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【摘要】：刮泥机是水处理工业中常用设备，本文研究了中心传动刮泥机运行中刮泥机受载与污泥量的关系，以此为基础设计了刮泥机运行和过载保护的自动控制系统。
【关键词】：中心传动刮泥机；过载保护；自动控制
Abstract: the scraper is a kind of common equipment in water treatment process. This paper has studied the relationship between scraper load and sludge quantity when the scraper by central transmission is operating. Then the automatic control system has been design for scraper operation and overload protection on the basis of the research above.
Keyword: scraper by central transmission; overload protection; automatic control.
中图分类号：x70文献标示码：A
一．背景
随着我国工业和城市的飞速发展，废水的产生与日俱增，在市政、污水处理厂、煤矿企业、钢铁企业等的废水、煤泥处理中中心传动刮泥机是一种重要的大型设备。尤其在钢铁冶金企业一些生产工序中悬浮物及水温变化幅度较大的废水处理过程中产生的污泥，以无机污染物为主，排泥浓度可达30~40%，对刮泥机的过载保护提出了更高的要求。此种设备运行中过扭矩保护的方式，一种是采用销钉或者弹簧限位进行刮泥机过扭矩保护，效率低，不够准确，也不方便。另外一种是在驱动支架和变速机壳体上安装一个弹性体过扭矩保护装置。刮泥机工作时，行走钢轮对变速机产生一个反作用力，控制弹性体的压缩量。当刮泥机受到超常荷载作用时，弹性体变形超过了开关位置，控制开关切断电源，起到保护作用。此种方法也同样效率较低且不够精确。
鉴于以上，本文作者研究了中心传动刮泥机运行中刮泥机受载与污泥量的关系，以此为基础，在设备运行更稳定、更高效的原则下，设计了刮泥机运行和过载保护的自动控制系统。
二． 设计原理
刮泥机的运行过程是电机驱动减速器，之后减速器输出动力经过回转支承克服刮泥机系统综合阻力的过程。刮泥机在运行过程控制的设计关键就是对刮泥机运行中所受阻力的研究，具体研究内容如下：
（一） 刮泥机运行过程中所受到的阻力构成
刮泥机运行过程中所受到的综合阻力有刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力、刮泥机刮板所承载污泥阻力、水下阻力和道面坡度阻力。
(1)
式中：
—刮泥机系统综合阻力；
—刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力；
—刮泥机刮板所承载污泥阻力；
—水下阻力；
—道面坡度阻力。
①、其中刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力为：
(2)
式中：
刮泥机系统除了相对基础静止的部件之外的各部分重量；
—回转支承输出轴直径；
f —刮泥机设备系统综合摩擦力，当各相关部件材料和接触表面没有明显变化时，为一常值。
②、刮泥机刮板所承载污泥阻力为：
=1000v(3)
式中：
Q—刮泥机每旋转一周的时间内所沉淀的污泥量
v=污泥比重，一般v=1.03；
③、水下阻力为：
(4)
式中：
C—阻力系数；
g—重力加速；
④、道面坡度阻力
(5)
式中：
道面坡度阻力系数。
（二）刮泥机运行过程中所受到的阻力分析
刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力计算公式中，在刮泥机运行中各个系数均为常值，所以针对每一台在某一个沉淀池处理中，。
刮泥机刮板所承载F2 计算式中 除了污泥量Q之外的各个量都是不变的定值，由此可以把公式（3）转化为：
=K1（6）
式中：
K1—K1=1000v。
另外，由公式（4）、（5）可知水下阻力与道面坡度阻力某一特定型号的刮泥机与在某一个沉淀池处理中运行时各参数均为定值，水下阻力与道面坡度阻力可分别设为N2和N3。
