周边传动刮泥机机械系统的设计.rar

I 摘 要 刮泥机主要应用于广泛用于城市污水处理厂及各种工业废水处理工程中，功能是将 辐射式沉淀池中沉淀后的污泥刮集和排除，在污水处理设备中起到至关重要的作用，是 保证污水处理厂各种沉淀构建物正常运转的关键设备。 刮泥机一般又分为周边传动、中心传动、链条传动等，周边传动刮泥机又分为全跨 式和半跨式两种，本设计研究的是半跨式周边传动刮泥机。 在设计的过程中，围绕机械结构系统的要求展开的，通过对比几套方案的优缺点， 最后定下了本篇论文的设计方案，本设计选用半跨式周边传动，其中有水平桁架、旋转 桁架、板梁、中心旋转支承、刮臂与刮板、轮子与走道、联轴器等结构，该方案较好的 设计出了一套刮泥设备，该机械具有结构简单、重量轻，节约运行费用、维护管理方便， 消耗功率小，工效高，安全性高，传动平稳，操作方便造价低等优点。 关键词：刮泥机；污水处理；周边传动；半跨式 II Abstract Scraping mud-mainly used extensively for urban sewage treatment plants and industrial wastewater treatment projects, function is to be radiation-sedimentation tank precipitation after scraping the mud-and exclude, in sewage treatment equipment to play Commissioner important role is to ensure that the sewage treatment plant all kinds of precipitation Construction of the normal operation of key equipment. The mud scraper divides into the peripheral transmission, the central transmission, the chain drive generally and so on, the peripheral transmission mud scraper divides into entire straddle type and half straddle type two kinds, what this design research is half straddle type peripheral transmission mud scraper. In the design process, launches regarding the mechanism system's request, through contrasts several sets of plans the good and bad points, finally has settled this paper design proposal, this design selects half straddle type peripheral transmission, including the horizontal truss, the revolving truss, the plate girder, the central revolving supporting, to blow the arm and the scraper, the wheel and the aisle, shaft coupling isostructuralism, this plan good design set has blown the putty equipment, this machinery has the structure to be simple, the weight is light, saves the operating cost, the maintenance management to be convenient, the consumed power is small, the work efficiency is high, the security is high, the transmission is steady, ease of operation construction cost low status merit. Keywords Pare off mire machine Sewage treatment The periphery spread to move