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摘 要
微濾機是一種采用過濾技術(shù)進行固液分離的凈水機械。廣泛應(yīng)用于冷卻循環(huán)水處理，廢水處理的深度處理與中水回用，凈化造紙用水，白水回收以及各種污廢水的處理。其主要特征為處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，連續(xù)運行，承受沖擊負荷能力強，全自動運行，操作及維修簡便，運行費用及占地面積小等特點。
本設(shè)計對處理量 的外進水式微濾機進行了具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維實體模擬，先確定了整體方案；再根據(jù)日處理量對滾筒進行精確計算，確定其直徑、濾網(wǎng)孔；接著設(shè)計傳動軸裝配方案，根據(jù)軸上定位方案及軸上零件初步確定各軸段直徑和長度，再對軸進行強度校核；接下來還有反沖洗管的結(jié)構(gòu)設(shè)計和剛度校核；然后是軸承的選擇及其強度和壽命計算；最后主要就是機架的設(shè)計，選擇機架材料和各部分尺寸，確定機架類型為板類焊接型整體固定式機架，再將所有零件裝配到機架上，確定裝配方案。
最終設(shè)計出日處理量一萬噸的外進水式微濾機，并作出三維建模和裝配動畫，各部分尺寸、結(jié)構(gòu)、強度和壽命都符合設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：微濾機；濾網(wǎng)；反沖洗管；傳動軸
Abstract
Frustration machine is a solid-liquid separation filter. It is widely used in the cooling loop water treatment, advanced treatment of wastewater and water reuse,purification of paper-making water, white water recovery and a variety of sewage wastewater treatment. The main features of the treatment works well, drainage water quality was stable, continuous operation, ability to withstand shock loading, fully automatic operation, easy operation and maintenance, operating costs and small footprint, and so on.
The design of the processing capacity of the water type microfiltration machine concrete structure design and 3D simulation, to determine the overall plan; according to the daily processing capacity of the drum for accurate calculation, determine its diameter, filter mesh; then design the transmission shaft assembly scheme, according to the positioning scheme of shaft parts on the shaft and preliminary determination the length and diameter of the shaft section, and then to check the strength of the shaft; then there is a backwash pipe structure design and rigidity check; then calculate the bearing selection and strength and life; the final design is the main frame of material selection, machine frame and the size of each part, determine the frame type plate welding type whole fixed rack, then all the parts assembly to the frame, determine assembly scheme.
Finally, an external inlet micro filtration machine with daily processing capacity of ten thousand tons was designed, and 3D modeling and assembly animation were made. The size and structure of each part were in line with the design requirements.
keywords ：Microfiltration；Filtering mat；Washing pipe；Transmission shaft
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 5
1.1 選題背景 5
1.2 微濾機的作用與功能 5
1.3 研究意義 5
1.4 過濾的分類 5
1.4.1 膜濾 5
1.4.2 篩網(wǎng)過濾器 6
1.4.3 深層過濾 6
1.5 微濾機在各個領(lǐng)域的研究應(yīng)用 6
1.5.1 微濾機在石油化工廠凈水中的應(yīng)用 6
1.5.2 微濾機用于白水回收的實踐 7
1.5.3微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器 7
1.5.4 TAJW‐600 系列在線式全自動微濾機 9
1.6技術(shù)經(jīng)濟分析 10
1.6.1經(jīng)濟分析與評價的意義和基本原理 10
1.6.2技術(shù)經(jīng)濟分析 11
第二章 微濾機的結(jié)構(gòu)分析 12
2.1 微濾機的一般結(jié)構(gòu) 12
2.2旋轉(zhuǎn)式微濾機結(jié)構(gòu)分析 12
2.3關(guān)于微濾機的專利 14
2.3.1 一種滾筒微濾機 14
2.3.2自清洗轉(zhuǎn)鼓式過濾器 15
2.4 一些特殊微濾機的介紹 15
2.4.1 BAF 專用微濾機 15
2.4.2 無動力驅(qū)動自旋式微濾機 16
2.5本章小結(jié) 17
第三章 外進水式微濾機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 18
3.1外進水式微濾機整體結(jié)構(gòu)的確定 18
3.2 轉(zhuǎn)鼓的主體設(shè)計 19
3.2.1 轉(zhuǎn)鼓上濾網(wǎng)的選擇 19
3.2.2 濾網(wǎng)有效過濾面積的計算 19
3.2.3過濾轉(zhuǎn)速計算： 19
3.2.4轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計 19
