全自動立式過濾機的設(shè)計

1、湘潭大學興湘學院畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 全自動立式過濾機的設(shè)計 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學 號： 2008963047 姓 名： 周玲 指導(dǎo)教師： 文美純 完成日期： 2012年5月20日 47湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設(shè)計）評閱表學號 2008963047 姓名 周玲 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目： 全自動立式過濾機的設(shè)計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力

2、；3.是否具備研究方案的設(shè)計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設(shè)計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設(shè)計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評 價該選題符合培養(yǎng)目標，基本達到綜合訓(xùn)練的目的，難度分量、適當，具有查閱文獻、綜合歸納資料的能力和計算機應(yīng)用的能力，圖紙基本符合國家標準，說明書內(nèi)容完整，具有一定的實際應(yīng)用價值。評閱人

3、： 2012年5月 日目錄1 緒論21.1 設(shè)計意義21.2 國外過濾技術(shù)現(xiàn)狀與國內(nèi)過濾技術(shù)現(xiàn)狀的對比31.3 國內(nèi)過濾技術(shù)的發(fā)展趨勢41.4 國內(nèi)外過濾機的研發(fā)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢41.5 過濾機研制趨勢62 過濾機設(shè)計72.1 電機的選擇72.2 過濾部分的設(shè)計72.3 過濾桶的設(shè)計72.4 過濾盤的設(shè)計82.5 內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度計算92.6 橢圓封頭的厚度計算102.7 傳動部件設(shè)計112.8 帶傳動的設(shè)計112.9 小帶輪的設(shè)計132.10 大帶輪的設(shè)計142.11 空心軸的設(shè)計162.12 軸承的選擇183 控制部分的設(shè)計193.1 過濾機對控制部分的要求193.2 控制系統(tǒng)簡介及選型

4、203.3 PLC程序設(shè)計224 結(jié)束語36致謝36參考文獻37附錄：英文資料及翻譯38全自動立式過濾機的設(shè)計摘要：研究開發(fā)一臺處理量為80m3/h、工作壓力為1.6Mpa、過濾總面積為10m2、過濾精度為5m200m、電動機功率為5.5KW、工作溫度為-5105的全自動立式過濾機。該過濾機能實現(xiàn)過濾元件的自清洗，體積較小，過濾效率高，自動化控制，適合于各類工業(yè)生產(chǎn)。本文給出了該過濾機的整體設(shè)計方案以及設(shè)計圖紙，包括一些重要組成部件的設(shè)計計算過程，并且對過濾機元件的過濾機理進行了分析，利用過濾過程中的壓降模型，實現(xiàn)對過濾器控制系統(tǒng)的控制條件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：過濾機；自動化；盤片；硅藻土；可編程序

5、控制器Automatic vertical filter machine designAbstract:Research and development a automatic vertical filter of a treatment volume is 80m3/h,working pressure up to 1.6Mpa,filtering area is 10m2,filtering precision is 5m-200m,motor power 5.5KW,working temperature of -5-105.The filter can realize the self

6、 cleaning filter element without stopping,small size,high efficiency of filtering,automatic control,suitable for all kinds of industrial production.This paper presents the overall design and filter design drawings,including some important components design calculation process,and the filter element

7、of the filter mechanism is analyzed,using the filtration process of pressure drop model,realizes to the filter control system control design.Key words:filter;automation;Programmable Controller1 緒論1.1 設(shè)計意義首先，地球可直接被人類利用的水資源匱乏的現(xiàn)狀，是此推動此課題研究的根本原因。地球上的水盡管數(shù)量巨大，但是能直接為人們生產(chǎn)生活所利用的淡水資源僅占全球水資源的3%。人類目前比較容易利用的淡水資源

8、，主要是河流水、淡水湖泊水以及淺層地下水。這些淡水儲量只占全部淡水的03，占全球總水量的十萬分之七。水資源正在變成一種寶貴的稀缺資源，水資源問題已不僅僅是資源問題，更成為關(guān)系到國家經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和長治久安的重大戰(zhàn)略問題。因此，節(jié)約用水以及提高水資源的利用率就十分重要了。水資源的重復(fù)利用能達到提高水資源利用率的目的。與此同時，過濾與分離技術(shù)能有效的對污水進行處理，實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。因此，研究設(shè)計過濾機就具有十分重要的現(xiàn)實意義。其次，過濾機在化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門有廣泛的應(yīng)用，是本課題研究的主要原因。由于過濾機廣泛的應(yīng)用于各個工業(yè)生產(chǎn)過程中，因此，研究設(shè)計

9、適應(yīng)當今市場需要的過濾機的任務(wù)就顯得十分迫切。最后，傳統(tǒng)過濾方法以及過濾設(shè)備存在的諸多問題，是進行該項課題研究的直接原因。隨著工業(yè)水平不斷進步，經(jīng)濟不斷發(fā)展，人們對過濾設(shè)備的要求不斷提高。傳統(tǒng)過濾方法和過濾設(shè)備需要投入大量的人力，無法實現(xiàn)自清洗，占地面積大，自動化程度很低，過濾效率也不高。無法適應(yīng)人們不斷提高的對過濾設(shè)備的要求。因此，設(shè)計研究了此全自動立式過濾機。該全自動立式過濾機，在傳統(tǒng)過濾機的設(shè)計基礎(chǔ)上，進行了改進。使其在不停車的情況下實現(xiàn)過濾元件的自清洗過程。過濾部分，采用多個過濾盤疊加布置，在同等過濾面積情況下，有效的利用空間，縮小了過濾機的體積。應(yīng)用可編程控制器對過濾器各種工作模式進