The half across type 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) I 目 录 1 绪论 .1 1.1 我国的环保形势及水工业设备 1 1.1.1 我国的环保形式、发展趋势及应对策略 1 1.1.2 我国城市污水再生利用的主要问题与发展对策 .1 1.1.3 我国水工业设备的整体概括和发展 .2 1.2 环保设备及污水处理工艺 .3 1.2.1 环保设备 .3 1.2.2 污水处理工艺 3 1.3 刮泥机 .6 1.3.1 刮泥机简介 .6 1.3.2 刮泥机的分类 6 1.3.3 周边传动式刮泥机的类型、工作原理及国内外发展状况 .8 1.3.4 初沉池 .9 1.4 本课题研发的意义 9 2 总体设计结构 .10 2.1 总体构成 .10 2.2 中心旋转支座 .12 2.3 桁架 13 2.3.1 水平桁架 .14 2.3.2 旋转桁架 .14 2.4 板梁 15 2.5 工作桥 16 2.6 刮臂与刮板 .17 2.6.1 刮臂 18 2.6.2 刮板 19 2.7 车轮及轨道 .19 2.7.1 车轮 19 2.7.2 轨道 21 2.8 初沉池设计 .21 2.9 联轴器的设计 .22 2.9.1 联轴器的分类 22 2.9.2 联轴器选择应考虑的问题 22 2.9.3 联轴器的选择 23 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) II 3 机械结构计算 .25 3.1 总体叙述 .25 3.2 总载荷 W 的计算 .26 3.3 板梁的校核 .28 3.4 旋转桁架的计算 29 结论 .30 致谢 .31 参考文献 .32 附录 .33 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 1 1 绪论 1.1 我国的环保形势及水工业设备 1.1.1 我国的环保形式、发展趋势及应对策略 随着人类社会的不断发展，尤其是人口的快速增加、城市化与工业化水平的不断提 高，随之而来的原始资源型和污染型水资源短缺问题也日益突出，并成为亟待解决的全 球性问题。在我国，水资源短缺和水污染加剧所构成的水危机也已经成为21世纪最严峻 的问题之一。许多地区出现工农业争水、城乡争水、地区之间争水、超采地下水和挤占 生态用水，尤其是北方和沿海地区。 世界上一些缺水国家把城市污水再生利用作为解决水资源短缺的重要战略之一，在 城市污水再生处理后用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下 水回灌和补充地表水等方面的研究与工程应用，已有较长的历史，不仅可以保护水环境， 而且缓解需水和供水之间的矛盾，促进水质水量的再生循环，取得了显著的环境、经济 和社会效益。 从20世纪80年代开始，我国就开始大力开发城市污水再生利用技术，从发展上给予 了肯定和充分重视。目前的主要再生利用途径包括灌溉用水、工业用水、市政用水、环 境用水、娱乐和景观用水、生活杂用水及其他用水等。 目前，我国已经有一大批城市正在实施城市污水再生利用工程或列入实施计划，一 些城市拟建、在建污水处理厂已同时对污水的再生利用工程进行了考虑。 展望今后更长的时期，我国城市污水处理和污水再生利用必将有更大发展。从这个 意义来说，我国的城市污水再生利用，目前还处于发展起步阶段。 1.1.2我国城市污水再生利用的主要问题与发展对策 目前我国尚未建立系统的城市污水再生利用规划指标体系。在城市建设总体规划中， 虽然均进行了城市的供水及排水规划，但在水资源的综合利用方面缺乏统一的规划，尤 其是城市污水再生利用规划。随着城市污水处理设施建设的加快及污水再生利用工作的 逐步开展，没有统一的规划进行协调，势必会造成重复建设和决策失误。因此，城市污 水再生利用应纳入城市总体规划以及城市水资源合理分配与开发利用计划，在综合平衡、 科学论证基础上，针对城市实际情况进行总体规划，确定其应有的位置和作用。 城市污水的收集与处理是城市污水再生利用的重要前提条件，目前我国的城市污水 管网建设严重滞后于城市发展，二级生物处理率不到15%，影响了城市污水再生利用的潜 力与规模。因此，强化城市污水管网与污水处理工程设施的建设是推动城市污水再生利 用的关键。 城市污水再生利用需要健全的法制保障和全面统一管理，而在我国两者都很薄弱。 城市污水再生利用工作，单靠政府行为，没有市场推动，必然动力不足；单靠市场推动， 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 2 没有政府引导，也必然难见成效。