自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机设计

摘 要1 摘 要参阅相关资料，了解刮泥机得构造和运行方式，根据力学、材料、机构等方面知识，针对一定要求而设计的一款自定控制平流式抬耙式刮泥刮渣机。利用CAD、caxa 软件完成图纸。自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机驱动装置是在自动提耙刮泥机驱动装置是在机械回转传动设备中一种新型的过载自动提升装置，该装置能够使设备过载发生时，将耙提升从而让过过载区，并自动回位。实现连续不间断运转，自动逐步消除过载区域。本设计的主要内容分为四大部分。第一部分为绪论：一方面介绍刮泥机的题目来源、刮泥刮渣机的应用性和工作要求、刮泥刮渣机的先进性和优缺点以及刮泥刮渣机的发展前景；另一方面涉及设计刮泥刮渣机的主要内容、方法手段以及预期达到的目标。第二部分为是自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机行车、刮板、刮臂的设计计算：它主要介绍自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机的组成机构，主要部件的设计计算，以及桥梁的强度校核计算。第三部分为自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机驱动机构的设计计算：它主要介绍自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机的驱动方式的选择；车轮轨道的确定；排泥量、刮泥能力计算；驱动功率的计算；卷扬装置设计计算；驱动装置的确定。第四部分为自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机的控制系统的设计：它主要介绍自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机利用 PLC 自动控制系统实现驱动电机停机启动抬耙电机达到一定高度停机启动驱动电机让过过载区(利用延时装置)后启动抬耙电机落耙到原始位置停机这一运转过程。关键词：自动控制 过载保护 桥梁 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 录- I -目 录摘 要 IAbstractI1 绪论 .- 1 -引言 .- 1 -1.1 任务书要求 - 2 -1.1.1 刮泥机的工作原理及条件 - 2 -1.2 题目来源及课题研究 .- 3 -1.2.1 题目来源 - 3 -1.2.2 课题研究 - 3 -1.3 设计内容 - 4 -1.3.1 自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机设计情况 - 4 -1.4 刮泥刮渣机的主要结构和工作原理 .- 5 -1.4.1 刮泥刮渣机的主要结构 .- 5 -1.4.2 工作原理 .- 5 -1.5 维修与试运转 .- 5 -1.6 常出现的问题与解决方法 - 5 -2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算 72.1 行车结构设计与计算 .72.1.1 行车基本构成和设计参数 72.1.2 主梁的构造 82.1.3 主梁的强度和刚度设计计算 102.2 桁架结构计算与校核 .122.2.1 材料的选择 .122.2.2 桁架的内力计算 .132.2.3 梁强度校核 .192.3 刮泥板、刮渣板结构设计与计算 .192.3.1 刮泥板与撇渣板的联动布置及提板功率计算 .19目 录- I -2.3.2 刮臂，刮板连接部分的设计 .212.3.3 螺栓连接的选择 .222.3.4 传动长轴设计计算 .223 驱动机构设计与计算 253.1 驱动方式的选择 .253.2 车轮及轨道的确定 263.2.1 车轮的确定 .263.2.2 轨道的铺设要求 273.2.3 轨道的选择 283.3 排泥量及刮泥能力的计算 .293.3.1 排泥量的计算 293.3.2 刮泥能力的计算 303.4 驱动功率计算 .323.5 卷扬装置的设计计算 .333.5.1 刮泥板起吊时的受力分析 353.5.2 钢丝绳直径的确定 373.6 倾覆力矩计算 .373.7 驱动车轮打滑验算 383.8 驱动装置的确定 393.8.1 驱动电机的选择 393.8.2 减速器的选择 394 自动化控制系统的设计 424.1 电气控制系统 .4242 集电装置及端头立柱 434.3 端头立柱高度的确定 .444.4 自动化控制系统 .444.4.1 PLC 