《自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機設(shè)計（60頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要1 摘 要參閱相關(guān)資料，了解刮泥機得構(gòu)造和運行方式，根據(jù)力學、材料、機構(gòu)等方面知識，針對一定要求而設(shè)計的一款自定控制平流式抬耙式刮泥刮渣機。利用CAD、caxa 軟件完成圖紙。自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機驅(qū)動裝置是在自動提耙刮泥機驅(qū)動裝置是在機械回轉(zhuǎn)傳動設(shè)備中一種新型的過載自動提升裝置，該裝置能夠使設(shè)備過載發(fā)生時，將耙提升從而讓過過載區(qū)，并自動回位。實現(xiàn)連續(xù)不間斷運轉(zhuǎn)，自動逐步消除過載區(qū)域。本設(shè)計的主要內(nèi)容分為四大部分。第一部分為緒論：一方面介紹刮泥機的題目來源、刮泥刮渣機的應用性和工作要求、刮泥刮渣機的先進性和優(yōu)缺點以及刮泥刮渣機的發(fā)展前景；另一方面涉及設(shè)計刮泥刮渣機的主要內(nèi)容、方法手段以及預期達到的目標。第二部分為是自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機行車、刮板、刮臂的設(shè)計計算：它主要介紹自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機的組成機構(gòu)，主要部件的設(shè)計計算，以及橋梁的強度校核計算。第三部分為自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算：它主要介紹自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機的驅(qū)動方式的選擇；車輪軌道的確定；排泥量、刮泥能力計算；驅(qū)動功率的計算；卷揚裝置設(shè)計計算；驅(qū)動裝置的確定。第四部分為自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機的控制系統(tǒng)的設(shè)計：它主要介紹自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機利用 PLC 自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動電機停機—啟動抬耙電機達到一定高度停機—啟動驅(qū)動電機—讓過過載區(qū)(利用延時裝置)后啟動抬耙電機落耙到原始位置停機這一運轉(zhuǎn)過程。關(guān)鍵詞：自動控制 過載保護 橋梁 PLCAbstract- I -AbstractOperation mode, to according to the mechanics, materials, agency for certain aspects knowledge, the requirements and design of a home-grown control flat streaming lift rake scraping mud scraper slag machine. Using caxa software CAD, complete drawings. Automatic control smooth streaming lift rake mud scraper slag machine drives is scraping in auto pick-up rake the mud scraper machine drives is a mechanical transmission facilities in turn automatically lifted the overload of new, this device can make device overloading occurs, will rake ascension allowing after overload area, and automatically return. To achieve continuous operation, automatic gradually eliminate overload area. The design of the main content is divided into four sections. Introduction: on the one hand, the first part of the topic of introduced mud scraper machine sources and mud scraper slag machine utility and the wind blow job requirement, mud scraper advanced and advantages and disadvantages of slag machine and scraping mud scraper development prospects of slag machine; On the other hand involve design mud scraper scrape the main content of slag machines, methods and prospective goal. The second part is carried is automatic control flat streaming scraping mud scraper rake slag machine driving, scraper, blow arm design calculation: it mainly introduces automatic control smooth streaming lift rake mud scraper scrape the machine parts of institutions, mainly design calculation, and the strength of the bridge check calculation. The third part is the automatic control smooth streaming lift rake mud scraper slag machine drive mechanism scraping design