磨片式固液分離機(jī)的設(shè)計(jì),磨片式固液,分離,設(shè)計(jì) 磨片式固液分離機(jī)的設(shè)計(jì) 摘 要 通過(guò)使用SOLIDWORKS三維軟件建立固液分離機(jī)實(shí)體模型，對(duì)磨片式固液分離機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和說(shuō)明，從而優(yōu)化分析設(shè)計(jì)出符合實(shí)際效用的固液分離機(jī)。 在方案設(shè)計(jì)中，通過(guò)選擇計(jì)算，確定磨片式固液分離機(jī)的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y100L2-4、Y80M2-4；通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定減速器的相應(yīng)的參數(shù)；通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確立定片、動(dòng)片以及螺旋軸的設(shè)計(jì)參數(shù)，完成磨片式固液分離機(jī)的設(shè)計(jì)。 總體而言，磨片式固液分離機(jī)是一種新型式的分離機(jī)，其動(dòng)力由螺旋軸推進(jìn)，動(dòng)、定片間隔組成一組或幾組過(guò)濾單元，從進(jìn)口到出口，螺旋軸螺距逐漸變小，物料在動(dòng)定片腔內(nèi)的壓力增大，使水從動(dòng)片與定片間隙濾出，而且在出口處設(shè)置背壓板增加內(nèi)部壓力實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速脫水。從而提高了生產(chǎn)效益和物料利用率，降低了生產(chǎn)成本，還能避免浪費(fèi)和污染，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 關(guān)鍵詞：實(shí)體模型；電動(dòng)機(jī)；減速器；螺旋軸；固液分離機(jī) ABSTRACT By using SOLIDWORKS software to establish entity model of solid liquid separation, grinding type solid-liquid separator of the structure and working principle of design and specification, thereby optimizing analysis designed to meet the practical utility of the solid-liquid separator. In the design, by calculation, determine the motor of grinding type solid liquid separator model Y100L2-4, and Y80M2-4 through design, determine the appropriate reducer parameters through system design and structural design, establish a stator, rotor, and the design parameters of screw shaft, finish grinding type solid-liquid separator design. General, mill tablets type solid liquid separation machine is a new type of separation machine, its power by spiral axis advance, moving, and set tablets interval composition a group or several group filter unit, from imports to export, spiral axis pitch gradually variable small, material in moving set tablets cavity within of pressure increases, makes water from moving tablets and set tablets clearance filter out, and in export at set back plate increased internal pressure achieved continuous fast dehydration. So as to improve production efficiency and material utilization, reduce production costs, also avoid waste and pollution, protect ecological environment. Key words:entity model,motor,reducer,solid liquid separator  目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 緒論 1 1.1 研究背景與意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外分離機(jī)械的研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 分離機(jī)的分類 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)分離機(jī)研究歷程 2 1.2.3 國(guó)外分離機(jī)研究概況 3 1.2.4 存在的問(wèn)題 4 1.3 固液分離機(jī)的研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)思路 4 1.4 小結(jié) 4 第2章 磨片式固液分離機(jī)三維建模 5 2.1 設(shè)計(jì)使用的軟件 5 2.2 磨片式固液分離機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 