简述 444.4.2 PLC 的应用特点 45目 录- I -4.4.3 PLC 的应用领域 454.4.4 PLC 应用中需要注意的问题 464.4.5 PLC 的选择 474.4.6 PLC 控制要求 474.4.7 PLC 控制原理框图 484.4.8 PLC 的 I/O 分配表 484.4.9 PLC 接线图 494.4.10 控制系统的功能描述 49结 论 .51致 谢 .52参考文献 .531 绪论- 1 -1 绪论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1 绪论- 2 -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。1.1 任务书要求主要研究目标：实现全自动控制，同时具有手动控制功能以备检测、调试、试运行时使用；运行平稳，可靠；超载或遇有异物时能蜂鸣报警并自动停车。主要研究内容：1.传动部分：电机中间布置，将动力传到池边驱动滚轮运转，计算载荷确定电机功率选择电机，过载保护。2、卷扬装置：控制刮泥耙和刮渣耙工作行程落下刮泥或刮渣，返回时空行程将二耙抬起运行，往返行程结束时都要平稳刹车并行程开关。3、桥梁设计：刮泥耙、刮渣耙、驱动装置、卷扬装置等都安装在桥梁上，承受刮泥和刮渣时的阻力及工作人员的行走等，进行桥梁结构和强度设计计算。4、自动控制系统：由一端刮泥和刮渣至另一端后自动返回，停留 6 小时再工作。1.1.1 刮泥机的工作原理及条件 1 自动运行，由一端刮泥和渣至另一端后自动返回，停留一段时间如 6 小时再进行一个工作流程。2 池底部刮泥，并清除水面浮渣。将污泥刮至一端的集泥坑内，将浮渣刮入表面浮渣槽内。3 去程刮泥、刮渣反程将刮渣耙提出水面，刮泥耙提升 1000mm 以上4 一端进水，一端出水1 绪论- 3 -5 已知条件：沉淀池宽：6000mm； 沉淀池长：15000mm；沉淀池有效水深：3000mm；污水在池内停留时间：按 2 小时计算；悬浮物含量：400mg/l；悬浮污去除率按：60/%计；刮泥机运行速度：1m/min；池底污泥表观密度：1.05t/m3； 水下刮泥板根据经验可取 mm 高（取 500mm）；水下刮渣耙根据经验可取 150mm 高。4005001.2 题目来源及课题研究沉淀是给水和排水工艺流程中的环节之一，沉淀池排泥直接影响水质处理的效果。采用机械排泥可以减轻劳动强度，保证沉淀效果。1.2.1 题目来源随着经济社会的发展，污水处理已经提上日程，越来越多的城市都设有污水处理厂，这就不得不设计一些既经济又实用的机械设备来进行污水处理；再有这种自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机应用范围广，一些工厂企业都需要污水处理机械的帮助，所以刮泥机的发展空间还是很大的，在此有必要做这方面的研究。在水厂与污水处理厂中，由于悬浮物质性、含量及池形的不同，故设计自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机，它避免了吸泥机不能处理较大漂浮物和悬浮物、冬季池水表面冰冻时应有破冰措施等缺点，自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机可用于污水处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。自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机用于污水处理厂平流沉淀池，将沉降在池底的污泥刮集至集泥槽，并将池面的浮渣撇向集渣槽。自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机还可以应用于钢铁、冶金、矿山等行业。自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机多用于平流初沉池，按水流方向，可分为逆向刮泥逆向排渣和逆向刮泥同向排渣方式。刮泥机构在不刮泥回程时刮泥耙全部抬起。当回到刮泥的起始位置时，刮泥耙落下，这样周而复始的工作。本机由桥梁机构、卷扬装置、刮泥刮渣装置、刮板升降机构、程序控制及限位装置等组成。1.2.2 课题研究2011 年 03 月 10 日在唐山西郊污水处理厂参观污水处理设备及污水的处理过程，其污水处理能力强，设备先进。污水经过处理后达到国家三级水平并排放进附近的河流。经过参观水处理厂的现行设备对我有很大启发。1 绪论- 4 -2011 年 03 月 14 日上网查询全国生产刮泥机的厂家，了解抬耙式刮泥刮渣机的现状。并对其主要参数进行参考，主要借鉴厂家对于刮泥机电机、减速器的选择，电机、减速器参数的确定。