毕业设计（论文）-自动控制平流式沉淀虹吸泥机设计

摘要PAGEPAGEI摘要虹吸式排泥方式是指设备运行前，将水位以上的排泥管内的空气利用真空泵或水射器抽吸或用压力水倒灌等方法排除，从而在大气压的作用下，使泥水充满排泥管道，在开启排泥阀之后形成虹吸方式连续排泥。本吸泥机正是基于这一原理而设计的一种自动控制虹吸式吸泥机，它具有结构简单、性能稳定、能保证较好的吸泥效果，能实现手动控制和自动控制等特点。本文详尽论述了该机的结构设计、驱动功率的计算、排泥系统排泥管路的设计、抽真空装置的设计选择以及自动控制系统的设计，尤其是针对吸泥机设计中的关键问题：主梁的刚度、驱动功率、排泥阻力等的计算过程有很详尽的论述于计算。本吸泥机针对行车式吸泥机容易出现的问题，如滑轨与脱轨、驱动轮打滑、吸泥管易堵塞且不易疏通等等的问题，做出了具有针对性的设计，能有效的避免上述问题的发生。本设计增添了自动控制部分，能实现手动控制和自动控制，并能自动监控抽真空系统故障和电动机故障，实现过载保护和报警。关键词：桁架；驱动功率计算；排泥系统；自动控制AbstractPAGEIIAbstractRainbowinhaletyperowmudwaydenoteequipmentoperationbefore,shoottheairindischargepipelinemorethanwaterlevelusingvavuumpumporwaterwaretakeoutinhaleorusepressurewaterflowbackwardetc.methodremove,soundertheroleofatmosphere,makemudwaterfillwiththeroadofdischargepipeline,afteropeningrowmudvalveformrainbowtoinhalewaycontinuouslyrowmud.Inhalemudmachineakindofvoluntarilycontrolrainbowthatdesignedonlybasedonthisprincipleinhaletypeinhalemudmachine,itissimplethatithavestructure,performancestabilize,canguaranteebetterinhalemudeffect,canrealizethecharacteristicssuchastheautomaticcontrolandcontrolofbyhand.Thispaperhasdiscussedthestructuraldesignofthismachinethoroughly,drivethedesignofdesign,thedesignoptionofevacuatingdeviceaswellasautomaticcontrolsystemofthecalculationofpowerandtherowmudsystematicroadofdischargepipeline,especiallyaimattoinhalethekeyprobleminmudmachinedesign:Driveandtherigidityofmainbeamthecourseofcalculatingofpowerandrowmudresistanceetc.haveverydetailedexpositionincalculation.Inhalemudmachinetoaimattripvehicletypetheproblemofinhalingmudmachineeasyappearance,assliderwithderail,drivewheeldozenslippery,inhalemudpipetheproblemthateasyobstructiondoesnotbeeasytodredgeandsoonjust,havemadethedesignthathasspecificaim,caneffectiveavoidabove-mentionedproblemoccur.Designandhaveaddedvoluntarilycontrolpart,canrealizetheautomaticcontrolandcontrolofbyhand,andcanautomaticmonitoringtakeoutvacuumsystematicfaultandmotorfault,realizationisoverloadandprotectivewithreporttothepolice.KeyWords：Truss;Drivepowermetercalculate;Queueupmudsystem;Controlvoluntarily河北理工大学毕业设计（论文）目录PAGEIII目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 IAbstract II1绪论 11.1引言 11.2任务书要求 21.3课题调研 21.4设计内容 31.4.1吸泥机设计情况 31.4.2课题研究的目的和意义 31.4.3课题目标及设计内容 41.4.4吸泥机的适用性问题 41.4.5工作原理 51.4.6常出现的问题与解决方法 61.4.7预期的设计研究成果 72行车结构设计与计算 82.1主梁的构造 92.2桁架结构计算与校核 102.2.1材料的选择 102.2.2桁架的内力计算 102.2.3主梁强度校核 152.3水平桁架 163驱动机构设计 173.1驱动方式的选择 173.2车轮及轨道的确定 173.2.1车轮的确定 173.2.2轨道的选择 193.2.3驱动功率的计算 203.2.4计算吸泥机行车倾覆力矩 223.2.5驱动车轮打滑验算 233.3驱动装置的确定 243.3.1驱动电机的选择 243.3.2减速器的选择 244排泥系统设计 264.1排泥管路的设计 274.1.1排泥管及吸口数量的确定 294.1.2排泥管管径的确定 294.1.3排泥管吸口断面的确定 304.1.4排泥管摩擦水头损失的计算 314.1.5管内流速的调节 324.1.6吸泥管的安装要求 334.1.7吸口的形状 334.1.8吸泥管的固定 334.2抽真空装置的设计 334.2.1简述 334.2.2真空泵的选择 344.2.3抽真空装置的确定 365集电装置及端头立柱 375.1集电装置的选择 375.2端头立柱高度的确定 376自动化控制系统的设计 386.1简述 386.2PLC的应用特点 386.3PLC的应用领域 396.4PLC应用中需要注意的问题 406.5PLC的选择 416.6自动控制系统 416.6.1PLC控制原理框图 416.6.2PLC的I/O分配表 426.6.3PLC接线图 426.6.4控制系统的功能描述 436.6.5自动控制系统梯形图 46结论 48致谢 49参考文献 501绪论PAGE261绪论1.1引言水工业机械设备有通用机械设备和专用机械设备两大类，通用机械设备主要有泵类、阀类、风机类，专用机械设备是水工业设备自身研制的重点，包括有栏污机械设备、除砂及排泥设备、曝气及搅拌设备、投药及消毒设备、浓缩及脱水设备、氧化脱盐设备及膜处理设备、沼气利用设备、序批法滗水设备、污泥后处置设备及固体废弃物处理设备等。