6 2.3 SOLIDWORKS三維建模 7 2.4 小結(jié) 9 第3章 驅(qū)動(dòng)裝置的選定 10 3.1 固液分離機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置 10 3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 10 3.3 減速器的設(shè)計(jì) 12 3.4 小結(jié) 13 第4章 固液分離裝置的設(shè)計(jì) 14 4.1 固液分離裝置的設(shè)計(jì) 14 4.2 定片的設(shè)計(jì) 14 4.3 動(dòng)片的設(shè)計(jì) 15 4.4 螺旋軸的設(shè)計(jì) 15 4.5 齒輪軸的設(shè)計(jì) 18 4.6 小結(jié) 18 第5章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 19 5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 19 第6章 總結(jié)與展望 20 6.1 總結(jié) 20 6.2 展望 20 致 謝 21 參考文獻(xiàn) 28 第1章 緒論 1.1 研究背景與意義 篩分細(xì)化思想是從人類社會(huì)勞動(dòng)分工到產(chǎn)品精細(xì)化生產(chǎn)一直延續(xù)至今，也是許多物料在加工過(guò)程中必要的一道工序。生產(chǎn)過(guò)程中為了提高經(jīng)濟(jì)效益避免浪費(fèi)和污染，需要通過(guò)篩分來(lái)精細(xì)化提煉和處理各個(gè)級(jí)別的物料。所以，篩分機(jī)在物料處理中有著很廣的應(yīng)用，例如：化工生產(chǎn)中的制堿、化肥、染料過(guò)濾，采礦和濕法冶金工業(yè)中的各種金屬粉末、礦石，制藥工業(yè)中的抗菌素的生產(chǎn)和無(wú)菌水的制備，生物發(fā)酵和生物制品工業(yè)中的發(fā)酵液和菌絲體分離，環(huán)境保護(hù)工程中處理的大量污水以及造紙業(yè)中的木屑、紙漿等。其中固液分離作為篩分的一個(gè)重要方面，在各行各業(yè)也有著廣泛的應(yīng)用。 由于處理物料的不同篩分機(jī)的種類也不相同，固液分離機(jī)就是其中用于分離固體和液體的篩分機(jī)。固液分離設(shè)備總體可分為真空和加壓兩大類。真空類常用的有圓筒型、圓盤型、水平帶型等；加壓類常用的有壓濾型、壓力容器型、壓榨型、動(dòng)態(tài)過(guò)濾和旋轉(zhuǎn)型等[1]。 本章通過(guò)對(duì)固液分離機(jī)的現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點(diǎn)分析研究，進(jìn)而設(shè)計(jì)出磨片式固液分離機(jī)，優(yōu)化了原有固液分離機(jī)在濾布、過(guò)濾帶等方面容易發(fā)生堵塞、損壞的問(wèn)題，從而減少成本降低能耗。 1.2 國(guó)內(nèi)外分離機(jī)械的研究現(xiàn)狀 1.2.1 分離機(jī)的分類 分離機(jī)是指為得到所需物料將不同粒級(jí)物料或雜質(zhì)從已有物料中去除出的設(shè)備。在處理不同類型的物料需要用到不同類型的篩分機(jī)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)和篩面的不同，分離機(jī)可跟為以下幾類：[2] （1）固定篩 固定篩的篩面是由互相垂直的篩條平行排列組成的，固定時(shí)可以水平或傾斜一定角度放置。固定篩可分為兩類即格篩和條篩，在工作的時(shí)候，物料在重力的作用下沿篩面運(yùn)動(dòng)，達(dá)到篩分的目的。固定篩的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作要求低、壽命長(zhǎng)，主要缺點(diǎn)在于生產(chǎn)率和篩分率較低。 （2）圓筒篩 圓筒篩是由圓筒形的篩子繞軸線做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在工作時(shí)，物料進(jìn)入圓筒篩，由于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使得不同級(jí)別的物料從篩面和端面分理出。圓筒篩的優(yōu)點(diǎn)在于有很好的平穩(wěn)性，較低的轉(zhuǎn)速。但是也存在缺點(diǎn)，容易造成堵塞，導(dǎo)致其工作效率較低，且由于工作容量小，生產(chǎn)率低。 （3）振動(dòng)篩 振動(dòng)篩是利用振子激振所產(chǎn)生的振動(dòng)從而使物料分離。在工作時(shí)，物料進(jìn)入振動(dòng)篩，由于振子激振是篩面回旋振動(dòng)，將物料中的不同等級(jí)的物質(zhì)分離出來(lái)。振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的效率，能滿足不同層次的物料分離需要，且質(zhì)量小種類多。缺點(diǎn)是不適用于含有水分高且有粘附性的物料，同時(shí)能耗高，噪音大。 （4）其它篩分機(jī)械 除上述幾中常見(jiàn)得篩分機(jī)構(gòu)外為了針對(duì)某些特殊物料特殊設(shè)計(jì)一些其他的篩分機(jī)，如強(qiáng)化篩、搖動(dòng)篩、離心篩等，都具有其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，工作原理大略有不同。 1.2.2 國(guó)內(nèi)分離機(jī)研究歷程 分離機(jī)在我國(guó)是在20世紀(jì)50年代左右發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)中國(guó)的機(jī)械理論和研究水平都相對(duì)落后，在經(jīng)過(guò)不斷的學(xué)習(xí)研究才逐步發(fā)展起來(lái)，從總體上看可分為三個(gè)階段[3~4] （1）仿制階段:在20世紀(jì)50年代以前，我國(guó)的分離機(jī)研究還處于起始階段，此時(shí)波蘭、前蘇聯(lián)等國(guó)家在這方面處于領(lǐng)先地位，因此我國(guó)開(kāi)始仿制了幾個(gè)系列的圓筒振動(dòng)篩和搖動(dòng)篩和直線振動(dòng)篩等。