通过了解，在大体上我对市场的电机、减速器应用有了初步了解。对我的毕业设计有很大启发1.3 设计内容本课题主要研究平流式抬耙式刮泥刮渣机的驱动装置、卷扬装置、桥梁机构、刮泥刮渣装置、刮板升降机构、程序控制及限位装置等，通过设计计算获得一款自动控制并且有过载保护装置的现代化机械1.3.1 自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机设计情况1、自动控制平流式抬耙式刮泥刮渣机自动运行，由一端刮泥和渣至另一端后自动返回，停留一段时间如 6 小时再进行一个工作流程。2、池底部刮泥，并清除水面浮渣。将污泥刮至一端的集泥坑内，将浮渣刮入表面浮渣槽内。3、去程刮泥、刮渣反程将刮渣耙提出水面，刮泥耙提升 1000mm 以上4、一端进水，一端出水。表 1 为平流式抬耙式刮泥刮渣机的适用范围、特点及优缺点表 1 平流式抬耙式刮泥刮渣机的适用范围、特点及优缺点Table1 applicable scope, features and advantages and disadvantages机种名称池形池宽（m）适用范围池底斜度刮泥速度（m/min）优缺点注意事项平流式抬耙式刮泥刮渣机矩形 6（1） 给水平流沉淀池（2） 排水初次沉淀池10506优点：1、排泥次数可由污泥量确定2、传动部件均可脱离水面，检修方便3、回程时，收起刮板，不扰动污泥缺点：电器元件如设在户外，易损坏1、升降刮板的钢索应采用不锈钢丝绳2、行程开关的位置应调试准确1 绪论- 5 -1.4 刮泥刮渣机的主要结构和工作原理提耙式刮泥刮渣机由行车桁架、驱动机构、撇渣板与刮板升降机构、程序控制及限位装置等组成。工作中刮泥与刮渣同时进行。1.4.1 刮泥刮渣机的主要结构驱动装置在水上，检修保养方便。设备运转时，撇渣板与刮泥板在卷扬装置的带动下以一定的速度作连续循环运动，不断的将池底的沉淀污泥刮集到集泥槽中；刮板之间有一定的间距，对池中的污泥减小扰动，有利于污泥的沉淀，进一步满足水处理工艺要求。1.4.2 工作原理刮泥机运行时，驱动装置提供动力，带动行车前行与后退，同时，撇渣板与刮板升降，从而带动撇渣板及刮板以一定的速度作连续循环运动，不断的将池底的沉淀污泥刮集到集泥槽中，形成一封闭循环工作过程。1.5 维修与试运转1. 试运转各零部件安装完毕后，各部分经检查牢固可靠无故障后方可开车。先将池内注满清水，启动按钮进行试运转。当刮泥机连续运转 24 小时以上，经检查无异常后，方可注入污水。2.维修与保养在维修保养时应做到：1）.刮泥撇渣机运转时保持减速机润滑油的油标位置。带座轴承每月注油 1-2次。2).开机前检查升降钢丝绳是否有污物,升降限位紧定螺丝是否牢固,以免发生误动作。3）.检查水上零件联接是否松动。4）.检查橡胶刮板磨损腐蚀严重时应予以更换。5）.一年大修一次。1.6 常出现的问题与解决方法1、 行车结构变形1 绪论- 6 -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、各种阻力以及刮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刮泥机，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LB限、车轮组安装偏差等等。解决方法：为保证刮泥机正常运行偏斜时刮泥机结构不致楔住，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 ；在设计时，应充分考L61B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刮泥机的力矩作用，使得两驱动轮的轮压产生了比较大的差异，在刮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，就会出现刮泥机严重斜行并卡死，刮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。由于刮泥机驱动轮轮压无明显差异，所以刮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。2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算72 行车、刮板、刮臂结构设计与计算行车为刮泥刮渣机的主体结构，车体为型钢和钢板焊接而成。刮板和刮臂为主要的排泥机构，用钢板和钢管焊接而成。2.1 行车结构设计与计算刮泥刮渣机行车一般采用桁架结构，小跨度的可用梁式结构。为了便于检修和管理，在行车上应设工作走道。本设计采用桁架结构。2.1.1 行车基本构成和设计参数1、主梁的设计：由于刮泥机所受的动载荷及水平载荷都很小，行车的主梁一般根据静刚度条件选择断面。