由以上可得到刮泥机运行过程中所受到的综合阻力F总计算公式为：
（7）
由公式（7）可知刮泥机运行过程中所受到的综合阻力与污泥量成正比，如果能测得刮泥机总的阻力就能有效的知道污泥存量的情况，从而调节刮泥机的运行速度，更有效的运行。
三．自动控制与过载保护的设计
由以上原理，研究了一种刮泥机过扭矩保护装置，本装置利用可编程控制器和扭矩测量传感装置，完全实现自动化控制，大大提高运行效率和过载防护的准确性。
本装置是按如下的技术方案完成的。包括带有变速器的电机，可编程控制器、扭矩测量装置，电机的输出动力的传动轴上装有弹性联轴器来连接扭矩传感器，可编程控制器的输入端与所述的扭矩传感器电连接，输出端与所述的电机电的控制端电连接，扭矩传感器与变速器输出轴通过渐开线花键副连接。变速器与回转支承相连，由回转支承中主传动轴输出动力进行工作。
在上述基础上，本装置还包括回转支承和支撑架，支撑架把变速器和回转支承外壳固定在一起。回转支承包括回转支承外壳、大齿轮和主传动轴，在回转支承外壳中装在齿轮轴上的小齿轮与大齿轮相啮合，大齿轮与主传动轴相连，主传动轴输出动力进行工作。
通过扭矩测量装置将扭矩信号输出到可编程控制器，准确得到刮泥机驱动装置转动轴瞬时承受扭矩数值，通过扭矩传感器给出的信号控制电机开启，防止驱动装置过载，以控制刮泥机的运行。
工作时，刮泥机的刮泥装置的阻力扭矩先传递到回转支承，回转支承再传递到变速器，然后传递到扭矩测量装置，阻力扭矩由扭矩传感器输出到可编程控制器PLC，通过在可编程控制器PLC中设定变速器的额定载荷，来控制电机，进而防止驱动装置过载，保护刮泥机。
扭矩传感器和变速器通过渐开线花键副连接，可以利用渐开线花键自定心作用，使得刮泥机动力传递稳定，运转平稳。
本研究所开发设计的刮泥机过扭矩保护装置结构如图1所示：
图1过扭矩保护装置示意图
1可编程控制器 （PLC）2变速器 3扭矩测量装置4齿轮轴5回转支承6 支撑架7电机
四．结语
综上所述，本设计由于采用了可编程控制器和扭矩传感器，完全的自动化控制，大大提高运行效率和过载防护的准确性。并且在扭矩传感器和变速器中间采用了渐开线花键副联接，也使得动力传递稳定性大大加强。解决了在工业废水处理中经常出现的刮泥机过载故障影响生产的问题。
【參考文献】：
1 李金根，姚永宁等。给水排水设计手册-专用机械[M]；
2 曹文荣.刮泥机的研究与设计[J]，仪化科技，1993.8（1）。
【关键词】：中心传动刮泥机；过载保护；自动控制
Abstract: the scraper is a kind of common equipment in water treatment process. This paper has studied the relationship between scraper load and sludge quantity when the scraper by central transmission is operating. Then the automatic control system has been design for scraper operation and overload protection on the basis of the research above.
Keyword: scraper by central transmission; overload protection; automatic control.
中图分类号：x70文献标示码：A
一．背景
随着我国工业和城市的飞速发展，废水的产生与日俱增，在市政、污水处理厂、煤矿企业、钢铁企业等的废水、煤泥处理中中心传动刮泥机是一种重要的大型设备。尤其在钢铁冶金企业一些生产工序中悬浮物及水温变化幅度较大的废水处理过程中产生的污泥，以无机污染物为主，排泥浓度可达30~40%，对刮泥机的过载保护提出了更高的要求。此种设备运行中过扭矩保护的方式，一种是采用销钉或者弹簧限位进行刮泥机过扭矩保护，效率低，不够准确，也不方便。另外一种是在驱动支架和变速机壳体上安装一个弹性体过扭矩保护装置。刮泥机工作时，行走钢轮对变速机产生一个反作用力，控制弹性体的压缩量。当刮泥机受到超常荷载作用时，弹性体变形超过了开关位置，控制开关切断电源，起到保护作用。此种方法也同样效率较低且不够精确。
鉴于以上，本文作者研究了中心传动刮泥机运行中刮泥机受载与污泥量的关系，以此为基础，在设备运行更稳定、更高效的原则下，设计了刮泥机运行和过载保护的自动控制系统。
