畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE1目錄第一章、設(shè)計(jì)題目……（1）第二章、設(shè)計(jì)意義…… （3）第三章、方案選擇…… （6）第四章、過(guò)濾部分的設(shè)計(jì)…………… （7） 4.1過(guò)濾桶的設(shè)計(jì)……… （7）4.2傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)…………………（12）4.3電動(dòng)機(jī)的選擇……（18） 4.4閥門(mén)的選擇與設(shè)計(jì)…………………(19）4.5傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè)…………（22）4.6控制面板的設(shè)計(jì)……（23）第五章、控制部分的設(shè)計(jì)………………（24）5.1控制系統(tǒng)的選擇…………………（24）5工藝流程………（26）5.3PLC接線圖…………（27）5程序梯形圖以及語(yǔ)句表……………（28）第六章、設(shè)計(jì)的應(yīng)用……（33）第七章、設(shè)計(jì)心得………(35)第八章、參考文獻(xiàn)……(36)設(shè)計(jì)題目全套圖紙加V信153893706或扣3346389411題目：全自動(dòng)立式過(guò)濾機(jī)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞：過(guò)濾機(jī);結(jié)構(gòu);;控制系統(tǒng)；可編程序控制器；摘要：隨著水資源的缺乏和水污染的日益嚴(yán)重，廢水的過(guò)濾與分離能很好的解決廢水的處理與重復(fù)利用的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但傳統(tǒng)的過(guò)濾分離設(shè)備占地空間大，連續(xù)生產(chǎn)能力低，自動(dòng)化程度不高，造成人力物力財(cái)力的浪費(fèi)。本文以自行開(kāi)發(fā)50m3/h處理量全自動(dòng)白清洗過(guò)濾器為基礎(chǔ)，提出了全自動(dòng)自清洗過(guò)濾器的各操作參數(shù)的設(shè)計(jì)思想和方法，并建立了過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾器的模型，借此確定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。主要工作內(nèi)容如下;研制設(shè)計(jì)了一臺(tái)處理量為50m3/h、工作壓力為1.6-2.5Mpa，要求過(guò)濾精度為0.1-200μm,過(guò)濾總面積為10㎡，電動(dòng)機(jī)功率為5.5KW，工作溫度為title:AutomaticverticalfiltermachinedesignKeyWords:filter，structure;controlsystem；Programmableenfroller；Abstract：Asshortofwaterresourceandmoreandmoreserioussituationofwaterpollution,filtrationandseparationhavebeenthebestwaytosettletheproblemofReuseofwastewaterandrealizationofwelleconomybenefitandsocialbenefit.Butthereareseveraldisadvantagesintheseraditionalfilterssuchasgreatvolume,discontinuousproduction,lackofautomation,greatwasteofmanpower,materialresources,financial.Basedondesignofautomaticself-cleaningfilteronindustrialscale(50m3/h),thedesignandoptimizationproceduresofseveraloperationparametersarepresentedandamodeloffilterisobtainedaswell,thentocalculatecontrolparametersofcontrolsystem.Themainresearchcontentsarefollowingas:Aautocontrolself-cleaningfilteronindustrialscale(50m3/h),workpressure(1.6-2.5Mpa),filtrationaccuracy(0.1-200μm),filtrationsurface(10㎡),Motorpower(5.5KW)andworktemperature(-5℃-105℃二、設(shè)計(jì)意義過(guò)濾機(jī)是利用多孔性過(guò)濾介質(zhì)，截留液體與固體顆?；旌衔镏械墓腆w顆粒，而實(shí)現(xiàn)固、液分離的設(shè)備。過(guò)濾機(jī)廣泛應(yīng)用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門(mén)。中國(guó)古代即已應(yīng)用過(guò)濾技術(shù)于生產(chǎn)，公元前二百年已有植物纖維制作的紙。公元105年，蔡倫改進(jìn)了造紙法，他在造紙過(guò)程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細(xì)竹簾上，水經(jīng)竹簾縫隙濾過(guò)，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。最早的過(guò)濾大多為重力過(guò)濾，后來(lái)采用加壓過(guò)濾提高了過(guò)濾速度，進(jìn)而又出現(xiàn)了真空過(guò)濾。20世紀(jì)初發(fā)明的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)實(shí)現(xiàn)了過(guò)濾操作的連續(xù)化。此后，各種類型的連續(xù)過(guò)濾機(jī)相繼出現(xiàn)。間歇操作的過(guò)濾機(jī)因能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作而得到發(fā)展，過(guò)濾面積越來(lái)越大。為得到含濕量低的濾渣，機(jī)械壓榨的過(guò)濾機(jī)得到了發(fā)展。