国产污水处理设备的生产始于20世纪70年代中后期，当时产品的标准化、成套化、系列化水平很低，定型产品较少。20世纪90年代以后，国家有关部门先后对主要污水处理设备制造企业进行了技术改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水处理专用设备和与之配套的通用设备的生产水平都有了很大提高。经过近50年的发展，我国水工业设备学科已逐渐走向完善。水厂、污水处理厂较多出现了不同国别的一些构造新颖、结构轻巧、节能低耗的新型先进设备，使水工业设备行业的制造和研究者注意到它除了设备本身的机械功能齐全、运行可靠之外，还能充分符合新工艺的开发，满足工艺高水准的要求，并能改变原工艺中一些边界条件的限制。这些设备不仅从运动机理及机械结构上较同类设备有了一些质的变化，而且在一定意义上给工艺的创新与变革提供了可能和保证。然而我国与发达国家还是存在一定的不小的差距。目前发达国家污水处理设备已达到高度现代化水平，具有以下特点：一是城市污水和工业废水处理设备已实现标准化、定型化、系列化和成套化，已构成门类齐全、商品化程度高的水处理设备工业。二是水处理单元设备，如沉淀、过滤、萃取、吸附、微滤、电渗析等已形成专业化规模生产，品种、规格、质量相对稳定，性能参数可靠，用户选择十分方便。三是城市污水成套设备向大型化发展，工业废水处理设备随着工艺的成熟而趋于专门化、成套化。四是与水处理相配套的风机、水泵、阀门等通用设备已逐步实现专门化设计，并组织生产，以满足特殊需要。五是水资源紧张、水体富营养化、饮水安全导致废水深度处理设备和消毒设备有相当程度的发展。六是厌氧处理技术重新引起重视，促进了厌氧处理设备在高浓度有机废水处理上的应用。总而言之，国外的污水处理设备，朝着高效、节能、轻质高强、耐久性好，操作运转灵活可靠，机电一体化的方向发展，并将高技术（如程序控制刚性反馈调节，微机管理等）也渗入到水处理机械制造及运转当中。例如水处理仪器仪表不仅包括了各种各样的检测、转换、显示、调节、执行等传统部件，并能使水工业机械及仪表控制能达到了转换程序控制、联锁保护、自动冲洗、信息转输、遥测遥控、数据处理、计算机控制以及自寻故障诊断，耐用性以及适应自动化控制的需要。我们目前的水工业设备与国外的差距大于水工艺与国外的差距；水工业专用设备的理论研究和制造与国外的差距又大于通用设备与国外的差距，这将是我国水工业产业工作者们担负的重任。所以要提高我国水工业产业化的水平，关键是抓好水工业设备，特别是高水平的水工业专用机械设备，这是我国水工业设备产业的当务之急。1.2任务书要求设计要求：1)自动运行，由一端吸泥至另一端后自动返回，停留一段时间如6个小时再进行一个工作流程。设置排泥管抽真空系统一端进水，另一端出水2)池底部吸泥，并排出池外3）已知条件沉淀池宽：15000沉淀池长：40000沉淀池有效水深：3000污水在池内停留时间：按2小时计算悬浮物含量：400悬浮物去除率按：95％计出泥含水率按：99.5%计刮泥机运行速度：1池底污泥表观密度：1.01设定吸泥管数量为12根管内流速按1.0～1.5设计1.3课题调研2010年3月上旬，利用两个星期的时间，在校图书馆、市图书馆以及互联网上搜寻与设计课题有关的技术资料，并加以汇总分析。在此过程中，进一步加深了对课题的了解与认识，并且积累了大量的设计参数作为我的毕业设计的参考资料。1.4设计内容1.4.1吸泥机设计情况虹吸式吸泥机主要由行车机构、驱动装置、排泥系统、控制系统等组成。排泥机的行车架为钢结构，主梁由分别布置在两端梁上的驱动装置带动，沿铺设在池边的轨道行驶。排泥系统随主梁运行，采用真空泵作为抽真空装置的主要设备，形成虹吸，将沉积在沉淀池底的污泥吸入并经排泥管排至池外排泥槽。控制系统对驱动装置的运行、排泥系统的工作均有控制作用，并能过载保护。主要对吸泥机桁架进行构造设计与强度校核计算，驱动装置的驱动功率计算、驱动电机与减速器的选择，排泥管路的布置、抽真空装置的确定，以及其他一些辅助设备进行了有针对性的设计与计算。1.4.2课题研究的目的和意义吸泥机是一种水处理专用设备，是排泥设备中的一种。而在一般水处理过程中，均需用到排泥设备，排泥设备是保证水处理厂各种沉淀构筑物正常运转的关键设备。排泥机械的形式随工艺的条件与池型的结构而有所不同，目前常用的排泥机械通常可分为平流式(矩型)沉淀池排泥机和辐流式(圆型)排泥机两大类。本设计所针对的沉淀池为平流式沉淀池，其池型为矩型。因此设计该沉淀池吸泥设备为行车式吸泥机。常用到的吸泥机有泵吸式和虹吸式两种形式，在水厂与污水处理厂中．由于悬浮物性质、含量及池型的不同，各类排泥机械都存在着一定的局限性，特别是吸泥机。若水中所含的颗粒过多，相对密度较大，则必须采取预沉措施后才能应用。目前，国内现有的吸泥机常常面临的问题有以下几点：一是操作员工的劳动强度大，而且排泥效率不是很高；二是行车结构设计不合理，吸泥机工作中易出现驱动轮打滑、车轮啃轨甚至造成脱轨；三是排泥管设计布置不合理，吸泥效率低，而且污泥常常会堵塞排泥管，清理疏通工作十分麻烦；四是吸泥管管径选择不当，达不到预定的设计排泥效果，且同样易于堵塞排泥管；五是为了减少维修的麻烦和降低投资，使运行更加安全可靠，不设自动控制装置，而改用手动操作虹吸排泥车，这种做法势必影响出水水质的稳定。本次设计着眼于行车主梁、驱动装置、排泥管与抽真空装置的设计以及自动控制系统的设计，力图在避免上述错误的同时，在行车式吸泥机整体设计、工作效果甚至性能价格上均达到最优化。1.4.3课题目标及设计内容1)传动部分：驱动电机两边各分别布置、驱动，计算吸泥管及刮板载荷确定电机功率选择电机，过载保护。2)虹吸形成及破坏系统：设置排泥管抽真空系统，而当虹吸形成后，及时破坏掉管道中真空以免影响虹吸泥。3)桥梁设计：虹吸管、刮板、驱动装置等都安装在桥梁上，承受工作载荷，防止桥梁由于底部阻力太大而倾覆。需进行桥梁结构、强度及行走轮轮距设计计算。4)自动控制系统：由一端吸泥至另一端后自动返回，停留6小时再进行下一个工作流程。1.4.4吸泥机的适用性问题目前常用的排泥机械有刮泥机、吸泥机两大类。