因此有必要充分考虑城市污水再生利用工作的特点， 既要靠市场推动，也要加强政府行为。强有力的政府推动和切实有效的广大用水户的积 极自觉行动相结合，才可能促使我国的城市污水再生利用工作跃上一个新台阶。 同时我们要形成环保和节水观念，我们要利用各种宣传形式，向人民群众和再生水 使用单位普及城市污水再生利用的科学知识，帮助人们克服污水再生利用的心理障碍和 对使用再生水的不信任感。我们要高度重视城市污水再生利用示范工程，进行“眼见为实 “的宣传教育。城市污水处理厂或再生水厂应率先试用示范工程出水，向社会提供再生水 利用的实际样板。 1.1.3 我国水工业设备的整体概括和发展 经过 20 多年的发展，中国环保产业已初具规模，一些技术、设备和服务项目已接近 发达国家 20 世纪 80 年代的水平。中国环保产品以空气和水污染治理设备为主，分别占 环保产品年总值的 40%以上。固体废物设备的年产值占全国环保产品总产值的比率约 5%；噪声与振动控制设备的年产值占全国环保产品产值的 6.5%；环境监测仪器年产值约 占 2.3%。目前环保机械产品的国际贸易市场基本仍为发达国家所占领，中国市场重要领 域也被国外技术产品所垄断。虽然国产设备优势较多，但进口设备仍占据中国大量市场 份额。 中国“十一五”环境保护投资占 GDP 的比例将达到 1.4%-1.5%左右，投资总额大约在 1.3 万亿元，这一环保投入在发达国家也属于中上水平。巨大的环保投资，将为环保机械 制造业构筑巨大市场。 “十一五”期间国内环保装备市场的需求量将稳定增长；重点需求 领域向为发展循环经济服务的方向拓展；市场主体结构进一步优化，运行质量提高，市 场竞争依然激烈。 “十一五”期间，中国环保装备出口产品的发展趋势是，由单机出口为 主向单机出口与设备成套出口并举的方向发展。 污水处理基本上分为工业废水处理和不同的城市污水处理。不同类废水的处理废水 不一样的。 基本先设置隔栅，去除大型杂质，接着一般设置初沉池(为了去除一定粒径的固体杂 质），接着隔油（一般为炼化行以及油田方面使用），一般两级。而后浮选（基本上为 废水处理的必须工艺，去除大量的固体悬浮物以及有机杂质并且起到破除乳化的作用）， 一般也分为两级，接着使用二沉池（进行二次沉淀，去除有机杂质），随后进行生物处 理，生物处理包括最多，一般为活性污泥法，间歇暴气，生化塘等。具体有 CASS，SBR，DAF，氧化沟等，接下来再进行沉淀使用二次沉淀池或者过滤器。也就是说， 基本分为物理法，化学法和生物法，不过，最常见的是生物处理法，工艺复杂，但运行 费用低，一般没有二次污染。 不过所有工艺基本上三者都包含。一些特殊行业或者地方 由于资金、占地面积等因素制约，而采取单纯的物理化学法。 沉淀是污水净化工艺流程中的重要环节之一，沉淀池排泥直接影响水质处理的效果。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 3 沉淀池通过重力沉淀的原理，去除污水中的泥等悬浮物。它有幅流式、平流式、周进周 出、周进中出等多种形式。污水经过格栅或者筛滤器处理进入初次沉淀池沉淀泥沙，池 底部会留下大量的积泥，污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。随着国内污水处理 事业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增 加。污水污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质，还存在重金属、致 病菌和寄生虫等有毒有害成分。为防止污泥造成的二次污染及保证污水处理厂的正常运 行和处理效果，对于初次沉中污泥的处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已日益 突出。采用排泥机械可以有效减轻劳动强度，保证沉淀效果。排泥机的工作情况直接关 系到沉淀池的可靠运行和生产效率。在一般水处理过程中，均需用到排泥机械，排泥机 械是保证水处理厂各种沉淀构筑物正常运转的关键设备。 1.2 环保设备及污水处理工艺 1.2.1 环保设备 吸刮泥机是主要用于污水处理过程初沉池、二沉池、浓缩池中排泥的专用机械。沉 淀池排泥机械一般按以下分类方式分类。 表 1-2 排泥机械分类表 泵吸式 单管扫描式 吸泥机 虹吸式 多管并列式 翻板式 行车式 刮泥机 提板式 单列链式链板式 双列链式 水平式 平流式 螺旋输送式 倾覆式 四刮臂式幅流式 中心传动 垂架式 刮泥机 双刮臂式 水位差动吸式 虹吸式吸泥机 空气提升式 悬挂式 刮泥机周边传动 吸泥机 1.2.2 污水处理工艺 污水工艺主要有：城市污水处理工艺：曝气生物滤池，城市污水 SPR 除磷工艺， Ａ／Ｏ生物滤池处理工艺，改良 A2/O 工艺，改良型氧化沟工艺，CASS 工艺等。 