用過(guò)濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔，即構(gòu)成簡(jiǎn)單的過(guò)濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過(guò)濾介質(zhì)表面形成濾渣(或稱濾餅)。過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過(guò)濾渣層的阻力隨之增高，過(guò)濾速度減小。當(dāng)濾室充滿濾渣或過(guò)濾速度太小時(shí)，停止過(guò)濾，清除濾渣，使過(guò)濾介質(zhì)再生，以完成一次過(guò)濾循環(huán)。液體通過(guò)濾渣層和過(guò)濾介質(zhì)必須克服阻力，因此在過(guò)濾介質(zhì)的兩側(cè)必須有壓力差，這是實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的推動(dòng)力。增大壓力差可以加速過(guò)濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時(shí)易堵塞過(guò)濾介質(zhì)孔隙，過(guò)濾反而減慢。懸浮液過(guò)濾有濾渣層過(guò)濾、深層過(guò)濾和篩濾三種方式。濾渣層過(guò)濾是指在經(jīng)過(guò)過(guò)濾初期后，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對(duì)過(guò)濾起主要作用，這時(shí)大、小顆粒均被截留；深層過(guò)濾是指過(guò)濾介質(zhì)較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過(guò)濾介質(zhì)的孔道，過(guò)濾時(shí)，顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內(nèi)的過(guò)濾；篩濾是過(guò)濾截留的固體顆粒都大于過(guò)濾介質(zhì)的孔隙，過(guò)濾介質(zhì)內(nèi)部不吸附固體顆粒的過(guò)濾方式，例如轉(zhuǎn)筒式過(guò)濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。在實(shí)際的過(guò)濾過(guò)程中，三種方式常常是同時(shí)或相繼出現(xiàn)。過(guò)濾機(jī)的處理能力取決于過(guò)濾速度。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時(shí)，過(guò)濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾液通過(guò)濾渣層的速度較大。應(yīng)用凝聚劑將微細(xì)的顆粒集合成較大的團(tuán)塊，有利于提高過(guò)濾速度。對(duì)于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應(yīng)用在過(guò)濾介質(zhì)上部加料的過(guò)濾機(jī)，使過(guò)濾方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過(guò)濾介質(zhì)和濾渣層的堵塞；在難過(guò)濾的懸浮液(如膠體)中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒，可使濾渣層變得疏松；濾液粘度較大時(shí)，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過(guò)濾速度。過(guò)濾機(jī)按獲得過(guò)濾推動(dòng)力的方法不同，分為重力過(guò)濾器、真空過(guò)濾機(jī)和加壓過(guò)濾機(jī)三類。重力過(guò)濾器是借助懸浮液的重力和位差，在過(guò)濾介質(zhì)上形成的壓力作為過(guò)濾的推動(dòng)力，一般為間歇操作。真空過(guò)濾器是在濾液出口處形成負(fù)壓作為過(guò)濾的推動(dòng)力。這種過(guò)濾機(jī)又分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。間歇操作的真空過(guò)濾機(jī)可過(guò)濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過(guò)濾機(jī)適于過(guò)濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。加壓過(guò)濾器以在懸浮液進(jìn)口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C(jī)械壓榨力作為過(guò)濾推動(dòng)力，適用于要求過(guò)濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。過(guò)濾機(jī)應(yīng)根據(jù)懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對(duì)過(guò)濾質(zhì)量的要求選用。先選擇幾種過(guò)濾介質(zhì)，利用過(guò)濾漏斗實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同過(guò)濾介質(zhì)和不同壓差下的過(guò)濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過(guò)濾條件，初步選定過(guò)濾機(jī)類型，再根據(jù)處理量選定過(guò)濾面積，并經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。正在發(fā)展的新型過(guò)濾設(shè)備有：機(jī)械力壓榨過(guò)濾設(shè)備；能實(shí)現(xiàn)無(wú)濾渣層過(guò)濾的動(dòng)態(tài)過(guò)濾機(jī)；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過(guò)濾設(shè)備。在過(guò)濾理論研究方面，濾渣層過(guò)濾阻力和孔隙率的測(cè)算、過(guò)濾速度、過(guò)濾設(shè)備的模擬和放大、稀薄液體澄清過(guò)濾和動(dòng)態(tài)過(guò)濾機(jī)理，以及過(guò)濾介質(zhì)的研究，都是重要的課題。利用電子計(jì)算機(jī)控制過(guò)濾操作是過(guò)濾設(shè)備的發(fā)展方向。