10、行自動控制，實現(xiàn)了過濾器工作過程的自動化，智能化，無人化，有效提高了過濾機的工作效率。1.2 國外過濾技術(shù)現(xiàn)狀與國內(nèi)過濾技術(shù)現(xiàn)狀的對比國外對液體過濾關(guān)注的重點是傳統(tǒng)過濾與分離機械在各個工業(yè)領(lǐng)域上的應(yīng)用，特別是難過濾物料（高黏度、高分散、極細小、不定形、高可壓縮物料）的分離。在分離對象上，國外液體過濾技術(shù)的發(fā)展已從過去單純研究研究牛頓流體，發(fā)展到所處理的物料幾乎都是非牛頓流體。一些難過濾物料由于技術(shù)的進步變得更難過濾，體現(xiàn)在高可壓縮性、高粘度性和高分散性。在處理的固相中，不僅僅是單純的固體顆粒，而是包括硬顆粒、超微細顆粒、軟顆粒、膠體以及膠狀物（不定形固體）以不同形態(tài)存在的固相液態(tài)混合，上述固相

11、物質(zhì)甚至可以幾種形態(tài)同時存在。在處理的固相顆粒范圍上，已經(jīng)大大拓寬了液體過濾的分離領(lǐng)域。在基礎(chǔ)理論研究方面，重視用基礎(chǔ)理論指導(dǎo)應(yīng)用開發(fā)，因此理論與應(yīng)用結(jié)合得較好。研制出的產(chǎn)品的性能層次高。更注重于過濾與分離工程的應(yīng)用，注重應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)研究。在規(guī)格大型化方面，國外分離機械產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)一般都高于我國，并繼續(xù)向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展。由于參數(shù)高，容量大，同規(guī)格產(chǎn)品國外產(chǎn)品的處理能力和分離效率普遍高于我國。在功能集成化方面，國外在機器結(jié)構(gòu)上多采用復(fù)合技術(shù)，從而使派生品種和系列增多，滿足不同用途的需要，同時加快了更新?lián)Q代速度，提高了應(yīng)變能力。將多種功能集中于一種機器，以滿足各種工藝要求。在品種多樣化

12、方面，國外許多生產(chǎn)液體過濾機械的廠商大多都不只是生產(chǎn)一種機械，而是生產(chǎn)多種過濾與分離設(shè)備。在用途專業(yè)化方面，出現(xiàn)了為滿足某個應(yīng)用領(lǐng)域的要求而衍生出很多新的機型。以制藥專業(yè)為例，為滿足制藥行業(yè)推行GMP規(guī)范的要求，是極其的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計盡量簡化，設(shè)置在線清洗及特殊密封設(shè)計，以滿足衛(wèi)生、防交叉污染要求。1.3 國內(nèi)過濾技術(shù)的發(fā)展趨勢l 加強顆粒表面結(jié)構(gòu)、顆粒行為的研究（如不均一性、相互作用、表面自由能、潤滑性及表面的改性等）及在固液兩相分離中的應(yīng)用（機械、化學、物理的改性）研究。l 加強工業(yè)懸浮液的液體動力學研究。l 加強流變學在改變工業(yè)懸浮液性質(zhì)中的應(yīng)用研究。l 加強聚團動力學及其在絮凝、

13、凝聚及高分散、微細顆粒分離中的應(yīng)用研究。l 加強具有復(fù)合作用的新型過濾介質(zhì)的開發(fā)研究。l 加強高黏度的過濾分離技術(shù)（特別是納米過濾技術(shù)）的研究。l 加強多相物料分離技術(shù)研究，如多種形狀的固相分離，硬顆粒、軟固體、膠狀物、不定形固相、超微細顆粒以及上述固相物料幾種同時并存的液固兩相分離。l 加強集成工藝技術(shù)研究，包括液體過濾過程的上、下游工藝及過濾分離集成工藝應(yīng)用技術(shù)的研究不能再局限于機械本身，要更關(guān)注基礎(chǔ)或應(yīng)用基礎(chǔ)的研究（如計算流體力學）、液體過濾過程的強化技術(shù)、顆粒分離工藝及模擬技術(shù)。1.4 國內(nèi)外過濾機的研發(fā)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢過濾機可分為真空和加壓兩類，真空類常用的有轉(zhuǎn)筒、圓盤、水平帶型等，