calculation: it mainly introduces automatic control smooth streaming lift rake mud scraper slag machine drive mode scrape the choice; Drive power calculation; Roll Yang device design calculation; Device drivers identified. The fourth part for automatic control flat streaming lift rake the scraping mud scraper slag machine control system design: it mainly introduces automatic control smooth streaming lift rake scraping mud scraper slag machines using PLC automatic control system realizing drive motor down - start up to a certain height harrow motor launch driver motor - stop - once let overload area then start carry rake motor fell rake to original position outage this operation process. KeyWords：automatic control ，overpower ，protection approach，PLC目 錄- I -目 錄摘 要 IAbstractI1 緒論 .- 1 -引言 .- 1 -1.1 任務(wù)書要求 - 2 -1.1.1 刮泥機的工作原理及條件 - 2 -1.2 題目來源及課題研究 .- 3 -1.2.1 題目來源 - 3 -1.2.2 課題研究 - 3 -1.3 設(shè)計內(nèi)容 - 4 -1.3.1 自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機設(shè)計情況 - 4 -1.4 刮泥刮渣機的主要結(jié)構(gòu)和工作原理 .- 5 -1.4.1 刮泥刮渣機的主要結(jié)構(gòu) .- 5 -1.4.2 工作原理 .- 5 -1.5 維修與試運轉(zhuǎn) .- 5 -1.6 常出現(xiàn)的問題與解決方法 - 5 -2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 72.1 行車結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 .72.1.1 行車基本構(gòu)成和設(shè)計參數(shù) 72.1.2 主梁的構(gòu)造 82.1.3 主梁的強度和剛度設(shè)計計算 102.2 桁架結(jié)構(gòu)計算與校核 .122.2.1 材料的選擇 .122.2.2 桁架的內(nèi)力計算 .132.2.3 梁強度校核 .192.3 刮泥板、刮渣板結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 .192.3.1 刮泥板與撇渣板的聯(lián)動布置及提板功率計算 .19目 錄- I -2.3.2 刮臂，刮板連接部分的設(shè)計 .212.3.3 螺栓連接的選擇 .222.3.4 傳動長軸設(shè)計計算 .223 驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計與計算 253.1 驅(qū)動方式的選擇 .253.2 車輪及軌道的確定 263.2.1 車輪的確定 .263.2.2 軌道的鋪設(shè)要求 273.2.3 軌道的選擇 283.3 排泥量及刮泥能力的計算 .293.3.1 排泥量的計算 293.3.2 刮泥能力的計算 303.4 驅(qū)動功率計算 .323.5 卷揚裝置的設(shè)計計算 .333.5.1 刮泥板起吊時的受力分析 353.5.2 鋼絲繩直徑的確定 373.6 傾覆力矩計算 .373.7 驅(qū)動車輪打滑驗算 383.8 驅(qū)動裝置的確定 393.8.1 驅(qū)動電機的選擇 393.8.2 減速器的選擇 394 自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計 424.1 電氣控制系統(tǒng) .424．2 集電裝置及端頭立柱 434.3 端頭立柱高度的確定 .444.4 自動化控制系統(tǒng) .444.4.1 PLC 簡述 444.4.2 PLC 的應用特點 45目 錄- I -4.4.3 PLC 的應用領(lǐng)域 454.4.4 PLC 應用中需要注意的問題 464.4.5 PLC 的選擇 474.4.6 PLC 控制要求 474.4.7 PLC 控制原理框圖 484.4.8 PLC 的 I/O 分配表 484.4.9 PLC 接線圖 494.4.10 控制系統(tǒng)的功能描述 49結(jié) 論 .51致 謝 .52參考文獻 .531 緒論- 1 -1 緒論引言水工業(yè)機械設(shè)備有通用機械設(shè)備和專用機械設(shè)備兩大類，通用機械設(shè)備主要有泵類、閥類、風機類，專用機械設(shè)備是水工業(yè)設(shè)備自身研制的重點，包括有欄污機械設(shè)備、除砂及排泥設(shè)備、曝氣及攪拌設(shè)備、投藥及消毒設(shè)備、濃縮及脫水設(shè)備、氧化脫鹽設(shè)備及膜處理設(shè)備、沼氣利用設(shè)備、序批法潷水設(shè)備、污泥后處置設(shè)備及固體廢棄物處理設(shè)備等。國產(chǎn)污水處理設(shè)備的生產(chǎn)始于 20 世紀 70 年代中后期，當時產(chǎn)品的標準化、成套化、系列化水平很低，定型產(chǎn)品較少。20 世紀 90 年代以后，國家有關(guān)部門先后對主要污水處理設(shè)備制造企業(yè)進行了技術(shù)改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水處理專用設(shè)備和與之配套的通用設(shè)備的生產(chǎn)水平都有了很大提高。經(jīng)過近 50 年的發(fā)展，我國水工業(yè)設(shè)備學科已逐漸走向完善。