三、方案選擇㈠循環(huán)方案：管道系統(tǒng)如下圖：圖3-1F1——清洗水入口閥F2——待濾液入口閥F3——循環(huán)液入口閥F4——循環(huán)液出口閥F5——流向控制閥F6——沖洗閥F7——排氣閥F8——排渣閥F9——成品出口閥F10——余液出口閥F11——取樣閥S1——循環(huán)視筒S2——正常工作視筒

此過(guò)濾過(guò)程有四個(gè)過(guò)濾階段，預(yù)過(guò)濾過(guò)程，過(guò)濾過(guò)程，濾余液過(guò)程，反沖洗過(guò)程。預(yù)過(guò)濾過(guò)程：待濾液由F2進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時(shí)F1、F5關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從F4進(jìn)入過(guò)濾桶進(jìn)行過(guò)濾，此時(shí)F9關(guān)閉，過(guò)濾液經(jīng)F5再次進(jìn)入循環(huán)桶。過(guò)濾過(guò)程：待濾液由F2進(jìn)入泵內(nèi)，經(jīng)F3（此時(shí)F1、F5關(guān)閉）進(jìn)入循環(huán)視筒，然后從F4進(jìn)入過(guò)濾桶進(jìn)行過(guò)濾（期間可以通過(guò)S1觀察過(guò)濾循環(huán)過(guò)程）濾液由F7再次進(jìn)入循環(huán)桶，直至完全過(guò)濾通過(guò)S2經(jīng)F9流出（可以從F11中取樣檢驗(yàn)，從而調(diào)整濾網(wǎng)密度）。濾余液過(guò)程：收到“管高壓差”信號(hào)后，開(kāi)始反沖洗過(guò)程前的約1Min內(nèi)，打開(kāi)F10將管道內(nèi)的余液濾出以方便反沖洗，防止堵塞反沖洗管道。反沖洗過(guò)程：當(dāng)“管高壓差”達(dá)到預(yù)定壓力值或者達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，F(xiàn)2、F3關(guān)閉，將F1打開(kāi)，清洗水從F1、F7進(jìn)入過(guò)濾桶中進(jìn)行清洗，洗出的濾渣從F8中排出。㈡雙管道一次過(guò)濾方案：管道系統(tǒng)如下：圖3-2過(guò)濾：閥1、閥4開(kāi)啟，閥2、閥3關(guān)閉；反沖洗：：閥2、閥3開(kāi)啟，閥1、閥4關(guān)閉過(guò)濾過(guò)程：過(guò)濾液由泵泵入，經(jīng)過(guò)閥1后進(jìn)入過(guò)濾桶過(guò)濾，濾后液經(jīng)過(guò)視筒后從閥4排出（閥2、閥3處于關(guān)閉狀態(tài)）；反沖洗過(guò)程：清洗水由泵泵入，經(jīng)過(guò)閥2以及視筒后，對(duì)過(guò)濾桶進(jìn)行反沖洗，濾渣由閥3處排出（閥1、閥4處于關(guān)閉狀態(tài)）。㈢方案比較：方案1原理教簡(jiǎn)單，管道系統(tǒng)相對(duì)較為復(fù)雜，但是過(guò)濾精度較高，可靠性較強(qiáng)，由于采用循環(huán)過(guò)濾且用閉環(huán)控制，待網(wǎng)內(nèi)外壓差值滿足排放條件時(shí)，指揮排污閥進(jìn)行排污，使過(guò)濾精度得以提高；并且采用先進(jìn)的控制方式和優(yōu)質(zhì)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器從而具有性能穩(wěn)定，維護(hù)管理方便，日常維護(hù)少，只須做定期維護(hù)即可等特點(diǎn)，具有明顯的實(shí)用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣價(jià)值。方案2原理簡(jiǎn)單，過(guò)濾和反沖洗裝置簡(jiǎn)單，但是由于過(guò)濾和反沖洗管道共用較多且沒(méi)有排除管道余液的設(shè)計(jì)，故過(guò)濾精度難以保證，維護(hù)較多以及容易發(fā)生堵塞等情況。綜上所述，最終方案選取為方案1為基本方案。

