農(nóng)村水糞分離回收利用的筒體離心風(fēng)干設(shè)施研究

任士賢

（蘭州博文科技學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

0 引言

從整體上來看，農(nóng)村的地域相對(duì)比較廣闊，而且經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低，自我發(fā)展能力也相對(duì)較弱，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施有著較強(qiáng)的依賴性。為響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保，建設(shè)美好鄉(xiāng)村的各類政策，開始加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村糞便的處理。由于糞便中含有大量的高濃度的病原體，有機(jī)物質(zhì)在進(jìn)入到水體之后就開始分解，可以消耗大量的溶解氧，使整個(gè)水體一直發(fā)臭，這樣就很容易導(dǎo)致水生生物發(fā)生大量死亡的現(xiàn)象，而且N、P可以使水體更加富營(yíng)養(yǎng)化，這樣在厭氧的情況下，就很容易產(chǎn)生一些惡臭的氣體，這樣會(huì)對(duì)周圍土壤以及農(nóng)作物生長(zhǎng)造成負(fù)面影響，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，成熟期明顯推遲等系列問題，對(duì)后續(xù)農(nóng)作物生產(chǎn)造成不同程度的影響。本文主要就是針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了水糞分離回收利用的筒體離心風(fēng)干裝置，并對(duì)該裝置各個(gè)部分進(jìn)行了相應(yīng)介紹。

1 農(nóng)村水糞分離回收利用的筒體離心風(fēng)干設(shè)施結(jié)構(gòu)分析

1.1 主要結(jié)構(gòu)

當(dāng)前農(nóng)村糞水處理的問題較為嚴(yán)重，一直都是建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的重點(diǎn)所在。在本文的研究中，對(duì)農(nóng)村水糞分離回收利用的筒體離心風(fēng)干設(shè)施進(jìn)行了相應(yīng)介紹。

在該設(shè)施中，涉及一種離心分離機(jī)筒體及其帶有該筒體的離心分離機(jī)，其中所述的筒體主要是通過主軸固定于離心分離機(jī)的機(jī)座之上，并且筒體的外壁之上也開設(shè)了多個(gè)濾液孔，而且在筒體圓周上還設(shè)置了專門的離心分離機(jī)門，并固定于主軸之上，且以主軸作為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，沿著筒體外壁進(jìn)行滑動(dòng)，在完全開啟離心機(jī)門之后，就開始與筒體外壁進(jìn)行連接，尤其是與外壁重疊的部分，形成一個(gè)專門的筒體覆蓋區(qū)，而且筒體覆蓋區(qū)的筒壁為下凹的筒壁。本設(shè)施的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，而且拆卸相對(duì)方便，有利于進(jìn)行相應(yīng)的清潔工作，可以防止出現(xiàn)粘黏的問題。同時(shí)還可以消除因?yàn)橥馔沧冃味鴮?dǎo)致無法進(jìn)行開門、關(guān)門的問題，這也進(jìn)一步提高了其本身開門、關(guān)門的效率以及相應(yīng)的阻力。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)加料、放料、開門、關(guān)門等，實(shí)現(xiàn)糞水、糞便的自動(dòng)排放等。

1.2 工作原理

在本產(chǎn)品之中，主要是由負(fù)責(zé)提供相應(yīng)動(dòng)力的電機(jī)、傳遞扭矩和力的軸、同步帶、負(fù)責(zé)高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇所構(gòu)成，離心風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可以經(jīng)過高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在大氣壓的作用之下，產(chǎn)生了較大的離心力，這樣能夠使得離心風(fēng)機(jī)之中的氣流都能夠被壓縮到風(fēng)機(jī)之中，并且經(jīng)過風(fēng)扇的不斷旋轉(zhuǎn)，不斷交換空間之內(nèi)的空氣，通常情況下，可以作用在較為大型，且空氣并不流通的地方。離心風(fēng)機(jī)在工作期間，主要是由其中的電機(jī)提供相應(yīng)電源，同步帶再開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并且將其動(dòng)力加以傳遞，傳遞給軸，軸可以通過軸承座進(jìn)行相應(yīng)支撐，并且還需要與軸承之間進(jìn)行相互配合，最終能夠使葉輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并將其中空氣壓縮，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況之下達(dá)到相互交換的效果。