1) 曝气生物滤池工艺简介： 曝气生物滤池(Biological Aeration Filtration)，就是在生物滤池处理装置中设 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 4 置填料，通过人为供氧，使填料上生长大量的微生物。曝气生物滤池由滤床、布气装置、 布水装置、排水装置等组成。曝气装置采用配套专用曝气头，产生的中小气泡经填料反 复切割，达到接近微控曝气的效果。由于反应池内污泥浓度高，处理设施紧凑，可大大 节省占地面积，减少反应时间。 工艺流程： 图1-1 曝气生物滤池工艺流程 应用范围：中、小型城市污水处理厂。 2) 城市污水SPR除磷工艺简介： 水体富营养化主要原因是人类向水体排放了大量的氨氮和磷，磷更是水体富营养化 的最主要因素。纵观国内污水处理厂，除磷技术一直是困扰污水处理厂运行的难题。传 统的物化除磷技术需要大量的药剂，具有运行成本高，污泥产量大的缺点；前置厌氧的 生物除磷工艺具有运行费用低的优点，但是由于完全依赖于微生物的摄磷、释磷作用， 难以达到国家污水综合排放的要求。当考虑中水回用时，则更难以达到要求。为此，我 公司在现有的物化除磷与生化除磷的技术基础上，结合我公司的实际工程经验，开发出 了城市污水深度除磷技术—SPR除磷工艺。该工艺以厌氧生物除磷机理为主要技术依托， 采用SPR除磷工艺，通过强化厌氧释磷，并辅以物化沉淀去除释放磷的方法，达到整个生 化处理系统的除磷要求。 工艺流程： 图1-2 SPR除磷工艺流程 应用范围 ：大、中、小型城市污水处理厂新建 、大、中、小型城市污水处理厂改 造 城市污水处理厂磷的回收利用。 3) Ａ／Ｏ生物滤池处理工艺简介： 由于我国小城镇居住点分散，污水源分布点多量少，城镇级污水厂的规模多低于 10000吨/日。目前国内大中型城市污水处理厂经常采用的处理技术有传统活性污泥法、 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 5 A2/O、SBR、氧化沟等，如果以这些技术建设小城镇污水处理厂会造成由于居高不下的运 行费用，无法正常运行。必须针对小城镇的特点采用投资省，运行费用低，技术稳定可 靠，操作与管理相对简单的工艺。 工艺流程： 图1-3 Ａ／Ｏ生物滤池处理工艺流程 应用范围：2000～10000吨/日以下的小城镇污水处理厂 4) 改良A2/O工艺： 改良A2/O工艺综合了A2/O工艺和改良UCT的优点，有着良好的生物脱氮除磷效果，脱 氮能力高于A2/O工艺。改良A2/O工艺处理流程简图如下： 图1-4 改良A2/O工艺流程 5) 改良型氧化沟工艺 改良型氧化沟在工艺上，是根据废水水质的不同组合成不同比例的厌氧－好氧－缺 氧（厌氧）－好氧－缺氧－好氧的生物处理工艺。这种流程不但有良好的脱氮除磷效果， 而且在厌氧和缺氧条件下能把大分子量的有机物裂解成易于好氧生物降解的低分子量有 机物。 改良型氧化沟工艺处理流程简图如下： 图1-5 改良型氧化沟工艺流程简图 6) CASS 工艺 CASS(Cyclic Activated S1udge System) 工艺是普通 SBR 工艺的一种改进型工艺。 CASS 反应池由预反应区和主反应区组成，预反应区控制在缺氧状态，因此，提高了对 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 6 难降解有机物的去除效果提高。 CASS 进水是连续的，因此进水管道上 无电动控制阀 ，单个池子可独立运行 。 CASS 工艺可以根据脱氮除磷效果的要求，将预反应区分成厌氧、缺氧两段。在工艺 运行过程中，可根据实际污泥性状和除磷要求选择回流装置的开启。 1.3 刮泥机 1.3.1刮泥机简介 刮泥机主要应用于广泛用于城市污水处理厂及各种工业废水处理工程中，功能是将 辐射式沉淀池中沉淀后的污泥刮集和排除，在污水处理设备中起到至关重要的作用，是 保证污水处理厂各种沉淀构建物正常运转的关键设备。 本设计所研究的刮泥机就是应用与沉淀池中用于刮除池低污泥的专用设备。 1.3.2刮泥机的分类 按池型分为圆型和矩形两大类。 圆型池按传动方式主要分为中心传动和周边传动两类。 矩形池有桁架式、链条传动和钢丝绳传动的不同。 总之，国产的刮泥机随着处理工艺的发展，产生了多种结构、多种排泥方式的一系 列品种，基本能满足工艺的需要。 