我國(guó)的科技人員在通過(guò)在仿制和研究的過(guò)程中汲取了大量的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，為我過(guò)得后續(xù)自主研制發(fā)展奠定的堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。 （2）自主研制階段:在20世紀(jì)60年代中期，隨著仿制技術(shù)的積累，我國(guó)研制出了多個(gè)系列的分離機(jī)，共振篩系列、概率篩系列等的出現(xiàn)標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入自主研制道路。 （3）引進(jìn)提高階段: 隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步以及我國(guó)對(duì)礦山、能源、冶金等項(xiàng)目的需求不斷增加，國(guó)家出臺(tái)了“十二五”規(guī)劃，極大的刺激的分離機(jī)在我國(guó)的發(fā)展。目前，相關(guān)資料表明，除了直線振動(dòng)篩、高頻篩、圓運(yùn)動(dòng)篩、弧形篩等一些常規(guī)分離機(jī)設(shè)備包括50多個(gè)系列1000多種規(guī)格外，我國(guó)還研發(fā)出了一些結(jié)構(gòu)樣式新穎，符合某些特殊產(chǎn)業(yè)的分離機(jī)產(chǎn)品，例如：高幅節(jié)肢振動(dòng)篩、條形振動(dòng)篩、多元高幅振動(dòng)篩、單軸激振橢圓振動(dòng)篩等，為使用單位提供了更廣闊的選擇空間。 目前，我國(guó)分離機(jī)的理論與技術(shù)方面己接近或超過(guò)世界先進(jìn)水平，一些實(shí)力雄厚的分離機(jī)設(shè)備制造企業(yè)己經(jīng)將產(chǎn)品出口到澳大利亞、美國(guó)、印度等國(guó)家，不僅創(chuàng)造了利益，也增加了我國(guó)篩分設(shè)備的國(guó)際影響力。 1.2.3 國(guó)外分離機(jī)研究概況 分離機(jī)在國(guó)外有著較早的發(fā)展歷史。在1589年英國(guó)開(kāi)始首先使用分離機(jī)，那時(shí)的分離機(jī)主要用于煤礦業(yè)。最早使用的是固定篩，那時(shí)工人們首先把煤倒在固定篩上，用錘子把比較大塊的煤塊揀出敲碎，再通過(guò)固定篩對(duì)煤進(jìn)行分級(jí)。隨后，出現(xiàn)了由棍棒條組成篩面的棒條篩，后來(lái)逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)在的滾軸篩。隨著英國(guó)第一次工業(yè)革命后工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展，分離機(jī)械和篩分工藝的研究也得到了極大發(fā)展，為了滿足生產(chǎn)需求，圓筒篩、搖動(dòng)篩、振動(dòng)篩、概率篩、等厚篩、弛張篩等各種篩分機(jī)械不斷問(wèn)世。在開(kāi)發(fā)研制新的篩分機(jī)械基礎(chǔ)上，有關(guān)篩分的理論也在不斷深入，不斷發(fā)展。1951年瑞典人弗雷德里克·摩根生通過(guò)引入統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析發(fā)明了概率篩[5]。隨之1965年法國(guó)人布爾斯特萊發(fā)明等厚篩分機(jī)，德國(guó)發(fā)明了電磁激振式篩分機(jī)，美國(guó)人加洛韋歸納出了24種影響篩分作業(yè)的因素，麥考利對(duì)物料進(jìn)入分離機(jī)的不同狀態(tài)和篩分效果的關(guān)系做了相關(guān)研究[6]。M.D.Martynenko、N.A.Dokukova在《Velocity of motion of bodies with tossing on a vibrating surface》中提出了篩面上物料運(yùn)動(dòng)的速度理論，給出了相關(guān)的計(jì)算方程式[7]。John M. Sweeten、Saqib Mukhtar、Brent W. Auvermann在《Solid-Liquid Separation of Animal Manure and Wastewater》中指出固液分離機(jī)的工作原理和使用范圍[8]。 1.2.4 存在的問(wèn)題 目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的固液分離機(jī)有螺旋擠壓式、疊螺式、回轉(zhuǎn)式等，雖然這些固液分離機(jī)能解決一部分的固液分離問(wèn)題，但也存在著一些不足，比如，固液分離機(jī)要直接接觸液體，使機(jī)體腐蝕較為嚴(yán)重；顆粒不規(guī)則或種類雜多容易造成篩網(wǎng)堵塞；處理后分離效果不理想，工作噪音大、容易損壞、能耗成本較高等。為了能降低或解決這些問(wèn)題，從而通過(guò)研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)出磨片式固液分離機(jī)。 1.3 固液分離機(jī)的研究?jī)?nèi)容與設(shè)計(jì)思路 為了解決上述現(xiàn)有固液分離設(shè)備存在的不足，本文設(shè)計(jì)了一種磨片式固液分離機(jī)，具體所研究的內(nèi)容方案如下： 磨片式固液分離機(jī)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、固液分離機(jī)構(gòu)和機(jī)架三個(gè)組要結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與固液分離機(jī)構(gòu)相連接，機(jī)架設(shè)置在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和固液分離機(jī)構(gòu)下部。