四、過(guò)濾部分的設(shè)計(jì)⒈過(guò)濾桶的設(shè)計(jì)①過(guò)濾盤(pán)的設(shè)計(jì)過(guò)濾精度為0.5-100μm，故濾網(wǎng)采用滌綸布料可以達(dá)到要求而且表面光滑，再在上涂上一層硅藻土增加過(guò)濾流量，水面上部采用氣壓，壓強(qiáng)大小為1.6MPa，最大可達(dá)到2.5MPa，可以使過(guò)濾更加快捷。濾后液通過(guò)下部孔流出，從取樣閥中取樣調(diào)節(jié)流速?gòu)亩ＷC過(guò)濾精度，達(dá)到保準(zhǔn)后，打開(kāi)F10，完成過(guò)濾。另外該系統(tǒng)在-5℃——105℃已知條件：過(guò)濾面積：10㎡；正常工作壓力1.6MPa、最大工作壓力2.5MPa。⑴.選定過(guò)濾介質(zhì)的半徑（R），厚度（H），片間間隙（h）以及片數(shù)（N）分別為：R=0.4m、H=0.03mh=0.02m，每一片的過(guò)濾面積為：S=N=10㎡/S=10㎡/0.502㎡=19.9所以片數(shù)需要20片才能滿足過(guò)濾需要，也因此過(guò)濾濾芯長(zhǎng)度（過(guò)濾部分）應(yīng)等于20*（H+h）+頂部密封片厚度+頂部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06⑵.過(guò)濾片零件圖圖4-1②計(jì)算內(nèi)壓圓筒殼體的壁厚⑴已知Pg=1.6MPa由壁厚計(jì)算公式：-計(jì)算厚度；mmP-計(jì)算壓力；Mpa-焊接接頭系數(shù);-材料的許用應(yīng)力;在已知設(shè)計(jì)溫度下16MnR的許用應(yīng)力，在厚度為6~16mm時(shí)，[=170Mpa;在厚度為16～36mm時(shí)，[=163Mpa;焊接接頭系數(shù)；設(shè)定圓筒內(nèi)徑D=1000mm；腐蝕裕量CEQ=2mm；設(shè)計(jì)厚度；材料的許用應(yīng)力=170Mpa（厚度為6~16時(shí)），筒體厚度計(jì)算；=1.6*1000/（2*170*0.85-1.6）=5.5mm；=5.5+2=7.5mm；由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，圓整可得壁厚為10㎜；⑵圓筒的半徑由濾餅半徑確定取R=500mm;⑶圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為150mm；頂尖的直徑=50mm；錐角=50°H=H+h1=1100+150=1250mm；⑷圓筒邊緣設(shè)計(jì)，邊緣厚度=20mm；B=35mm；凸緣高度H=10mm；⑸固定頂尖板的厚度=10mm；長(zhǎng)度L=120mm；寬度B=120mm；但容器制成后必須經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制造工藝的問(wèn)題和焊縫的強(qiáng)度，以及各連接面的緊密性等。對(duì)壓力試驗(yàn)一般都用水壓試驗(yàn)。對(duì)水壓試驗(yàn)時(shí)，筒體相應(yīng)壓力的驗(yàn)算公式為：σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф]按規(guī)定水壓試驗(yàn)壓力P水=1.5MPa；故：σ=P水[D+（S-C）]/[2（S-C）Ф]=1.5*[900+（10-1.8）]/[2*（10-1.8）*0.7]=115MPa又σs=σ*Ns，其中Ns查表所得為1.6，故σs=115*1.6=184MPaΣs與水壓系數(shù)的積為0.9σs=164MPa由于115MPa＜164MPa,故筒體強(qiáng)度滿足水壓試驗(yàn)的要求。

③過(guò)濾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)濾桶設(shè)計(jì)是整個(gè)管道系統(tǒng)的重點(diǎn)。直接從桶上引出的有5個(gè)管道（底部3個(gè)管道、頂部2個(gè)管道）：（1）桶底正中引出的濾后管，然后連接S2（正常工作視筒），再接上2個(gè)閥門(mén)——F9（成品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和F11（取樣閥，用于剛開(kāi)始工作是取出樣品，從而確定各項(xiàng)參數(shù)）；（2）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成2個(gè)方向——一個(gè)是反沖洗時(shí)使用的排渣管，上面安裝著F8（排渣閥）；另一個(gè)是循環(huán)過(guò)濾的循環(huán)管，通過(guò)F5（流向控制閥，單向閥）使壓力過(guò)大時(shí)形成循環(huán)過(guò)濾；（3）桶內(nèi)靠壁處裝有反沖洗管道，連接F7（沖洗閥）后也分成2個(gè)方向——一個(gè)直接連到水泵上；另一個(gè)接上F10（余液出口閥）其作用是在濾余液過(guò)程中將管道以及過(guò)濾桶的液體流出；（4）桶頂?shù)囊粋€(gè)循環(huán)管道向上連接S1（循環(huán)視筒）和F4（循環(huán)液出口閥）接到循環(huán)桶底部；（5）桶頂?shù)牧硪粋€(gè)循環(huán)管道向上連接F7（排氣閥）和壓力表，然后接到循環(huán)桶頂部，以保持過(guò)濾桶以及循環(huán)筒壓力的正常（1.6MPa～2.5MPa）。

④循環(huán)桶的設(shè)計(jì)1、結(jié)構(gòu)介紹循環(huán)筒的工作原理比較簡(jiǎn)單，需要設(shè)計(jì)的參數(shù)也較少，主要分為2管道：其中一條的作用——待濾液通過(guò)F2（待濾液入口閥）、水泵、F3（循環(huán)筒入口閥）從循環(huán)桶下部泵入，在循環(huán)桶上部壓力的作用下從右邊下方的循環(huán)出口通過(guò)F4后進(jìn)入過(guò)濾桶過(guò)濾；另外一條是頂部的管道，上面連接F7（排氣閥）和壓力表和過(guò)濾桶頂部連接在一起以保持壓力。2、循環(huán)桶的容量設(shè)計(jì)因?yàn)檠h(huán)桶所受壓力不是很大，且不是全封閉的，所以可以不許校核桶壁承受應(yīng)力。設(shè)定桶壁厚=3mm；桶高度H=1200mm；半徑R=400mm；容積V=0.65mEQ；