3.2.5滾筒的整體結(jié)構(gòu)及安裝 21
3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22
3.3.1按扭轉(zhuǎn)強度條件進行計算確定軸的最小直徑 22
3.3.2軸上零件的裝配方案 23
3.3.3各軸段直徑和長度的確定 23
3.4 軸的強度計算 24
3.4.1對傳動軸進行受力分析 24
3.4.2按彎扭合成強度對軸進行校核 25
3.5軸承部分的設(shè)計 26
3.5.1軸承的選擇 26
3.5.2 軸承的潤滑及潤滑結(jié)構(gòu) 26
3.5.3軸承的密封 26
3.5.4軸承游隙 26
3.5.5軸承的強度校核 26
3.5.6軸承的壽命計算 27
3.6 反沖洗管的校核 28
3.7機架的設(shè)計 30
3.7.1 機架的材料選擇 30
3.7.2機架的整體結(jié)構(gòu) 31
3.8電機減速機的功率計算 32
3.9 Solidworks三維建模 32
3.10 本章小結(jié) 35
第四章 安裝使用指導(dǎo)及技術(shù)經(jīng)濟分析 36
4.1安裝的注意事項 36
4.2設(shè)備運行好壞的影響因素 36
4.2.1工藝因素 36
4.2.2機械因素 36
4.3應(yīng)用范圍 37
4.4特點 37
4.5配套建議 37
4.6安裝過程建議 37
4.7啟動本設(shè)備啟動應(yīng)遵循下列步驟： 37
4.8檢查、保養(yǎng)和維修 38
4.8.1第一次檢查 38
4.8.2定期檢查 38
4.8.3安全事項 38
4.8.4篩鼓的清洗 39
4.9 本章小結(jié) 39
結(jié) 論 40
致 謝 41
參考文獻 42
第一章 緒論
1.1 選題背景
微濾機凈水技術(shù)在國外開發(fā)于 1940-1942年。它是一種用固液分離機械過濾凈水技術(shù)。微濾機廣泛的應(yīng)用于冷卻循環(huán)水處理，廢水處理的深度處理與中水回用，凈化造紙用水，白水回收以及各種污廢水的處理。其主要特征為處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，連續(xù)運行，承受沖擊負荷能力強，全自動運行，操作及維修簡便，運行費用及占地面積小等。 近年來國內(nèi)外特別重視微濾機的開發(fā)和研究， 以提高污水處理的效率。
1.2 微濾機的作用與功能
微濾機又叫全自動滾筒微濾機，是一種新型的過濾設(shè)備，以超低能耗、全自動控制可被越來越多的人使用。微濾機的主要作用是通過滾筒濾網(wǎng)過慮污水中的顆粒，過濾精度可隨過濾要求而定制，過濾精度有三種，分別是20微米、40微米、80微米，其他精度也可以根據(jù)使用者的要求另外訂做，可以廣泛使用中各行各業(yè)中，更是用到了各種水處理工程中，其中以水產(chǎn)養(yǎng)殖或工廠污水處理使用最多。
微濾機主要由布水斗、滾筒、底座、檔水罩、噴水管和傳動裝置組成。廢水經(jīng)進水口進入布水斗后，均勻地將水分布在旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)網(wǎng)上，水在重力作用下，由濾網(wǎng)濾出，過濾后的纖維，在內(nèi)網(wǎng)面設(shè)置的導(dǎo)流葉片導(dǎo)流下，螺旋式的向出水端移動，直至出水口排出，實現(xiàn)回收利用，其濃度可達3-6%以上，過濾后的廢水流往指定的地點或進行二次使用，因此微濾機亦是一種節(jié)約水資源的環(huán)保設(shè)備。
1.3 研究意義
我國對于微濾機的研究起步較晚，與國外相比產(chǎn)品技術(shù)水平較低，可靠性差，外觀差，品種不豐富。隨著水資源的日益減少，污染日益嚴重，國家非常重視水處理設(shè)備的開發(fā)和研究。微濾機也得到優(yōu)先發(fā)展。在處理石油行業(yè)廢水時，可代替砂濾也可以與砂濾串聯(lián)以達到更好的經(jīng)濟和環(huán)保效益。對于造紙行業(yè)的廢水和白水回用也有較好的去除效率。
微濾機用途較廣，凡固液分離過程都可以應(yīng)用 ,特別是用以去除水中的藻類、 懸浮物等效果更好。但微濾機的工業(yè)應(yīng)用尚存在下述問題：濾網(wǎng)制造工藝較復(fù)雜。 濾網(wǎng)在運轉(zhuǎn)過程中不同程度地被堵塞尚無成熟的濾網(wǎng)清洗方法。
1.4 過濾的分類
1.4.1 膜濾
膜濾以選擇性透過膜為分離介質(zhì)， 在其兩側(cè)施加推動力， 使原料組分選擇性的透過膜，達到分離或提純的目的。推動力一般有壓力差、溫度差、濃度差或者電位差。膜濾技術(shù)種類繁多，按膜的來源分：天然膜和人工膜（有機膜和無機膜） ；按膜的組件分類：管式、毛細管式、中空纖維式、板框式和卷式；按分離機理分：多孔膜、無孔膜、載體膜。
5
性能良好的膜應(yīng)具有如下特點：
①良好的滲透性；
②高效的選擇性；
③一定的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度；
④耐污染且使用壽命長；
⑤易制備和加工；
⑥抗壓性好；
1.4.2 篩網(wǎng)過濾器
篩網(wǎng)過濾器用篩網(wǎng) (常用尼龍篩網(wǎng)或不銹鋼篩網(wǎng) )做過濾介質(zhì)的過濾設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，在國內(nèi)外灌溉系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。篩網(wǎng)過濾器主要用于過濾灌溉水中的粉粒、砂和水垢等污物，也可用于過濾含少量有機污染物的灌溉水。但是，當(dāng)藻類或有機污物多時，容易被堵死，需要經(jīng)常清洗。篩網(wǎng)過濾器多與其他類型過濾器配合并作為末級過濾器使用。篩網(wǎng)過濾器一般用承壓外殼和纏有濾網(wǎng)的內(nèi)芯構(gòu)成，外殼和內(nèi)芯等部件要求用耐壓耐腐蝕的金屬或塑料制造， 如果用一般金屬制造，一定要進行防腐防銹處理。篩網(wǎng)過濾器種類繁多，按篩網(wǎng)過濾器的沖洗方式分為：常規(guī)篩網(wǎng)過濾器、直沖洗篩網(wǎng)過濾器，反沖洗篩網(wǎng)過濾器。按篩網(wǎng)過濾器的工作方式分為：手動篩網(wǎng)過濾器和自動篩網(wǎng)過濾器。
1.4.3 深層過濾
所謂深層過濾工藝[1] ，是指在過濾介質(zhì)的深層進行的澄清過濾過程。它是利用濾料所提供的表面積來截留濾液中的懸浮物和膠體， 并將截留物儲存于床層之孔隙中的工藝過程。現(xiàn)在，深層過濾工藝已普遍用于飲用水處理、城市景觀水體的循環(huán)凈化、工業(yè)廢水處理等幾乎所有水處理領(lǐng)域。是去除水和廢水中懸浮物、膠體及微生物等的最常用、最有效的處理手段之一，并且其應(yīng)用范圍仍在不斷擴大。
在深層過濾工藝技術(shù)的發(fā)展過程中， 濾料和濾層結(jié)構(gòu)是兩個關(guān)鍵因素。 纖維濾料以其自身的特點為拓展過濾工藝的適用范圍。 提高過濾效率， 和降低過濾阻力創(chuàng)造了條件。在深層過濾理論方面．人們已經(jīng)取得了一定的突破。但是過濾過程的復(fù)雜性和瞬態(tài)性致使人們尚不能完全了解它的微觀機理和宏觀行為。 所建立的數(shù)學(xué)模型都存在一定的局限性，亟待進一步的深入研究。
1.5 微濾機在各個領(lǐng)域的研究應(yīng)用
1.5.1 微濾機在石油化工廠凈水中的應(yīng)用