通過(guò)SOLIDWORKS三維軟件設(shè)計(jì)出固液分離的整體裝配圖，根據(jù)三維視圖在分析設(shè)計(jì)出各部分零件，檢驗(yàn)校核各部分是否符合設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行優(yōu)化分析得出最終結(jié)果，定型成為最終設(shè)計(jì)。 1.4 小結(jié) 本章說(shuō)明了研究磨片式固液分離機(jī)的背景和意義，說(shuō)明了篩分機(jī)械的分類、國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展概況以及存在的問(wèn)題，并解釋了本文研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線。  第2章 磨片式固液分離機(jī)三維建模 2.1 設(shè)計(jì)使用的軟件 SOLIDWORKS是由1995年美國(guó)SOLIDWORKS公司基于對(duì)實(shí)體進(jìn)行建模、特征以及參數(shù)化的三維制圖軟件。這個(gè)軟件采用了Windows TM圖形的使用界面，性能優(yōu)異且簡(jiǎn)單易懂。使用SOLIDWORKS這個(gè)制圖軟件是可以建立全相關(guān)關(guān)系的三維實(shí)體模型，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中實(shí)體之間將會(huì)具有一定約束或沒(méi)有約束關(guān)系。當(dāng)然，SOLIDWORKS還可以使用自定義的或者自動(dòng)的約束去設(shè)計(jì)。下面介紹SOLIDWORKS幾個(gè)主要模塊[9]。 圖1 SOLIDWORKS 的模塊視圖 （1）零件設(shè)計(jì)模塊：SOLIDWORKS的零件模塊是用來(lái)編輯模型和創(chuàng)建新模型的三維實(shí)體模型，常用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。因此，利用SOLIDWORKS軟件繪圖的過(guò)程就是使用零件模塊來(lái)創(chuàng)建各種類型特征的過(guò)程。 （2）裝配模塊：SOLIDWORKS軟件可以將多個(gè)零件圖裝配成一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品裝配圖，通過(guò)系統(tǒng)提供的十幾種配合方式，進(jìn)行精確的裝配，使得繪圖變得簡(jiǎn)單高效，位置關(guān)系精確。同時(shí)SOLIDWORKS也提供了爆炸視圖，使用戶更加直觀的觀測(cè)到復(fù)雜裝配圖的內(nèi)部情況。 （3）運(yùn)動(dòng)仿真模塊：在SOLIDWORKS中，還提供一種仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能，通過(guò)運(yùn)動(dòng)算例可以將配合好的裝配圖按著其原有的軌跡進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)仿真模塊模擬真實(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使用戶可以直觀的觀察到裝配體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者將裝配體暫停在不同時(shí)間時(shí)的狀態(tài)，并可以保存成avi格式的視頻文件。 2.2 磨片式固液分離機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 圖2 磨片式固液分離機(jī)結(jié)構(gòu)圖 1.第一電機(jī) 2.第一減速機(jī) 3.進(jìn)料口 4.定位板 5.定片 6.定位傳動(dòng)齒輪 7.固定軸 8.第二減速器 9.第二電機(jī) 10.出料口 11.背壓板 12.螺旋軸 13.軸承座 14.軸承 15.拉力彈簧 16.動(dòng)片 17-20-21.機(jī)架 18.集水器 19.液槽及出水口 磨損磨片式固液分離機(jī)的工作原理為： 第一電機(jī)（1）通過(guò)第一減速器（2）減速后帶動(dòng)螺旋軸（12）旋轉(zhuǎn)，固、液混合物由進(jìn)料口（3）處進(jìn)入，被螺旋軸（12）上的螺旋葉片推向固體出料口（10），通過(guò)螺旋葉片螺距的變化、出料口截面的變化及背壓板（11）的共同作用使物料不斷加壓。在處理過(guò)程中，水分從動(dòng)片（16）、定片（5）間隙中溢出，流向集水器（18）后進(jìn)入液槽（19），由出水口排出。固體物料經(jīng)固體出料口（10）排出，完成固、液分離。 動(dòng)片（16）通過(guò)定位傳動(dòng)齒輪（6）（共勻布3處）定位并與螺旋軸保持同軸。定位傳動(dòng)齒輪（6）與定片通過(guò)固定軸（7）定位在機(jī)架上。第二電機(jī)（9）通過(guò)第二減速機(jī)（8）帶動(dòng)固定軸（7）轉(zhuǎn)動(dòng)。裝在固定軸（7）上的定位傳動(dòng)齒輪（6）帶動(dòng)動(dòng)片（16）旋轉(zhuǎn)，（一組固定軸齒輪主動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其余二組固定軸上齒輪被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)）完成研磨進(jìn)入動(dòng)、定片間隙物料，同時(shí)保持自清洗功能。 2.3 SOLIDWORKS三維建模 圖3 背壓板 圖4 進(jìn)料漏斗 圖5 定片 圖6 動(dòng)片 圖7 定向出料口 圖8 螺旋軸 圖9 磨片式固液分離機(jī) 2.4 小結(jié) 根據(jù)所SOLIDWORKS三維設(shè)計(jì)的模型，可以清楚明白的觀測(cè)到固液分離機(jī)的工作原理，同時(shí)也能三維模型分析發(fā)現(xiàn)其中的不足和缺點(diǎn)，為后續(xù)固液分離機(jī)的定型留下立體印象奠定基礎(chǔ)。這里主要介紹了SOLIDWORKS三維軟件以及磨片式固液分離機(jī)的三維模型和部分零件模型，并詳細(xì)敘述了磨片式固液分離機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了立體模型。  