14、加壓類常用的有壓濾、壓力容器、壓榨、動態(tài)過濾和旋轉(zhuǎn)型等。隨著能源短缺、資源貧化、水資源和環(huán)保問題的日益突出，過濾行業(yè)得到前所未有的關(guān)注，迎來了蓬勃發(fā)展的春天。過濾機按獲得過濾推動力的方法不同，分為重力過濾機、真空過濾機、加壓過濾機三類。重力過濾機是借助懸浮液的重力和位差，在過濾介質(zhì)上形成的壓力作為過濾的推動力，一般為間歇操作。單純的重力過濾機現(xiàn)在幾乎不存在，它主要是將工作原理與真空過濾機以及加壓過濾機相結(jié)合使用。真空過濾機是在濾液出口處形成負壓作為過濾的推動力。這種過濾機又分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。間歇操作的真空過濾機可過濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過濾機適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸

15、浮液。真空過濾機主要包括轉(zhuǎn)筒過濾機、圓盤過濾機、水平帶式真空過濾機。折帶外濾圓筒真空過濾機是轉(zhuǎn)筒過濾機的代表，主要部件有筒體、分配頭、了漿槽、攪拌器、濾液缸及傳動機構(gòu)等，其利用真空泵抽真空產(chǎn)生的負壓作為過濾推動力，負壓極限為101kPa。筒體轉(zhuǎn)動是濾室相繼經(jīng)過過濾、脫水、卸餅和濾布清洗區(qū)，去過程包括吸濾和吸干，吸濾只吸出礦漿中水份，吸不干吸出濾餅中水份且抽吸大量空氣，空氣置換濾餅中水份，濾液經(jīng)濾缸重力排液裝置排出，因濾液的排出是利用濾液缸中水柱的靜壓力克服大氣壓的原理使濾液自流排出，濾液缸分離隔板下端與水封箱水面高差須保持在10米左右。它的產(chǎn)能主要取決于過濾介質(zhì)和真空裝置，濾餅在被吸干過程中，

16、由于體積收縮，形成無數(shù)裂縫，大量空氣從裂縫中通過產(chǎn)生“短路”現(xiàn)象，造成能耗高、生產(chǎn)成本高和效率低。濾布圓盤真空過濾機作為圓盤過濾機的代表，主要由分配頭、主軸、給料與卸料、攪拌、傳動、真空和自動潤滑等裝置組成，工作原理與轉(zhuǎn)筒過濾機相似。真空度0.0380.082Mpa。比轉(zhuǎn)筒過濾機占地面積小、濾布耗量低、工作可靠；采用變頻等無極調(diào)速裝置，傳動效率高，可方便調(diào)整濾盤轉(zhuǎn)速而達到調(diào)整產(chǎn)能目的，扇形板與傳動軸為剛性連接，連接強度增加且可單獨換扇形板。水平帶式過濾機，采用多級溢流洗滌，用很少洗滌液可獲得高質(zhì)量濾餅，洗滌回收率達99.80%；采用水平過濾面和上部加料，因重力作用大顆粒物料優(yōu)先下沉，在濾布表面

17、形成助濾層，減少濾布阻塞和降低過濾阻力，改善過濾效果；占地面積比真空過濾機大，適用于物料粒級較粗物料，濾餅水份和產(chǎn)能同圓盤過濾機相當。加壓過濾機以在懸浮液進口處施加的壓力，或?qū)裎锪鲜┘拥臋C械壓榨力作為過濾推動力，適用于于要求過濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。主要包括板框壓濾機和箱式壓濾機。板框壓濾機有立式和臥式兩種，廂式壓濾機一般為臥式。臥式自動板框或廂式壓濾機主要有主機（頭板、尾板、濾板、主梁、拉板裝置、壓緊裝置）、濾布振大裝置、液壓、濾液收集槽、管路控制等裝置組成。主濾布吊掛于橫架上，橫架用彈簧掛在濾布枝干上，料漿通過尾板進料口輸入，所有濾室充滿后壓濾過程開始，濾液經(jīng)濾

18、布沿泄水溝流出，濾餅留在濾室內(nèi)繼續(xù)進漿，達到設(shè)定厚度時停止進漿，根據(jù)物料性質(zhì)和工藝配置對濾餅可選擇進行洗滌和吹風干燥。1.5 過濾機研制趨勢l 研發(fā)新型高效過濾介質(zhì)l 研發(fā)過濾速度快、產(chǎn)能達的濾布，將進一步提高過濾設(shè)備產(chǎn)能和指標。l 開發(fā)多功能一體化元器件，增強密封性無論哪類過濾設(shè)備，都與抽真空或加壓有關(guān)，因此過濾設(shè)備的密封性顯得尤為重要。隨著機械、電器行業(yè)制造技術(shù)的“高、尖、精、細”化，原來由兩個或更多元件組成的部件，可考慮開發(fā)功能更多且集于一體的元器件，既解決了密封性和安裝的方便，又降低了制造和生產(chǎn)成本。復(fù)合型和節(jié)能型隨著真空、空壓技術(shù)的日益精細化，過濾設(shè)備的研發(fā)應(yīng)充分利用多門尖精技術(shù)，將