湖南大學(xué)校辦工廠于 1982 年試制了幾臺微濾機在石油化工廠試用。一是在煉油廠的循環(huán)水處理中旁濾池。 循環(huán)水中所含的藻類、 油類及其他懸浮雜質(zhì)可導(dǎo)致濾池的反沖洗周期短，反沖洗水量大，既造成了對環(huán)境污染，又浪費能源。二是應(yīng)用在化纖廠的清潔廢水。這種廢水中含有大量菌藻和懸浮雜質(zhì)，如用砂濾處理，4-5h就需反沖洗一次，幾乎無法正常運轉(zhuǎn)。通過試驗證實，用微濾機代替砂濾或與其聯(lián)用技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的。經(jīng)粗略估算，微濾機與砂濾池比較，在出水水質(zhì)相同或相近似的情況下，濾速可提高 4-6 倍，且操作簡單，管理方便，一次投資和經(jīng)常管理費用低。 以處理水量 50000 立方米每天的規(guī)模計， 一次投資就可節(jié)約50%。具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。微濾機凈水技術(shù)在石油化工廠應(yīng)用在技術(shù)上是可行的，可以用來凈化循環(huán)水，也可用來處理清潔廢水。它可以代替砂濾，也可與砂濾串聯(lián)使用。微濾機凈水技術(shù)在石油化工廠應(yīng)用在經(jīng)濟上是合理的。 與砂濾技術(shù)比較， 一次投資可節(jié)約 50%，反沖洗水量可節(jié)約 75%，經(jīng)常管理費用低，有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。[2]
1.5.2 微濾機用于白水回收的實踐
石硯白麓紙業(yè)有限公司的技術(shù)人員使用 2 臺微濾機分別處理紙板機的白水回收和新聞紙機的白水回收。 在處理紙板機的白水回收時， 在回收纖維效率及處理白水能力上都顯示出較強的優(yōu)勢。首先回收纖維的效率高（進水濃度為 1473.3mg/L時，網(wǎng)坑白水濃度為 314.4mg/L），處理水量大（每小時處理水量 140 到 200 立方米）；其次，可較好的分離白水中的纖維， 網(wǎng)坑白水也可直接回用于紙機的網(wǎng)部沖洗用水，紙邊沖水等，而且，在后續(xù)的氣浮法白水回收中絮凝劑用量可大大降低。[3]用于新聞紙機的白水回收，效果不理想。主要表現(xiàn)為網(wǎng)坑內(nèi)白水濃度高（進水濃度為 1465mg/L 時，網(wǎng)坑白水濃度為 1271mg/L），處理水量少（約為 75 到 100立方米每小時），易堵網(wǎng)。分析認為當(dāng)白水中的纖維以長纖維為主時， 脫水速率高， 濾網(wǎng)上的漿料滾動剝離容易，出漿濃度高，處理水量大，網(wǎng)坑白水濃度也低。當(dāng)白水中的纖維以細小纖維為主，固液兩相在濾網(wǎng)上分離時，脫水速率低，細小纖維附著在濾網(wǎng)上，易堵塞濾網(wǎng)微孔，且剝離困難，網(wǎng)籠轉(zhuǎn)速略一提高，細小纖維層便無法剝離，濾網(wǎng)一旦堵死，便失去過濾作用。
1.5.3微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器
Emperor Aquatics有限公司設(shè)計的微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器[4]。其結(jié)構(gòu)和基本原理如圖1.1和圖 1.2所示：
圖1.1 整體機型
圖1.2 轉(zhuǎn)鼓過濾器的工作原理
如圖 1.2所示：
①這個轉(zhuǎn)鼓實際上是一個由過濾板組成的框架。該過濾板是用聚酯或者不銹鋼
做的，其孔徑在微米級別。
②固體廢物顆粒通過轉(zhuǎn)鼓過濾機進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部。
③小于孔徑的固體廢物顆粒被捕捉在過濾器篩網(wǎng)上。
④水穿過濾網(wǎng)。
⑤一個浮球液位開關(guān)，液位到達一定值則啟動開關(guān)將過濾網(wǎng)沖洗干凈。
⑥收集在屏幕上的固體廢物顆粒被沖洗下來進入收集槽，然后被排出轉(zhuǎn)鼓
微濾機濾網(wǎng)目數(shù)與電耗及耗水量的關(guān)系:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院研究了微濾機濾網(wǎng)目數(shù)與電耗和水耗之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)鼓式微濾機的電耗由兩部分組成，一是電動機通過減速機帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，二是反沖洗水泵消耗的功率。 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動的電耗在轉(zhuǎn)鼓式微濾機運行中基本上是穩(wěn)定的，隨著濾網(wǎng)目數(shù)的增大，反沖洗的頻率也會提高，電耗也就會因反沖洗次數(shù)的增加而上升。耗水量也是評價轉(zhuǎn)鼓式微濾機性能的一個重要指標， 其與反沖洗次數(shù)成正比。 隨著濾網(wǎng)目數(shù)的增大，反沖洗的頻率也會提高，耗水量也隨之上升，其規(guī)律如表1.1所示。
表1.1不同濾網(wǎng)規(guī)格（目數(shù)）下的反沖洗次數(shù)與電耗及耗水量的關(guān)系
1.5.4 TAJW‐600 系列在線式全自動微濾機
由上海同昂環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司研發(fā)的一鐘微濾機，是針對現(xiàn)有的微濾機存在易堵塞、易破損、維修維護工作量大、二次投資多等問題而設(shè)計研制。該吸收了國外先進技術(shù)，針對我國的一些特殊行業(yè)而開發(fā)的一種新型截污過濾設(shè)備[5]。廣泛應(yīng)用于需要進行固‐液分離的各種場合，如城市生活污水、造紙、紡織、印染、化工、冶金廢水、循環(huán)水等的細小物質(zhì)進行截污過濾，能夠?qū)崿F(xiàn)廢水封閉循環(huán)重復(fù)使用的目的。
該設(shè)備針對現(xiàn)有的自清洗清洗微濾機設(shè)備存在的一些缺陷，同時設(shè)置轉(zhuǎn)刷式和吮吸式兩套清洗裝置，以保證清洗更徹底，保證設(shè)備能夠適應(yīng)更多的工作環(huán)境，其清洗工作方式如下：
水由進水口進入微濾機，首先經(jīng)過粗濾芯組件濾掉較大顆粒的雜質(zhì)，然后到達細濾網(wǎng)，通過細濾網(wǎng)濾除細小顆粒的雜質(zhì)后，清水由出水口排出。在過濾過程中，細濾網(wǎng)的內(nèi)層雜質(zhì)逐漸堆積，它的內(nèi)外兩側(cè)就形成了一個壓差。當(dāng)這個壓差達到吮吸清洗預(yù)設(shè)值時，將開始自動清洗過程：排污閥打開，主管組件的水力馬達室和水力缸釋放壓力并將水排出；水力馬達室及吸污管內(nèi)的壓力大幅下降，由于負壓作用，通過吸嘴吸取細濾網(wǎng)內(nèi)壁的污物，由水力馬達流入水力馬達室，由排污閥排出，形成一個吸污過程。當(dāng)水流經(jīng)水力馬達時，帶動吸污管進行旋轉(zhuǎn)，由水力缸活塞帶動吸污管作軸向運動，吸污器組件通過軸向運動與旋轉(zhuǎn)運動的結(jié)合將整個濾網(wǎng)內(nèi)表面完全清洗干凈。微濾機進水工作，若濾網(wǎng)壓差值在轉(zhuǎn)刷清洗設(shè)定值內(nèi)，則設(shè)備繼續(xù)進行反清洗，此時電控器給水力控制閥、驅(qū)動電機信號，引發(fā)下列動作：電動機帶動刷子旋轉(zhuǎn)，對濾芯進行清洗，同時控制閥打開進行排污，該清洗過程只需持續(xù)數(shù)十秒鐘，當(dāng)清洗結(jié)束時，關(guān)閉控制閥，電機停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)恢復(fù)至其初始狀態(tài)，開始進入下一個過濾工序。