第3章 驅(qū)動(dòng)裝置的選定 3.1 固液分離機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置 固液分離機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置采用的電動(dòng)機(jī)是最常用的原動(dòng)機(jī)，由于原動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且工作比較平穩(wěn)，在維修和控制方面也簡(jiǎn)便，所以是常用的電動(dòng)機(jī)類型。在選擇點(diǎn)電機(jī)的過(guò)程中，需要先確定其類型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式和計(jì)算確定轉(zhuǎn)速和功率，在決定選擇哪種型號(hào)。 目前電動(dòng)機(jī)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展。電動(dòng)機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，而在工業(yè)上常用的是交流電機(jī)，其中尤以三項(xiàng)交流電機(jī)使用最廣泛。在三相交流電動(dòng)機(jī)中以鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣，在輸送機(jī)、攪拌機(jī)中多采用是Y系列的全封閉自扇冷鼠籠異步電動(dòng)，而在礦井下及其他有易燃易爆氣體的場(chǎng)合應(yīng)選防爆電動(dòng)機(jī)，如YB系列電動(dòng)機(jī)[9]。 3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 在固液分離機(jī)中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與固液分離機(jī)構(gòu)相連接，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)與第一減速器和第二電機(jī)與第二電機(jī)減速器，第一電機(jī)通過(guò)第一減速器與固液分離機(jī)構(gòu)相連接。當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)固液分離機(jī)構(gòu)對(duì)污水內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)行固液分離作業(yè)，從而對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。 計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率，首先需要計(jì)算出固液分離機(jī)的功率來(lái)確定，因此需要先確定在工作中的助力和速度，即 Pω=Fωvω1000ηω （3-1） 或 Pω=Tωnω1000ηω （3-2） 式中 Fω—工作裝置的阻力，N； vω—工作裝置的線速度，m/s； ηω—工作裝置的效率； Tω—工作裝置的轉(zhuǎn)矩，N?m； nω—工作裝置的轉(zhuǎn)速，r/min。 在固液分離機(jī)中設(shè)計(jì)其處理液態(tài)物料的能力在15~20立方米之間，設(shè)固液分離機(jī)能提供的有效推力為2500 N左右，其推送的平均速度在1 m/s，那么根據(jù)公式（3—1）可得工作狀態(tài)下所需的功率為： Pω=Fωvω1000ηω=2500×1.01000×0.90=2.78 kW 其中，工作裝置的效率ηω=0.90[10] 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 P0=Pωη （3—3） 其中η為電動(dòng)機(jī)至固液分離機(jī)內(nèi)主動(dòng)軸的傳動(dòng)裝置的總效率，包括一對(duì)滾動(dòng)軸承η=0.992=0.98，所以 P0=Pωη=2.780.98=2.84 kW 3—4 根據(jù)P0選取電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm=1~1.3P0=2.84~3.69 kW，并有表[11]查的電動(dòng)機(jī)的額定功率Pm=3 kW。同理可算得第二電機(jī)的功率為0.75 kW。 在電動(dòng)機(jī)中同一額定功率有不用的轉(zhuǎn)速，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)需考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、尺寸以及成本等問(wèn)題，由于轉(zhuǎn)速越高磁極越少，尺寸及重量越小，電動(dòng)機(jī)的價(jià)格也越低；但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過(guò)高，則會(huì)引起傳動(dòng)裝置的尺寸和重量變大，導(dǎo)致成本增加。綜合兩者情況考慮，選取同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min。根據(jù)同步轉(zhuǎn)速可查得電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y100L2-4、Y80M2-4電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)參照表1： 表1 同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 型號(hào) 額定功率 kW 額定電流 A 轉(zhuǎn)速 r/min 效率 % 效率因素 COSθ 振動(dòng)速度 mm/s Y80M2-4 0.75 2 1390 74.5 0.76 1.8 Y100L2-4 3 6.8 1430 82.5 0.81 1.8 3.3 減速器的設(shè)計(jì) 在固液分離機(jī)中需要用減速機(jī)在原動(dòng)機(jī)和螺旋軸間傳遞轉(zhuǎn)矩，使用減速器可以降低原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，曾大輸出轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到使用目的。