19、真空過濾、壓濾等技術(shù)集于一臺過濾設(shè)備，設(shè)備既可過濾也可發(fā)揮壓濾功能，利于脫水工藝流程配置，減少工藝管道、電機和輔助設(shè)施的配置，方便生產(chǎn)組織，降低生產(chǎn)成本。l 大型化、節(jié)能化和自動化設(shè)備大型化和節(jié)能化是機械制造業(yè)的未來發(fā)展趨勢和市場競爭焦點，過濾設(shè)備更是如此。好多固液分離效率較高的過濾設(shè)備因部分組件的技術(shù)瓶頸問題，存在最大不足是有效過濾面積太小或僅處于實驗室階段，研制制約了設(shè)備大型化、工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。只有突破設(shè)備產(chǎn)能，才能充分體現(xiàn)出先進的過濾技術(shù)含量和獲得經(jīng)濟社會效益。在過濾設(shè)備大型化基礎(chǔ)上，必須考慮如何用最小能耗獲得最干濾餅，同時要考慮后續(xù)工藝設(shè)備的節(jié)能降耗，像陶瓷介質(zhì)已充分體現(xiàn)出節(jié)能降耗的特

20、點，該類設(shè)備正在向大型化發(fā)展。過濾設(shè)備自動化既是設(shè)備本身的需要，更是工藝流程配置和提高勞動生產(chǎn)率之所求。2 過濾機設(shè)計2.1 電機的選擇由于本設(shè)計需要一個功率在5KW以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動機，其安裝形式為V13011，通過查機械設(shè)計手冊選得：電動機Y132S-4，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定電流11.6A，轉(zhuǎn)速1440r/min,效率85.5%，功率因數(shù)0.84，振動速度1.8，質(zhì)量68Kg。2.2 過濾部分的設(shè)計技術(shù)參數(shù)：處理量為80m3/h、工作壓力為1.6Mpa、過濾總面積為10m2、過濾精度為1m200m、電動機功率為5.5KW、工作溫度為-5105。2.3

21、過濾桶的設(shè)計過濾桶的外圍由圓筒和上下端蓋組成。上端蓋采用標準橢圓形封頭與整體法蘭組合，便于拆卸；下端蓋采用標準橢圓形封頭，與圓筒焊接在一起。從上端蓋中引出兩個管道，其中一個管道為上部入口，用于將待濾液或壓縮空氣引入過濾桶，；另外一管道連接排氣閥和壓力表，用于控制過濾桶內(nèi)的工作壓力。在圓筒壁上距離地面約1.6米高的位置開一個觀察口，用于觀察過濾過程中過濾桶內(nèi)的工作情況。下端蓋上引出四個管道，端蓋中央的管道分三個方向，一個連過濾后的清夜排出口，一個在反沖洗過程中作為清水入口，一個連反吹風入口；另一開在旁邊的管道為廢硅藻土排出套管，用來排出濾渣；還有一個為自清洗過程中正沖洗水入口。圖2-1 過濾桶的

22、結(jié)構(gòu)設(shè)計2.4 過濾盤的設(shè)計由于，過濾精度要求在5m200m之間，本文選用規(guī)格為的不銹鋼席形網(wǎng)，并且在上面涂一層硅藻土作為助濾劑，根據(jù)換算表可知，過濾精度能達到5m以上，滿足要求。此外，不銹鋼席形網(wǎng)相比于濾布具有耐腐蝕、承壓能力大、過濾精度穩(wěn)定、使用壽命長、易清洗等優(yōu)點。根據(jù)技術(shù)參數(shù)確定過濾盤的半徑R、厚度H、片間間隙h以及片數(shù)N：、。單片過濾盤的過濾面積： 所需過濾片數(shù)：所以，總共需要15片過濾盤。過濾濾芯長度： L=15×（H+h）+頂部密封片厚度+頂部螺母厚+底部密封片厚度=圖2-2 過濾片結(jié)構(gòu)圖2.5 內(nèi)壓薄壁圓筒的厚度計算根據(jù)第三強度理論可推出壁厚的設(shè)計公式：，式中 設(shè)計壓

23、力，MPa； ¯¯圓筒內(nèi)徑，mm； 設(shè)計溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，MPa； 焊接接頭系數(shù)或許用應(yīng)力折減系數(shù)，； 腐蝕裕量，mm。由于此過濾桶裝有安全泄放裝置，根據(jù)化工容器中表3-10可知，P取工作壓力1.6MPa的1.051.10倍，因此，P取為1.76MPa；設(shè)圓筒內(nèi)徑；在工作溫度-5105下，取t為170MPa；焊接接頭系數(shù)取為0.85；C2取2mm。由于，鋼材厚度應(yīng)符合冶金產(chǎn)品的標準，故將其圓整為。2.6 橢圓封頭的厚度計算根據(jù)化工容器公式（3-6）可知，橢圓形分頭的厚度設(shè)計公式：，式中 K形狀系數(shù)； 焊接接頭系數(shù)。設(shè)定該封頭為標準橢圓封頭，則K=1。根據(jù)前面計算可知

24、，；。取焊接接頭系數(shù)。同理，將封頭厚度圓整為。2.7 傳動部件設(shè)計由于，本文所設(shè)計的過濾機載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩小，所以選用普通V帶即可滿足要求。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等優(yōu)點。2.8 帶傳動的設(shè)計(1) 確定計算功率由機械設(shè)計表8-7查得工作情況系數(shù)，故(2) 選擇V帶的帶型根據(jù)計算功率、轉(zhuǎn)速由圖8-11選用A型。(3) 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速初選小帶輪的基準直徑。由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準直徑。驗算帶速。按機械設(shè)計公式（8-13）驗算帶的速度因為，故帶速合適。計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)機械設(shè)計公式（8-15a）,計算大帶輪的基準直徑式中 取傳動比根據(jù)表8-8