2、傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)1帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)⑴確定計(jì)算功率P由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7查得工作情況系數(shù)KEQ=1.0,故P=KEQP=1.0*5.5kw=5.5kw⑵選擇V帶的帶型根據(jù)P，n由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材由圖8-11選用A型⑶確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶的速度①初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑d，由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)d=140mm②驗(yàn)算帶速V=*d*n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s因?yàn)?m/s<V<30③計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式(8-15a)，計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑d=i*d=3*140mm=420mm；根據(jù)表8-8，圓整為d=450mm；⑷確定V帶的中心距a與基準(zhǔn)長(zhǎng)度L①0.7（d+d）≤a≤2（d+d）根據(jù)上式，初定中心距a=900mm；②計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L≈2a+∏（d+d）/2+(d-d)/4a=2*900+∏*590/2+(450-140)/3600=2770mm;由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L=2800mm；③按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距aa=a+（L-L）/2=900+(2800-2770)/2=915mm;⑸驗(yàn)算小帶輪上的包角=180-（d-d)*57.3/a=180-(450-140)*57.3/915=160≥90；⑹計(jì)算帶的根數(shù)Z①計(jì)算單根V帶的額定功率Pr；由d=140mm；和n=1440r/min,查表8-4a得P=2.28kw；根據(jù)n=1440r/min，i=3和A型帶，查表8-4b得△P=0.17kw；查表8-5得K=0.95，表8-2得K=1.11,Pr=（P+△P）*K*K=（2.28+0.17）*0.95*1.11=2.49kw;②計(jì)算V帶的根數(shù)ZZ=P/Pr=5.5/2.49=2.3所以V帶的根數(shù)為3根；⑺小帶輪設(shè)計(jì)材料選取HT200；d=140mm；d≤300mm；采用腹板式結(jié)構(gòu)；d=40mm，d=（1.8-2.0）*d，d為電機(jī)軸的直徑；d=1.8d=72mm；C=(1/7～1/4)BL=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=BC=1/4*B=15mm;根據(jù)前面設(shè)計(jì)得小輪直徑d=140mm，大輪直徑d=450mm，故查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)Ld=2800㎜、A系列、長(zhǎng)度修正系數(shù)Kl=1.1的皮帶，b=11㎜，h=6㎜，h=12mm;B=60mm;A=81㎜;小皮帶輪的零件圖如下：

圖4-2⑻大帶輪設(shè)計(jì)HT200；d=420mm；d≥300mm；采用輪輻式結(jié)構(gòu)，d=50mm；d=(1.8～2)d,d為軸的直徑；d=100mm；f=12mm，h=0.8h；b=0.4h=13mm；b=0.8b=11mm；L=(1.5～2)d,當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B；f=0.2h=6.5；h=290*=290*=32mm；大帶輪的零件圖如下：圖4-3二、空心軸的設(shè)計(jì)⑴空心軸的直徑設(shè)計(jì)d≥=Ad≥A）式中，=d/d,即空心軸的內(nèi)徑d與外徑d之比，通常取=0.5～0.6，=T/W=(9550000P/n)/0.2d≤[]查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材，表15-3軸的材料Q235-A20Q275,354540C,35SM[]/Mpa15～2520～3525～4535～55Ao149～126135～112126～103112～97通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表2，查得V帶的傳動(dòng)效率值為=92%；取Ao=110mm；P=5.5*92%=5.06kw；n=480r/min；=0.6；d≥A）=110*）=25.5mm；d≥1.15*d=30mm;⑵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)①確定裝配方案②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度；為了滿足軸的軸向定位要求和裝配要求，此空心軸分為3段，Ⅰ-Ⅱ軸上裝大皮帶輪，鍵，密封圈，端蓋；外徑DⅠ-Ⅱ=50mm內(nèi)徑=50*60%=30mm，軸長(zhǎng)為h=115mm；Ⅱ-Ⅲ軸上裝密封圈，軸承，端蓋，外徑DⅡ-Ⅲ外徑=55mm，軸長(zhǎng)h=106；內(nèi)徑=33mm；Ⅲ-Ⅳ軸上裝配濾盤(pán)，密封圈，鎖緊螺母，外徑DⅢ-Ⅳ=60mm；內(nèi)徑=36mm，軸長(zhǎng)h=115mm；③軸承的選擇；因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用兩個(gè)圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù)DⅡ-Ⅲ=55mm；由軸承產(chǎn)品目錄中初選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的圓錐滾子軸承型號(hào)30313，其尺寸為d=55mm，D=80mm，B=13mm。圖4-4⑶軸的校核①按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取EQ=EQ=18.6Mpa；查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得[]=60Mpa;因此＜[]，故安全。②精確校核軸的疲勞強(qiáng)度S=S*S/≥SS=/KEQ*+*≥S截面Ⅲ抗彎截面系數(shù)W=0.1d=0.1*55EQ=16637mm抗扭截面系數(shù)W=0.2d=0.2*55EQ=33250mm截面Ⅲ的左側(cè)的彎矩M為M=166758*(71-36)/71=92534N.m