在其中的各類機(jī)械或者是生活之中，帶傳動(dòng)就是其最為常見的傳動(dòng)裝置，這種傳動(dòng)裝置不僅僅傳動(dòng)過程相對(duì)簡(jiǎn)單，而且在一些計(jì)算方面的易懂程度相對(duì)于其他的傳動(dòng)而言，難度系數(shù)相對(duì)更低。而且在帶傳動(dòng)的過程中，可以按照帶本身的截面形狀將其分為平帶、V帶、多楔帶、同步帶傳動(dòng)。其中，傳動(dòng)裝置主要是屬于撓性傳動(dòng)裝置的范疇，具有較多的優(yōu)點(diǎn)，例如：撓性傳動(dòng)裝置本身的傳動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，而且噪聲相對(duì)較小，而且還可以在一定程度緩和震動(dòng)以及緩和吸力。當(dāng)發(fā)生過載的問題時(shí)，也會(huì)發(fā)生一定的保護(hù)機(jī)制，導(dǎo)致其他零件發(fā)生受損打滑的現(xiàn)象。但是在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，該裝置相對(duì)比較受歡迎，主要是由于其本身結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且在進(jìn)行制造的過程中，實(shí)際的安裝和維護(hù)也都相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是由于其本身成本低的優(yōu)勢(shì)。

與摩擦型帶的傳動(dòng)相比較，其中帶輪和傳動(dòng)帶之間的相對(duì)滑動(dòng)在實(shí)際的傳動(dòng)中并不存在，因此，其中的傳動(dòng)比對(duì)在嚴(yán)格程度上可以得到相應(yīng)保證。而且與本次設(shè)計(jì)相符合，且傳動(dòng)效率也相對(duì)較高。

2 離心風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)確定

2.1 電機(jī)的選型計(jì)算

根據(jù)本次設(shè)計(jì)的應(yīng)用的環(huán)境場(chǎng)所需求制定：

風(fēng)機(jī)流量Q=10800/3600=3m3/s

根據(jù)任務(wù)要求采用帶傳動(dòng)，且為防止除塵離心式通風(fēng)機(jī)。計(jì)算過程公式參考離心通風(fēng)機(jī)手冊(cè)。

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷》35-15中表35.1-10參考，選取Y160M-4型號(hào)電機(jī)，額定功率為11 kW，轉(zhuǎn)速為1460r/min。

2.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

以下設(shè)計(jì)計(jì)算過程中應(yīng)用的公式均參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》。

1）設(shè)計(jì)功率在同步帶傳動(dòng)中的確定dP：

式中，K—在和修正系數(shù)（根據(jù)離心機(jī)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表3得）；

Pd—工作機(jī)上電動(dòng)機(jī)功率（kW）。

2）帶的型號(hào)和節(jié)距的確定：

3）選擇小帶輪齒數(shù)：

由小帶輪轉(zhuǎn)速n1= 1460r/min 和XH型帶，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表2-11得小帶輪最小許用齒數(shù)z1=26，則大齒輪齒數(shù)，其中i=n1/n2=1460 /450=3.244，z2= 3.244×26=84.356，取標(biāo)準(zhǔn)帶齒輪數(shù)z=84。

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表1取標(biāo)準(zhǔn)寬度bt=101.6mm。

4）驗(yàn)算：

結(jié)果表明額定功率最終計(jì)算結(jié)果25.2 kW大于設(shè)計(jì)功率19.8 kW，所以帶的傳動(dòng)能力在本次設(shè)計(jì)中是足夠的。故所選參數(shù)合格。