水廠、污水處理廠較多出現(xiàn)了不同國別的一些構(gòu)造新穎、結(jié)構(gòu)輕巧、節(jié)能低耗的新型先進設(shè)備，使水工業(yè)設(shè)備行業(yè)的制造和研究者注意到它除了設(shè)備本身的機械功能齊全、運行可靠之外，還能充分符合新工藝的開發(fā)，滿足工藝高水準的要求，并能改變原工藝中一些邊界條件的限制。這些設(shè)備不僅從運動機理及機械結(jié)構(gòu)上較同類設(shè)備有了一些質(zhì)的變化，而且在一定意義上給工藝的創(chuàng)新與變革提供了可能和保證。然而我國與發(fā)達國家還是存在一定的不小的差距。目前發(fā)達國家污水處理設(shè)備已達到高度現(xiàn)代化水平，具有以下特點：一是城市污水和工業(yè)廢水處理設(shè)備已實現(xiàn)標準化、定型化、系列化和成套化，已構(gòu)成門類齊全、商品化程度高的水處理設(shè)備工業(yè)。二是水處理單元設(shè)備，如沉淀、過濾、萃取、吸附、微濾、電滲析等已形成專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，品種、規(guī)格、質(zhì)量相對穩(wěn)定，性能參數(shù)可靠，用戶選擇十分方便。三是城市污水成套設(shè)備向大型化發(fā)展，工業(yè)廢水處理設(shè)備隨著工藝的成熟而趨于專門化、成套化。四是與水處理相配套的風機、水泵、閥門等通用設(shè)備已逐步實現(xiàn)專門化設(shè)計，并組織生產(chǎn)，以滿足特殊需要。五是水資源緊張、水體富營養(yǎng)化、飲水安全導致廢水深度處理設(shè)備和消毒設(shè)備有相當程度的發(fā)展。六是厭氧處理技術(shù)重新引起重視，促進了厭氧處理設(shè)備在高濃度有機廢水處理上的應用?？偠灾?，國外的污水處理設(shè)備，朝著高效、節(jié)能、輕質(zhì)高強、耐久性好，操作運轉(zhuǎn)靈活可靠，機電一體化的方向發(fā)展，并將高技術(shù)（如程序控制剛性反饋調(diào)節(jié)，微機管理等）也滲入到水處理機械制造及運轉(zhuǎn)當中。例如1 緒論- 2 -水處理儀器儀表不僅包括了各種各樣的檢測、轉(zhuǎn)換、顯示、調(diào)節(jié)、執(zhí)行等傳統(tǒng)部件，并能使水工業(yè)機械及儀表控制能達到了轉(zhuǎn)換程序控制、聯(lián)鎖保護、自動沖洗、信息轉(zhuǎn)輸、遙測遙控、數(shù)據(jù)處理、計算機控制以及自尋故障診斷，耐用性以及適應自動化控制的需要。我們目前的水工業(yè)設(shè)備與國外的差距大于水工藝與國外的差距；水工業(yè)專用設(shè)備的理論研究和制造與國外的差距又大于通用設(shè)備與國外的差距，這將是我國水工業(yè)產(chǎn)業(yè)工作者們擔負的重任。所以要提高我國水工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的水平，關(guān)鍵是抓好水工業(yè)設(shè)備，特別是高水平的水工業(yè)專用機械設(shè)備，這是我國水工業(yè)設(shè)備產(chǎn)業(yè)的當務(wù)之急。1.1 任務(wù)書要求主要研究目標：實現(xiàn)全自動控制，同時具有手動控制功能以備檢測、調(diào)試、試運行時使用；運行平穩(wěn)，可靠；超載或遇有異物時能蜂鳴報警并自動停車。主要研究內(nèi)容：1.傳動部分：電機中間布置，將動力傳到池邊驅(qū)動滾輪運轉(zhuǎn)，計算載荷確定電機功率選擇電機，過載保護。2、卷揚裝置：控制刮泥耙和刮渣耙工作行程落下刮泥或刮渣，返回時空行程將二耙抬起運行，往返行程結(jié)束時都要平穩(wěn)剎車并行程開關(guān)。3、橋梁設(shè)計：刮泥耙、刮渣耙、驅(qū)動裝置、卷揚裝置等都安裝在橋梁上，承受刮泥和刮渣時的阻力及工作人員的行走等，進行橋梁結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計計算。4、自動控制系統(tǒng)：由一端刮泥和刮渣至另一端后自動返回，停留 6 小時再工作。1.1.1 刮泥機的工作原理及條件 1 自動運行，由一端刮泥和渣至另一端后自動返回，停留一段時間如 6 小時再進行一個工作流程。2 池底部刮泥，并清除水面浮渣。將污泥刮至一端的集泥坑內(nèi)，將浮渣刮入表面浮渣槽內(nèi)。3 去程刮泥、刮渣反程將刮渣耙提出水面，刮泥耙提升 1000mm 以上4 一端進水，一端出水1 緒論- 3 -5 已知條件：沉淀池寬：6000mm； 沉淀池長：15000mm；沉淀池有效水深：3000mm；污水在池內(nèi)停留時間：按 2 小時計算；懸浮物含量：400mg/l；懸浮污去除率按：60/%計；刮泥機運行速度：1m/min；池底污泥表觀密度：1.05t/m3； 水下刮泥板根據(jù)經(jīng)驗可取 mm 高（取 500mm）；水下刮渣耙根據(jù)經(jīng)驗可取 150mm 高。400~5001.2 題目來源及課題研究沉淀是給水和排水工藝流程中的環(huán)節(jié)之一，沉淀池排泥直接影響水質(zhì)處理的效果。采用機械排泥可以減輕勞動強度，保證沉淀效果。1.2.1 題目來源隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，污水處理已經(jīng)提上日程，越來越多的城市都設(shè)有污水處理廠，這就不得不設(shè)計一些既經(jīng)濟又實用的機械設(shè)備來進行污水處理；再有這種自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機應用范圍廣，一些工廠企業(yè)都需要污水處理機械的幫助，所以刮泥機的發(fā)展空間還是很大的，在此有必要做這方面的研究。在水廠與污水處理廠中，由于懸浮物質(zhì)性、含量及池形的不同，故設(shè)計自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機，它避免了吸泥機不能處理較大漂浮物和懸浮物、冬季池水表面冰凍時應有破冰措施等缺點，自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機可用于污水處理工程中矩形沉沙池、初沉池，用以刮除池底沉沙（泥）和表面漂浮物。自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機用于污水處理廠平流沉淀池，將沉降在池底的污泥刮集至集泥槽，并將池面的浮渣撇向集渣槽。自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機還可以應用于鋼鐵、冶金、礦山等行業(yè)。