排污閥在清洗結(jié)束時關(guān)閉，增加的水壓會使水力缸活塞回到其初始位置，微濾機開始準備下一個沖洗周期。在清洗過程中，微濾機正常的過濾工作不間斷，其外形圖如下圖1.3所示。
圖1.3 設(shè)備外形圖
如圖1.3為在線全自動微濾機設(shè)備外形圖。
1.6技術(shù)經(jīng)濟分析
1.6.1經(jīng)濟分析與評價的意義和基本原理
1．經(jīng)濟分析與評價的意義
設(shè)計是科學(xué)研究與工程應(yīng)用的橋梁，是科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的途徑，是術(shù)研究
成敗的關(guān)鍵。設(shè)計過程本身也是技術(shù)與經(jīng)濟相結(jié)合的過程，在設(shè)計對技術(shù)方案進
行技術(shù)經(jīng)濟計算與分析評價， 從經(jīng)濟上對技術(shù)進行優(yōu)化， 以更完美的技術(shù)。 因此，重視技術(shù)經(jīng)濟指標分析、比較不僅能使工程造價是促進生產(chǎn)力發(fā)展的一個重要動力。
2．經(jīng)濟分析與評價的基本原理
經(jīng)濟分析與評價的目的是追求費用最小或者效益最大。
（1）費用最小化原則
在滿足功能目標 (特定需要 )的前提下，追求所支出的全生命 (服務(wù))期費用最小。特別是像過濾液體這類以環(huán)境保護、提高環(huán)境質(zhì)量、維護生態(tài)效益、提高人民生活質(zhì)量、維持經(jīng)濟和社會的可持續(xù)性發(fā)展為基本任務(wù)的工程項目，往往是以滿足上述功能目標為前提的，這樣的項目應(yīng)以追求生命 (服務(wù))期費用最小為原
則。項目的服務(wù)期費用包含了與項目有關(guān)的一切費用，如項目的前期費用、建設(shè)
期費用 (含設(shè)計、制造、購買、建設(shè)、安裝、試運行等 )、生產(chǎn)期運營費用以及工程壽命期結(jié)束時的拆除費用。
（2）經(jīng)濟效益最大化原則
效益最大化就是指工程全服務(wù)期的效益是最大化的。當(dāng)一項工程或一個技術(shù)
方案的經(jīng)濟效益比較容易定量地進行計算時，效益最大化應(yīng)是項目經(jīng)濟評價所追
求的目標。
經(jīng)濟效益 (E)=總產(chǎn)出—總投入 （1-1）
或經(jīng)濟效益 (E)=總產(chǎn)出 /總投入 （1-2）
經(jīng)濟效益（E）=（總產(chǎn)出—從投入） /總投入 （1-3）
公式(4-1)是絕對值表示法，大于零，即為有經(jīng)濟效益；公式 (1-2)、(1-3)是相
對值或比例表示法，式 (1-2)大于 1，式(1-3)大于零，即為有經(jīng)濟效益。
1.6.2技術(shù)經(jīng)濟分析
外進水式微濾機的主要應(yīng)用領(lǐng)域是凈化造紙用水，白水回收以及各種污廢水
的處理。其主要特征為處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，連續(xù)運行，承受沖擊負荷能力強，全自動運行，操作及維修簡便，運行費用及占地面積小等特點。近年來國內(nèi)外特別重視微濾機的開發(fā)和研究，以提高污水處理的效率。污水處理是我國環(huán)境保護的一個重要措施，帶有強制性，而固液分離是污水處理不可或缺的一個環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)一臺微濾機的價格在 2 萬元左右。
工程費用投資概算采用估算的方法，本設(shè)計外進水式微濾機總質(zhì)量約為 1.5噸左右，材料費約為 1 萬元，設(shè)計費用包括人工費用約為 5 千元，制造費用約為5 千元，總價值約為 2 萬元。與目前市場上的微濾機價格相近。但是本設(shè)備不用為反沖洗增加一個水泵，這樣可以節(jié)約大量的電能消耗，可以節(jié)約不少成本。所以對比市場上同類產(chǎn)品有較大的優(yōu)勢。
第二章 微濾機的結(jié)構(gòu)分析
2.1 微濾機的一般結(jié)構(gòu)
微濾機主要由水平轉(zhuǎn)鼓和金屬濾網(wǎng)組成， 轉(zhuǎn)鼓和濾網(wǎng)安裝在水池內(nèi)， 水池內(nèi)還設(shè)有隔板。轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動的圓周速度一般為 30m/min，2/3 的轉(zhuǎn)鼓浸在池水中。濾網(wǎng)用含鉬的不銹鋼絲制成，孔徑有 23μm，35μm，60μm，100μm 等幾種。
如圖 2.1 所示，污水從轉(zhuǎn)鼓的空心軸管通過金屬網(wǎng)孔過濾后流入水池。截留在網(wǎng)上的懸浮物， 隨著沖洗水進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的集渣斗中， 隨同沖洗水一起從空心軸出口排出。反沖洗水從反沖洗設(shè)備入口進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)對轉(zhuǎn)鼓進行沖洗， 沖洗后的水通過反沖洗排水管與處理后的污水一起進入集水槽。 微濾機的過濾操作及沖洗過程均為自動進行。
圖2.1 微濾機結(jié)構(gòu)簡圖
1-沖洗水； 2-水池； 3-進水渠； 4-空心軸； 5-反沖洗設(shè)備；
6-集渣斗槽； 7-反沖洗排水管； 8-集水渠
微濾機的優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，處理污水量大，操作方便，占地較小。缺點是濾網(wǎng)的編織比較困難[6]。
2.2旋轉(zhuǎn)式微濾機結(jié)構(gòu)分析
轉(zhuǎn)鼓式微孔過濾機 (簡稱微濾機 )操作是一個連續(xù)過濾過程（如圖 2.2）。要處理的水由過濾機的水斗和與水斗相連的轉(zhuǎn)鼓開口端， 進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓緩慢旋轉(zhuǎn)， 濾液穿過濾網(wǎng)進入槽體內(nèi)[7]。在濾層未完全形成前穿過濾網(wǎng)的濾液為濁液，纖維濃度較高，越過濁液側(cè)堰板，由濁液出口排出，返回水斗。隨著懸浮固體物在濾網(wǎng)內(nèi)不斷堆積， 形成濾層，進一步提高介質(zhì)的過濾效率。通過濾層和濾網(wǎng)的澄清液越過清液側(cè)堰板， 由清液出口排出。 濾層到達鼓的頂部時就被鼓外氣嘴噴出的空氣反吹至鼓內(nèi)收集槽內(nèi)排出。濾網(wǎng)經(jīng)清洗后進入下一循環(huán)。
圖2.2 旋轉(zhuǎn)式微濾機的工作原理