刮泥机是用刮板将泥沿池底刮送至排泥口；吸泥机则是将泥吸入管道由管道排出池外，因其工作方法互异，其适用性也不同，只有正确使用才能扬长避短，达到预期效果。污水处理厂生活污水处理装置是采用厌氧—好氧生物膜法处理城市居民小区生活污水的一种小型化污水装置。在实验室模拟试验的基础上，以实际生活污水为对象，分别通过在不同水气比、污水在厌氧池和好氧池中不同的停留时间、不同水温、不同污染负荷等多种条件下做了处理效果的对比试验，得出最佳设计参数。以此设计并制造出符合实际需要的实用装置。探讨其适用性可从两个基本方面—工作介质和工作环境入手，即刮、吸泥机各自适应什么样的沉淀泥和池型。从沉淀泥看：流动性好的泥只能吸，不能刮；反之，则刮泥要比吸泥更能达到预计排泥效果。从池型来看：若是矩型池，则刮泥机难以适应，吸泥机非常适合；若是圆形池，则视具体情况确定。本设计的排泥机用于平流式沉淀池，属矩形池。沉淀池进水口在沉淀池一侧，吸泥机在两侧驱动电机的带动下纵向运行，抽真空装置抽吸排泥管中的空气形成虹吸，虹吸形成后池底污泥在压力的作用下由吸泥口吸入排泥管中，再经由排泥管排出之池外的污泥槽中。市政系统的各类沉淀池(沉砂池除外)，其沉淀泥含水率均在95%以上，流动性很好，因此很适合于采用吸泥机进行排泥。1.4.5工作原理污水处理厂中生活污水处理装置采用的将厌氧处理与好氧处理相组合的厌氧－好氧生物处理工艺。根据微生物对氧的需要及转化的环境条件，可将微生物分为厌氧微生物和好氧微生物。废水生物处理技术也相应地可分为厌氧处理与好氧处理。厌氧处理是在无氧或缺氧的环境中，利用厌氧微生物(主要是甲烷菌)的生命活动，将污水中的有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过程，好氧处理是在不断供氧的环境中，利用好氧微生物的生命活动，将污水中的有机物氧化，产生二氧化碳、水，合成新微生物细胞的过程。厌氧处理一般不消耗能量;能够接受较高浓度的有机废水;所产生的甲烷可以用来作为燃料；细胞合成较慢，产生的剩余污泥较少，但是厌氧处理的效率也相对较低，对有机物的去除效果也相对较差。好氧处理由于需要不断供氧，所以消耗一定的动力，因为合成新细胞，也就产生了剩余污泥，但是好氧处理的效率较高，处理效果也较好。本吸泥机正是基于上述情况而设计的专用机械设备。其工作原理为：吸泥机起始位置(停在沉淀池进水口端)启动真空泵阻水浮阀的橡胶浮子升起，即真空形成停真空泵，启动吸泥机正向行走(朝沉淀池另一端走)直到限位开关动作，即正向到位后，再启动吸泥机反向行走(朝沉淀池端走)再到限位开关动作，即反向到位(回到起始位置)后，打开手动球阀(或电磁阀)破坏真空，即完成一个排泥行程。当真空泵启动后，控制系统自动检测是否形成虹吸，如果形成，则关闭真空泵并启动吸泥机驱动电机，吸泥机行使，如果没有形成虹吸，则显示真空系统故障报警。吸泥机到达沉淀池另一端后，控制信号发出，吸泥机反向运行，至起始端后，控制信号发出，吸泥机停止运行，并破坏虹吸，完成一个排泥行程，等待下一个工作循环。如果工作期间驱动电机过载，则自动报警并停车。1.4.6常出现的问题与解决方法1)行车结构变形产生原因：池底污泥成坡形分布，行车各部分受阻力不均。解决方法：由于排泥机各部位阻力不匀，所产生的阻力不同，可在排泥机两侧配重，使各部位的正压力均匀；或在排泥机所受阻力小的部位设置阻水板，人为使排泥机在行走时所受阻力大致相当，就不会导致行车结构变形的不良后果。2)主梁发生变形产生原因：主梁设计不合适，刚度不足。解决方法：设计时充分考虑行车架自重、设备及附加设备自重、各种阻力以及吸泥机安装后可能的最大活载，设计刚度要足够；对于已经安装并投入使用的吸泥机，采用恢复主梁的上拱度，后再角钢制作两榀型钢梁，与原主梁焊成一体，以达到加固主梁，增加主梁刚度的目的。3)啃轨与脱轨产生原因：取值不当、两主动轮不同步、行车结构变形、轨道铺设公差超限、车轮组安装偏差等等。解决方法：为保证排泥机正常运行偏斜时排泥机结构不致楔住，以及减轻斜行时啃轨，设计时必须使轮距与主梁跨度的比值；两端分别驱动装置电机转速同步，取消转速的差异；在设计时，应充分考虑主梁的水平刚度，以减小主梁在水平面的弹性变形，另外，在净水工艺平面布置时，应避免采用沉淀池侧面进水方式；轨道铺设应严格按照图纸文件中的技术要求执行；车轮组制造要求可按桥式起重机技术标准执行。4)两驱动轮呈对角线布置从设计与制作上看，有一定的简便性。可是由于积泥阻力对排泥机的力矩作用，使得两驱动轮的轮压产生了比较大的差异，在排泥机重力达不到一定值时，其轮压值较小的驱动轮因粘着力不够打滑不行走，而另一个驱动轮则尽力向前。在这种情况下，就会出现排泥机严重斜行并卡死，排泥机主梁承受的水平弯矩加剧，其水平弯曲变形更加严重。并且会在主梁截平面产生一个扭矩，若主梁抗扭刚度不足，则有一个车轮会抬起，啃轨和脱轨、行车结构扭曲变形、烧坏电机、损坏机械零部件等恶果都有可能发生。解决方法：采取两驱动轮同轴线布置，或者四轮全驱动布置。由于排泥机驱动轮轮压无明显差异，所以排泥机驱动轮驱动力基本一致。两种布置中尤其以两驱动轮同轴线布置的方式，最为常见，应用最广泛同时技术支持也最为成熟。5)吸泥管极易堵塞并且一旦堵塞后又难以疏通产生原因：吸泥管管径选取不当或虹吸管排泥系统中采用排泥干管单管系统。该系统在排泥不均时无法进行调节，靠近排泥干管起点的吸泥管，由于管线相对较长而阻力损失大，导致排泥量小，排泥不彻底需停水清淤。而靠近排泥干管末端的吸泥管，由于管线相对较短而阻力损失小，导致排泥量大，浪费排泥水量。更主要的是在排泥过程中，当某一根吸泥管堵塞时无法及时发现，就会造成恶性循环，导致其他吸泥管也逐步堵塞，甚至使吸泥机彻底失去排泥功能。解决方法：通过实际数据计算并结合实际，选取合适的吸泥管管径；虹吸管排泥系统中采用多管系统，既易清理发生堵塞的排泥管，又可以调节排泥量保证排泥效果。6)真空泵损坏产生原因：水进入真空泵，造成真空泵的损坏解决方法：在虹吸系统上安装带电接点真空表，由控制PLC采集，用于判断虹吸的形成和虹吸系统的故障(真空泵故障和虹吸管道漏气等)。1.4.7预期的设计研究成果完成与设计有关的资料的收集，确定整体设计方案，完成自动控制平流式沉淀虹吸泥机整体设计、自动控制系统程序的编写以及毕业设计说明书的编写。2行车结构设计与计算2行车结构设计与计算行车式吸泥机的行车架为钢结构，由主梁、端梁、水平桁架及其他构件焊接而成。要求所有焊缝应保证牢固、可靠，并清除飞溅物、氧化皮及焊瘤，并且不允许有裂纹、夹渣和烧穿等缺陷。本次设计要求中对沉淀池进行了长、宽度的要求：沉淀池长40000，沉淀池宽15000，行车车轮布置如图1所示图1行车车轮布置图1行车车轮布置Fig1Tripshipwheelarranged设计车轮的跨距应比池宽大400～600，即单边各大200～300，设计中取250，即行车的车轮跨距主从动轮的轮距B与跨距L之比为，根据“当跨距较小时，通常可以取较大的比值，当跨距较大时，应当选取较小的比值”这一取用原则，选取主从动轮的轮距B与跨距L之比为，即则主从动轮轮距本次设计中行车架车架用桁架形式，由主梁、端梁、水平桁架及其他构件焊接而成。