表 1—2 常用排泥机械的适用范围、特性及优缺点 序 号 机种名称 池 形 池径或池宽 （m） 适用范围 池底斜度 刮泥速度 (m/min) 优缺点 1 行车式泵 吸，虹吸 吸泥机 矩 形 8-30 （1）给水平流 沉淀池 2）排 水二次沉淀池 （3）斜管沉淀 池 4）悬浮物 含量应低于 5000mg/L（5） 固体重度不大 与 2.5mg/粒 平底 0.6-1 优点（1）边行进边吸泥， 效果较好（2）根据污泥量 多少，调节排泥次数（3） 往返工作，排泥效率高。 缺点（1）除采用液下泵外， 吸泥前必须先引水，操作 比较麻烦。 （2）池内不一 致 3）吸出污泥的含水率高 2 行车式提板刮泥机 矩形 4—30 （1）给水平流 沉淀池（2）排 水初次沉淀池 1/100- 1/500 0．6 优点（1）排泥次数可由污 泥量确定（2）传动部件可 脱离水面，检修方便（3） 回程时，收起刮板，不扰 动沉泥缺点：电器原件如 设在户外，易损坏 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 7 3 链板式刮泥机 矩形 6.0沉砂池排水初次沉淀 池 二次沉淀池 1/100 3 0． 6 0．3 优点（1）排泥效率高，在 循环的牵引链上，每隔 2m 左右装有一块刮板，使刮 泥保持连续（2）刮泥批擗 渣保持两用，机构简单。 缺点：（1）池宽受到刮板 的限制，通常不大于 6m（2）链条易磨损，对材 质的要求高 续表 1-2 5 6 7 悬挂式中 心传动刮 泥机 垂架式中 心传动刮， 吸泥机 周边传动 吸刮泥机 圆 形 6-12 14-60 14-100 给水幅流沉淀 池 排水初次沉淀 池 排水二次沉淀 池刮泥 1/12- 1/10 /12-1/10 1/12-1/1 平底- 1/20 1/4—1/6 最外缘刮 板端 1—3 优点：（1）结构简单 （2）连续运转管理方便 缺点：刮泥速度受刮板外 缘的速度控制 8 机械澄清 搅拌池刮 泥机 圆 形 3—6 7—15 机械澄清搅拌 池 1/12 抛 物线 最外缘刮 板端 1．8—3 优点：排泥彻底 缺点： （1）水下传动部件的维修 较困难（2）销齿磨损，不 易察觉 以下是几种常用刮泥机的图片： a) 垂架式中心传动刮泥机 b) 链板式刮泥机 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 8 c) 周边传动式刮泥机 d)行车式虹吸吸泥机 e) 行车式提板刮泥机 h) 悬挂式中心传动刮泥机 图1-6几种常用的刮泥机 1.3.3周边传动式刮泥机的类型、工作原理及国内外发展状况 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 9 本课题研发的周边传动刮泥机主要用于污水处理行业沉淀池去除泥污。他主要有中 心旋转座、工作桥、刮臂刮板、导流筒、拦渣排渣装置等组成，工作时，污 水从中心支 墩处经导流筒扩散后均匀流向池周，混合液中粗大的颗粒经沉淀 后在池底形成污泥层， 比重较经的浮于液面，工作桥在周边驱动机构的带动下沿中心支座作缓慢旋转，较支式 刮臂依据重力带动刮板将污泥逐层由池周刮向中心集泥坑，通过池内水压将污泥排出池 外，浮渣刮板沿导流筒将浮于液面的浮渣撇向池周的排渣斗内，通过自动冲洗机构将浮 渣排出池外。该机不仅使用于城市污水处理厂的大直径圆形除沉池，调节池，污泥浓缩 池等设备的污泥排除，而且也适用与城市自来水厂的加速澄清池，用以刮除经澄清而沉 淀于池低的泥沙。 主要特点： 1)结构简单、重量轻：由于采用半桥式，只有一套驱动装置，而且主梁兼作输泥槽， 与目前国内大量使用的全桥式吸泥机比，重量显著下降； 2)节约运行费用、维护管理方便：由于采用虹吸管将泥槽的污泥经不旋转的中心泥 罐排至中心排泥管，没有动密封，杜绝了上清夜短流，既避免了回流泵能耗的浪费，又 保证了回流污泥的浓度，为生化工艺正常运行创造条与钢丝绳拽引式刮泥机，链条传动 刮泥机想比，具有消耗功率小，工效高，传动平稳，操作方便造价低等优点。 主要特点件。同时，也根除了由于动密封而带来的维护工作； 3)可选新型的传动装置，驱动装置中关键部件—减速器采用先进的轴装式，无须对 中，不用联轴器，结构紧凑、效率高、重量轻； 4)可配置过扭保护机构，当扭矩达到设定值时自动报警停机，安全可靠。 5)与钢丝绳拽引式刮泥机，链条传动刮泥机想比，具有消耗功率小，工效高，传动 平稳，操作方便造价低等优点。 1.3.4初沉池 初次沉淀池是一级污水处理厂的主题处理构筑物，或作为二级污水处理厂的预处理 构筑物设在生物处理构筑物的前面。处理的对象是SS和部分BOD5，可改善生物处理构筑 物的运行条件并降低其BOD5负荷。初沉池包括平流沉淀池，辐流沉淀池和竖流沉淀池。 初沉池的主要能耗设备是排泥装置，比如链带式刮泥机，刮泥撇渣机，吸泥泵等， 但由于排泥周期的影响，初沉池的能耗是比较低的。 