主梁一般按简支梁考虑，要求中心挠度（或最大挠度）不大于跨度的 1/700。运动时桁架所受的水平载荷不大，顾不进行水平挠度的校核。2、行车的跨度与轮距间关系：根据水池的构造和走道板的布置确定。为使土建受力条件改善，尽量让行车的轨道中心设置在池壁的中心线上。行车前后轮的轮距 B 与跨距 L 之比为186B，跨度小的取前者，大的取后者。3、行车组装的技术要求：1）车轮的轮距偏差不超过±5mm。2）前后两对车轮跨度间的相对偏差不超过 5mm。3）前后两对车轮排列后，两轮中心的两对角线相对误差不超过 5mm。4）同一端梁上车轮同位差极限不超过 3mm。4、行车架为钢结构，由主梁、端架、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。其中端架和水平桁架均由栏杆构成，计算可忽略，主要对主梁的受力进行校核。本次设计要求中对沉淀池进行了长宽度的要求：沉淀池长 15000mm，沉淀池宽6000mm，行车的车轮跨距与前后轮距根据矩形沉淀池的池宽来确定，池宽 6000mm， 车轮的跨距 L 应比池宽 L 池 大 400600 ，即单边各大 200300 ，设计中去mm200mm，即行车的车轮跨距 (1)+40=640池2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算8行车车轮的尺寸布置如图 1 所示: 图 1 行车车轮的尺寸布置Fig1 Driving wheel size layout主从动轮的轮距 B 与跨距 L 之比为186B，根据“当跨距较小时，通常可以取较大的比值，当跨距较大时，应当取较小的比值”这一取用原则，选取从动轮的轮距 B 与跨距 L 之比为 ，即 。61则主从动轮轮距 (2)40B=8m2.1.2 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L度均应小于 。L7011、 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 。L）（ 1684、 型梁用 钢板折边成形，刚度大、制作简便，用钢量少，较经济，Lm86适用于大跨度桁架结构。2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算95、 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，主梁为型钢梁，选用 28c 槽钢，如图 2 所示，焊接而成，水平桁架由角钢焊接而成，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。主梁槽钢具体参数如表 2：图 2 28c 槽钢截面Fig2 28c channel steel sections表 2 槽钢具体参数Table 2 Channel steel concrete parameters尺寸，mm型号 h b d t r R1截 面面积cm2理 论重量Kg/g28c 280 86 11.5 12.5 12.5 6.2 51.234 40.219截面面积为 251.3Acm，理论重量为 40.219kg/m，断面系数 63910Zm，弹性模量 E=200GPa，惯性矩 84501I，许用弯曲正应力 =7MPa，许用弯曲切应力 0MPa。桥梁的断面按许用弯曲应力和许用挠度进行计算。机器的计算载荷原则上均按静载荷考虑。其中，钢架结构自重为均布静载荷，驱动机构等设备重量为集中静载荷。从机器总体来看，均按均布静载荷计算影响不大，如图三所示。2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算10图 3 主梁的形状、弯矩和剪力简图Fig3 The shape of the main girder, and bending moment and shear diagram2.1.3 主梁的强度和刚度设计计算1、自重产生的弯矩：型钢梁的计算载荷 W 为234W（N ）(3)式（3）中 1钢结构重力（单侧主梁自重+1/2 水平桁架重+1/2 工作走道等重），40000N；2设备重力（驱动机构、刮泥结构及刮渣结构），20000N；3活载（一般取 1500N/M），4500N；4W由刮板上的泥水阻力（刮渣阻力可忽略）对主梁所产生的力矩而转化成主梁上的载荷。参照图 3，计算得4 1sin60cos83022PN刮(4)=2+4506最大弯矩 (5)2max()8qLWMKm式（5）中 L主梁跨距（m），6m；2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算11K载荷系数 ，取 1。