其中主梁主要承受吸泥机的自重及活载（包括人员和所携带的工具器材等）所产生的垂直载荷，采用小型钢焊接，大幅度降低了设备的重量和材料的消耗，且加工周期短，成本低。水平桁架同样采用小型钢焊接，作为工作走道、吸泥管路和驱动装置的支架，同时承受吸泥机行驶时所受的惯性、风载及集泥阻力等水平荷载。2.1主梁的构造主梁通常分为型钢梁、板式梁、箱形梁、形梁和组合梁五种类型，其许用挠度均应小于。1)型钢梁是指工字钢或槽钢等组成的主梁，用于荷载较小的场合。结构简单，制造容易。2)板梁由角钢与钢板制成，刚度较大，制造容易。3)箱形梁用平板制成箱型结构，由于在结构上具有封闭断面，有利于防腐蚀，而且抗扭刚度较大，适用于承受偏心荷载。通常箱梁的高度为。4)型梁用钢板折边成形，刚度大、制作简便，用钢量少，较经济，适用于大跨度桁架结构。5)组合梁可由角钢、槽钢或钢管组成。特别是跨距较大时，采用组合结构比较经济。设计采用主梁构造为桁架结构，采用热压不等边角钢，焊接而成，水平桁架同样由角钢焊接而成，走道板采用不锈钢菱形网，这样的布置大大提高了设备的抗腐蚀能力，减少了维护工作量，同时也降低了维护成本。图2主梁结构简图Fig2Mainbeamstructuralsketch图2主梁结构简图Fig2Mainbeamstructuralsketch2.2桁架结构计算与校核2.2.1材料的选择充分考虑行车架自重、设备及附加设备自重，并且充分考虑活载，并预留一定的实际偏差荷载，再行选用材料。选择热轧不等边角钢（9787—1988）。如图3所示图3角钢Fig3图3角钢Fig3Anglebar选用热轧不等边角钢参数如下：表1热轧不等边角钢的尺寸规格Table1Heatrolldonotwaitforsideanglebar尺寸截面面积理论重量表面面积8050687.5605.9350.255200125121437.91229.7610.6412.2.2桁架的内力计算1)计算因自重而产生的杆件内力计算时先将设计荷载乘以荷载系数，得计算荷载设计荷载：，选择荷载系数,则计算荷载：由于是两榀桁架平均承受荷载，因此每榀桁架的荷载为：则各节点的计算荷载为：两端节点的荷载均为：2)利用节点法计算各杆件的内力因主梁设计结构为对称结构，故两侧的结构梁的内应力相等，因此计算量减半，只需计算出一半的桁架杆件的内应力即可分析整个桁架的杆件受力。图4分析示意图Fig4图4分析示意图Fig4Analysesketch对各节点进行受力分析，分析与计算如下：(1)对点进行受力分析X方向：(12)-1杆受力为零Y方向：带入数值：计算结果：(12)-1杆为零杆(2)对点进行受力分析X方向：Y方向：带入数值：计算结果：(3)对点进行受力分析X方向：Y方向：（3）杆受力为零代入数值：计算结果：（3）杆为零杆，(4)对点进行受力分析X方向：Y方向：代入数值：计算结果：(5)对点进行受力分析X方向：Y方向：代入数值：计算结果：(6)对点进行受力分析X方向：Y方向：代入数值：计算结果：(7)对点进行受力分析X方向：Y方向：（7）杆受力为零代入数值：计算结果：（7）杆为零杆(8)对点进行受力分析X方向：Y方向：代入数值：计算结果：杆为零杆(9)对点进行受力分析X方向：受力为零Y方向：代入数值：计算结果：杆为零杆(10)对j点进行受力分析X方向：Y方向：代入数值：进行计算：因为桁架结构为对称结构，相对称的杆件结构的受力相同，将各杆件内应力的计算数值填入内应力汇总表(表2)，并就计算所得的内力数值进行汇总分析：表2内应力汇总表Table2Stresssummarytable杆件名称杆件内力种类代号受拉受压上弦杆(12)-1(12)-4(12)-5(12)-8(12)-90221300－2213斜杆(2)(4)(6)(8)(10)6508.12789.1－8367.6－4648.6－929.6竖杆(1)(3)(5)(7)(9)00－1715－3430－3430下弦杆(13)-2(13)-3(13)-6(13)-7(13)-1099587745.15532.2－9958－7745.13)分析杆件所受的最大内应力下弦杆：(13)-6杆受最大拉应力为9958斜杆：(2)杆受最大压应力为83主梁强度校核由于不同的杆件选用的型号不同，由《机械设计手册》单行本常用工程材料查得杆件计算的基本公式，强度校核如下：（拉伸）………………(1)（压缩）………………(2)常用碳素结构钢许用应力值为所以所以得出结论为：所选材料完全满足强度要求。2.3水平桁架主梁只承受吸泥机自重及活载（包括人员及所携带的工具器材等）所产生的垂直荷载，由于设备和杆件的自重使构件产生应力，计算时先设计载荷W乘以和载荷系数K，得计算载荷，然后计算荷载分配到各个节点上，并计算出各节点的受力和支座反力。吸泥机行驶时所承受的惯性、风载以及集泥阻力矩等水平荷载，由水平桁架承受，同时水平桁架常作为工作走道、吸泥管路和驱动装置的支架。水平桁架所选用的角钢材料与主梁的材料相同，经内应力计算并校核，其强度完全合格。3驱动机构设计3驱动机构设计3.1驱动方式的选择行车车轮的驱动方式一般有分别驱动(双边驱动)和集中驱动(长轴驱动)两种布置方式。依据两种布置方式的优缺点来确定设计中行车车轮的布置方式：1)分别驱动：行车两侧的驱动轮分别由独立的驱动装置驱动。两侧的驱动装置均以相同的机件组成，并且要求同步运行。分别驱动与集中驱动相比，由于省去了传动长轴而使驱动机构的自重减轻，同时也为安装和维修带来了极大的便利。2)集中驱动：通常由电动机减速器传动长轴，轴承座和连轴器等组成，这一驱动方式在行车式吸泥机中应用较为普遍。该驱动布置中驱动机构传递的扭矩应该位于长轴的跨中位置，以保证两侧驱动轴的扭转角相同，避免了车轮的走偏。通过以上两种方式的比较并考虑到具体的吸泥环境，设计采用了分别驱动(双边驱动)的行车车轮的驱动方式。3.2车轮及轨道的确定3.2.1车轮的确定查《给水排水设计手册》(第九册)可知，吸泥机的车轮踏面，可采用实心橡胶车轮或圆柱形双轮缘铸钢车轮两种类型。实心胶轮的形式有压配式、螺栓连接式和固定式三种，其规格尺寸与最大承载量的关系可以由《给水排水设计手册》(第九册)表7-11中查得，使用无轮实心橡胶轮时，应在吸泥机行车两侧的前后设置水平橡胶靠轮，此靠轮沿池壁滚动起到限位导向作用，因本次设计所选用的车轮为圆柱形双轮缘铸铁车轮，故不予详细论述。本次设计中所采用的车轮类型为圆柱形双轮缘铸铁车轮，使用这种有轮缘的铸铁车轮时，当两侧车轮运行不同步，它可起到自动调整的安全保护作用。