旋轉(zhuǎn)式微濾機由槽體、轉(zhuǎn)鼓裝置、接水斗、卸料裝置、傳動裝置、噴水裝置、托輪裝置、密封裝置等部分組成。槽體由不銹鋼板和碳鋼加強筋拼焊而成。左側(cè)進漿斗上部設(shè)有溢流口，當(dāng)水量過大時，多余的水由此溢流出去。槽體內(nèi)清、濁液兩側(cè)都設(shè)有可調(diào)節(jié)高低的堰板，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿，可調(diào)節(jié)液位及清、濁液流量比例。轉(zhuǎn)鼓主要由鼓體及六塊濾網(wǎng)片組成?？蓽蕚湟惶讉溆脼V網(wǎng)片，先安裝好濾網(wǎng)，需換網(wǎng)時可直接更換濾網(wǎng)片。 轉(zhuǎn)鼓的一端通過軸支撐于安裝在槽體上的軸承座內(nèi)， 另一端放在兩個托輪上。接料斗為斜錐形，位于鼓內(nèi)，一端用法蘭固定于槽體上，另一端通過尼龍滑動軸承，支撐于轉(zhuǎn)鼓軸上。卸料裝置為空氣卸料，可使回收的纖維具有較高的濃度。噴氣嘴置于濾面上方，空氣由離心風(fēng)機送入卸料風(fēng)管中，經(jīng)噴嘴兩側(cè)的窄縫吹于濾網(wǎng)上，將網(wǎng)內(nèi)的纖維剝離。轉(zhuǎn)動卸料風(fēng)管，可調(diào)節(jié)噴嘴和濾網(wǎng)間的相對位置。在處理不需回收的水中固形物時(如處理河水)也可采用水噴嘴卸料。傳動裝置由電磁調(diào)速電機(或變頻電機)通過三角皮帶、減速機、聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。噴水裝置由水泵、管件及三根噴水管組成。其中兩根水管裝在轉(zhuǎn)鼓外，一根裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。鼓外的 2 根噴水管中，位于前面的(按轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)方向 )一根起卸料作用當(dāng)使用空氣卸料時關(guān)閉。位于后面的內(nèi)外兩根噴水管起清洗濾網(wǎng)的作用。三根噴水管上均裝有自清洗式噴嘴， 噴水管中裝有清洗噴嘴的刷子， 由噴水管一端的手輪轉(zhuǎn)動。主要清洗微濾機本身的清洗水，由水泵從槽內(nèi)抽取，必要時也可采用外接清水。兩個托輪位于轉(zhuǎn)鼓開口的一端(進水口)的兩側(cè)，起支撐轉(zhuǎn)鼓的作用， 通過調(diào)節(jié)螺栓可微調(diào)托輪的中心位置，便于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的對中位置。轉(zhuǎn)鼓開口一端 ( 進水口) 與槽體之間設(shè)有密封裝置， 由調(diào)節(jié)螺栓緊，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)處理水與鼓外清濾液隔開。
2.3關(guān)于微濾機的專利
2.3.1 一種滾筒微濾機
該設(shè)計由中國人張鑫絎發(fā)明，它公開了一種滾筒微濾機，它的微濾筒組件位于過濾沉淀池中，過濾沉淀池的頂部設(shè)有驅(qū)動電機，微濾筒組件主要包括功能軸和過濾滾筒組，過濾滾筒組每個滾筒的筒體為支承網(wǎng)，功能軸固定在中心，過濾滾筒組圍在功能軸的周圍，驅(qū)動電機與過濾滾筒組之間設(shè)有傳動系統(tǒng)，功能軸的內(nèi)部為中空，在功能軸與過濾濾筒組之間分布的排水組件設(shè)置在功能軸上，排水組件與過濾濾筒組相對，在功能軸的另一端設(shè)有高壓進/出水管，高壓進/出水管與功能軸相通，在微濾筒組件的底部設(shè)有排渣管。[8]
圖2.3一種滾筒微濾機結(jié)構(gòu)圖
該發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種滾筒微濾機，其特征是它主要包括橫向設(shè)有微濾筒組件，微濾筒組件位于過濾沉淀池中，過濾沉淀池的頂部設(shè)有驅(qū)動電機，所述的微濾筒組件主要包括功能軸和過濾滾筒組，過濾滾筒組每個滾筒的筒體為支承網(wǎng)，功能軸固定在中心，過濾滾筒組圍在功能軸的周圍，驅(qū)動電機與過濾滾筒組之間設(shè)有傳動系統(tǒng)，驅(qū)動電機通過傳動系統(tǒng)帶動過濾滾筒組轉(zhuǎn)動，功能軸的內(nèi)部為中空，在功能軸與過濾濾筒組之間分布有排水組件，排水組件設(shè)置在功能軸上，排水組件與過濾濾筒組相對，在功能軸的另一端設(shè)有高壓進/出水管，高壓進/出水管與功能軸相通，在微濾筒組件的底部設(shè)有排渣管。
該發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明過濾滾筒組的過濾滾筒呈等邊三角形安裝，這樣整體結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備造價低，安裝、維護非常方便靈活，過濾滾筒設(shè)置為支承網(wǎng)，支承網(wǎng)表面設(shè)有過濾網(wǎng)，這樣可以能快速地、極大可能地截留住水中的雜質(zhì)。本發(fā)明微濾筒組件的底部設(shè)有排渣管，排渣管的下部分布有若干虹吸孔，將沉淀于池底的水中雜質(zhì)吸走，排放到池外的污水管道中，最終流向前面的污水處理工序，再循環(huán)處理，這樣利用虹吸現(xiàn)象自動排渣，不需外部動力。本發(fā)明液位監(jiān)測裝置對池內(nèi)的水位差進行測量，并將信號傳輸?shù)诫娍刂葡到y(tǒng)，電控制系統(tǒng)發(fā)出指令即啟動驅(qū)動電機和高壓沖洗裝置，這樣從而實現(xiàn)無人看管的全自動微濾，使用方便。
2.3.2自清洗轉(zhuǎn)鼓式過濾器
由美國人 Daniel 申請發(fā)明[9]。結(jié)構(gòu)如圖 2.4 所示它的自動清洗由容器壁上的除污板來實現(xiàn)， 除污板刮掉濾渣后由轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液體帶著濾渣通過排水口排出轉(zhuǎn)鼓，實現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓的自動清洗。
圖2.4 自清洗轉(zhuǎn)鼓式過濾器
2.4 一些特殊微濾機的介紹
2.4.1 BAF 專用微濾機
專門去除污水中細小砂粒和懸浮物的設(shè)備，取代細格柵機、初沉池。該設(shè)備的濾縫精細至 1mm，有效阻擋了細小砂粒和固體懸浮物，保證了后續(xù)處理工藝的順行；外進水內(nèi)出水的方式提高了設(shè)備的工作效率。不堵塞、易沖洗；固液分離的過濾方式簡化了細小砂粒和懸浮物的再處置，操作簡便，節(jié)省人力。[10]其外形圖如2.5和圖2.6所示。
圖2.5 專用微濾機—回轉(zhuǎn)式
該設(shè)備是根據(jù)國內(nèi)外傳統(tǒng)固液分離設(shè)備的特點， 結(jié)合污水處理廠運行經(jīng)驗進行改良創(chuàng)新的一種新型固液分離設(shè)備。將污水中 ≥1.5mm 細小懸浮物攔截分離出來，攔截的柵渣通過傳輸、壓榨設(shè)備進行收集。
優(yōu)點：截留效率高，有效減少投加藥量，延長濾池反沖洗周期，提高總氮去除效率，降低運行能耗、節(jié)約運行成本。
圖2.6 專用微濾機 —平板式
2.4.2 無動力驅(qū)動自旋式微濾機