25、，恰好取。(4) 確定V帶的中心距和基準長度根據(jù)機械設(shè)計公式（8-20），初定中心距。由機械設(shè)計公式（8-22）計算帶所需的基準長度 由機械設(shè)計表選帶的基準長度。按機械設(shè)計公式（8-23）計算實際中心距。中心距的變化范圍為850900mm。(5) 驗算小帶輪上的包角(6) 計算帶的根數(shù)計算單根V帶的額定功率。由和，查機械設(shè)計表8-4得。根據(jù)，和A型帶，查機械設(shè)計表8-4b得。查機械設(shè)計表8-5得，查機械設(shè)計表8-2得，于是計算V帶的根數(shù)z。取。(7) 計算單根V帶的初拉力的最小值由表8-3得A型帶的單位長度質(zhì)量，所以應(yīng)使帶的實際初拉力。(8) 計算壓軸力壓軸力的最小值為2.9 小帶輪的設(shè)計(1

26、) 確定小帶輪的材料本文選用帶輪材料為HT200。(2) 設(shè)計小帶輪的結(jié)構(gòu)由可知，采用腹板式結(jié)構(gòu)。根據(jù)機械設(shè)計圖8-14中的經(jīng)驗公式，可確定帶輪的尺寸。式中 為電機軸的直徑38mm。取式中 為帶輪寬，根據(jù)機械設(shè)計表8-10以及帶的根數(shù)為5可知，取取圖2-3 小帶輪結(jié)構(gòu)圖2.10 大帶輪的設(shè)計(1) 確定大帶輪的材料本文選用帶輪材料為HT200。(2) 設(shè)計大帶輪的結(jié)構(gòu)由可知，采用輪輻式結(jié)構(gòu)。根據(jù)機械設(shè)計圖8-14中的經(jīng)驗公式，可確定帶輪的尺寸。式中 為空心軸的直徑60mm。取，當時，圖2-4 大帶輪結(jié)構(gòu)圖帶輪的輪槽根據(jù)V帶為A型，查表1-1可得輪槽截面尺寸。表2-1 輪槽截面尺寸槽型A輪槽工作

27、表面的粗糙度為。2.11 空心軸的設(shè)計根據(jù)機械設(shè)計公式（15-3），式中 ，見表1-2 為空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取表2-2 軸常用幾種材料的及軸的材料Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13152520352545355514912613511212610311297通過查機械設(shè)計表2，查得V帶的傳動效率值為=92%；。對于空心軸，當軸截面撒謊功能開有鍵槽是，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。當直徑時，有一個鍵槽，軸徑增大5%7%。因此，取。(1) 空心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸上零件的安裝和定位要求，將軸分為三段。第一段

28、，I-II上安裝過濾盤、密封圈、壓緊螺母以及與上端蓋配合，外徑；第二段，II-III上安裝密封圈，；第三段，III-IV上安裝軸承、大皮帶輪、鎖緊螺母、旋轉(zhuǎn)接頭，。空心軸內(nèi)徑。(2) 軸的校核按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力校核軸的強度用空心軸計算公式，滿足強度條件，故安全。圖2-5 軸的結(jié)構(gòu)圖2.12 軸承的選擇由于主要承受徑向載荷，而且軸承座孔的支撐剛度不高，與軸承配合的軸直徑為60mm。因此選用型號為7212B的角接觸球軸承。其安裝尺寸如下：3 控制部分的設(shè)計3.1 過濾機對控制部分的要求本文設(shè)計的全自動立式過濾機的機理是在過濾盤表面上先涂上硅藻土，利用硅藻土的吸附能力對污水進行過濾；過濾完成以后，對硅藻土進

29、行回收，并且對過濾機進行清洗以便下次使用。根據(jù)工藝要求，把過濾機操作分成以下幾個大步驟，其工藝流程如圖。圖3-1 過濾機操作步驟預(yù)涂硅藻土過程要求：閥門F7打開，進料泵啟動，電機啟動帶動過濾盤轉(zhuǎn)動。計時時間到，進料泵關(guān)閉，閥門F7關(guān)閉，電機停止。暫停10s，進入過濾過程。過濾過程要求：閥門F9打開，進料泵啟動，電機啟動帶動過濾盤轉(zhuǎn)動。計時時間到或者是壓差達到設(shè)定值，進料泵停止，閥門F9關(guān)閉，電機停止。計時時間到，閥門F12打開，將濾余液排回到待濾液槽中。計時時間到，閥門F12關(guān)閉。進入吹風過程。吹風及硅藻土排放過程要求：閥門F2、F1打開，通入壓縮空氣，電機開啟。計時時間到，閥門F5、F3打開