设计吸泥机总重力为，行车行驶车轮共4个，车轮材料ZG270－500，选用钢轨，车轮轮轴为。每个车轮的轮压为：铸钢车轮的直径按车轮的工作轮压来计算，查得《给水排水设计手册》(第九册)：………………(3)查《给水排水设计手册》(第九册)表7-10选取钢轨标准按GB11264，查得，则铸钢车轮直径依据车轮转速的条件取车轮的直径考虑到车轮的安装误差与行车受温差的影响，车轮凸缘的内静间距应与轨顶宽度间留有适当的间隙，其示意图如图5所示，其间隙值为，取16mm。图5钢车轮与钢轨的配合图5钢车轮与钢轨的配合Fig5Thecoordinationofsteelwheelandrail3.2.2轨道的选择轨道的选择同车轮的轮压有关，同时也受土建基础的影响，因此选择轻型轨道作为吸泥机行车的轨道，并且将钢轨在混凝土面上平整铺设。所选钢轨的具体参数如下表所示：表3具体参数表Table3Specificparameter示意图规格质量惯性矩断面系数断面积许用轮压钢轨许用应力混凝土面支撑应力2222.833969.628.39650001001.5查《给水排水设计手册》（第九册），当钢轨在混凝土面上作平整铺设时，钢轨计算应力计算式为：（）………………(4)式中：——由《给水排水设计手册》（第九册）表7-15查得————选取基础的支撑压应力为（混凝土面）则已知钢轨的许用应力为100故设计所选用的钢轨完全合格。3.2.3驱动功率的计算驱动功率的确定应按吸泥机在工作时所受的各项阻力来计算。吸泥机工作时需克服车轮行驶阻力、道面坡度阻力、风压阻力、集泥阻力、水下拖曳阻力等等的阻力。阻力的计算公式见表4表4阻力公式计算表Table.4Resistanceformulacalculation计算项目计算公式设计数据及符号说明车轮行使阻力——吸泥机总重力(包括活载)——轮轴与轴衬的滑动摩擦系数为0.1——车轮轮轴直径——车轮直径——车轮滚动摩擦力臂铸钢滚轮与钢轨为0.05橡胶滚轮与混凝土面为0.4～0.8道面坡度阻力——道面坡度阻力系数一般取风压阻力——基本风压(查表选取)——吸泥机的有效迎风面积——结构各部分外形轮廓在垂直于风向面上的投影面积——金属结构迎风面的充满系数，即结构的净面积与其外形轮廓面积之比型钢制成的桁架＝0.2～0.6——体型系数(查表选取)集泥阻力——单位宽度阻力，一般取800～1000——沉淀池池底宽度水下拖曳阻力——阻力系数——泥水重度10——重力加速度9.81——阻水面积——吸泥机行进速度1)计算车轮行驶阻力由表4得到车轮行驶阻力计算公式为：…………(5)式中：——设计吸泥机总重——轮轴与轴衬的滑动摩擦系数为0.1——车轮轮轴直径为7——车轮直径为35——铸钢滚轮与钢轨的摩擦力臂为0.05则2)计算道面坡度阻力由表4得到道面坡度阻力计算公式为：………………(6)式中：——设计吸泥机总重——道面坡度阻力系数取则3)计算风压阻力由表4得到风压阻力计算公式为：()……………(7)式中：——查《给水排水设计手册》（第九册）表7-17，选取基本风压——计算得到——选取金属结构迎风面的充满系数为0.4——查《给水排水设计手册》（第九册）表7-18，选取体型系数为1.2则4)计算集泥阻力由表4得到集泥阻力计算公式为：………………(8)——已知沉淀池池底宽度为15——选取单位宽度阻力5)计算水下拖曳阻力由表4得到水下拖曳阻力计算公式为：……………(9)因为水与淹没体之间的相对速度极低，故水下拖曳阻力忽略不计。6)计算驱动功率由《给水排水设计手册》（第九册）中查得驱动功率的计算公式为：……(10)设计吸泥机行驶速度为，采取两台电动机分别驱动总机械效率按70％计算总阻力：则可采用电动机3.2.4计算吸泥机行车倾覆力矩行车式吸泥机在工作时会受到污泥的阻力，该阻力会对吸泥机行车产生倾覆力矩。倘若吸泥机重力对前进车轮作为支点而产生的力矩小于倾覆力矩，则吸泥机会发生倾覆。只有保证吸泥机重力对前进车轮作为支点而产生的力矩必须大于倾覆力矩，才能保证吸泥机行车不会发生倾覆现象。查《给水排水设计手册》（第九册）得到验查吸泥机的最小防倾覆重力的计算公式为：………………(11)式中：——泥水阻力经计算所得：——阻力点至车轮中心的垂直距离为B——吸泥机中心至前进车轮中心点的距离B为则即当吸泥机重力为时，此时恰为吸泥机行车不会发生倾覆的重力条件。当吸泥机重力大于时，吸泥机行车可保证不会发生倾覆。3.2.5驱动车轮打滑验算吸泥机的行驶是靠驱动车轮与轨道之间的粘着力工作的。运行的条件必须是使驱动轮的驱动力小于粘着力，如果驱动轮与钢轨之间或胶轮与混凝土地面之间的粘着力不够时，则会出现驱动车轮的打滑现象。驱动轮打滑验算工况，应在吸泥机自重不受外来荷载（即不受任何活载），而且处于驱动阻力最大的条件之下来计算。查《给水排水设计手册》（第九册）得到其验算公式为：………………(12)式中：——设计吸泥机总重力——选取钢轮与钢轨的滑动摩擦系数——驱动阻力最大时的阻力为计算得验算结果为：经过验算，吸泥机驱动车轮与轨道之间的粘着力足够大，可保证驱动车轮不会发生打滑现象。3.3驱动装置的确定3.3.1驱动电机的选择在说明书的3.2.3部分已经计算得到所需电动机的功率为，根据所需电动机的功率及转速条件选取型号为系列三相异步电动机(《机械设计手册》单行本减速器、电机与电器)，选取型号为。该型电动机具体参数见表5表5电机参数表Table.5Generatorparameter型号额定功率/额定电流/转速/效率/功率因数/0.551.5139073.5％0.75安装方式：电机与减速器均为立式安装。3.3.2减速器的选择行车式吸泥机吸泥时，其工作行驶速度为，工作中匀速行驶，滚轮总是以一定的转速沿着沉淀池边铺设的轻型钢轨轨道行驶。1)计算钢轮的转速由《给水排水设计手册》（第九册）可查得滚轮的转速计算公式为：………………(13)式中：——驱动轮行驶速度为——滚轮直径为0.35代入数值，计算得设计选择电机转速为2）设计减速箱设计小齿轮参数：6，齿数，分度圆直径：261大齿轮参数：6，齿数，分度圆直径：683减速箱传动比为：则减速器输入转速应为：3）选定减速器规格………………(14)式中：——选用功率，；——实际负载功率，；——工况系数，如表6所示；——安全系数，如表7所示。