自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機多用于平流初沉池，按水流方向，可分為逆向刮泥逆向排渣和逆向刮泥同向排渣方式。刮泥機構(gòu)在不刮泥回程時刮泥耙全部抬起。當回到刮泥的起始位置時，刮泥耙落下，這樣周而復始的工作。本機由橋梁機構(gòu)、卷揚裝置、刮泥刮渣裝置、刮板升降機構(gòu)、程序控制及限位裝置等組成。1.2.2 課題研究2011 年 03 月 10 日在唐山西郊污水處理廠參觀污水處理設(shè)備及污水的處理過程，其污水處理能力強，設(shè)備先進。污水經(jīng)過處理后達到國家三級水平并排放進附近的河流。經(jīng)過參觀水處理廠的現(xiàn)行設(shè)備對我有很大啟發(fā)。1 緒論- 4 -2011 年 03 月 14 日上網(wǎng)查詢?nèi)珖a(chǎn)刮泥機的廠家，了解抬耙式刮泥刮渣機的現(xiàn)狀。并對其主要參數(shù)進行參考，主要借鑒廠家對于刮泥機電機、減速器的選擇，電機、減速器參數(shù)的確定。通過了解，在大體上我對市場的電機、減速器應用有了初步了解。對我的畢業(yè)設(shè)計有很大啟發(fā)1.3 設(shè)計內(nèi)容本課題主要研究平流式抬耙式刮泥刮渣機的驅(qū)動裝置、卷揚裝置、橋梁機構(gòu)、刮泥刮渣裝置、刮板升降機構(gòu)、程序控制及限位裝置等，通過設(shè)計計算獲得一款自動控制并且有過載保護裝置的現(xiàn)代化機械1.3.1 自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機設(shè)計情況1、自動控制平流式抬耙式刮泥刮渣機自動運行，由一端刮泥和渣至另一端后自動返回，停留一段時間如 6 小時再進行一個工作流程。2、池底部刮泥，并清除水面浮渣。將污泥刮至一端的集泥坑內(nèi)，將浮渣刮入表面浮渣槽內(nèi)。3、去程刮泥、刮渣反程將刮渣耙提出水面，刮泥耙提升 1000mm 以上4、一端進水，一端出水。表 1 為平流式抬耙式刮泥刮渣機的適用范圍、特點及優(yōu)缺點表 1 平流式抬耙式刮泥刮渣機的適用范圍、特點及優(yōu)缺點Table1 applicable scope, features and advantages and disadvantages機種名稱池形池寬（m）適用范圍池底斜度刮泥速度（m/min）優(yōu)缺點注意事項平流式抬耙式刮泥刮渣機矩形 6（1） 給水平流沉淀池（2） 排水初次沉淀池1~050．6優(yōu)點：1、排泥次數(shù)可由污泥量確定2、傳動部件均可脫離水面，檢修方便3、回程時，收起刮板，不擾動污泥缺點：電器元件如設(shè)在戶外，易損壞1、升降刮板的鋼索應采用不銹鋼絲繩2、行程開關(guān)的位置應調(diào)試準確1 緒論- 5 -1.4 刮泥刮渣機的主要結(jié)構(gòu)和工作原理提耙式刮泥刮渣機由行車桁架、驅(qū)動機構(gòu)、撇渣板與刮板升降機構(gòu)、程序控制及限位裝置等組成。工作中刮泥與刮渣同時進行。1.4.1 刮泥刮渣機的主要結(jié)構(gòu)驅(qū)動裝置在水上，檢修保養(yǎng)方便。設(shè)備運轉(zhuǎn)時，撇渣板與刮泥板在卷揚裝置的帶動下以一定的速度作連續(xù)循環(huán)運動，不斷的將池底的沉淀污泥刮集到集泥槽中；刮板之間有一定的間距，對池中的污泥減小擾動，有利于污泥的沉淀，進一步滿足水處理工藝要求。1.4.2 工作原理刮泥機運行時，驅(qū)動裝置提供動力，帶動行車前行與后退，同時，撇渣板與刮板升降，從而帶動撇渣板及刮板以一定的速度作連續(xù)循環(huán)運動，不斷的將池底的沉淀污泥刮集到集泥槽中，形成一封閉循環(huán)工作過程。1.5 維修與試運轉(zhuǎn)1. 試運轉(zhuǎn)各零部件安裝完畢后，各部分經(jīng)檢查牢固可靠無故障后方可開車。先將池內(nèi)注滿清水，啟動按鈕進行試運轉(zhuǎn)。當刮泥機連續(xù)運轉(zhuǎn) 24 小時以上，經(jīng)檢查無異常后，方可注入污水。2.維修與保養(yǎng)在維修保養(yǎng)時應做到：1）.刮泥撇渣機運轉(zhuǎn)時保持減速機潤滑油的油標位置。帶座軸承每月注油 1-2次。2).開機前檢查升降鋼絲繩是否有污物,升降限位緊定螺絲是否牢固,以免發(fā)生誤動作。3）.檢查水上零件聯(lián)接是否松動。4）.檢查橡膠刮板磨損腐蝕嚴重時應予以更換。5）.一年大修一次。1.6 常出現(xiàn)的問題與解決方法1、 行車結(jié)構(gòu)變形1 緒論- 6 -產(chǎn)生原因：池底污泥成坡形分布，行車各部分受阻力不均。解決方法：由于排泥機各部位阻力不勻，所產(chǎn)生的阻力不同，可在排泥機兩側(cè)配重，使各部位的正壓力均勻；或在排泥機所受阻力小的部位設(shè)置阻水板，人為使排泥機在行走時所受阻力大致相當，就不會導致行車結(jié)構(gòu)變形的不良后果。2、 主梁發(fā)生變形產(chǎn)生原因：主梁設(shè)計不合適，剛度不足。解決方法：設(shè)計時充分考慮行車架自重、設(shè)備及附加設(shè)備自重、各種阻力以及刮泥機安裝后可能的最大活載，設(shè)計剛度要足夠；對于已經(jīng)安裝并投入使用的刮泥機，采用恢復主梁的上拱度，后再角鋼制作兩榀型鋼梁，與原主梁焊成一體，以達到加固主梁，增加主梁剛度的目的。3、 啃軌與脫軌產(chǎn)生原因： 取值不當、兩主動輪不同步、行車結(jié)構(gòu)變形、軌道鋪設(shè)公差超LB限、車輪組安裝偏差等等。解決方法：為保證刮泥機正常運行偏斜時刮泥機結(jié)構(gòu)不致楔住，以及減輕斜行時啃軌，設(shè)計時必須使輪距 與主梁跨度 的比值 ；在設(shè)計時，應充分考L61?B慮主梁的水平剛度，以減小主梁在水平面的彈性變形，另外，在凈水工藝平面布置時，應避免采用沉淀池側(cè)面進水方式；軌道鋪設(shè)應嚴格按照圖紙文件中的技術(shù)要求執(zhí)行；車輪組制造要求可按橋式起重機技術(shù)標準執(zhí)行。4、 兩驅(qū)動輪呈對角線布置從設(shè)計與制作上看，有一定的簡便性?？墒怯捎诜e泥阻力對刮泥機的力矩作用，使得兩驅(qū)動輪的輪壓產(chǎn)生了比較大的差異，在刮泥機重力達不到一定值時，其輪壓值較小的驅(qū)動輪因粘著力不夠打滑不行走，而另一個驅(qū)動輪則盡力向前。在這種情況下，就會出現(xiàn)刮泥機嚴重斜行并卡死，刮泥機主梁承受的水平彎矩加劇，其水平彎曲變形更加嚴重。并且會在主梁截平面產(chǎn)生一個扭矩，若主梁抗扭剛度不足，則有一個車輪會抬起，啃軌和脫軌、行車結(jié)構(gòu)扭曲變形、燒壞電機、損壞機械零部件等惡果都有可能發(fā)生。