減速器按照傳動(dòng)級(jí)數(shù)、形狀、傳動(dòng)布置的不同分類也不同。 根據(jù)上訴選的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算出減速器，已知電動(dòng)機(jī)的功率是3 KW，轉(zhuǎn)速為1500 r/min，螺旋軸的轉(zhuǎn)速控制在30~40 r/min，故可確設(shè)定其總轉(zhuǎn)速比i總=40，按各級(jí)傳動(dòng)比為i12=2.5，i23=5，i34=3.2。則對(duì)其進(jìn)行計(jì)算可有：[13] 電動(dòng)機(jī)軸： 轉(zhuǎn)速：n0=1440 r/min 輸入功率：P0=Pd=6.0 kW 輸入轉(zhuǎn)矩： T0=9.55×106×Pdn0=9.55×106×3.01440=2.0×104 N·mm 1軸（高速軸） 轉(zhuǎn)速：n1=n0i12=14402.5=576 r/min 輸入功率：P1=P0×η聯(lián)=3.0×0.96=2.88 kW 輸入轉(zhuǎn)矩: T1=9.55×106×P1n1=9.55×106×2.88576=0.5×105 N·mm 2軸（中間軸） 轉(zhuǎn)速：n2=n1i23=5675=135.2 r/min 輸入功率：P2=P1×η軸1×η齒=2.88×0.99×0.97=2.77 kW 輸入轉(zhuǎn)矩： T2=9.55×106×P2n2=9.55×106×2.77135.2=2.0×105 N·mm 3軸（低速軸） 轉(zhuǎn)速：n3=n2i34=135.23.2=42.25 r/min 輸入功率：P3=P2×η軸2×η齒=2.77×0.99×0.97=2.66 kW 輸入轉(zhuǎn)矩： T3 =9.55×106×P3n3=9.55×106×2.6642.25=0.6×10 N·mm 螺旋軸： 轉(zhuǎn)速：n螺=n3=42.25 r/min 輸入功率：P螺=P3×η軸2×η軸3=2.66×0.99×0.99=2.60 kW 輸入轉(zhuǎn)矩： T 螺=9.55×106×P螺n螺=9.55×106×2.6042.25=0.59×106 N·mm 3.4 小結(jié) 通過(guò)選擇計(jì)算，確定了電動(dòng)機(jī)的型號(hào)與參數(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定了減速器的各個(gè)參數(shù)，由此可以確定磨片式固液分離機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置。  第4章 固液分離裝置的設(shè)計(jì) 4.1 固液分離裝置的設(shè)計(jì) 磨片式固液分離機(jī)與常見(jiàn)的固液分離裝置的主要區(qū)別在于固液分離裝置的不同，磨片式固液分離機(jī)的固液分離裝置包含定片、動(dòng)片、進(jìn)料口、螺旋軸、背壓板以及齒輪軸和齒輪，其中動(dòng)片、定片和螺旋軸是固液分離機(jī)的重要組成部分。當(dāng)物料由進(jìn)料口進(jìn)入定片與動(dòng)片的內(nèi)腔中，動(dòng)片與定片間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在螺旋軸的擠壓推送下，物料中的大部分液體會(huì)通過(guò)片間間隙排除，流入下方的集水器中，從而達(dá)到分離效果。以下詳細(xì)對(duì)其設(shè)計(jì)做詳細(xì)說(shuō)明。 4.2 定片的設(shè)計(jì) 圖10 定片設(shè)計(jì)圖 定片選用的材料是Q345合金鋼，屈服強(qiáng)度為345MPa，有良好的加工工藝性和耐腐蝕性，經(jīng)過(guò)830～850℃淬火加適當(dāng)溫度回火，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬度為180~210HBS。[15]在設(shè)計(jì)的固液分離機(jī)設(shè)計(jì)中根據(jù)多次研究計(jì)算最終確定將定片的厚度定為20mm，共需要21片，其尺寸如圖4-1。定片的表面銑有6個(gè)寬度相等為15mm深度為0.8mm的凹槽，同樣在動(dòng)片的表面也有方向相反大小相同的凹槽，當(dāng)動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以起到研磨的作用，可以分離出一些細(xì)小的物質(zhì)，同時(shí)加快液體從物料中分離出來(lái)。 4.3 動(dòng)片的設(shè)計(jì) 動(dòng)片所選用的材料是45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)后其硬度達(dá)到197~286HBS，能滿足嚙合要求。由于動(dòng)片和傳動(dòng)齒輪相嚙合且與定片同心，而齒輪是標(biāo)準(zhǔn)件，所以經(jīng)過(guò)計(jì)算選定模數(shù)為5的齒輪作為傳動(dòng)齒輪，齒數(shù)為10，其分度圓直徑根據(jù)公式： d=m×z （4-1） 得到其分度圓直徑為50mm，根據(jù)中心距公式： 中心距a=（分度圓直徑D1+分度圓直徑D2）/2 （4-2） 可得動(dòng)片的分度圓直徑為250mm，可確定其齒數(shù)為46。設(shè)定其厚度為22mm，根據(jù)固液分離機(jī)的整體長(zhǎng)度共需要20個(gè)定片。 4.4 螺旋軸的設(shè)計(jì) 圖11 螺旋軸的輪廓圖 螺旋軸的設(shè)計(jì)是由直徑為60mm的軸和螺旋葉片焊接而成，葉片采用厚度為2 mm的單頭螺旋葉片。螺旋軸的材料選用不銹鋼加工而成，既能減小葉片與物料的摩擦力，也能防止銹蝕增加螺旋軸的使用壽命。此外，也可以在螺旋葉片的表面做一些處理，例如噴高硬度的合金作硬化等，同樣可減小磨損[16]。 