截面Ⅲ上的扭矩T為T(mén)=960000N.m截面上的彎曲應(yīng)力=M/W=92534/16637=5.6Mpa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=T/W=960000/33250=28..2Mpa軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查=640Mpa；=275Mpa；=155Mpa；截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按表查取，因r/d=2.0/55=0.036,D/d=60/55=1.09;經(jīng)插值得，=1.31軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為==0.92軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1，得K=2.80K=1.62計(jì)算安全系數(shù)S值，S=S*S/=9.5＞＞S=1.5故可知其安全。3.電動(dòng)機(jī)的選擇由于本設(shè)計(jì)需要一個(gè)功率在5KW以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動(dòng)機(jī)，其安裝形式為V13011，通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選得：電動(dòng)機(jī)Y132-2，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率5.5KW，轉(zhuǎn)速1450r/min，額定電流13.4A，效率92%，功率因數(shù)0.78，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.0，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.0，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為6.5，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2為0.535N*㎡，重量為8.4㎏。4.閥門(mén)的選擇與設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)對(duì)液壓或氣壓系統(tǒng)進(jìn)行控制是技術(shù)發(fā)展的必然趨向。但是電液比例閥或者伺服閥能接收的信號(hào)是連續(xù)的電壓或電流，而計(jì)算機(jī)的指令是“開(kāi)”或“關(guān)”的數(shù)字信息，要用計(jì)算機(jī)控制必須進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是使設(shè)備復(fù)雜，成本提高，可靠性降低。在這種技術(shù)要求下，20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)了電液數(shù)字控制閥。用數(shù)字信息直接控制的閥稱為電液數(shù)字控制閥，簡(jiǎn)稱數(shù)字閥，目前應(yīng)用較少。它可直接與計(jì)算機(jī)接口，不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換?？梢苑譃閿?shù)字式流量閥、數(shù)字式壓力閥、數(shù)字式方向流量閥等。下面舉例以增量式數(shù)字流量閥來(lái)說(shuō)明原理：

組成：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠、閥心、閥套、閥桿、傳感器等圖4-5工作原理：計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)滾絲杠轉(zhuǎn)化為軸向位移，帶動(dòng)節(jié)流閥閥心移動(dòng)，首先打開(kāi)非全周節(jié)流，流量較小，而后打開(kāi)全周節(jié)流口，流量較大，可達(dá)3600

l/min。特點(diǎn)：1

閥心、閥套、閥桿的相對(duì)熱膨脹取得溫度補(bǔ)償，維持流量恒定。

2

該閥無(wú)反饋功能，但裝有零位移傳感器，每個(gè)控制終了，閥心都可在它控制下回到零位，重復(fù)精度較高。單向閥是控制流體只能正向流動(dòng)，不允許反向流動(dòng)的閥，也可稱逆止閥或止向閥。增量式數(shù)字閥是采用由脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣—機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作，因此又稱步進(jìn)式數(shù)字閥。增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖9—l所示。微型計(jì)算機(jī)(下簡(jiǎn)稱微機(jī))發(fā)出脈沖序列經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后使步進(jìn)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)數(shù)字元件，根據(jù)增量控制方式工作。增量控制方式是由脈沖數(shù)字調(diào)制法演變而成的一種數(shù)字控制方法，是在脈沖數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)上，使每個(gè)采樣周期的步數(shù)在前一采樣周期的步數(shù)上，增加或減少一些步數(shù)，而達(dá)到需要的幅值，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角與輸入的脈沖數(shù)成比例，步進(jìn)電機(jī)每得到一個(gè)脈沖信號(hào)，便得到與輸入脈沖數(shù)成比例的轉(zhuǎn)角，每個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)沿給定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一固定的步距角，再通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)換器(絲桿—螺母副或凸輪機(jī)構(gòu))使轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為軸向位移，使閥口獲得一相應(yīng)開(kāi)度，從而獲得與輸入脈沖數(shù)成比例的壓力、流量。有時(shí)，閥中還設(shè)置用以提高閥的重復(fù)精度的零位傳感器和用以顯示被控量的顯示裝置。

增量式數(shù)字閥的輸入和輸出信號(hào)波形如圖9—2所示。由圖可見(jiàn)，閥的輸出量與輸入脈沖數(shù)成正比，輸出響應(yīng)速度與輸入脈沖頻率成正比。對(duì)應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的步距角，閥的輸出量有一定的分辨率，它直接決定了閥的最高控制精度。圖4-6圖4-7本設(shè)計(jì)中F1、F2、F3、F4、F6、F7、F8、F9、F10、F11均采用電液數(shù)字控制閥，而F5采用單向閥。