30、、F2關(guān)閉，進入硅藻土排放過程。電機停止，閥門F13打開。計時時間到，閥門F3、F5、F13關(guān)閉，排渣結(jié)束，進入自清洗過程。自清洗過程要求：閥門F8、F4打開，進料泵啟動，電機啟動，開始正向沖洗。計時時間到，進入反向沖洗，閥門F5開啟，F(xiàn)4關(guān)閉。計時時間到，進料泵停止，閥門F5關(guān)閉、排渣閥F13打開。計時時間到，排渣閥F13關(guān)閉，自清洗過程結(jié)束。進入下一工作循環(huán)。根據(jù)設(shè)計要求，繪制出詳細工作流程圖如下：圖3-2 過濾工藝流程圖3.2 控制系統(tǒng)簡介及選型典型控制系統(tǒng)包括繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、DCS、FCS控制系統(tǒng)以及PLC。我們通過要實現(xiàn)的功能對比各種控制系統(tǒng)的契合度以及來選擇一種合適

31、的系統(tǒng)。(1) 繼電器控制系統(tǒng)繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)，及時間繼電器等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大。另外，繼電器觸點數(shù)目有限，每個只有48個觸點。然而，過濾機對控制系統(tǒng)要求比較高，控制過程比較復(fù)雜，操作步驟多。繼電器控制系統(tǒng)無論是在控制邏輯、控制速度、可靠性和可維護性、還是設(shè)計施工方面都不能滿足設(shè)計要求。(2) 單片機控制系統(tǒng)單片機控制系統(tǒng)是基于芯片級的系統(tǒng)。設(shè)計開發(fā)一個單片機控制系統(tǒng)，需要先設(shè)計硬件系統(tǒng)，畫硬件電路圖，制作印刷電路板，購置各種所需的電子元器件，焊接電路板，進行硬件調(diào)試，進行抗干擾設(shè)計和測試等大量的工作；需要使用專門的開發(fā)裝

32、置和低級編程語言編制控制程序，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。因此，其開發(fā)成本很高，適合于在家電產(chǎn)品、智能化的儀器儀表、玩具和批量生產(chǎn)的控制器產(chǎn)品等場合使用。(3) DCS、FCS控制系統(tǒng)DCS集散控制系統(tǒng)（DCS,Distributed Control Systerm）是集4C（Communication，Computer，Control，CRT）技術(shù)與一身的監(jiān)控系統(tǒng)。它主要用于大規(guī)模的連續(xù)工程控制系統(tǒng)中，如石化、電力等，在20世紀70年代到90年代末占據(jù)主導(dǎo)地位。其核心是通信，即數(shù)據(jù)公路。它的基本要點是：l 從上到下的樹狀大系統(tǒng)，其中通信是關(guān)鍵；l 控制站連接計算機與現(xiàn)場儀表、控制裝置等設(shè)備；l 整個系統(tǒng)為

33、樹狀拓撲和并行連線的鏈路結(jié)構(gòu)，從控制站到現(xiàn)場設(shè)備之間有大量的信號電纜；l 信號系統(tǒng)為模擬信號、數(shù)字信號的混合；l 設(shè)備信號到I/O板一對一物理連接，然后由控制站掛接到局域網(wǎng)LAN；l 可以做成很完善的冗余系統(tǒng)；l DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結(jié)構(gòu)。FCS現(xiàn)場總線技術(shù)以其徹底的開放性、全數(shù)字化信號系統(tǒng)和高性能的通信系統(tǒng)給工業(yè)自動化領(lǐng)域帶來了“革命性”的沖擊，其核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是數(shù)字化智能現(xiàn)場設(shè)備，本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。FCS的要點是：l 她可以再本質(zhì)安全、危險區(qū)域、易變過程等過程控制系統(tǒng)中使用，也可以用于機械制造業(yè)、樓宇控制系統(tǒng)中應(yīng)用范圍非常廣泛；

34、l 現(xiàn)場設(shè)備高度智能化，提供全數(shù)字信號；l 總線連接所有的設(shè)備；l 系統(tǒng)通信是互聯(lián)的、雙向的、開放的，系統(tǒng)是多變量、多節(jié)點、串行的數(shù)字系統(tǒng)；l 控制功能徹底分散。(4) PLCPLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可。它是已經(jīng)開放好的單片機產(chǎn)品，適合在單機電器控制系統(tǒng)、工業(yè)控制領(lǐng)域的制造業(yè)自動化和過程控制中使用。由于，PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點有：l 抗干擾能力強，可靠性高l 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強l 編程方便，易于使用l 功能強大，成本低l 設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短l 維護方便根據(jù)以上分

35、析，本文選用PLC作為控制系統(tǒng)。由于，需要輸入點數(shù)為6、輸出點數(shù)為20，選用小型PLC即可滿足要求。本文最終確定選用德國西門子的S7-200系列的CPU224主機。它集成14輸入/10輸出，最多可以有7個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，強大的模擬量和高速技術(shù)的處理能力。根據(jù)要求，擴展兩個輸出模塊EM222 DO8和EM222 DO4。3.3 PLC程序設(shè)計根據(jù)工藝流程要求，設(shè)計PLC程序。首先列出輸入輸出表，然后根據(jù)輸入輸出表繪出外部安裝接線圖。再用西門子S7-200仿真軟件，畫出梯形圖，并附上語句表。表3-1 PLC控制輸入輸出表輸入點輸出點名稱I代碼O代碼O代碼O啟動按鈕I0.0KM0Q0.0KM7