表6工况系数Table.6Thecoefficientofoperatingmode每天工作时间载荷种类24连续不停平稳中等重型冲击≤30.81.01.51.1～1.2＞3～101.01.251.751.1～1.2＞10～241.251.502.01.1～1.2表7安全系数Table.7Safecoefficient使用条件安全系数间断使用机械，配套减速器失效能引起严重后果，如带式输送机用减速器1～1.2每天8工作和不经常满载工作的减速器，例如起重机械用减速器1.3～1.5一般设备，减速器失效仅引起单机停产，且易更换备件；重要设备、减速器失效引起机组、生产线或全厂停产，例如强磁选矿设备配套减速器等1.6～1.8高安全要求，减速器失效会引起严重后果设备或人身事故，或因减速器失效，会给社会生产造成损失，如动力厂用减速器1.9～2.1计算出＝0.30，根据表6取＝1.0，根据表7取＝1.8则＝0.30×1.0×1.8＝0.55选用行星齿轮减速器，型号其具体参数见表8表8减速器参数表Table.8Theparameterofgearreducer公称传动比输出转速/电机功率/规格/5602.520.552504排泥系统设计-PAGE49-4排泥系统设计吸泥机排泥的方式有虹吸、泵吸和空气提升等三种方式，行车式吸泥机中主要采用的是虹吸排泥和泵吸排泥两种排泥形式。虹吸排泥与泵吸排泥均可达到沉淀池排泥的目的，但是二者的排泥原理却大不相同：虹吸式排泥方式是指设备运行前，将水位以上的排泥管内的空气利用真空泵或水射器抽吸或用压力水倒灌等方法排除，从而在大气压的作用下，使泥水充满排泥管道，在开启排泥阀之后形成虹吸方式连续排泥；泵吸式排泥方式则是指在吸泥泵的作用下，抽取沉淀池池底的污泥，并将吸入管内的污泥经由水泵排除池外。泵吸式排泥方式与虹吸式排泥方式的主要差别在于，各根吸泥管在水下(或水上)相互联通后，再由总管接入水泵，再行排泥，并且排泥期间水泵持续工作。设计采用的行车式吸泥机排泥方式为虹吸式排泥。由真空泵抽真空产生虹吸效应，池底的泥渣在大气压力的作用下经由排泥管排出，排泥量由每根排泥管上的阀门控制。当排泥含水率较高时，需要适当关小排泥管上的阀门。现有吸泥机在设备运行时，常常面临以下几种问题：1)吸泥机真空系统由于设计和制造上存在缺陷或其管路系统布置不合理，真空容易被破坏，容易出现漏气现象，从而经常造成排泥中断，致使吸泥机失去了原有的工效；2)吸泥管的直径相对较小，吸泥管和排泥管经常出现堵塞现象，致使排泥量降低，甚至造成行车空走，无效功耗增加，浪费能源；3)吸泥机需要连续运行，排泥管上的阀门也需要经常调节，不利于装置的可靠运行，且造成操作人员的劳动强度相对较高。因此设计中应注意以上几点。吸泥机设计中还应注意提高管线的密封性能，拆除原来用作固定抽真空管线和排泥管线的机架，减小了行车在水中的行走阻力，吸泥机停留于在非工作时吸泥机停在沉泥量相对较少的沉淀池的进水口处，吸泥管不会被堵塞，有利于吸泥机的再次启动；使用时要注意观察和测定沉泥量，合理的控制排泥间歇期，排泥间歇期过长，沉淀池底部沉泥量过多，一方面会使行车行走阻力过大造成机身变形，另一方面会使吸泥机启动困难和行车多次间歇行走。如果行车多次间歇行走，会影响到行走系统的使用寿命，这一方面在自动控制系统设计中会有详细论述。4.1排泥管路的设计在虹吸管排泥系统中又分为单管和多管系统。单管系统虽然管道比较简单、安装工程量较小，但在排泥不均时无法进行调节。靠近排泥干管起点的吸泥管，由于管线相对较长而阻力损失大，导致排泥量小，排泥不彻底需停水清淤；而靠近虹吸干管末端的吸泥管，由于管线相对较短而阻力损失小，导致排泥量大，浪费排泥水量。上述两方面的弊病尚无法控制。更主要的是在排泥过程中，当某一根吸泥管堵塞时无法及时发现，从而影响了排泥效果。因此，单管虹吸排泥系统不宜推广应用。为了方便虹吸管路的检修和避免多口吸泥时的相互干涉，虹吸排泥系统采用多管系统(即从吸泥口至排泥口均以单管自成系统的方式)布置。该系统虽然小管径管道较多，安装工程量略大，但每根虹吸排泥管自成系统，且在每根出泥管上均装有调节阀门，可随时调节排泥量而达到排泥均匀且不浪费排泥水量的目的。该系统一旦某根虹吸排泥管堵塞或排泥不畅时，可及时发现并避免停水、清池检修，适于在工程中推广应用。多管虹吸排泥系统的典型布置如图5所示：图6多管虹吸排泥系统图6多管虹吸排泥系统Fig6Multi-pipessiphondrainagesludgesystem4.1.1排泥管及吸口数量的确定排泥管和吸泥口的数量视沉淀池的断面尺寸确定，通常间距为1～1.5，因设计沉淀池池宽15，设计吸泥管数量为12根，管材选用镀锌水煤气钢管，各吸泥管间间距为1250。4.1.2排泥管管径的确定吸泥管的管径的确定是排泥管路设计中的重点之一。管径选择过大会导致设计偏差，管径选择偏小则会影响排泥的顺利进行，甚至会导致排泥管的堵塞。管径选择的恰当与否直接决定了排泥的效果。吸泥管的管径应由计算来确定，并且管径应不小于，其管径的确定主要取决于派出的污泥量、管内的污泥流速及吸泥管排列的根数。（管内泥水流速不超过）查《给水排水设计手册》（第九册）得到管径的计算公式为：（间隔式）………………(15)（连续式）………………(16)因设计吸泥机完成一次往返吸泥后，停留6个小时在进行下一个工作流程，故管径的计算公式选为：式中：——吸泥机行驶速度为——吸泥间隔时间为——吸泥机在沉淀池纵向往返行程——虹吸管内水流流速设计为为含水量为的污泥含量，其值可由表9内计算公式计算表9污泥含量计算公式Table9Mudcontentcalculationformula项目公式设计数据及符号说明进水流量计算对于圆形池对于矩形池——进水流量——沉淀池有效容积——池径——水池有效深度——水池宽度——水池长度——沉淀时间干污泥量或——干污泥量——进水悬浮物含量——出水悬浮物含量——悬浮物去除百分率去除污泥量计算——含水率为时的污泥含量——去除污泥含水率计算得到＝则吸泥管管径为：查《机械设计手册》新版2表11.5-16，选取管径为镀锌水煤气钢管，内径为，外径为，管单位长度重量为，最长的虹吸管长度为。4.1.3排泥管吸口断面的确定吸口与吸泥管相连，是虹吸时抽取泥水的管件。吸泥管吸口的断面积与吸泥管的断面积是相等的，已知吸口的断面积为：设计吸口长度则吸口宽度4.1.4排泥管摩擦水头损失的计算吸泥机的虹吸管一般由吸口、直管、弯头、阀门等管配件组成，吸泥时水流在管内产生摩擦，损失水头。因此，池内水位与排泥管出口之间应保持一定的落差，才能保持泥水的顺利排除。1)直管的摩擦水头损失计算：吸泥管中的水流一般为紊流状态，流体在管内的摩擦水头损失大致上与流速成正比例的关系，查《给水排水设计手册》（第九册）得到直管的摩擦水头损失的计算公式为：………………(17)式中：——管内的平均流速为——紊流状态时，摩擦损失系数——管长——管道内径为则2)管配件的摩擦水头损失计算：查《给水排水设计手册》（第九册）得到管配件的摩擦水头损失的计算公式为：………………(18)式中：－各种管配件的摩擦水头损失系数，由《给水排水设计手册》（第九册）表7-20查得。(1)进水口摩擦水头损失计算：设计进水口形状为棱角接口，选择摩擦损失系数为则(2)弯头摩擦水头损失计算：选取弯头摩擦水头损失系数为，弯头数量为2则(3)出口闸摩擦水头损失计算：选取闸阀全开时摩擦水头损失系数则3)吸泥管管路的总水头损失：考虑到管道使用年久等因素，实际的，即设计沉淀池水位与排泥槽水位落差距离为，因此可保证吸泥管正常工作。