二． 设计原理
刮泥机的运行过程是电机驱动减速器，之后减速器输出动力经过回转支承克服刮泥机系统综合阻力的过程。刮泥机在运行过程控制的设计关键就是对刮泥机运行中所受阻力的研究，具体研究内容如下：
（一） 刮泥机运行过程中所受到的阻力构成
刮泥机运行过程中所受到的综合阻力有刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力、刮泥机刮板所承载污泥阻力、水下阻力和道面坡度阻力。
(1)
式中：
—刮泥机系统综合阻力；
—刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力；
—刮泥机刮板所承载污泥阻力；
—水下阻力；
—道面坡度阻力。
①、其中刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力为：
(2)
式中：
刮泥机系统除了相对基础静止的部件之外的各部分重量；
—回转支承输出轴直径；
f —刮泥机设备系统综合摩擦力，当各相关部件材料和接触表面没有明显变化时，为一常值。
②、刮泥机刮板所承载污泥阻力为：
=1000v(3)
式中：
Q—刮泥机每旋转一周的时间内所沉淀的污泥量
v=污泥比重，一般v=1.03；
③、水下阻力为：
(4)
式中：
C—阻力系数；
g—重力加速；
④、道面坡度阻力
(5)
式中：
道面坡度阻力系数。
（二）刮泥机运行过程中所受到的阻力分析
刮泥机设备系统自重产生的摩擦阻力计算公式中，在刮泥机运行中各个系数均为常值，所以针对每一台在某一个沉淀池处理中，。
刮泥机刮板所承载F2 计算式中 除了污泥量Q之外的各个量都是不变的定值，由此可以把公式（3）转化为：
=K1（6）
式中：
K1—K1=1000v。
另外，由公式（4）、（5）可知水下阻力与道面坡度阻力某一特定型号的刮泥机与在某一个沉淀池处理中运行时各参数均为定值，水下阻力与道面坡度阻力可分别设为N2和N3。
由以上可得到刮泥机运行过程中所受到的综合阻力F总计算公式为：
（7）
由公式（7）可知刮泥机运行过程中所受到的综合阻力与污泥量成正比，如果能测得刮泥机总的阻力就能有效的知道污泥存量的情况，从而调节刮泥机的运行速度，更有效的运行。
三．自动控制与过载保护的设计
由以上原理，研究了一种刮泥机过扭矩保护装置，本装置利用可编程控制器和扭矩测量传感装置，完全实现自动化控制，大大提高运行效率和过载防护的准确性。
本装置是按如下的技术方案完成的。包括带有变速器的电机，可编程控制器、扭矩测量装置，电机的输出动力的传动轴上装有弹性联轴器来连接扭矩传感器，可编程控制器的输入端与所述的扭矩传感器电连接，输出端与所述的电机电的控制端电连接，扭矩传感器与变速器输出轴通过渐开线花键副连接。变速器与回转支承相连，由回转支承中主传动轴输出动力进行工作。
在上述基础上，本装置还包括回转支承和支撑架，支撑架把变速器和回转支承外壳固定在一起。回转支承包括回转支承外壳、大齿轮和主传动轴，在回转支承外壳中装在齿轮轴上的小齿轮与大齿轮相啮合，大齿轮与主传动轴相连，主传动轴输出动力进行工作。
通过扭矩测量装置将扭矩信号输出到可编程控制器，准确得到刮泥机驱动装置转动轴瞬时承受扭矩数值，通过扭矩传感器给出的信号控制电机开启，防止驱动装置过载，以控制刮泥机的运行。
工作时，刮泥机的刮泥装置的阻力扭矩先传递到回转支承，回转支承再传递到变速器，然后传递到扭矩测量装置，阻力扭矩由扭矩传感器输出到可编程控制器PLC，通过在可编程控制器PLC中设定变速器的额定载荷，来控制电机，进而防止驱动装置过载，保护刮泥机。
扭矩传感器和变速器通过渐开线花键副连接，可以利用渐开线花键自定心作用，使得刮泥机动力传递稳定，运转平稳。
本研究所开发设计的刮泥机过扭矩保护装置结构如图1所示：
图1过扭矩保护装置示意图
1可编程控制器 （PLC）2变速器 3扭矩测量装置4齿轮轴5回转支承6 支撑架7电机
四．结语
综上所述，本设计由于采用了可编程控制器和扭矩传感器，完全的自动化控制，大大提高运行效率和过载防护的准确性。并且在扭矩传感器和变速器中间采用了渐开线花键副联接，也使得动力传递稳定性大大加强。解决了在工业废水处理中经常出现的刮泥机过载故障影响生产的问题。
【參考文献】：
1 李金根，姚永宁等。给水排水设计手册-专用机械[M]；
2 曹文荣.刮泥机的研究与设计[J]，仪化科技，1993.8（1）。