5.傳感器的選擇與信號(hào)檢測(cè)傳感器的選取經(jīng)過(guò)反復(fù)比較與選擇最后選用美國(guó)Motorola公司生產(chǎn)的MPX2100A型單片集成硅壓力傳感器，其測(cè)量范圍為0～100KPa，工作溫度范圍為-40～125℃，傳感器的輸出電壓和被測(cè)絕對(duì)壓力成正比，采用顯微機(jī)械加工、激光休整等先進(jìn)和薄膜電鍍工藝，具有測(cè)量精度高、預(yù)熱時(shí)間短、響應(yīng)速度快、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、可靠性高、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。若采用5V電源時(shí)，在0～80℃溫度范圍內(nèi)的最大測(cè)量誤差不超過(guò)±1.8%，滿量程輸出電壓為4.95V，壓力靈敏度為54MV/KPa，預(yù)熱時(shí)間為20ms，響應(yīng)時(shí)間為1ms，長(zhǎng)期穩(wěn)定度為±0.5%，允許過(guò)載348%FS（FS代表滿量程）。電源允許范圍為4.85V～5.35V，典型值為5.0V或5.1V，電源電流為7.0MA（典型值）。具體資料可參見(jiàn)外文文獻(xiàn)。二、信號(hào)檢測(cè)圖4-8信號(hào)檢測(cè)原理如上圖：整個(gè)工作流程由PLC控制，PLC發(fā)出信號(hào)至電源和驅(qū)動(dòng)器，控制其電流大小，影響電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速等，完成對(duì)被控量的控制（流量、壓力等）；而MPX2100A壓力傳感器將被控量負(fù)反饋給PLC，是被控量保持在一個(gè)穩(wěn)定的波動(dòng)范圍內(nèi)。

6.控制面板的設(shè)計(jì)圖4-9控制面板分為4大塊：4個(gè)燈、4個(gè)按鈕、2個(gè)鈴；其中正常工作時(shí)，先亮過(guò)濾燈，然后是濾余液的指示燈，最后是反沖洗的燈，如此循環(huán)，前一個(gè)燈滅接著后一個(gè)燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報(bào)警燈以及響報(bào)警鈴并且停止工作；反洗的時(shí)候同時(shí)響反洗鈴；4個(gè)按鈕的作用則很明顯，啟動(dòng)按鈕采用綠色材料，停止按鈕采用紅色材料。另外2個(gè)按鈕用來(lái)控制取樣閥，來(lái)獲取樣品，從而調(diào)整工作狀態(tài)。五、控制部分的設(shè)計(jì)⒈控制系統(tǒng)的選擇從工程的角度，PLC與單片機(jī)系統(tǒng)的選用比較⑴．對(duì)單項(xiàng)工程或重復(fù)數(shù)極少的項(xiàng)目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可*性好，手尾少，但成本較高。⑵．對(duì)于量大的配套項(xiàng)目，采用單片機(jī)系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點(diǎn)，但這要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可*地運(yùn)行。最好的方法是單片機(jī)系統(tǒng)嵌入PLC的功能，這樣可大大簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)的研制時(shí)間，性能得到保障，效益也就有保證?；赑LC控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)實(shí)時(shí)性●由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快。

●基于信號(hào)處理和程序運(yùn)行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。

●更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。高可靠性●各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms。

●各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單靈活.豐富的I/O卡件控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)安裝簡(jiǎn)單，維修方便綜上所屬，此過(guò)濾機(jī)選用PLC的控制系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算可以得知：有21個(gè)輸入信號(hào)和19個(gè)輸出信號(hào)，采用繼電器輸出，故I/O點(diǎn)數(shù)為21+19=40點(diǎn)。故應(yīng)該選用FX2N-64MR-001系列，輸入可用點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出可用點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)為48～64點(diǎn)（不需要用到），即可達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。采用AC24V電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2n系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實(shí)際應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的特殊功能開(kāi)發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要模擬I/O，高速計(jì)數(shù)器。定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開(kāi)發(fā)了溫度模塊。對(duì)每一個(gè)FX2n主單元可配置總計(jì)達(dá)8個(gè)特殊功能模塊。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)CC-Link，ProfibusDp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過(guò)程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。產(chǎn)品說(shuō)明規(guī)格型號(hào)FX2N-64MR-001其它說(shuō)明最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能供貨地上海產(chǎn)地上海產(chǎn)品用途適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。技術(shù)參數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)32點(diǎn)尺寸（mm）寬*厚*高220*87*90輸入輸出形式繼電器輸出點(diǎn)數(shù)32點(diǎn)2、工藝流程