解決方法：采取兩驅(qū)動輪同軸線布置，或者四輪全驅(qū)動布置。由于刮泥機驅(qū)動輪輪壓無明顯差異，所以刮泥機驅(qū)動輪驅(qū)動力基本一致。兩種布置中尤其以兩驅(qū)動輪同軸線布置的方式，最為常見，應用最廣泛同時技術(shù)支持也最為成熟。2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算72 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算行車為刮泥刮渣機的主體結(jié)構(gòu)，車體為型鋼和鋼板焊接而成。刮板和刮臂為主要的排泥機構(gòu)，用鋼板和鋼管焊接而成。2.1 行車結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算刮泥刮渣機行車一般采用桁架結(jié)構(gòu)，小跨度的可用梁式結(jié)構(gòu)。為了便于檢修和管理，在行車上應設(shè)工作走道。本設(shè)計采用桁架結(jié)構(gòu)。2.1.1 行車基本構(gòu)成和設(shè)計參數(shù)1、主梁的設(shè)計：由于刮泥機所受的動載荷及水平載荷都很小，行車的主梁一般根據(jù)靜剛度條件選擇斷面。主梁一般按簡支梁考慮，要求中心撓度（或最大撓度）不大于跨度的 1/700。運動時桁架所受的水平載荷不大，顧不進行水平撓度的校核。2、行車的跨度與輪距間關(guān)系：根據(jù)水池的構(gòu)造和走道板的布置確定。為使土建受力條件改善，盡量讓行車的軌道中心設(shè)置在池壁的中心線上。行車前后輪的輪距 B 與跨距 L 之比為1~86B?，跨度小的取前者，大的取后者。3、行車組裝的技術(shù)要求：1）車輪的輪距偏差不超過±5mm。2）前后兩對車輪跨度間的相對偏差不超過 5mm。3）前后兩對車輪排列后，兩輪中心的兩對角線相對誤差不超過 5mm。4）同一端梁上車輪同位差極限不超過 3mm。4、行車架為鋼結(jié)構(gòu)，由主梁、端架、水平桁架及其他構(gòu)件焊接而成，要求所有焊縫應保證牢固、可靠，并清除飛濺物、氧化皮及焊瘤，并且不允許有裂紋、夾渣和燒穿等缺陷。其中端架和水平桁架均由欄桿構(gòu)成，計算可忽略，主要對主梁的受力進行校核。本次設(shè)計要求中對沉淀池進行了長寬度的要求：沉淀池長 15000mm，沉淀池寬6000mm，行車的車輪跨距與前后輪距根據(jù)矩形沉淀池的池寬來確定，池寬 6000mm， 車輪的跨距 L 應比池寬 L 池 大 400～600 ，即單邊各大 200～300 ，設(shè)計中去mm200mm，即行車的車輪跨距 ………………………(1)+40=640?池2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算8行車車輪的尺寸布置如圖 1 所示: 圖 1 行車車輪的尺寸布置Fig1 Driving wheel size layout主從動輪的輪距 B 與跨距 L 之比為1~86B?，根據(jù)“當跨距較小時，通?？梢匀≥^大的比值，當跨距較大時，應當取較小的比值”這一取用原則，選取從動輪的輪距 B 與跨距 L 之比為 ，即 。61則主從動輪輪距 ………………………………………(2)40B=8m?2.1.2 主梁的構(gòu)造主梁通常分為型鋼梁、板式梁、箱形梁、 形梁和組合梁五種類型，其許用撓L度均應小于 。L7011、 型鋼梁是指工字鋼或槽鋼等組成的主梁，用于荷載較小的場合。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。2、 板梁由角鋼與鋼板制成，剛度較大，制造容易。3、 箱形梁用平板制成箱型結(jié)構(gòu)，由于在結(jié)構(gòu)上具有封閉斷面，有利于防腐蝕，而且抗扭剛度較大，適用于承受偏心荷載。通常箱梁的高度為 。L）～（ 1684、 型梁用 鋼板折邊成形，剛度大、制作簡便，用鋼量少，較經(jīng)濟，Lm86～適用于大跨度桁架結(jié)構(gòu)。2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算95、 組合梁可由角鋼、槽鋼或鋼管組成。特別是跨距較大時，采用組合結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟。設(shè)計采用主梁構(gòu)造為桁架結(jié)構(gòu)，主梁為型鋼梁，選用 28c 槽鋼，如圖 2 所示，焊接而成，水平桁架由角鋼焊接而成，走道板采用不銹鋼菱形網(wǎng)，這樣的布置大大提高了設(shè)備的抗腐蝕能力，減少了維護工作量，同時也降低了維護成本。主梁槽鋼具體參數(shù)如表 2：圖 2 28c 槽鋼截面Fig2 28c channel steel sections表 2 槽鋼具體參數(shù)Table 2 Channel steel concrete parameters尺寸，mm型號 h b d t r R1截 面面積cm2理 論重量Kg/g28c 280 86 11.5 12.5 12.5 6.2 51.234 40.219截面面積為 251.3Acm?，理論重量為 40.219kg/m，斷面系數(shù) 63910Zm???，彈性模量 E=200GPa，慣性矩 84501I??，許用彎曲正應力 ?[]=7MPa，許用彎曲切應力 []0MPa?。橋梁的斷面按許用彎曲應力和許用撓度進行計算。機器的計算載荷原則上均按靜載荷考慮。其中，鋼架結(jié)構(gòu)自重為均布靜載荷，驅(qū)動機構(gòu)等設(shè)備重量為集中靜載荷。從機器總體來看，均按均布靜載荷計算影響不大，如圖三所示。2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算10圖 3 主梁的形狀、彎矩和剪力簡圖Fig3 The shape of the main girder, and bending moment and shear diagram2.1.3 主梁的強度和剛度設(shè)計計算1、自重產(chǎn)生的彎矩：型鋼梁的計算載荷 W 為234W??（N ）………………………………………………(3)式（3）中 1——鋼結(jié)構(gòu)重力（單側(cè)主梁自重+1/2 水平桁架重+1/2 工作走道等重），≈40000N；2——設(shè)備重力（驅(qū)動機構(gòu)、刮泥結(jié)構(gòu)及刮渣結(jié)構(gòu)），≈20000N；3——活載（一般取 1500N/M），≈4500N；4W——由刮板上的泥水阻力（刮渣阻力可忽略）對主梁所產(chǎn)生的力矩而轉(zhuǎn)化成主梁上的載荷。