1.4本课题研发的意义 本毕业设计是学生在教师的指导下，独立从事机械设计工作的初步尝试，其基本目 的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识、基本技能研究和处理问题的能力。 是学生对四年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过考察、 立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程，检查学生的思维能力、动手能力。并通 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 10 过毕业答辩、毕业设计来考核教学水平，对深化教学改革，提高教学质量具有重要的意 义。 2 总体设计结构 2.1 总体构成 周边传动刮泥机按旋转桁架结构可分为半跨式和全跨式两种。 全跨式周边传动刮泥机如图 2-1 所示，具有横跨池径的工作桥，桥架的两端各有一 套驱动机构，旋转桁架为对称的双臂式桁架，并具有对称的刮板布置。 半跨式周边传动刮泥机常见的有旋转桁架式或可动臂式，如图 2-2 和图 2－3 所示， 主要由中心旋转支座、旋转桁架(或可动臂)、刮板、撇渣机构、集电装置、驱动机构及 轨道等部件组成，结构比较简单。半跨式桥架的一端与中心立柱上的旋转支座相接，另 一端安装驱动机构和滚轮．通过传动使滚轮在池周走道平台上作圆周运动，同时池内刮 板将污泥刮向池中心的集泥槽内。桁架的驱动力，主要是以驱动滚轮与钢轨之间，或是 实心橡胶轮与混凝土面之间的摩擦系数乘以驱动轮轮压所产生的摩擦力确定。驱动阻力 大于摩擦力时，滚轮产生打滑现象，这与行车式吸泥机所介绍的情况一样。因此，必须 注意驱动力和摩接力的关系，设计时需进行防滑验算。如摩擦力不足时，应采取增加压 重或采用带齿轮的滚轮在带齿条的轨道上滚动等措施，以满足驱动力。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 11 图 2-1 全路式周边传动刮泥机总体结构 1－刮板； 2－可动臂； 3－桥架； 4－旋转支撑；5－撇渣装置 图 2-2 半跨式周边传动刮泥机(旋转桁架式)总体结构 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 12 图 2-3 半跨式周边传动刮泥机(可动臂式)总体结构 1－刮臂；2－可动臂；3－桥架；4－旋转支架；5－撇渣装置 本课题研究设计的就是半垮式周边传动刮泥机，机械部分主要有中心旋转支座、旋 转桁架(或可动臂)、水平桁架、板梁、刮板、轨道、稳流筒、轮子和轨道，走道等。 2.2 中心旋转支座 中心旋转支座是周边传动刮泥机的重要部件之一，由固定支承座、转动套、推力滚 动轴承和集电环等四个部件组成，如图 2-4 所示。中心旋转支座安装在兼作进水管的中 心柱管平台上，柱管大多采用钢筋混凝土结构。轴承主要承受轴向荷载，径向荷载较小。 但如周边驱动滚轮的走向，偏离正常轨迹或钢轨圆心与中心轴承不同心，在中心轴承上 将产生严重的径向力。因此，必须保证车轮的安装精度。中心支座与旋转桁架以铰接的 形式连接，刮泥时产生的扭矩作用于中心支座时即转化为中心旋转轴承的圆周摩擦力， 因而受力条件较好，这与以中心传递扭矩的中心传动刮泥机有很大的不同。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 13 图 2-4 中心旋转支座 1－挡圈；2－旋臂；3－螺钉；4－压盖；5－检修孔盖；6－集电器；7－销轴；8－防尘罩；9－推力轴 承；10－盖；11－支座 图 2-5 为周边传动刮泥机的中心旋转支座的另一种形式，也是本设计采用的形式， 桥架与中心旋转支座的连接，仍采用销轴铰接，以保持桥架运行过程中良好的受力状态。 同时为了改善旋转桁架的受力条件，也有将旋转桁架与刮板的刚性连接改为铰接的形 式．如图 2-5 所示。当污泥阻力对铰点产生的力矩大于刮板自重对铰点的力矩时，刮板 会自行绕铰点转动，从而避免将力传递至旋转桁架。 图 2-5 中心旋转支座 2.3 桁架 桁架（TRUSS）由杆件通过焊接、插销、铆接或螺栓连接而成的钢结构，称为“桁架” 。由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用下，桁架杆件主要 承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料， 减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，如屋架、桥梁、输电 线路塔、卫星发射塔、水工闸门、起重机架等。