3.PLC的接線圖圖5-1

4.程序梯形圖以及語(yǔ)句表

圖5-2

0000LDX20005ANDX00010ORM3010015SETM3010020RSTM3000025LDM3010030ANDX40035OUTT00040K200045ORT00050SETM3020055RSTM3020060LDM3020065ANDX50070SETM3030075RSTM3020080LDM3030085ANDX60090SETM3040095RSTM3030100LDM3040105ANDX70110SETM3050115RSTM3040120LDM3050125ANDX110130MPS0135OUTT10140K240000145MPP0150LDT10155MPS0160ANIX30165SETM3060170MPP0175RSTM3050180LDIX60185ANIX30190SETM3070200RSTM3060205LDIX50210ANIX30215SETM3080220RETM3070225LDIX40230ANIX30235SETM3090240RSTM3O80245LDIX110250MPS0255OUTT20260K500265MPP0270LDT20275SETM310 0280RETM3090285LDIX40290SETM3110295RETM3100300LDIX120305MPS0310OUTT30315K1000320MPP0325LDT30330SETM3120335RSTM3110340LDIX120345MPS0350OUTT40355K200360MPP0365LDT40370ANIX30375SETM3130380RSTM3120385LDX40390SETM3140395RSTM3130400LDX50405SETM3150410RSTM3140415LDX110420SETM3160425RSTM3150430LDX100435SETM3170440RST3160445LDX130450MPS0455OUTT50460K6000465MPP0470LDT50475SETM3180480RSTM3170485LDIX40490SETM3190500RSTM3180505LDIX50510SETM3200515RSTM3190520LDIX110525SETM3210530RSTM3200535LDIX100540SETM3220545RSTM3210550LDIX130560MPS0565OUTT60570K500575MPP0580LDT60585SETM3230590RSTM3000595LDM3010600ORY120605ANIM3100610LDM3000615ANDX40620ORB0625OUTY120630LDM3100635ORY130640ANIM3130645LDM3000650ANDX120655ORB0660OUTY130665LDM3130670ANDY140675LDIM3230680ANB0685LDM3000690ANDX130700ORB0705OUTY140710END圖5-3

六、設(shè)計(jì)的應(yīng)用1、過(guò)濾器的發(fā)展常用的機(jī)械過(guò)濾器雖然能達(dá)到較好的過(guò)濾效果，但是其濾速慢，于是造成過(guò)濾器設(shè)備龐大、自耗水量大，手動(dòng)設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大，而自動(dòng)設(shè)備造價(jià)又太高，因此大大地限制了它的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。十九世紀(jì)，出現(xiàn)了篩網(wǎng)過(guò)濾器，它是通過(guò)一個(gè)不銹鋼絲編織的濾網(wǎng)阻截水中較大的雜質(zhì)顆粒，這大大提高了濾速，簡(jiǎn)化了設(shè)備，但是水中較小的顆粒和纖維仍能穿過(guò)濾網(wǎng)，更重要的是如果它們過(guò)濾時(shí)恰好卡在或纏繞在濾網(wǎng)上，再要清洗掉這些雜質(zhì)就不容易了。因此，基于這兩方面的原因篩網(wǎng)過(guò)濾在應(yīng)用中一直受到了很大的限制。新型自動(dòng)盤(pán)片過(guò)濾器充分繼承了上述過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又克服了它的缺點(diǎn)，具有反洗效果好、設(shè)備自動(dòng)化程度高、過(guò)濾水質(zhì)穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小的特點(diǎn)，自耗水率僅有0.25%左右。2、盤(pán)片過(guò)濾器的特點(diǎn)：2.1精確過(guò)濾：可根據(jù)用水要求選擇不同精度的過(guò)濾盤(pán)片，有20μ、50μ、100μ、200μ多種規(guī)格，過(guò)濾比大于85%。2.2徹底高效反洗：由于反洗時(shí)將過(guò)濾孔隙完全打開(kāi)，加上離心噴射作用，達(dá)到了其他過(guò)濾器無(wú)法達(dá)到的清洗效果。反洗過(guò)程只需20S左右即可完成。2.3全自動(dòng)運(yùn)行，連續(xù)出水：時(shí)間和壓差控制反洗啟動(dòng)。在過(guò)濾器組套內(nèi)，各個(gè)過(guò)濾單元順序進(jìn)行反洗。工作、反洗狀態(tài)之間自動(dòng)切換，可確保連續(xù)出水，系統(tǒng)壓損小。2.4標(biāo)準(zhǔn)：模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用戶可按需取舍過(guò)濾單元并聯(lián)數(shù)量，靈活可變，互換性強(qiáng)。2.5占地?。嚎伸`活利用現(xiàn)場(chǎng)邊角空間，因地制宜安裝，占地少。2.6運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單：幾乎不需日常維護(hù)，不需專用工具，零部件很少。2.7使用壽命長(zhǎng)：經(jīng)多年工業(yè)實(shí)用驗(yàn)證，過(guò)濾和反洗效果不會(huì)因使用時(shí)間而變差。例如：大慶某熱電廠2000年采用兩套JY3-7盤(pán)式過(guò)濾器作為離子交換預(yù)處理設(shè)備，過(guò)濾精度為50μ，總處理水量250噸/小時(shí)；該廠原來(lái)采用的過(guò)濾器為5臺(tái)3000砂過(guò)濾器，設(shè)備龐大，而且手動(dòng)控制，每天至少反洗一次，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備自耗水率達(dá)到8~10%。采用盤(pán)式過(guò)濾器后設(shè)備占地僅為3mX3m，同時(shí)由于自動(dòng)控制可實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守，目前過(guò)濾器約3小時(shí)反洗一次，每個(gè)過(guò)濾單元反洗時(shí)間15秒，用水量?jī)H為3