在螺旋軸上共設(shè)計(jì)了6片螺旋葉片，由于物料含水率在分離過(guò)程中逐步降低，為了更好的推送和分離物料，將螺旋葉片的螺距設(shè)計(jì)為依次變小的，第一個(gè)螺旋葉片的螺距設(shè)計(jì)為150 mm，之后葉片的螺距依次減少20 mm。由于在實(shí)際固液分離中，必須使葉片的螺旋傾角小于理論計(jì)算值，物料才不會(huì)在運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生自鎖現(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)實(shí)際螺旋傾角α?xí)r應(yīng)取理論螺旋傾角計(jì)算值的80%~90% 。螺旋軸的直徑d =60 mm，根據(jù)螺旋葉片螺距的變化，經(jīng)計(jì)算后，各含水率下的理論螺旋傾角α、實(shí)際螺旋傾角α’及葉片螺距L變化情況如表4-1所示。 表2不同葉片螺距下的螺旋傾角 葉片螺距L/mm 理論摩察角φ/(°) 理論螺旋傾角α/(°) 實(shí)際螺旋傾角α’/(°) 150 57.5 32.5 28 120 59.8 30.2 25 90 62.1 27.9 23 70 64.5 25.5 22 根據(jù)上述螺旋軸的數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)計(jì)算后的螺旋軸進(jìn)行強(qiáng)度校核如下： 1.螺旋軸的受力分析 由于選用電機(jī)的功率為3 kW，實(shí)際轉(zhuǎn)速為1440 r/min，減速機(jī)的速比為1:40，可得到小齒輪的轉(zhuǎn)速為37 r/min，大齒輪齒數(shù)為20，小齒輪的齒數(shù)為66，可知道大齒輪的轉(zhuǎn)速為11 r/min。電機(jī)的有效功率為:P=2.47 kW，當(dāng)Q為進(jìn)料量，取值為120000 kg/h。則轉(zhuǎn)矩T為3697 N/m；傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)速為0.82 m/s；則齒輪傳動(dòng)需要的圓周力為:F=1000×P/v=14634 N，則對(duì)螺旋軸進(jìn)行力的分解，可得到水平力和垂直方向上分解的力:Fx=F×sin65°=13263 N；Fy=F×cos65°=6185 N。 2．螺旋軸計(jì)算簡(jiǎn)圖及其受力 螺旋軸在自重和物料作用下，螺旋軸部分將發(fā)生彎曲變形。螺旋軸主要承受扭矩M、切向力P1，法向力P2及螺旋本身自重的作用，即出于剪應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用下。水平方向和垂直方向上的受力如圖12、圖13所示，其中OA段長(zhǎng)度為0.5m，重量為2372 N；AB段長(zhǎng)度為2.5 m，重量為13490 N；BC段位4.0 m，重量為17512 N。可以得到：FBx=1237 N，F(xiàn)Ax=14500 N，F(xiàn)By=-36792 N，F(xiàn)Ay=2767N。 B FAx O C A Fx 圖12 螺旋軸水平受力圖 F C F3 FBy F2 Fy F1 圖13 螺旋軸豎直方向受力圖 C B A O 35047 7587 3679 圖14 螺旋軸的合成彎矩圖 C B A O 圖15 螺旋軸扭矩圖 3. 軸強(qiáng)度校核 圖14、圖15為其彎矩圖和扭矩圖?？紤]軸為單向轉(zhuǎn)動(dòng)，軸為脈動(dòng)循環(huán)，折合系數(shù)a為0.6則Mca=35117 N，W=3276800 mm3，則σ=Mca/W=2.3 MPa。軸的材料選為16Mn，其對(duì)應(yīng)的許用應(yīng)力遠(yuǎn)大于2.3 MPa，所以螺旋軸的校核結(jié)果是安全的[17]。 4.5 齒輪軸的設(shè)計(jì) 齒輪軸的設(shè)計(jì)選用45號(hào)碳鋼經(jīng)過(guò)830~840℃淬火熱處理，尺寸是根據(jù)與齒輪配合的動(dòng)片和固定的定片來(lái)確定的，由于動(dòng)片的厚度為22 mm，定片的厚度為9 mm，在裝配時(shí)，考慮到物料在經(jīng)過(guò)螺旋軸的推送過(guò)程中必然會(huì)將其中的水分?jǐn)D掉一部分，為了使這部分的水順利的從動(dòng)片與定片的縫隙中流出進(jìn)入集水器中而又不會(huì)將大量的物料排除，故在動(dòng)片與定片之間預(yù)留0.5 mm的間隙。所以齒輪軸的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為640 mm。軸的表面設(shè)有5×5的鍵槽，與模數(shù)為5的齒輪用鍵鏈接，保證了齒輪的定位安裝。 4.6 小結(jié) 通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定了動(dòng)片與定片的參數(shù)，在裝置中動(dòng)片與螺旋軸無(wú)接觸運(yùn)動(dòng)，無(wú)直接磨損，延長(zhǎng)動(dòng)片使用壽命，有利于節(jié)約維護(hù)成本。其次使得處理效果更好，以往采用螺旋軸直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)片時(shí)，對(duì)螺旋軸葉片的螺距有限制，不能小于某一數(shù)值，螺旋軸葉片的螺距不再受限，可以更大程度的縮小螺距，以提高壓縮比，降低物料含水率。  第5章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 5.1 機(jī)架的設(shè)計(jì) 根據(jù)前面敘述的驅(qū)動(dòng)裝置的大小和固液分離裝置的總體尺寸，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際情況需要的機(jī)架是必要的步驟。由于需要為驅(qū)動(dòng)裝置和固液分離裝置提供固定支撐，所以選擇40×40×4的方形管，用SOLIDWORKS 畫出其三維視圖如下圖： 圖16 機(jī)架三維視圖 機(jī)架采用的是40×40×4的45號(hào)鋼，硬度在65.7~78.7HRB間，在機(jī)架的前端固定的是第一減速電動(dòng)機(jī)與進(jìn)料口支撐架的距離為L(zhǎng)1=300mm；中間兩個(gè)分別是進(jìn)料口和出料口支撐架，其距離L2=575mm；出料口與軸承座的固定支架的距離L3=155mm。