常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预 应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。桁架按外形分有三 角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、平行弦桁架，及空腹桁架。在选择桁架形式时，应 综合考虑桁架的用途、材料、支承方式和施工条件，在满足使用要求的前提下，力求制 造和安装所用的材料和劳动量为最小。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 14 焊接桁架应以杆件形心线为轴线，螺栓（或铆钉）连接的桁架可采用靠近杆件 形心线的螺栓（或铆钉）准线为轴线，在节点处各轴线应交于一点（钢管结构除外）。 当桁架弦杆的截面变化时，如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的 5%，可不考虑 其影响。 分析桁架杆件内力时，可将节点视为铰接。对用节点板连接的桁架，当杆件为 H 形、箱形等刚度较大的截面，且在桁架平面内的杆件截面高度与其几何长度（节点中 心间的距离）之比大于 1/10（对弦杆）或大于 1/15（对腹杆）时，应考虑节点刚性所 引起的次弯矩。 当焊接桁架的杆件用节点板连接时，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间隙不应 小于 20mm，相邻角焊缝焊之间净距不应小于 5mm。 当桁架杆件不用节点板连接时，相邻腹杆连接角焊缝焊之间净间距不应小于 5mm（钢 管结构除外）。 节点板厚度一般根据所连接杆件内力的大小确定，但不得小于 6mm。节点板的 平面尺寸应适当考虑制作和装配的误差。 跨度大于 36m 的两端铰接支承的桁架，在竖向荷载作用下，下弦弹性伸长对支承 构件产生水平推力时，应考虑其影响 本设计所设计的有水平桁架和旋转桁架两种形式 2.3.1 水平桁架 其形状如图 2-6 所示： 图 2-6 水平桁架 主梁只承受刮泥机自重及活载（包括人员和所携带的工具器材等）所产生的垂直荷 载。刮泥机运行时所产生的惯性、风载以及集泥阻力矩等水平荷载，由水平桁架承受。 同时水平桁架作为工作走道和驱动装置的支架。 本桁架所采用的是角型碳钢，铰接形式连接。 2.3.2 旋转桁架 其形状如图 2-7 所示： 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 15 主视图 俯视图 图 2-7 旋转桁架 旋转桁架主要计算载荷为桁架自重重力、刮板重力、驱动机构重力及活载等。支撑 条件为简支梁。水平方向主要是考虑刮泥阻力对桁架的水平推力。 桁架与中心支座转套连接采用销轴铰接，当行走滚轮因轨面不平而起伏时，桁架能 绕销轴做稍微的转动而避免桁架受扭变形。销轴的轨径大小因按抗剪验算确定。 本桁架采用角型碳钢材料。 2.4 板梁 焊接梁的翼缘一般用一层钢板做成，当采用两层钢板时，外层钢板与内层钢板厚度 之比宜为 0.5~1.0。不沿梁通长设置的外层钢板，其理论截断点处的外伸长度 L1 应符合 下列要求： 端部有正面角焊缝： 当 H1=0.75T 时 L1=B 当 H1=1.5B 端部无正面角焊缝： L1=2B B 和 T 分别为外层翼缘板的宽度和厚度； H1 为侧面角焊缝和正面角焊缝的焊脚尺寸。 铆接（或高强度螺栓摩擦型连接）梁的冀缘板不宜超过三层，翼缘角钢面积不宜少 于整个翼缘面积的 30%，当采用最大型号的角钢仍不能符合此要求时，可加设腋板（图 2-8）。此时角钢与腋板面积之和不应少于翼缘总面积的 30%。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 16 图 2-8 铆接（或高强度螺栓摩擦型连接）梁的翼缘截面 当翼缘板不沿梁通长设置时，理论截断点处外伸长度内的铆钉（或摩擦型连接的高 强度螺栓）数目，应按该板 1/2 净截面面积的抗拉、抗压承载力进行计算。 焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角，当切成斜角时，其宽约 b*/3,（但 不大于 40mm），高约 b*/2（但不大于 60mm），见图 2-9，b*为加劲肋的宽度。 图 2-9 加劲肋的切角 梁的端部支承的加劲肋的下端，按端面承压强度设计值进行计算时，应刨平顶 紧，其中突缘加劲板的伸出长度不得大于其厚度的 2 倍。 本设计板梁采用角钢，其形状如图 2-10： 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 17 板梁截面 图 2-10 板梁 2.5 工作桥 工作桥是水平桁架和板梁的总成，水平桁架和板梁就是工作的两大部分。 