基于螺旋轴和动静环优化设计的叠螺式脱水机的研发

摘要

叠螺式脱水机是一种高效率、低维护且能够实现自清洗的新型螺旋挤压过滤机，可用于市政、食品饮料、印染、造纸等各行业污泥脱水。针对在中小型污泥处理项目上，带式压滤机、离心式过滤机和板框式压滤机处理污泥的运行成本高，能耗高，工作坏境差且处理效果难以保证的问题，本课题研制了叠螺式脱水机，可以实现在保证污泥处理效果的前提下节约能耗、降低运行成本以及改善工作环境。
　　本课题完成了叠螺式脱水机的整体结构设计和三维建模，并运用流场分析软件Fluent对污泥流动进行了数值模拟分析以及运用有限元分析软件Workbench对关键部件螺旋轴进行了结构分析及优化;根据静环在叠螺式脱水机污泥脱水的入料段、浓缩段和脱水段承载不同的情况，运用Workbench对每个阶段中的静环进行静力结构分析和结构参数优化设计，根据分析结果完成了静环的最佳结构参数设计;结合动环的受力特点和运动特点，运用Workbench对每个阶段中的动环进行了结构分析及优化，得到了动环的最佳结构参数;根据叠螺式脱水机的工作流程，设计了与其配套的控制系统。该控制系统能够实现污泥输送泵、絮凝剂输送泵、搅拌机、螺旋轴电机和电磁阀的集中控制。
　　经过有限元分析验证，本课题设计的螺旋轴和动静环结构合理，强度满足要求。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题来源

1．3 过滤分离简介

1．3．1 过滤机的分类

1．3．2 过滤介质

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 课题目的及意义

1．6 课题研究内容

第2章 叠螺式脱水机总体方案设计与结构设计

2．1 叠螺式脱水机的过滤原理

2．1．1 过滤基础理论

2．1．2 叠螺式脱水机的过滤原理

2．2 叠螺式脱水机总体方案设计

2．2．1 叠螺式脱水机的设计要求

2．2．2 总体方案设计

2．3 主要部件设计

2．3．1 螺旋轴设计

2．3．2 动静环组成的叠螺式滤网设计

2．3．3 电机和减速器选型

2．3．4 背压装置设计

2．3．5 污泥进料部分设计

2．3．6 其他部件设计

2．4 本章小结

第3章 螺旋轴结构设计及优化

3．1 螺旋轴结构设计

3．2 螺旋轴结构参数计算

3．2．1 螺旋叶片截面形状的确定

3．2．2 螺距和螺旋升角的确定

3．2．3 旋转轴直径的确定

3．2．4 压缩比的计算

3．3 有限元仿真分析

3．3．1 流场设计及分析

3．3．2 螺旋轴结构分析

3．4 螺旋轴优化设计

3．5 螺旋轴模态分析

3．5．1 模态分析

3．5．2 螺旋轴模态分析

3．6 本章小结

第4章 静环有限元分析及优化

4．1 静环承载分析

4．2 静环有限元模型的建立

4．3 施加载荷和约束

4．4 结果分析

4．4．1 静环应力分析

4．4．2 静环变形分析

4．5 静环优化设计方案

4．6 本章小结

第5章 动环有限元分析及优化

5．1 动环结构优化

5．2 动环有限元模型的建立

5．3 施加载荷和约束

5．4 求解结果分析

5．4．1 脱水段动环变形分析

5．5 动环优化设计方案

5．5．1 结果分析

5．5．2 优化设计方案

5．6 本章小结

第6章 控制系统设计

6．1 控制系统设计要求

6．2 控制系统设计方案

6．2．1 污泥脱水控制系统设计方案

6．2．2 PLC选型

6．3 控制系统硬件设计

6．3．1 电气控制电路设计

6．3．2 PLC输入输出电路图

6．4 控制系统软件设计

6．5 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况