目前，公知的微濾機動力驅(qū)動普遍采用電動機、減速器、加鏈條或齒輪驅(qū)動，在極度潮濕的環(huán)境中處理海水極易受到腐蝕致使微濾機無法正常工作，維修量大，設(shè)備耗能高。而這個無動力驅(qū)動自選式微濾機，在微濾機外側(cè)安裝一個水輪，當(dāng)水輪的水斗注水后在重力的作用下轉(zhuǎn)動， 達到帶動微濾機滾筒篩架和篩網(wǎng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的目的，但驅(qū)動水輪必須有一臺水泵向水斗注水，這是對能源的一種浪費和消耗，與此同時被處理的污水的一部分勢能又白白的被浪費。[11]其外形如下圖2.7所示。
圖2.7 無動力驅(qū)動自旋式微濾機
這種微濾機非常適合用于工廠化養(yǎng)殖廠循環(huán)水的處理， 去除包括魚糞、 殘餌及其他污物，是提高水處理的效率，減輕生物處理負荷不可缺少的一環(huán)。并且在養(yǎng)殖廠可以更好的利用污水本身的勢能來驅(qū)動本設(shè)備。
2.5本章小結(jié)
本章綜合介紹了國內(nèi)外各類微濾機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)專利。結(jié)構(gòu)分析包括微濾機的一般結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)式微濾機結(jié)構(gòu)分析；微濾機的相關(guān)專利介紹了一種滾筒微濾機，自清洗轉(zhuǎn)鼓式過濾器，BFA專用微濾機，無動力驅(qū)動自旋式微濾機等，既讓我們對微濾機有了更深入的了解，也對后面我們自己的微濾機的設(shè)計和計算起了很大的啟發(fā)和參考作用。
第三章 外進水式微濾機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算
3.1外進水式微濾機整體結(jié)構(gòu)的確定
因為國內(nèi)目前這類及其較少，應(yīng)用實例也比較少見，所以本設(shè)計以華騏環(huán)保測繪意大利設(shè)備自清洗轉(zhuǎn)鼓微濾機為參考。其外形結(jié)構(gòu)整體方案如圖3.1和圖3.2所示：
圖3.1 測繪微濾機整體方案主視圖
圖3.2 測繪微濾機整體方案側(cè)視圖
3.2 轉(zhuǎn)鼓的主體設(shè)計
3.2.1 轉(zhuǎn)鼓上濾網(wǎng)的選擇
在轉(zhuǎn)鼓的周圍附有一層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)主要起到過濾的作用。
常用的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)大致分為三類：板框型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、圓筒型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和連續(xù)旋轉(zhuǎn)傳送帶型旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。
濾網(wǎng)可用不銹鋼絲、尼龍絲、銅絲或者鍍鋅銅絲編制而成，本設(shè)計采用不銹鋼絲濾網(wǎng)。網(wǎng)眼的大小一般為0.01~10mm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速非常小，大約是4~20r/min。本設(shè)計網(wǎng)眼大小為1mm。
本次設(shè)計中采用的是國家標準 GB/T19628.2《工業(yè)用金屬絲網(wǎng)和金屬編織網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸與金屬絲直徑組合選擇指南》 中的網(wǎng)孔直徑為 0.045mm的金屬網(wǎng)， 金屬絲的直徑是 0.032mm，開孔率為 34%，單位面積網(wǎng)重為 0.17Kg/m3 。不銹鋼的密度為 7900Kg/m3 。
常用的轉(zhuǎn)鼓直徑在 0.5m-3m 之間，根據(jù)處理水量的大小來確定轉(zhuǎn)鼓的直徑，經(jīng)過對多家微濾機設(shè)備的參考，發(fā)現(xiàn)一般處理量在 1000 以下時，轉(zhuǎn)鼓直徑在 1m-2m 之間，本次設(shè)計中選取轉(zhuǎn)鼓直徑為 1m，長為 2m。
所以濾網(wǎng)的 D=1m，L=2m。濾網(wǎng)面積為 ：
S=πDL=3.14×1×2=6.28㎡。
濾網(wǎng)重量為：
M=5.78×0.17=0.98㎏。
3.2.2 濾網(wǎng)有效過濾面積的計算
根據(jù)資料濾速一般在 80-120m/h 之間，本設(shè)計中取 150m/h。
日處理量為600m3 /h，約為14400m 3 /d，其重量大于一萬噸。（一天按24h計算）。
有效處理面積 =600/150=4 ；
浸沒深度超過一半，設(shè)為3/4D，則；
，
所以；
，滿足要求。
3.2.3過濾轉(zhuǎn)速計算：
濾網(wǎng)轉(zhuǎn)速一般在 4-20r/min，由于微濾機轉(zhuǎn)速一般較慢，這里取 4r/min。則轉(zhuǎn)速V為：
。
3.2.4轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計
水平轉(zhuǎn)鼓屬于設(shè)備中應(yīng)用最廣的圓筒形容器，其結(jié)構(gòu)由圓筒形殼體與各種形狀的封頭組成，主要受液柱靜壓力，因此采用內(nèi)壓容器的設(shè)計方法進行設(shè)計，主要包括筒體的強度計算和封頭的設(shè)計。[12]計算厚度：
（3-1）
式中：
——圓筒的計算厚度， mm ；
p ——圓筒的計算壓力， MPa ；
——圓筒的內(nèi)直徑，亦稱壓力容器的公稱直徑， mm ；
——鋼板在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力， MPa ；
——焊接接頭系數(shù)。
轉(zhuǎn)鼓的計算壓力取正常大氣壓 0.1 MPa ，圓筒內(nèi)直徑取 1.5 m ，材料使用Y1Cr18Ni9號鋼板，查 GB-150 得強度極限MPa，許用應(yīng)力為=125MPa，許用應(yīng)力應(yīng)乘以一個焊縫系數(shù)，1，取1。
把數(shù)據(jù)帶入得:
根據(jù)國家標準 GB-150 規(guī)定，殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度對碳素鋼、低合金鋼制容器不小于 3mm，所以取 3mm。
鋼板或鋼管的厚度負偏差按鋼材標準的規(guī)定。當(dāng)鋼材的厚度負偏差不大于 0.25 mm，且不超過名義厚度的 6%時，負偏差可忽略不計。
為防止容器元件由于腐蝕、 機械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄， 應(yīng)考慮腐蝕裕量，具體規(guī)定如下：
①對有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的容器壽命和介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量；
②容器各元件受到的腐蝕程度不同時，可采用不同的腐蝕裕量；
③介質(zhì)為壓縮空氣、水蒸汽或水的碳素鋼或低合金鋼制容器，腐蝕裕量不小于 1 mm。
圓筒的名義厚度為：
式中：
C1——鋼板負偏差；
C2——腐蝕裕量;
——為圓整值。
所以轉(zhuǎn)鼓的壁厚為 4mm。又因為考慮到 Q-235B 鋼的最小尺寸為 6mm，所以綜上所述轉(zhuǎn)鼓的壁厚為 6mm。
又r=0.5m=500mm，得R=r+=506mm