2.3 聯(lián)軸器選型計(jì)算

聯(lián)軸器是用于連接不同機(jī)構(gòu)中兩軸的零件，顧名思義它的作用除了連接之外，不僅僅是在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的過程中零件單純的連接，還使得兩邊機(jī)械零件一起轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到不分離的效果。聯(lián)軸器主要有機(jī)械式、液力式和電磁式三種。其中得到廣泛應(yīng)用的聯(lián)軸器也就是是機(jī)械式聯(lián)軸器居多，然而它在傳遞轉(zhuǎn)矩過程中主要借助于機(jī)械構(gòu)件之間多種多樣的相互機(jī)械作用力。其他兩種卻不同，液力式主要借助于液力，電磁式是借助于電磁力，所以說不同種類傳遞轉(zhuǎn)矩的方式是不一樣的。

根據(jù)此次設(shè)計(jì)內(nèi)容，為了適當(dāng)減小震動(dòng)和沖擊，選用凸緣聯(lián)軸器。以下聯(lián)軸器選型計(jì)算中應(yīng)用到的公式參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三卷。

1）載荷計(jì)算：

式中，T—公稱轉(zhuǎn)矩，N·m；

P—電動(dòng)機(jī)功率，kW；

n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-11查得KA=1.3，故由公式計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

2）型號(hào)選擇：

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三卷中查得GY3凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為112N·m，軸徑為20～24 mm，符合本次設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求.

3 離心風(fēng)機(jī)的強(qiáng)度校核

3.1 主軸的強(qiáng)度校核

根據(jù)本次設(shè)計(jì)通風(fēng)機(jī)的軸向尺寸和帶輪的一些基本尺寸以及機(jī)械零件相互間的結(jié)構(gòu)要求，確定傳動(dòng)主軸的基本尺寸。

由《風(fēng)機(jī)手冊(cè)》中圖5-57得本設(shè)計(jì)中離心通風(fēng)機(jī)的傳動(dòng)方式為C式傳動(dòng)。在工作中運(yùn)轉(zhuǎn)的傳動(dòng)主軸，彎矩和轉(zhuǎn)矩在同時(shí)承受，所以在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)主軸承受的最大彎矩和轉(zhuǎn)矩就是我們所要計(jì)算出的，最終算出應(yīng)力合成數(shù)值。以下設(shè)計(jì)計(jì)算中所用公式均參考《風(fēng)機(jī)手冊(cè)》。

3.2 主軸承受的負(fù)荷

由于軸的懸臂端直徑是階梯式的，設(shè)計(jì)中為了簡(jiǎn)化，看作直徑相等的軸。且對(duì)葉輪質(zhì)量進(jìn)行估算：m1=450kgk g。

帶輪直徑D=0.56m，估算帶輪質(zhì)量m2=50 kg。

兩軸承支承間軸的重量為：

葉輪端懸臂軸的重量為：

葉輪重量與不平衡力之和由《風(fēng)機(jī)手冊(cè)》中式得：

帶輪重量與帶拉力之和由《風(fēng)機(jī)手冊(cè)》中式得：

帶輪端懸臂軸的重力為：

3.3 計(jì)算彎矩和扭矩

支撐A的反作用力為：

支撐B的反作用力為：

截面A上的彎矩為：

截面B上的彎矩為：

AB段軸的扭矩由《風(fēng)機(jī)手冊(cè)》式（5-18）得：

4 結(jié)論

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，以及規(guī)?；男笄輬?chǎng)、養(yǎng)殖場(chǎng)的建設(shè)及發(fā)展，農(nóng)村畜禽糞便污染問題愈加嚴(yán)重，開始形成較為嚴(yán)重農(nóng)牧脫節(jié)的問題。畜禽糞便通常都是直接排放到農(nóng)田、堰塘、河流之中，這會(huì)對(duì)人們生活造成嚴(yán)重影響。而且當(dāng)前越來越多的農(nóng)民對(duì)糞便這類肥料并不重視，部分農(nóng)民常年都在外出打工，也只有農(nóng)忙的時(shí)候才會(huì)回家務(wù)農(nóng)，在家時(shí)間相對(duì)較短，而且糞便施肥方式又臟又累。很多農(nóng)村更加傾向于使用干凈的化肥，這樣就導(dǎo)致越來越多的糞便流入到水體之中，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，農(nóng)村水糞分離回收利用的筒體風(fēng)干設(shè)施的利用就顯得尤為關(guān)鍵，具有重要意義。