11.2(6)max68315124MNM所得弯矩图形如图 3（b）所示，为一条投影长度 L、高度为 maxM的抛物线。2、最大剪力 2qLQK （ N）(7)式（7）中 q每米长的平均载荷，(8)68317WmL(9)1462QN最大剪力 Q 产生在左、右两端支点处，如图 3（c）所示。3、桥梁断面的确定：断面模数为(10)3maxMZ式（10）中 许用应力，=170MPa(11)6max682140170PaMPaZ4、挠度计算：按等断面简支梁计算，由均布载荷产生的最大挠度按下式计算， 358WLyyEI(12)式（12）中 L计算长度（m）；W计算载荷（N）；E材料弹性模量（Pa）；I惯性矩（ 4m）；y许用挠度，L/700=6/700m=0.86cm。计算 (13)39856820.173401y cy5、校核切应力强度(14)6.8.0.2QPaMPaA 2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算122.2 桁架结构计算与校核桁架为二力杆件，运用理论力学、结构力学、材料力学所学的知识对桁架进行选材、力的计算、桁架的校核。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（ 97871988）。如图 4 所示/GBT选用热轧不等边角钢参数如下： 表 3 热轧不等边角钢的尺寸规格Table3 Heat roll do not wait for side angle bar尺寸Bbdr截面面积 2cm理论重量 Kg表面面积 m280 50 6 8 7.560 5.935 0.255200 125 12 14 37.912 29.761 0.6412.2.2 桁架的内力计算1. 计算因自重而产生的杆件内力图 4 角钢Fig4 Angle bar2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算13图 5 为标有主要尺寸的刮泥机桁架简图。通常桁架跨距 L 与桁架高 h 之比为。桁架跨距为 6400mm，因此桁架高取 1050mm。120图 5 桁架简图Fig5 Truss diagram （1）自重所产生的杆件内力：由于设备和杆件的自重使构件产生应力，计算时先将设计荷载 W 乘以荷载系数 K，得计算荷载 ,然后将计算荷载分配到各计 =个节点上，并算出各节点的受力和支座反力。（2）杆件内力的计算：杆件的内力可采用结点法，用结点法求解桁架内力（轴力）时，取桁架的结点为隔离体，利用节点的平衡条件求解杆件轴力。每一个结点组成一个平面汇交力系，具有两个独立色静力平衡方程，能求解两个未知数。实际计算时，需从未知力不超过两个的结点开始，依次推算。结点法适用于简单桁架的轴力计算。计算时，先假定未知杆件轴力为拉力，若解答结果为负值，则为压力。为简便计算，在利用平衡条件求杆件轴力时，经常把斜杆的轴力 正交分解为水平分力 和竖向分力 。 计算时先将设计荷载 乘以荷载系数 ，得计算荷载WKWK计设计荷载： ，选择荷载系数 ,6832N1则计算荷载： (15)16832N计 由于是两榀桁架平均承受荷载，因此每榀桁架的荷载为：(16)68324总计 则各节点的计算荷载 为：2W2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算14(17)23416709WNn计两端节点的荷载均为： (18)214=135WN2、 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。对其进行分析，并标定杆件代号，如图 6 所示：对各节点进行受力分析，分析与计算如下：图 6 分析示意图Fig6 Analysis diagram1） 对 点进行受力分析aX 方向：F (10)-1杆受力为零 Y 方向： (19)01)(W带入数值： ()235计算结果：(10)-1 杆为零杆(1)FN2） 对 点进行受力分析bX 方向：(20)(2)(1)2308Fa点 1F(1) F(2)-W1 F(13)-2F(2)RAF(1)b点2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算15Y 方向：(21)(1)(2)305ARF带入数值： (2)(13)208(2)0475F计算结果：(2)1698FN(1)28N3） 对 点进行受力分析cX 方向： (22)(1)3(1)20FY 方向： （3）杆受力为零代入数值： (13)280F计算结果：（3）杆为零杆，(13)N4） 对 点进行受力分析dX 方向：(23)(10)4(2)(4)013208FFY 