總長(zhǎng)度為1240mm，總寬度為300mm。按順序每個(gè)支撐柱的高度為H1=360mm，H2=380mm，H3=380mm，H4=385mm。  第6章 總結(jié)與展望 6.1 總結(jié) 本文通過(guò)三維軟件建立模型設(shè)計(jì)和根據(jù)所得數(shù)據(jù)分析，根據(jù)所得數(shù)據(jù)表明磨片式固液分離機(jī)具有以下三點(diǎn)好處： （1）動(dòng)片繞螺旋軸旋轉(zhuǎn)，而不是偏心移動(dòng)，解決動(dòng)片與定片內(nèi)孔不同心的問(wèn)題。動(dòng)片與定片內(nèi)孔同心，使螺旋葉片與動(dòng)定片內(nèi)孔間隙較小，有利于物料移動(dòng)減少耗能，也避免偏心移動(dòng)時(shí)內(nèi)孔動(dòng)、定片間形成臺(tái)階導(dǎo)致物料更多的進(jìn)入動(dòng)定片間而堵住濾布。 （2）動(dòng)、定片面間設(shè)計(jì)有螺旋槽，使動(dòng)、定片具有研磨效果，進(jìn)入葉片間隙的硬質(zhì)顆粒或纖維，通過(guò)動(dòng)、定片的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，剪切、研磨硬質(zhì)顆粒或纖維。通過(guò)葉片間隙間水流的作用達(dá)到自清潔，避免堵塞或排水不暢。螺旋槽深度及角度等參數(shù)可隨面間物料不同而不同。 （3）設(shè)備出料出口設(shè)計(jì)為變截面出料口，其作用為增加出口壓力，提高固液分離效果，同時(shí)使出料方向可控。 6.2 展望 對(duì)于磨片式固液分離的研究和學(xué)習(xí)還有很多，本文選取磨片式固液分離機(jī)的參數(shù)不夠全面且試驗(yàn)還有待進(jìn)一步完善與提高。在今后的學(xué)習(xí)研究中可從以下幾個(gè)方面繼續(xù)進(jìn)行: （1）擴(kuò)大磨片式固液分離機(jī)的研究參數(shù)覆蓋面、變化范圍、樣本數(shù)量。 （2）可針對(duì)幾種不同的物料，不同目數(shù)的葉片進(jìn)行試驗(yàn)。 （3）不斷改進(jìn)固液分離設(shè)備，盡量減小試驗(yàn)中的存在的誤差和不足。 關(guān)于此次的課題磨片式固液分離機(jī)的設(shè)計(jì)在相關(guān)設(shè)計(jì)研究方面還不夠深入，投入的時(shí)間和經(jīng)歷尚淺，其中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和處理不當(dāng)?shù)牡胤?，懇?qǐng)批評(píng)指正。  致 謝 大學(xué)生活從新生到畢業(yè)匆匆四年轉(zhuǎn)瞬即過(guò)，即將畢業(yè)的我們?cè)谶@四年里收獲了太多，而今要面臨著畢業(yè)了心里也有太多不舍。在大學(xué)期間，最應(yīng)該感謝的是學(xué)校給了我們這樣一個(gè)優(yōu)越又安逸的環(huán)境，讓我們能全身心的投入到學(xué)習(xí)，收獲知識(shí)。還有學(xué)校里那些認(rèn)真教學(xué)、不圖回報(bào)的老師們，是他們用豐富的知識(shí)教會(huì)我們重新理解這個(gè)世界。其中要最要感謝是我的指導(dǎo)老師郭怡教授，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間為我們付出很多心思，幫助我們最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 在大四的一年讓我們經(jīng)歷了很多，我們深切的體會(huì)到面臨畢業(yè)走向社會(huì)帶來(lái)的壓力，我們已經(jīng)從純粹的學(xué)生的階段開(kāi)始變得成熟，面對(duì)就業(yè)問(wèn)題。在這階段也有不少同學(xué)開(kāi)始了找工作的計(jì)劃，但我們同樣沒(méi)有忘記我們還是學(xué)校的一份子，在沒(méi)有畢業(yè)之前我們認(rèn)識(shí)學(xué)校的學(xué)生，我們還要遵循老師的安排，認(rèn)真的對(duì)待我們的課程設(shè)計(jì)。我很幸運(yùn)有一位和藹隨和的知道老師在我大學(xué)的最后一階段陪我一起我完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)上老師在是我們的良師，私下討論時(shí)老師也是我們的益友。記得剛開(kāi)始做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候是一片茫然，面對(duì)我的課題真不知該如何下手，但老師通過(guò)簡(jiǎn)潔的幾句話就讓我領(lǐng)悟了其中的關(guān)鍵部分，此外老師擔(dān)心我們不能夠完全理解關(guān)于磨片式分離機(jī)的原理，親自帶我去學(xué)校的實(shí)驗(yàn)車間，讓我跟著趙老師一起學(xué)習(xí)并動(dòng)手做。我當(dāng)時(shí)很驚訝自己能親自接觸到實(shí)際操作，能把自己設(shè)想的東西通過(guò)車削加工一步一步制造出來(lái)，可最后由于時(shí)間的原因雖然沒(méi)有完全做好，但是其中的經(jīng)歷也讓我對(duì)我的專業(yè)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。老師教會(huì)了我們方法，而以后的路還是要自己走，除了想對(duì)老師說(shuō)句謝謝外，我只能默默的告誡自己，今后要更加努力，不能辜負(fù)老師對(duì)我們熱切的期盼。 學(xué)校的最后階段也伴隨著論文的結(jié)束而告終，但我相信我永遠(yuǎn)也不會(huì)忘了這段歡愉的時(shí)光，可敬的校園、可親的老師，以及可愛(ài)的同學(xué)們，謝謝你們，是你們給了我無(wú)限的歡樂(lè)，讓我在成長(zhǎng)的道路上一路向北，勇往直前。 參考文獻(xiàn) [1] 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