轉(zhuǎn)鼓的長L=2m，所以轉(zhuǎn)鼓的體積為：
轉(zhuǎn)鼓上面設(shè)置一些圓孔以使水流通過，圓孔的開孔率大約為 50%，所以轉(zhuǎn)鼓重量為 :
圓筒封頭采用圓形平板封頭設(shè)計，設(shè)計厚度為：
（3-2）
式中：k——結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，周邊固定時取 0.188；
封頭重量為：
其中，出水端封頭重量為：
所以整個轉(zhuǎn)鼓重量為：
3.2.5滾筒的整體結(jié)構(gòu)及安裝
整個滾筒先由103個筋條呈圓周方向焊接在兩端的筋支環(huán)上，筋條外部呈線性方向又焊接了802個篩環(huán)，而篩環(huán)外部再安裝打有篩孔的滾筒濾網(wǎng)，如此便是轉(zhuǎn)鼓中間的過濾部分，而兩端的筋支環(huán)再焊接上端蓋，端蓋上打有螺栓孔，用以轉(zhuǎn)鼓與傳動軸的螺栓連接與安裝。
轉(zhuǎn)鼓的最終結(jié)構(gòu)如圖3.3和圖3.4所示：
圖3.3轉(zhuǎn)鼓外部整體結(jié)構(gòu)
圖3.4 轉(zhuǎn)鼓去除濾網(wǎng)后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.3.1按扭轉(zhuǎn)強度條件進行計算確定軸的最小直徑
這種方法只按軸所受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不太重的軸，也可以作為最后計算結(jié)果。[13]軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：
（3-3）
式中：
；
；
；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min;
P——軸傳遞的功率，kw；
d——計算截面處軸的直徑，mm；
。
由該式可得軸的直徑：
而又因為：電機減速機功率P=0.75KW 可得：
（3-4）
且
n=4r/min
測繪圖紙傳動軸的最小直徑
故軸的最小直徑取50mm。
3.3.2軸上零件的裝配方案
傳動軸最小直徑與電機減速機連接用以傳遞扭矩，根據(jù)電機減速機安裝尺寸其長度定為192mm，根據(jù)軸向定位要求，第II軸段比第I軸段軸肩略高，初步確定第II軸段直徑為60mm，與軸承配合，主要承受軸承的支反力。再根據(jù)軸向定位要求，第III軸段裝配一個法蘭盤焊接而成，法蘭盤再與轉(zhuǎn)鼓用螺栓連接用以傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，第三軸段直徑應(yīng)比第II軸段直徑小，初步確定為55mm。最終軸上零件的周向定位和軸向定位方案如圖所示：
圖3.5 傳動軸的軸上零件定位方案
第I軸段與電機減速機用鍵連接進行周向定位，并用螺釘進行固定；第II軸段與軸承進行過盈配合，軸承安裝在軸承架上，軸承架用螺栓連接固定在機架上；第III軸段與法蘭盤焊接成形，法蘭盤用螺栓連接在轉(zhuǎn)鼓上，從而將電機減速機的轉(zhuǎn)矩傳遞到轉(zhuǎn)鼓上，帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，進行污水過濾。
3.3.3各軸段直徑和長度的確定
零件在軸上的定位和裝拆方案確定后，軸的形狀便大體確定。各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步確定軸的直徑時，通常還不知道支反力的作用點，不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的具體載荷及其引起的應(yīng)力來確定軸的直徑。但在進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，通常已能求得軸所受的扭矩。因此，可按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑，然后再按照軸上零件的裝配方案和定位要求，從最小直徑處逐一確定各軸段的直徑。
傳動軸最小直徑與電機減速機連接用以傳遞扭矩，根據(jù)電機減速機安裝尺寸其長度定為192mm，根據(jù)軸向定位要求，第II軸段比第I軸段軸肩略高，初步確定第II軸段直徑為60mm，與軸承配合，主要承受軸承的支反力。再根據(jù)軸向定位要求，第III軸段裝配一個法蘭盤焊接而成，法蘭盤再與轉(zhuǎn)鼓用螺栓連接用以傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動，第三軸段直徑應(yīng)比第II軸段直徑小，初步確定為55mm。最終各軸段直徑和長度如圖3.6所示：
圖3.6傳動軸總成
3.4 軸的強度計算
3.4.1對傳動軸進行受力分析
電機減速機功率P=0.75KW，受到的彎矩主要為自身的重力引起，所以該軸收到彎扭合成作用。其尺寸和受力分析如圖3.7和圖3.8所示。
圖3.7 傳動軸的尺寸圖
圖3.8 傳動軸的受力分析圖
半軸I材料選用，其密度約為。第一軸段長L1=192mm，直徑D1=50mm;第二軸段長L2=152mm，直徑D2=60mm；第三軸段L3=46mm，D3=55mm。
所以總體積:
總重=70.63N
:
又因為
所以，
由此可見，該傳動軸主要受扭矩作用。其彎扭合成應(yīng)力圖如圖3.9所示。
圖3.9傳動軸載荷分析圖
3.4.2按彎扭合成強度對軸進行校核
已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算[13]。按第三強度理論，計算應(yīng)力為：
（3-5）
通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為：
（3-6）
式中的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，?。划?dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，取；若扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力亦為對稱循環(huán)變應(yīng)力時，則取，這里扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，取1。
對于直徑為d的圓軸，彎曲應(yīng)力為，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為，將和代入上式中，則軸的彎扭合成強度條件為：
（3-7）
式中：
——軸的計算應(yīng)力，MPa；
M——軸所受的彎矩，；
T——軸所受到彎矩，；
W——軸的抗彎截面系數(shù)，，計算公式見《機械設(shè)計》表15-4。
[]——對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa，其值按《機械設(shè)計》表15-1選用。
在危險截面即軸承支撐部，彎矩M=5370，扭矩T=。軸的抗彎截面系數(shù)。
170MPa，查表得。
，強度滿足要求。
3.5軸承部分的設(shè)計
3.5.1軸承的選擇
根據(jù)測繪圖紙，選用深溝球軸承。深溝球軸承主要受徑向載荷，也可以同時承受較小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高速且有輕量化要求的場合，也可以用來承受單向或雙向的軸向載荷。