方向：(24)2()(4)31050W代入数值： (12)4(4)321698005FF (4)13202769805F计算结果：(4).N(12)4853.N5）对 点进行受力分析eX 方向： (25)(10)4(10)5FF(13)-2F(3)(13)-c点F(12)-4F(4) (2)W2d点F(5)F(12)-5F(12)-4W2e点2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算16Y 方向： (26)02)5(WF代入数值： (10)5839.)427计算结果：(12)5839.FN(5)4270FN6） 对 点进行受力分析fX 方向：(27)(1)3(1)6()(4)3108Y 方向：(28)(5)(6)(4)205FF代入数值： (1)6()32013202809.688(6)4754.F计算结果：(6)891.2N(1)628N7）对 点进行受力分析gX 方向：(29)(1)6(1)70FY 方向：（7）杆受力为零代入数值： (13)72580计算结果：（7）杆为零杆(1)7FN8） 对 点进行受力分析hX 方向：(30)(10)8()(10)5(6)323208FFF(6)F(13)-6(4)F(5)F(13)f点F(13)-7F(13)-6F(7)g点2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算17Y 方向：(31)(8)(6)213005FW代入数值： (10)8()320139.84.055 (8) 146.270F计算结果：(8)93N(10)8469F9） 对 点进行受力分析iX 方向： (32)(10)9108Y 方向： (33)2)9(WF代入数值： 10946()27计算结果：(9)4FN(12)946FN10） 对 j 点进行受力分析X 方向：(34)(1)0(8)(10)(1)73205F Y 方向 (35)(9)(8)(10)2FF代入数值： (1)0(10)32251805(10)42789F进行计算： (10)52N(1)02948NF(12)-8 F(8)F(13)-7W2h点F(9)F(12)-8W2F(12)-9i点F(13)-0F(10)F(9)F(8)F(13)-7j点2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算18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 4 内应力汇总表Table4 Stress summary table（3） 分析杆件所受的最大内应力下弦杆：(11)-6 杆受最大拉应力为 25218N斜杆：(8)杆受最大压应力为 118932.2.3 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）(36)tpAP（压缩）(37)cp杆件名称 杆件内力 N种类 代号 受拉 受压上弦杆(12)-1(12)-4(12)-5(12)-8(12)-908539.342698539.3-4269斜杆(2)(4)(6)(8)(10)16985094.68496.21528911893竖杆(1)(3)(5)(7)(9)00213542704270下弦杆(11)-2(11)-3(11)-6(11)-7(11)-1028022521820948-2802-252182 行车、刮板、刮臂结构设计与计算19常用碳素结构钢 许用应力值为35QaMP160所以 18=6.a792PPA35.160所以得出结论为：所选材料完全满足强度要求。2.3 刮泥板、刮渣板结构设计与计算撇渣板与刮泥板的升降机构可以有两种布置形式：第一种形式：刮泥板与撇渣板同向工作及升降，即刮泥机运行时，撇渣板与刮泥板同时进行撇渣与刮泥，回程时，撇渣板与刮泥板又同时提出水面。第二种形式：撇渣板与刮泥板逆向工作与升降，即刮泥板刮泥时，撇渣板提出水面，而撇渣板工作时，刮泥板提离池底。刮泥机的行驶与刮板升降采用两套独立的驱动机构，通过电气控制能相互转换交替动作。根据题目要求撇渣板与刮泥板的升降机构的布置形式为第一种形式。2.3.1 刮泥板与撇渣板的联动布置及提板功率计算1. 刮板的结构，如图 7 所示其主要由铰链式刮臂、刮板、支撑托轮、撇渣板及卷扬机等组成。2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算20图 7 刮板结构图 Fig7 Shave harden composition刮臂的一端铰接在桁架上，另一端装有刮泥板及拖轮，吊点最好设在刮臂的重心位置。当刮泥板放至池底时，刮臂与池底夹角为 。