工作桥的一端固定在中心旋转支座上，另一端架在沉淀池的池壁顶上。其作用是作 为修检管理的通道，不安装机械设备。 图 2-11 为工作桥的一般形状： 图 2-11 工作桥结构 2.6 刮臂与刮板 本设计采用的是铰接式刮板，刮板高约 250~300mm，采用 3~4mm 厚的钢板制作。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 18 图 2-12 铰接式刮扳 1－柱管；2－铰轴；3－刮臂；4－刮板 周边传动刮泥机的刮板设计，根据旋转桁架的结构形式确定全跨布置或半跨布置。 由于本设计采用的是半垮式周边传动，故刮板半垮布置在旋转桁架上。 2.6.1 刮臂 半垮式周边传动刮泥机刮臂的形式有悬臂三棱柱桁架结构和悬臂半截面矩形桁架等， 图 2-13 为悬臂三棱柱桁架结构，用于小直径半垮式周边传动刮泥机，图 2-14 为悬臂半 截面矩形桁架，用于大直径半垮式周边传动刮泥机。为了便于刮板的排列，安装与受力 平衡，通常都以对称形式布置两个刮臂，同时，刮臂的底弦应与池底坡面平行。 图 2-13 悬臂三棱柱桁架结构刮臂 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 19 图 2 -14 悬臂半截面矩形桁架结构刮臂 刮臂主要承受的是刮泥阻力和刮臂、刮板等自重的作用。对悬臂式的桁架来说，它一 方面承受水平方向由挂你阻力所产生的力矩，又承受竖直方向由刮臂之重所引起的弯矩。 2.6.2 刮板 由于沉淀池的集泥槽位于水池中心，对于中心进水的沉淀池来说，积泥大多集中在 中心导流筒的池底上，为提高刮泥的效率，最好是将刮板的形状设计成对数螺旋线。直 径小的刮泥机可以设计成两条对称排列的整体对数螺旋线性刮板，直径大的刮泥机由于 整体曲线的刮板在安装上有困难，可以将螺旋线分为若干段，平行的安装在刮臂上。 此外，对数螺旋线是一变曲率曲线，刮板制造比较困难，因而在设计中可以简化成 直线刮板的形式，刮板与刮臂中心线的夹角为 45 度，相互平行排列。 刮板的数量及长度：刮板的数量及长度与刮臂的结构有关，刮臂上的刮板数量应满 足刮泥的连续性。当刮板较长时，则要求刮臂桁架底弦有较大的宽度，同时还要求刮臂 有足够的结构强度和刚度。 设置刮板时，可先从距池边 0.3—0.5 处开始，如采用分块安装，则除第一块起始刮 板的长度，按实际需要设计外，其余均有一定的前伸量，以保证临近的刮板在刮臂轴心 的投影彼此重叠。其重叠度为刮板长度投影的 10%--15%，一般为 150—250mm。主要连续 重叠下去，直到最后一块刮板的末端伸到中心集泥槽的外周 0.1—0.15m 为止。刮板的长 度随桁架结构形式而变，通常由池边往中心布置，长度逐渐增大。 刮板高度：刮板的高度取决于刮送污泥层的厚度。通常设计的刮板高度要比污泥层 厚度高出一个固定值。但沉淀池的污泥含水率较高，相对密度与水接近，具有一定的流 动性，污泥层高度较难确定，通常各块刮板取同一高度，约 250mm，刮板下缘距池底为 20mm。 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 20 2.7 车轮及轨道 2.7.1 车轮 刮泥机行车的车轮踏面可采用圆柱形双轮缘铸钢车轮（如图 2-15 所示）或铁心实心 橡胶车轮（如图 2-16 所示）两种类型。使用有轮缘的铸钢车轮时，应同时配置钢轨，轮 缘的作用是导向和防止脱轨。使用单轮缘车轮时，当两侧车轮运行不同步，它可起到自 动调节的安全保护作用。使用无轮缘实心橡胶轮时，应在刮泥机行车两侧的前、后设置 水平橡胶靠轮，沿池壁滚动时起到限位导向作用，导向车轮如图 2-17 所示。 a 主动车轮 b 从动车轮 图 2-15 铸钢车轮 图 2-16 铁心实心橡胶车轮 图 2-17 导向橡胶靠论 图 2-18 为铸钢车轮与钢轨相配合的关系，考虑到车轮的安装误差和行车受温度的影 响、车轮凸缘的内净间距应与轨顶宽度间留有适当的间隙，其值为 15—20mm。如图 2-19 为所示为橡胶靠轮和水池池壁的配合尺寸，其间隙不大于 10mm。 图 2-18 钢车轮与钢轨的配合 图 2-19 导向靠轮与池壁的间距 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 ) 21 实心胶轮的形式有压配式、螺旋连接式和固定式三种，如图 2-20 所示，轮缘的尺寸 D（mm）为实心胶轮的外径，b（mm）为实心胶轮宽度，D1(mm)为轮辋外径，D2（mm）为 实心胶轮制造时的定位基准。 a 压配式 b 螺旋连接式 c 固定式 图 2-20 实心胶轮的主要尺寸 对于