4.1.5管内流速的调节管内流速可根据来复核，查《给水排水设计手册》（第九册），其计算式为：………………(19)式中：——为池内水位与排泥槽水位的水头差——为吸泥管与管配件的摩擦水头损失的总和计算得4.1.6吸泥管的安装要求吸泥管的安装要注意以下几点：1)吸泥口至池底的距离可与吸泥管的直径相等，即吸泥口距池底的距离为76；2)在虹吸管的最高位置处设置截止阀或电磁阀，用作抽吸真空及破坏虹吸之用；3)虹吸管出泥口伸入排泥沟的距离约100～150，以防止泥水溅出槽外。4.1.7吸口的形状为了尽可能提高吸泥的浓度，一般都将吸口做成长形扁口的形状，然后以变截面过渡到圆管形断面，圆管断面积与吸口的断面积相等，并以管螺纹与吸泥管连接。吸口以铸铁浇铸，铸铁的牌号为。4.1.8吸泥管的固定吸泥管的固定方式，随水池的类型而定，在平流沉淀池中，池内无障碍物，钢支架可以直接悬入池内，作为固定吸泥管之用；在斜管沉淀池中，由于池内设置了许多间隔较小的平行倾斜板或孔径较小的平行倾斜蜂窝状管，吸泥管从池边下垂伸入越过斜管后，再分别固定在悬挂于水下的钢支架上。设计中，吸泥管用角钢与扣件固定在吸泥机行车桁架上，角钢选用，焊接在水平桁架上，用扣件与螺母连接固定角钢与吸泥管。经强度校核计算，该固定方式完全能承受住集泥阻力所带来的荷载。4.2抽真空装置的设计4.2.1简述抽真空装置作为行车式排泥机的重要经济指标，对整个吸泥机设备的排泥效率有着至关重要的作用。抽真空装置是虹吸式吸泥机形成虹吸的所必须的装置。吸泥机在运转前，利用抽真空装置抽吸水位以上的排泥管内的空气，在大气压的作用下，使泥水充满管道，在开启排泥阀后形成虹吸式连续排泥。合理的抽真空装置能大量的抽吸排泥管内的大量气体，方便快捷的达到人力引水所不能达到的排泥效果，并具有占地面积小、系统故障少、做真空严密性实验安全、可靠、方便等等的优点。真空泵和水射器均是抽真空装置中常用的设备，水射器也叫水喷射泵，是利用其它水泵将水的压力提高，使具有一定压力的水从喷嘴里以高速射流喷出，这时水的能量从压力能转化为动能，射流表面压力迅速降低，由于高速射流对周围气体具有粘滞和卷吸效应，空气便源源不断地抽吸进来。高速运动的水柱和气流在混合管处形成乳白色泡沫流到扩散器内。在扩散器中随着截面扩大，流速降低，压力升高，直到高于大气压力而排到大气中，形成真空，最终达到吸出污泥的目的。然而水射器存在着一个难以解决的问题：在一个正常排泥周期内所排出的泥浆水中，仅有40%属于应该排放的泥浆水，而60%属于不该排放的滤前水。大量滤前水的排放，造成半成品水的浪费，增加了药耗、能耗，提高了制水成本。综合考虑各种因素，设计选用真空泵作为抽真空装置的主要设备。4.2.2真空泵的选择真空泵是抽真空装置的关键设备，常见的真空泵水环式真空泵/液环真空泵、旋片式真空泵等。水环式真空泵/液环真空泵是在叶轮的高速旋转作用下，将水抛向四周，形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环，如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外；旋片式真空泵则是通过旋片的转动，旋转时，把定子、进、排气口分隔开，滑片借助弹力、紧贴在腔壁，周而复始，进行变容，将吸入气体压缩从排气口排出，从而达到抽气目的。旋片式真空泵是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为101325～1.33×10属于低真空泵。它的工作性能由高压级与低压级二部分组成，它的吸入口与真空容器或真空设备连接，在运转时容器内的气体将大量吸入与排出。当设备获得真空时，高压级排气阀片将封闭，高压级吸入的气体将转送到第二级，并经第二级吸放与排出，这样真空设备可获得了一定的真空。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵，应用广泛。设计吸泥机中吸泥管高出水面约170，此时，因此：………………(20)经计算即理论上达到真空度9.34％左右时即可吸出泥水。考虑到泥密度大于水的密度，为水的1.03倍，实际值应约为9.62％左右时才可吸出污泥。另外，考虑到吸泥机排泥管道中接头装置较多，密封性较低，经计算，预计需用120才可吸出泥水。查《给水排水设计手册》第二版第十一册常用设备选取旋片式真空泵其具体参数见表10；结构图见图7表10真空泵具体参数Table10Thespecificparameterofvavuumpump泵型号抽气功率极限压力配用功率进气口内径进气口噪声总重量外形尺寸(长×宽×高)40.552566图7真空泵结构图图7真空泵结构图Fig7Thestructureofvavuumpump4.2.3抽真空装置的确定抽真空装置示意图见图8图8抽真空装置示意图图8抽真空装置示意图Fig8Thesketchofevacuatingdevice由4.2.2可知，抽真空装置选取旋片式真空泵，该真空泵选用电机功率为0.55，抽气功率为4；型号为的电接点压力真空表，用以监控虹吸管内的压力；选取电磁球阀作为破坏虹吸的装置。该抽真空设备运行如下：开启旋片式真空泵电机，真空泵开始工作，即开始抽取管内的气体，随着抽气的进行，通过空气胶管与虹吸管相连的电接点压力真空表开始显示管内的气压。在压力的作用下，泥水开始经由真空引水控制器进入止水阀，橡胶浮子的密度小于水，因此橡胶浮子浮起。随着真空泵工作的工作，管内的压力逐渐增大，止水阀内的水位逐渐增高，当气压增高到一定值后，止水阀内的橡胶浮子被止水阀盖挡住，同时塞住虹吸管，虹吸形成，泥水在大气压的作用下沿排泥管被派出，真空泵停止工作。只需打开电磁球阀，让空气进入虹吸管，破坏管内外压力差，则虹吸被破坏，泥水不再排出。5集电装置及端头立柱5集电装置及端头立柱5.1集电装置的选择行车式吸泥机的集电装置通常有四种形式：安全封闭式滑触线、卷筒电缆式集电装置、移动式悬挂电缆集电装置、架空线弓形滑触式集电装置。各种集电装置各有各的优缺点，见表12表11集电装置一览表Table11Thetableofcollectingelectrode集电方式优缺点集电装置优缺点安全形封闭式滑触线(1)结构简单(2)安全可靠卷筒电缆式集电装置行程不宜过长，电缆卷筒随吸泥机移动移动式悬挂电缆集电装置(1)结构简单，使用方便(2)跨度大时垂度较大架空线弓形滑触式集电装置(1)机构较复杂(2)在腐蚀性环境中易腐蚀综合以上的各种设备的优缺点，同时考虑到实际的使用情况(平流式沉淀池、行车式吸泥机)，选择构造简单，构建容易且方便于维护检修的集电装置。设计选用移动式悬挂电缆集电装置。5.2端头立柱高度的确定端头立柱固定在钢轨的两端，用来防止吸泥机的终端开关失灵而掉轨的事故。