參照圖 3，計算得4 1sin60cos83022PN??????刮………………………(4)=2+4506??最大彎矩 ………………………………(5)2max()8qLWMKm?式（5）中 L——主梁跨距（m），6m；2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算11K——載荷系數(shù) ，取 1。1~1.2…………………………………………(6)max68315124MNM????所得彎矩圖形如圖 3（b）所示，為一條投影長度 L、高度為 maxM的拋物線。2、最大剪力 2qLQK （ N）…………………………………………(7)式（7）中 q——每米長的平均載荷，…………………………………………………(8)68317WmL?…………………………………………………(9)??1462QN??最大剪力 Q 產(chǎn)生在左、右兩端支點處，如圖 3（c）所示。3、橋梁斷面的確定：斷面模數(shù)為………………………………………………………(10)????3maxMZ??式（10）中 [σ]——許用應力，[σ]=170MPa………………………(11)??6max682140170PaMPaZ??????4、撓度計算：按等斷面簡支梁計算，由均布載荷產(chǎn)生的最大撓度按下式計算， ??358WLyyEI??………………………………………………………………(12)式（12）中 L——計算長度（m）；W——計算載荷（N）；E——材料彈性模量（Pa）；I——慣性矩（ 4m）；[y]——許用撓度，L/700=6/700m=0.86cm。計算 ……………………………(13)??39856820.173401y cy?????5、校核切應力強度……………………(14)??6.8.0.2QPaMPaA? ??2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算122.2 桁架結(jié)構(gòu)計算與校核桁架為二力桿件，運用《理論力學》、《結(jié)構(gòu)力學》、《材料力學》所學的知識對桁架進行選材、力的計算、桁架的校核。2.2.1 材料的選擇充分考慮行車架自重、設(shè)備及附加設(shè)備自重，并且充分考慮活載，并預留一定的實際偏差荷載，再行選用材料。選擇熱軋不等邊角鋼（ 9787—1988）。如圖 4 所示/GBT選用熱軋不等邊角鋼參數(shù)如下： 表 3 熱軋不等邊角鋼的尺寸規(guī)格Table3 Heat roll do not wait for side angle bar尺寸Bbdr截面面積 2cm理論重量 Kg表面面積 m280 50 6 8 7.560 5.935 0.255200 125 12 14 37.912 29.761 0.6412.2.2 桁架的內(nèi)力計算1. 計算因自重而產(chǎn)生的桿件內(nèi)力圖 4 角鋼Fig4 Angle bar2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算13圖 5 為標有主要尺寸的刮泥機桁架簡圖。通常桁架跨距 L 與桁架高 h 之比為。桁架跨距為 6400mm，因此桁架高取 1050mm。1~20圖 5 桁架簡圖Fig5 Truss diagram （1）自重所產(chǎn)生的桿件內(nèi)力：由于設(shè)備和桿件的自重使構(gòu)件產(chǎn)生應力，計算時先將設(shè)計荷載 W 乘以荷載系數(shù) K，得計算荷載 ,然后將計算荷載分配到各??計 =????個節(jié)點上，并算出各節(jié)點的受力和支座反力。（2）桿件內(nèi)力的計算：桿件的內(nèi)力可采用結(jié)點法，用結(jié)點法求解桁架內(nèi)力（軸力）時，取桁架的結(jié)點為隔離體，利用節(jié)點的平衡條件求解桿件軸力。每一個結(jié)點組成一個平面匯交力系，具有兩個獨立色靜力平衡方程，能求解兩個未知數(shù)。實際計算時，需從未知力不超過兩個的結(jié)點開始，依次推算。結(jié)點法適用于簡單桁架的軸力計算。計算時，先假定未知桿件軸力為拉力，若解答結(jié)果為負值，則為壓力。為簡便計算，在利用平衡條件求桿件軸力時，經(jīng)常把斜桿的軸力 正交分解為水平????分力 和豎向分力 。???? ????計算時先將設(shè)計荷載 乘以荷載系數(shù) ，得計算荷載WKWK＝計設(shè)計荷載： ，選擇荷載系數(shù) ,6832N?1?則計算荷載： ………………………………(15)16832N?計 ＝ ＝由于是兩榀桁架平均承受荷載，因此每榀桁架的荷載為：…………………………………………(16)68324總計 ＝ ＝ ＝則各節(jié)點的計算荷載 為：2W2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算14………………………………………(17)23416709WNn???計兩端節(jié)點的荷載均為： ………………………(18)214=135WN2、 利用節(jié)點法計算各桿件的內(nèi)力 因主梁設(shè)計結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，故兩側(cè)的結(jié)構(gòu)梁的內(nèi)應力相等，因此計算量減半，只需計算出一半的桁架桿件的內(nèi)應力即可分析整個桁架的桿件受力。對其進行分析，并標定桿件代號，如圖 6 所示：對各節(jié)點進行受力分析，分析與計算如下：圖 6 分析示意圖Fig6 Analysis diagram1） 對 點進行受力分析aX 方向：F (10)-1桿受力為零 Y 方向： ………………………………(19)01)(??W帶入數(shù)值： ()235計算結(jié)果：(10)-1 桿為零桿(1)FN??2） 對 點進行受力分析bX 方向：………………………(20)(2)(1)2308F????a點 1F(1) F(2)-W1 F(13)-2F(2)RAF(1)b點2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算15Y 方向：……………………(21)(1)(2)305ARF???帶入數(shù)值： (2)(13)208??(2)0475F???計算結(jié)果：(2)1698FN?(1)28?N3） 對 點進行受力分析cX 方向： ……………………(22)(1)3(1)20F???Y 方向： （3）桿受力為零代入數(shù)值： ??(13)280F???計算結(jié)果：（3）桿為零桿，(13)?N4） 對 點進行受力分析dX 方向：…………(23)(10)4(2)(4)013208FF?????Y 方向：……………………(24)2()(4)31050W????