36、Q0.7KM14Q2.4暫停按鈕I0.1KM1Q0.1KM8Q1.0PG1Q2.5停止按鈕I0.2KM2Q0.2KM9Q1.1PB1Q2.6“管高壓差”信號I0.3KM3Q0.3KM10Q2.0PG2Q2.7取樣閥開I.04KM4Q0.4KM11Q2.1PB2Q3.0取樣閥關(guān)I0.5KM5Q0.5KM12Q2.2PG3Q3.1KM6Q0.6KM13Q2.3PG4Q3.2其中，接觸器KM0控制電機啟停，接觸器KM1KM13分別對應(yīng)控制閥門F1F13，接觸器KM14控制進料泵啟停。PG1表示報警燈，PB1表示報警鈴，PG2表示反洗燈，PB2表示反洗鈴，PG3表示濾水燈，PG4表示濾后燈。由此繪出P

37、LC的外部安裝接線圖圖3-3 PLC外部接線圖梯形圖如下：圖3-4 主控制程序梯形圖：復(fù)位程序圖3-5 主控制程序梯形圖：啟動程序圖3-6 主控制程序梯形圖：三種控制方式的子程序調(diào)用圖3-7 超時報警計時程序圖3-8 主控制程序梯形圖：欠壓報警激活與關(guān)斷程序圖3-9 主控制程序梯形圖：報警程序圖3-10 主控制程序梯形圖：停機程序圖3-11 主控制程序梯形圖：出水閥和排渣閥關(guān)閉程序圖3-12 主控制程序梯形圖：復(fù)位子程序調(diào)用圖3-13 點動控制子程序梯形圖：點動控制啟動圖3-14 點動控制子程序梯形圖：自清洗程序圖3-15 定時控制子程序梯形圖：周期定時程序與計數(shù)輸出圖3-16 定時控制子程序

38、梯形圖：自清洗程序圖3-17 壓差控制子程序梯形圖：差壓比較程序圖3-18 壓差控制子程序梯形圖：自清洗程序圖3-19 系統(tǒng)復(fù)位子程序梯形圖 圖3-20 系統(tǒng)自清洗計數(shù)程序語句表如下：Network 1 自清洗過濾器主程序：復(fù)位程序LD SM0.0A I0.2= M0.0Network 2 自清洗過濾器主程序：復(fù)位信號保持LD M0.0O M0.1AN T37TON T37, 20= M0.1Network 3 自清洗過濾器主程序：啟動程序LD I0.0AN I0.1AN M0.1= M0.2Network 4 自清洗過濾器主程序：進水閥開啟（延遲15秒開啟出水閥）LD M0.2O M0.3A

39、N T38TON T38, 150= Q0.0= M0.3Network 5 自清洗過濾器主程序：出水閥開啟（信號保持2秒）LD T38O M0.4AN T39TON T39, 20= Q0.2= M0.4Network 6 自清洗過濾器主程序：調(diào)用點動控制子程序LD I0.4O M1.0AN I0.5AN I0.6AN Q0.7AN I0.1CALL SBR0= M1.0= Q1.0Network 7 自清洗過濾器主程序：調(diào)用定時控制子程序LD I0.5O M2.0AN I0.6AN I0.4AN Q0.7AN I0.1CALL SBR1= M2.0= Q1.1Network 8 自清洗過濾

40、器主程序：調(diào)用壓差控制子程序LD I0.6O M3.0AN I0.4AN I0.5AN Q0.7AN I0.1CALL SBR2= M3.0= Q1.2Network 9 自清洗過濾器主程序：超時報警計時程序LD M1.2O M2.2O M3.2O M0.7AN Q0.5AN I0.1TON T44, 900= M0.7Network 10 自清洗過濾器主程序：欠壓報警激活與關(guān)斷程序LD I0.0O M10.0AN Q0.3AN I0.2= M10.0Network 11 自清洗過濾器主程序：報警程序LD M10.0AW<= AIW4, 11520O T44AN I0.0AN M0.1A

41、N M0.3= Q0.7Network 12 自清洗過濾器主程序：停機程序（關(guān)閉進水閥，延遲15秒關(guān)閉出水閥）LD I0.1O Q0.7O M0.5AN T40AN I0.0TON T40, 150= Q0.1= M0.5Network 13 自清洗過濾器主程序：出水閥關(guān)閉程序（信號保持2秒）LD T40O M0.6AN T45TON T45, 20= Q0.3= M0.6Network 14 自清洗過濾器主程序：排渣閥關(guān)閉程序LD M0.6O M1.3O M2.3O M3.3= Q0.5Network 15 自清洗過濾器主程序：復(fù)位子程序調(diào)用LD M0.1CALL SBR3Network 1