端头立柱的高度可由式：………………(21)车轮半径为10计算得6自动化控制系统的设计6自动化控制系统的设计6.1简述现代社会要求制造业对市场的需求做出迅速反映，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱。可编程序控制器的产生和发展于继电器控制系统有很大的关系。继电器是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，可能会花费大量的时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要作相应地变动，这种改造工期长、费用高，以致于发生用户扔掉旧的控制柜，另外制作新控制柜的情况。可编程序控制器的出现彻底的改变了这种情况的产生。多年来，可编程控制器（以下简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。6.2PLC的应用特点1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。4)系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。6.3PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：1)开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4)数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5)通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。6.4PLC应用中需要注意的问题PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意工作环境这个问题：1)温度PLC要求环境温度在，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。2)湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。3)震动应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。4)空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。5)电源PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。6.5PLC的选择PLC机型的选择主要考虑合理的结构型式、安装方式的选择相应的功能要求、响应速度的要求、系统可靠性的要求及机型尽量统一等几个主要的方面。因此应该PLC的I/O点的数量合理选用PLC，由表8PLC的IO分配表中的控制系统的输入/输出信号种类、输入/输出的点数，选取了Siemens系列的PLC，它的输入点数和输出点数分别为24和16，满足刮泥机的工作控制要求。控制电路主要由CPU226实现。6.6自动控制系统本自动控制系统由PLC和I/O控制两部分组成。在正常运行时，要求能够达到以下的控制要求：1)该控制系统应具有手动调节和自动运行功能。2)为了确保真空泵及行车速度正常运行，真空泵的抽气时间和行车往返一次的时间应设置合理。3)真空泵形成真空后行车再开始运动。行车运动前，为了防止污水从吸气口进入真空泵体内，而造成真空泵的破坏，必须保证真空泵吸气停止。4)吸泥管形成虹吸时，两台三项异步电动机必需保证同步启动及运转。5)任何一个电机出现故障时，能够发出报警信号，并且能够自动停机，防止出现脱轨、行车架变形等更大的事故。6)当抽真空系统工作(抽真空)时，监控是否形成虹吸，否则发出报警信号，并停车。7)确保运行过程连续、可靠。6.6.1PLC控制原理框图图9控制原理框图Fig9Controlprincipleblockdiagram6.6.2PLC的I/O分配表本系统中设计的PLC控制系统I/O分配表，如表13所示。表12I/O分配表Table12ThedistributionofI/O输入地址编号输出地址编号设备总停I0.0吸泥机前进输出Q0.0运行方式：自动I0.1吸泥机后退输出Q0.1运行方式：手动I0.2真空泵真空输出Q0.2真空形成I0.3真空破坏输出Q0.3真空破坏I0.4吸泥机停止Q0.4吸泥机前进I0.5吸泥机后退I0.6吸泥机停止I0.7真空泵电机停止I0.8行车起始位置I1.0行车后退限位位置I1.1驱动电机故障I2.0驱动电机故障I2.1自动运行I2.2真空泵电机破坏IPLC接线图控制系统接线图如图10所示：图10PLC接线图Fig10PLCwiringdiagram6.6.4控制系统的功能描述本电气控制系统具有手动和自动两种控制方式，在程序运行前首先要选择设备的运行方式。在系统运行前，首先须将CPU226的工作方式选择为“RUN”，并且对应的指示灯亮，才能进行下一步。1)自动运行自动运行前，先将转换开关转至“手动”位置，接通I0.2，然后调用“自动控制”子程序，开始自动循环。按下操作面板上的自动运行，接通I3.2，整个程序开始如图11所示的工作循环。图11自动控制控制流程图Fig11图11自动控制控制流程图Fig11Controlcontrolflowchartvoluntarily接通电源I0.1，再按下开关I0.3，真空泵Q0.2得电吸合，真空泵吸气C0计时120秒，即虹吸形成后，真空泵电机停止。同时，电动机得电,虹吸泥机低速前进,并且计数器C1清零，到达终点后,限位开关I1.1闭合.与此同时，电动机得电,虹吸泥机低速后退，碰到起始点限位开关I1.0闭合.虹吸泥机停止运动，虹吸破坏且清零计时器C0。同时，运行循环停车时间间隔器开始计时，定时时间达到C1计时21600秒（6小时）时，真空泵再次启动同时关闭停车输出信号和虹吸破坏信号，重复上次循环操作。2)手动运行手动运行前，先将转换开关转至“手动”位置，接通I0.2，然后调用“手动控制”子程序。按下操作面板上的对应按钮，即可接通对应的PLC输入点，执行下面相应的动作。按下真空泵电机运行，接通I0.3，输出继电器Q0.2接通并自锁，真空泵电机运行；按下真空泵电机停止，接通I0.8，Q0.2断开，真空泵电机停止运行，停止吸真空；当真空泵电机发生故障时，接通I2.3，其常闭点断开，Q0.4断开，停止吸真空。按下吸泥机运行开关，接通I0.5，其常开点闭合，输出继电器Q0.0接通并自锁，吸泥机运行；按下吸泥机电机停止，接通I0.7，Q0.0断开，吸泥机停止运行；当吸泥机电机发生故障时，接通I2