刮泥板高度为 500mm，60°65°撇渣板高度为 150mm。设计要求为撇渣板与刮泥板的联动采用同向工作与升降。提升机构有钢丝绳卷扬式、螺杆式和野鸭推杆式三种，其中最常用的为钢丝绳卷扬式提升机构，结构简单，制造容易。故本设计采用钢丝卷扬式的提升机构。刮板的材料和机构形式：刮板材质的选择与介质的情况有关，对于含酸、含碱的介质，一般可采用塑料板、玻璃钢板、不锈钢板等制作。若采用碳钢，应做特殊防腐处理。对无腐蚀性介质可采用碳钢并作涂料防腐处理。刮板亦可采用25mm×200mm（厚×宽）的松木板制成。为防止木质刮板开裂，最好在刮板两端均装设钢板卡箍，并在撇渣部位装置耐油橡胶板，耐油橡胶板的吃水部位一般做成锯齿形，以改善刮板的弹性和流水性。对于大跨度的刮渣板为保证刮板的水平刚度，刮板背面应设肋板。2、刮板的布置：刮板深入水面以下为 左右，刮板与池壁间隙 S 一般为50100mm。间隙过大，浮渣从间隙泄漏。因此要求池壁平直。20100mm3、刮板的调整：可应用螺旋升降装置，根据液位的情况，调整后固定。4、翻版装置：1）重锤式翻板装置，行车换向前依靠挂有重锤的杠杆装置碰撞挡块，使刮板抬起或落下，此装置结构简单，制造容易，使用较多。2.3.2 刮臂，刮板连接部分的设计1、材料的选择选择 Q235A 表面防腐处理根据机械设计手册第一册 表 3.1-45 碳素结构钢的应用举例 35P重量计算：4 毫米厚钢板重量 31.40 ；3 毫米厚钢板重量 23.551kgm1kgm根据机械设计手册单行本常用工程材料 表 3-1-40 3872、刮板的高度为 500mm，厚度为 4mm，长度为 6000mm；刮渣板的高度为150mm，厚度为 3mm，长度为 6000mm；刮臂材料为钢管；与刮板连接的滚轮个数为3，结构设计图见图 82 行车、刮板、刮臂结构设计与计算21图 8 结构设计图Fig8 structuraldesigndrawing2.3.3 螺栓连接的选择 1、螺栓的选择：选用 M10×30 螺栓根据机械设计手册单行本联接与紧固 表 4-1-75 螺栓总表.GB/T57871986 476P计算重量：M10×30 螺栓单重 0.021kg根据机械设计手册单行本联接与紧固，表 4-1-76 100 单重 0.063 mkg478P2、螺母的选择：选用 M10 六角螺母 C 级根据机械设计手册单行本联接与紧固表 4-1-118 螺母总表.GB/T412000 416P计算重量：2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算22M10 六角螺母每 1000 个重 8.31kg所以单重 0.00831kg根据机械设计手册单行本联接与紧固表 4-1-119 417P螺栓连接总重：8×0.029310.23448 kg所以单个组件重量：9.35+0.40+0.2344810.012.3.4 传动长轴设计计算传动长轴的许用扭转角查给水排水设计手册第九册表 7-9 取 0.25。1.长轴轴径的计算：为满足表列的许用扭转角要求，传动长轴的轴径 d 可按式（38）计算：(38)0.5mvs4=0.2ndMm式（38）中 计算扭矩 ；d长轴直径 。nNm当驱动扭矩置于长轴的跨中传动时，两侧轴的计算扭矩应力为总扭矩 的一nM总半。即 (39)n1=950m2nn NM总式中 -计算功率 ；NKW-长轴的转速 。ri120=95=756213nn NMm总 440.nd故长轴直径取 55mm。2.长轴轴承的间距：通常，对于传动长轴，应设支承。支承的形式最好采用装有调心轴承的轴承座，轴承的最大间隔 按式（40 ）估算：1l(40)321l=0dcm2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算23式（40）中 长轴的直径 。dcm33221015.4l长轴的联轴器常用如图 9 所示的夹壳联轴器或图 10 所示的链轮联轴器，设置的位置应尽量靠近轴承支座，以减少轴的受弯。图 9 夹壳联轴器Fig9 Clip shell coupling2 行车、刮板、刮臂结构设计与计算24图 10 链轮联轴器Fig10 Sprocket coupling3 驱动机构设计与计算253 驱动机构设计与计算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。3.1 驱动方式的选择根据题目要求，驱动机构选用集中驱动，图 11 为集中驱动机构。在刮渣刮泥机中应用的较为普遍，通常由电动机、减速器、传动长轴、轴承座和联轴器等组成。驱动机构传递的扭矩长轴的跨中位置，以保证两侧驱动轴的扭转角相同，避免车轮走偏。图 11 集中驱动机构Fig11 Concentrated driving mechanism