42、6 自清洗過濾器主程序：清洗計數(shù)程序LD Q0.4LD I0.2O I0.1CTU C10, 9994 結(jié)束語隨著人口急劇增長，工業(yè)迅速發(fā)展，水資源的利用狀況日益嚴峻。因此，對污水進行有效的處理和再利用就顯得頗為重要。過濾機能截留液體與固體顆?；旌衔镏械墓腆w顆粒，是一種實現(xiàn)固、液分離的設(shè)備，在污水的處理與再利用過程中起到了很重要的作用。某些工業(yè)生產(chǎn)排出的污水甚至只需通過過濾機的處理就能達到再利用的目的。然而，傳統(tǒng)的過濾與分離設(shè)備體積大，自動化程度不高，過濾效率低。對此，本文以自行開發(fā)的80m3/h處理量全自動立式過濾機為基礎(chǔ)，提出了全自動立式過濾機的各種工作參數(shù)的設(shè)計思想和方法，并利用過濾過程

43、中的壓降模型，確定控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。在傳統(tǒng)過濾設(shè)備的基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)新設(shè)計，使其更好的適應(yīng)市場的需求，具有一定的市場推廣價值。致謝在文美純老師的悉心關(guān)懷和大力支持下我的論文得以順利完成，在這里衷心的感謝文老師！老師去真求實的態(tài)度，誨人不倦，對學生工作高度認真負責的精神，給我留下了深刻的印象。這些有形和潛移默化的影響必將使我受益終生！同時，也要感謝同實驗組的所有老師和同學，他們在我論文編寫期間，給予了無私的關(guān)懷和幫助。特別感謝黃包秀同學，時刻激勵鞭策著我前進。再次感謝所有給予了我關(guān)懷和幫助的老師、朋友們！并向?qū)忛啽疚牡睦蠋焸冎乱猿绺叩木匆夂蜕钌畹闹x意！參考文獻1文美純，劉吉普 對全自動過濾機的探

44、討； 過濾與分離1997.第三期2文美純，劉吉普 可編程序控制器在過濾器上的應(yīng)用研究；過濾與分離2002.VOl12.NO43文美純，劉吉普 新型管道過濾器的開發(fā)研究 ；過濾與分離1996.第三期4丁啟圣、王惟一等.新型實用過濾技術(shù)M .北京：冶金工業(yè)出版社. 2000.1；5文棋.全自動自清洗過濾機過濾機理分析及控制系統(tǒng)研究. J浙江：大學碩士學位論文.2002.6；6管力明.PLC在硅藻土過濾機上的應(yīng)用J .機電工程2004年第21卷第七期.2004.7；7華東工業(yè)大學、浙江大學合編.化工容器設(shè)計M .武漢：湖北科學技術(shù)出版社.1985.6；8濮良貴、紀名剛主編.機械設(shè)計（第8版）.M.北

45、京：高等教育出版社.2006.5；9劉鴻文主編.材料力學（第4版）.M.北京：高等教育出版社.2004.1；10哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編. 理論力學（第6版）.M.北京：高等教育出版社.2002.8；11丁伯民、黃正林等編.化工容器.M .北京：化學工業(yè)出版社.2002.12；12李建興主編.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù).M .北京：機械工業(yè)出版社.2004.7；13姜繼海、宋錦春、高常識主編.液壓與氣壓傳動.M.北京：高等教育出版社.2002.8；14賀匡國.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊.第二版.M .北京：化學工業(yè)出版社.2002.315美E.E.路德維希.化工裝置實用工藝設(shè)計.第一卷.北京

46、:化學工業(yè)出版社，200616李世蕓主編.Solid Edge v12三維設(shè)計教程. M.北京：機械工業(yè)出版社.2003.7；17康勇、羅茜.液體過濾與過濾介質(zhì).北京：化學工業(yè)出版社，2008.2附錄：英文資料及翻譯PLC technique discussion and future developmentAlong with the development of the ages, the technique that is nowadays is also gradually perfect, the competition plays more more strong; the ope

47、ration that list depends the artificial has already can't satisfied with the current manufacturing industry foreground, also can't guarantee the request of the higher quantity and high new the image of the technique business enterprise.The people see in produce practice, automate brought the

48、 tremendous convenience and the product quantities for people up of assurance, also eased the personnel's labor strength, reduce the establishment on the personnel. The target control of the hard realization in many complicated production lines, whole and excellent turn, the best decision etc.,

49、well-trained operation work, technical personnel or expert, governor but can judge and operate easily, can acquire the satisfied result. The research target of the artificial intelligence makes use of the calculator exactly to carry out, imitate these intelligences behavior, moderating the work thro

50、ugh person's brain and calculators, with the mode that person's machine combine, for resolve the very complicated problem to look for the best pathWe come in sight of the control that links after the electric appliances in various situation, that is already the that time generation past, now

51、 of after use in the mold a perhaps simple equipments of grass-roots control that the electric appliances can do for the low level only;And the PLC emergence also became the epoch-making topic, adding the vivid software control through a very and stable hardware, making the automation head for the n

52、ew high tide.The PLC biggest characteristics lie in: The electrical engineering teacher already no longer electric hardware up too many calculationses of cost, as long as order the importation that the button switch or the importation of the sensors order to link the PLC up can solve problem, pass t

53、o output to order the conjunction contact machine or control the start equipments of the big power after the electric appliances, but the exportation equipments direct conjunction of the small power can.PLC internal containment have the CPU of the CPU, and take to have an I/ O for expand of exterior to connect a people's address and saving machine three big pieces to constitute, CPU core is from an or many is tired t