代入數(shù)值： (12)4(4)321698005FF???? (4)13202769805F????計算結(jié)果：(4).?N(12)4853.??N5）對 點進行受力分析eX 方向： ………………………………(25)(10)4(10)5F??F(13)-2F(3)(13)-c點F(12)-4F(4) (2)W2d點F(5)F(12)-5F(12)-4W2e點2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算16Y 方向： ……………………………………(26)02)5(??WF代入數(shù)值： (10)5839.)?427??計算結(jié)果：(12)5839.F?N(5)4270F??N6） 對 點進行受力分析fX 方向：………(27)(1)3(1)6()(4)3108??????Y 方向：…………………(28)(5)(6)(4)205FF??代入數(shù)值： (1)6()32013202809.688??????(6)4754.F?計算結(jié)果：(6)891.2?N(1)628??N7）對 點進行受力分析gX 方向：………………………………………(29)(1)6(1)70F??Y 方向：（7）桿受力為零代入數(shù)值： (13)72580??計算結(jié)果：（7）桿為零桿(1)7F?N8） 對 點進行受力分析hX 方向：………(30)(10)8()(10)5(6)323208FF???????F(6)F(13)-6(4)F(5)F(13)f點F(13)-7F(13)-6F(7)g點2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算17Y 方向：…………………(31)(8)(6)213005FW????代入數(shù)值： (10)8()320139.84.055?? ?(8) 146.270F?????計算結(jié)果：(8)93??N(10)8469F?9） 對 點進行受力分析iX 方向： ………………………………(32)??(10)9108???Y 方向： …………………………………(33)2)9(WF代入數(shù)值： ??10946???()27計算結(jié)果：(9)4FN(12)946FN?10） 對 j 點進行受力分析X 方向：………(34)(1)0(8)(10)(1)73205F? ??????Y 方向 …………………(35)(9)(8)(10)2FF??代入數(shù)值： ??(1)0(10)32251805???????(10)42789F??進行計算： (10)52?N(1)02948??NF(12)-8 F(8)F(13)-7W2h點F(9)F(12)-8W2F(12)-9i點F(13)-0F(10)F(9)F(8)F(13)-7j點2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算18因為桁架結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，相對稱的桿件結(jié)構(gòu)的受力相同，將各桿件內(nèi)應力的計算數(shù)值填入內(nèi)應力匯總表(表 2)，并就計算所得的內(nèi)力數(shù)值進行匯總分析：表 4 內(nèi)應力匯總表Table4 Stress summary table（3） 分析桿件所受的最大內(nèi)應力下弦桿：(11)-6 桿受最大拉應力為 25218N斜桿：(8)桿受最大壓應力為 118932.2.3 梁強度校核由于不同的桿件選用的型號不同，由《機械設(shè)計手冊》單行本 常用工程材料 查得桿件計算的基本公式，強度校核如下：（拉伸）………………………………(36)tpAP???（壓縮）………………………………(37)cp桿件名稱 桿件內(nèi)力 ??N種類 代號 受拉 受壓上弦桿(12)-1(12)-4(12)-5(12)-8(12)-908539.34269－8539.3-4269斜桿(2)(4)(6)(8)(10)16985094.68496.215289－11893豎桿(1)(3)(5)(7)(9)00－2135－4270－4270下弦桿(11)-2(11)-3(11)-6(11)-7(11)-1028022521820948-2802-252182 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算19常用碳素結(jié)構(gòu)鋼 許用應力值為35Q??aMP160??所以 18=6.a792PPA????35.160?所以得出結(jié)論為：所選材料完全滿足強度要求。2.3 刮泥板、刮渣板結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算撇渣板與刮泥板的升降機構(gòu)可以有兩種布置形式：第一種形式：刮泥板與撇渣板同向工作及升降，即刮泥機運行時，撇渣板與刮泥板同時進行撇渣與刮泥，回程時，撇渣板與刮泥板又同時提出水面。第二種形式：撇渣板與刮泥板逆向工作與升降，即刮泥板刮泥時，撇渣板提出水面，而撇渣板工作時，刮泥板提離池底。刮泥機的行駛與刮板升降采用兩套獨立的驅(qū)動機構(gòu)，通過電氣控制能相互轉(zhuǎn)換交替動作。根據(jù)題目要求撇渣板與刮泥板的升降機構(gòu)的布置形式為第一種形式。2.3.1 刮泥板與撇渣板的聯(lián)動布置及提板功率計算1. 刮板的結(jié)構(gòu)，如圖 7 所示其主要由鉸鏈式刮臂、刮板、支撐托輪、撇渣板及卷揚機等組成。2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算20圖 7 刮板結(jié)構(gòu)圖 Fig7 Shave harden composition刮臂的一端鉸接在桁架上，另一端裝有刮泥板及拖輪，吊點最好設(shè)在刮臂的重心位置。當刮泥板放至池底時，刮臂與池底夾角為 。刮泥板高度為 500mm，60°~65°撇渣板高度為 150mm。設(shè)計要求為撇渣板與刮泥板的聯(lián)動采用同向工作與升降。提升機構(gòu)有鋼絲繩卷揚式、螺桿式和野鴨推桿式三種，其中最常用的為鋼絲繩卷揚式提升機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。故本設(shè)計采用鋼絲卷揚式的提升機構(gòu)。刮板的材料和機構(gòu)形式：刮板材質(zhì)的選擇與介質(zhì)的情況有關(guān)，對于含酸、含堿的介質(zhì)，一般可采用塑料板、玻璃鋼板、不銹鋼板等制作。