使整体灵活传动，。当离心机工作转速2400r/min时，驱动功率：N = M/72 (5.17)据推料力矩的计算结果，可得：M=585kw。采用差速器形成功率闭环后n=2500r/min时，驱动功率：N = (5.18)求得=4.86kw。本机选用传动比i=72的2KH型行星齿轮差速器，。5.4出渣部位设计出渣仓在转鼓锥形段末端和差速器之间，收集甩出的沉渣。为避免影响出渣通畅并满足高速回转转鼓的平衡，出渣口的外圆柱面上需设置2个对称螺钉固定在转鼓出渣口端的外圆面上的倾斜一定角度的钨合金耐磨材料刮刀。5.5 排液装置排液装置设在转鼓的大端，作用是从出液口排出分离液。在出液口加向心泵，液体可经向心泵把物料的动能转化为压力能。为避免分离液溢出，出液仓也设密封结构，并留排气通道。如图5.6所示。图5.5向心泵流道示意图5.6 设计支撑旋转部件转鼓两端与机架接触承重部分加深沟球轴承;螺旋推料器两端与转鼓之间，小端用深沟球轴承支承，大端采用两个背对背安装的角接触球轴承支承,机架与辅驱动轴放置可移动的深沟球轴承。设计挡油密封与注油通道。机架和其它部件之间加隔震装置，外部设置玻璃钢保护罩。5.7转鼓部件材料选择转鼓各个端盖使用采用第一栏不锈钢材料 ，鼓腔用第二种不锈钢材料制作，部分参数如下表所示。表5.1不锈钢材料及力学参数材料密度Kg/m3弹性模量MPa泊松比强度极限MPa屈服极限MPa1Cr137.82.00.284503901Cr18Ni9Ti7.82.00.285202055.8 校核螺钉参数左端盖和转鼓圆柱段使用12个M1060螺栓连接，每个承受的最大扭矩为2400Nm，柱形段和锥形段用12个M1060螺栓连接承受的最大扭矩为240Nm，锥形段和右端盖通过10个M1030螺钉连接，几乎不受扭矩。计算每个左端盖和柱段连接的螺栓所受的横向载荷： （5.19）式中：转鼓右腔体右端的扭矩，=1800Nm； m 连接螺钉个数，m=10； r 连接螺钉距扭转中心的距离，r=0.148m。代入参数计算得平均横向载荷：R =1216.22N。在各连接部件不相对滑动的前提下，所确定的预紧力和螺钉的应力，可由公式（5.20）、公式（5.21）计算： (5.20) (5.21)式中：可靠性系数=1.11.3； f 便是接触面摩擦系数f=0.060.55，以实际情况确定；表示螺钉的计算面积，=5.8。拧紧螺纹副不滑动的力矩： (5.22)式中：d螺钉公称直径，d=1.0m； 通过计算，=1.3、f=0.15时，要保证转鼓左端盖和左腔体结合面不发生相对滑动，P03206.34N，平均应力170.49MPa，转鼓组件的连接螺钉应选用4.6级以上、T15.2Nm。5.9选择电机根据驱动功率的计算分析，离心机平稳运行时驱动总功率为20.8kw，离心机启动运转时驱动总功率31kw。离心机需要长时间运转，且可能存在功率波动，而驱动电机不宜长期工作在额定功率状态，离心机驱动总功率应配置在35kw以上。在电机功率选型时，辅电机的功率可根据差速器的额定扭矩来选择。按下式计算： （5.23）公式中符号含义：N表示辅电机的功率 单位kw M表示差速器的额定扭矩 单位NmN表示辅电机最高转速，Nmax=2500r/min i表示差速器传动比，i=72代入计算得：N10kw。辅电机选用11kw的4级变频调速电机YVP160M。根据相关文献8所做的分析和推导，离心机在工作过程中，离心机的所有功率消耗全部需要由主电机提供驱动，主电机功率需大于31kw，使用37kw的4级变频调速电机YVP225S。主电机采用传动比为 1:1.5的皮带轮传动方式，辅电机采用1:1的皮带传动方式。5.10 本章小结本章通过参考有关离心机的相关资料，同时查阅有关
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