根據(jù)軸承與軸配合處的軸頸直徑d=60mm，參考《機械設(shè)計手冊》，選用61812型深溝球軸承。
3.5.2 軸承的潤滑及潤滑結(jié)構(gòu)
軸承的潤滑及潤滑結(jié)構(gòu)對軸承的壽命有極大的影響。脂潤滑可做到充填一次潤滑脂后長時間不需補充，而且其密封裝置的結(jié)構(gòu)也較簡單，因此在各種設(shè)備中使用廣泛。潤滑脂的填充量以填充軸承和軸承殼體空間的 1/3～1/2 為宜，一般潤滑脂填充量隨軸承轉(zhuǎn)速升高而減少，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時，為防止外部異物進入軸承內(nèi)，可以填滿軸承空間。
3.5.3軸承的密封
軸承密封的目的在于防止軸承內(nèi)部的潤滑劑外漏，以及防止外部的灰塵、水分、異物等有害物體侵入軸承內(nèi)部，使得軸承可以在所要求的條件狀態(tài)下，安全并且持久的運轉(zhuǎn)。
3.5.4軸承游隙
滾動軸承軸向固定和徑向游隙大小是通過軸承與軸承座配合達到的。徑向游隙不僅僅關(guān)系到軸承的運轉(zhuǎn)精度，同時影響它的壽命。軸承游隙直接影響到軸承載荷分布、振動、噪聲、磨損、溫度和機械運轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。軸承的額定載荷是隨著游隙的大小而變化，軸承樣本中的額定負荷就是軸承在工作游隙為零時的推薦值。
3.5.5軸承的強度校核
對于轉(zhuǎn)速很低 （ min / 10 r n ）或緩慢擺動的滾動軸承,一般不會產(chǎn)生疲勞點蝕，但為了防止?jié)L動體和內(nèi)、外圈產(chǎn)生過大的塑性變形,應(yīng)進行靜強度校核。GB/T4662-1993 規(guī)定，使受載最大的滾動體與內(nèi)、外圈滾道接觸處的接觸應(yīng)力達到某一定值的載荷稱為基本額定靜載荷，其值可查《機械設(shè)計手冊》[14]。如圖 3.10為軸承的受力見圖。
圖3.10軸承受力簡圖
軸承型號：61812
d=60mm D=78mm B=10mm
徑向受力：
軸向受力：
則 X=1，Y=0 e取0.19
則當(dāng)量動載荷P:
（3-8）
其中
X——徑向載荷系數(shù)
Y——軸向載荷系數(shù)
徑向額定動載荷C：
（3-9）
式中：
=3.32KN< 滿足要求。
3.5.6軸承的壽命計算
一組在相同條件下運轉(zhuǎn)的近乎相同的軸承，將其可靠度為90%時的壽命作為標準壽命，即按一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以轉(zhuǎn)為單位）或工作小時數(shù)作為軸承的壽命，并把這個壽命稱為基本額定壽命，[15] 以表示:
（3-10）
式中，的單位為r。為指數(shù)。對于球軸承，；對于滾子軸承，。在實際計算時，用小時數(shù)表示壽命比較方便。這時可令n代表軸承的轉(zhuǎn)速（單位為r/min），則以小時數(shù)表示的軸承的基本額定壽命為：
（3-11）
3.6 反沖洗管的校核
根據(jù)轉(zhuǎn)鼓尺寸，初步確定反沖洗管的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3.11所示：
圖3.11反沖洗管結(jié)構(gòu)圖
反沖洗管的水流速度設(shè)定為3.5m/s ，對于只承受彎矩的心軸：
（3-12）
d——軸的直徑，mm；
M——軸在計算截面所受彎矩，NM；
——空心軸內(nèi)徑與外徑d之比，；
許用應(yīng)力，對于固定心軸：
載荷平穩(wěn)：
載荷變化：
、、——軸的許用彎曲應(yīng)力MPa；
按《機械設(shè)計手冊》表6-1-1查取，，=220。
反沖洗管材料采用不銹鋼OCr18Ni9，密度，
外徑d=33.5mm,內(nèi)徑d1=25mm，。
上方的一段空心管長L1=2155mm，總質(zhì)量m1為：
m1=6.645 kg，
。
中間三根想通的豎直空心管和底下一根空心管總長為L2=265*3+1902=2697mm，其總質(zhì)量為：
。
對上方一段水平空心管進行受力分析，簡化后如圖所示：
圖3.12 反沖洗管受力分析
;
建立受力平衡方程：
其中，，，，
，， ，
得到：， .
畫出剪力圖：
圖3.13 反沖洗管剪力圖
根據(jù)剪力圖畫出彎矩圖：
圖3.14反沖洗管彎矩圖
根據(jù)彎矩圖可得危險截面出現(xiàn)在O平面即中間平面內(nèi)。
,再由經(jīng)驗公式：
（3-13）
即該軸在d=15.77mm時即可滿足強度要求，
現(xiàn)d’=33.5mm>15.77mm，故滿足強度要求。其最終三維圖如圖3.15所示：
圖3.15 反沖洗管三維圖
3.7機架的設(shè)計
3.7.1 機架的材料選擇
機架的功用是容納、 圍起、約束或支承機器的零部件。 在一臺機器總重量中，機架零件約占 70%~90%。機架零件按其構(gòu)造形式大體上可歸納成四類：梁柱類、板類、箱體類和框架類。若按結(jié)構(gòu)分類，則可分為整體機架和剖分機架；按其制造方法可分為鑄造機架和焊接機架；按其移動能力分為固定機架和移動機架。
對于機架零件一般可提出下列要求：
①在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量應(yīng)盡可能輕，成本低；
②抗振性好；
③由于內(nèi)應(yīng)力及溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力求最??；
④結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，便于鑄造、焊接和機械加工；
⑤結(jié)構(gòu)應(yīng)力求便于安裝、調(diào)整和更換零部件，修理方便；
⑥有導(dǎo)軌的機架，要求導(dǎo)軌受力合理、耐磨性好；
⑦機架的尺寸和形狀應(yīng)適宜于操作。
由于大多數(shù)機架處于復(fù)雜受載狀態(tài)，合理的選擇界面形狀可以充分發(fā)揮材料的作用。受壓和受拉的機架強度決定于截面面積的大小，而與截面形狀無關(guān)。受彎曲或扭轉(zhuǎn)的機架則不同，如果截面面積不變，通過合理構(gòu)造截面形狀來增大截面系數(shù)及截面的慣性矩，就可以提高機架的強度和剛度。本設(shè)計采用的是OCr18Ni9鋼板。
3.7.2機架的整體結(jié)構(gòu)
選用板類焊接型整體固定式機架，其結(jié)構(gòu)如圖3.16和3.17所示：
圖3.16機架總成
圖3.17機架總成
機架由多塊大小不一的鋼板和管道焊接而成，其中側(cè)板，后擋板，后底板，前擋底板構(gòu)成機架的整體輪廓；地腳板，支腳，支腳橫梁組成機架的支撐部位；另外還有進水管，出水管，溢流箱板實現(xiàn)進出水控制，溢流箱板可調(diào)節(jié)，用來控制液面高度；兩側(cè)面的筋板，支架焊接在側(cè)板上，在安裝軸時對軸承座起固定作用。
3.8電機減速機的功率計算
電動機是已經(jīng)系列化的產(chǎn)品，在機械設(shè)計過程中，要根據(jù)工作載荷大小及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速的高低、啟動特性、過載情況、工作環(huán)境、安裝要求及空間尺寸限制和經(jīng)濟型等要求，從產(chǎn)品的目錄中選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號。
電機所驅(qū)動的部件總重量為轉(zhuǎn)鼓的重