若采用碳鋼，應做特殊防腐處理。對無腐蝕性介質(zhì)可采用碳鋼并作涂料防腐處理。刮板亦可采用25mm×200mm（厚×寬）的松木板制成。為防止木質(zhì)刮板開裂，最好在刮板兩端均裝設(shè)鋼板卡箍，并在撇渣部位裝置耐油橡膠板，耐油橡膠板的吃水部位一般做成鋸齒形，以改善刮板的彈性和流水性。對于大跨度的刮渣板為保證刮板的水平剛度，刮板背面應設(shè)肋板。2、刮板的布置：刮板深入水面以下為 左右，刮板與池壁間隙 S 一般為50~100mm。間隙過大，浮渣從間隙泄漏。因此要求池壁平直。20~100mm3、刮板的調(diào)整：可應用螺旋升降裝置，根據(jù)液位的情況，調(diào)整后固定。4、翻版裝置：1）重錘式翻板裝置，行車換向前依靠掛有重錘的杠桿裝置碰撞擋塊，使刮板抬起或落下，此裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用較多。2.3.2 刮臂，刮板連接部分的設(shè)計1、材料的選擇選擇 Q235A 表面防腐處理根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第一冊 表 3.1-45 碳素結(jié)構(gòu)鋼的應用舉例 35P?重量計算：4 毫米厚鋼板重量 31.40 ；3 毫米厚鋼板重量 23.551kgm??1kgm??根據(jù)《機械設(shè)計手冊單行本》常用工程材料 表 3-1-40 387?2、刮板的高度為 500mm，厚度為 4mm，長度為 6000mm；刮渣板的高度為150mm，厚度為 3mm，長度為 6000mm；刮臂材料為鋼管；與刮板連接的滾輪個數(shù)為3，結(jié)構(gòu)設(shè)計圖見圖 82 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算21圖 8 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig8 structuraldesigndrawing2.3.3 螺栓連接的選擇 1、螺栓的選擇：選用 M10×30 螺栓根據(jù)《機械設(shè)計手冊單行本》聯(lián)接與緊固 表 4-1-75 螺栓總表.GB/T5787－1986 476P?計算重量：M10×30 螺栓單重 0.021kg根據(jù)《機械設(shè)計手冊單行本》聯(lián)接與緊固，表 4-1-76 100 單重 0.063 mkg478P?2、螺母的選擇：選用 M10 六角螺母 C 級根據(jù)《機械設(shè)計手冊單行本》聯(lián)接與緊固表 4-1-118 螺母總表.GB/T41－2000 416P?計算重量：2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算22M10 六角螺母每 1000 個重 8.31kg所以單重 0.00831kg根據(jù)《機械設(shè)計手冊單行本》聯(lián)接與緊固表 4-1-119 417P?螺栓連接總重：8×0.02931＝0.23448 kg所以單個組件重量：9.35+0.40+0.23448＝10.012.3.4 傳動長軸設(shè)計計算傳動長軸的許用扭轉(zhuǎn)角[θ]查《給水排水設(shè)計手冊》第九冊表 7-9 取 0.25。1.長軸軸徑的計算：為滿足表列的許用扭轉(zhuǎn)角[θ]要求，傳動長軸的軸徑 d 可按式（38）計算：…………………………………(38)0.5mvs?4=0.2ndM??m式（38）中 ——計算扭矩 ；d——長軸直徑 。nN??m當驅(qū)動扭矩置于長軸的跨中傳動時，兩側(cè)軸的計算扭矩應力為總扭矩 的一nM總半。即 ……………………………………(39)??n1=950m2nn NM??總式中 ----計算功率 ；NKW----長軸的轉(zhuǎn)速 。ri??120=95=756213nn NMm???總 440.nd?故長軸直徑取 55mm。2.長軸軸承的間距：通常，對于傳動長軸，應設(shè)支承。支承的形式最好采用裝有調(diào)心軸承的軸承座，軸承的最大間隔 按式（40 ）估算：1l………………………………………………………(40)??321l=0dcm2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算23式（40）中 ——長軸的直徑 。d??cm33221015.4l??長軸的聯(lián)軸器常用如圖 9 所示的夾殼聯(lián)軸器或圖 10 所示的鏈輪聯(lián)軸器，設(shè)置的位置應盡量靠近軸承支座，以減少軸的受彎。圖 9 夾殼聯(lián)軸器Fig9 Clip shell coupling2 行車、刮板、刮臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算24圖 10 鏈輪聯(lián)軸器Fig10 Sprocket coupling3 驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計與計算253 驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計與計算行車車輪的驅(qū)動方式一般有分別驅(qū)動(雙邊驅(qū)動)和集中驅(qū)動(長軸驅(qū)動)兩種布置方式。依據(jù)兩種布置方式的優(yōu)缺點來確定設(shè)計中行車車輪的布置方式：1、分別驅(qū)動：行車兩側(cè)的驅(qū)動輪分別由獨立的驅(qū)動裝置驅(qū)動。兩側(cè)的驅(qū)動裝置均以相同的機件組成，并且要求同步運行。分別驅(qū)動與集中驅(qū)動相比，由于省去了傳動長軸而使驅(qū)動機構(gòu)的自重減輕，同時也為安裝和維修帶來了極大的便利。2、 集中驅(qū)動：通常由電動機減速器傳動長軸，軸承座和連軸器等組成，這一驅(qū)動方式在行車式吸泥機中應用較為普遍。該驅(qū)動布置中驅(qū)動機構(gòu)傳遞的扭矩應該位于長軸的跨中位置，以保證兩側(cè)驅(qū)動軸的扭轉(zhuǎn)角相同，避免了車輪的走偏。3.1 驅(qū)動方式的選擇根據(jù)題目要求，驅(qū)動機構(gòu)選用集中驅(qū)動，圖 11 為集中驅(qū)動機構(gòu)。在刮渣刮泥機中應用的較為普遍，通常由電動機、減速器、傳動長軸、軸承座和聯(lián)軸器等組成。驅(qū)動機構(gòu)傳遞的扭矩長軸的跨中位置，以保證兩側(cè)驅(qū)動軸的扭轉(zhuǎn)角相同，避免車輪走偏。圖 11 集中驅(qū)動機構(gòu)Fig11 Concentrated driving mechanism