多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機研制

林 雪，黃鵬程，陳長卿，姚愛萍

(1.浙江省農(nóng)業(yè)機械研究院，浙江金華321017；2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江金華321017)

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多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機研制

林 雪1，黃鵬程2，陳長卿1，姚愛萍1

(1.浙江省農(nóng)業(yè)機械研究院，浙江金華321017；2.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江金華321017)

針對現(xiàn)有刮泥機存在的刮泥裝置在阻力過大時不能自行調(diào)節(jié)、自身重量過輕而不能有效刮除板結(jié)、過厚污泥層等問題，提出一種多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機，通過自適應(yīng)破障刮泥裝置及控制系統(tǒng)，自動定位故障位置并采用多瓣瓜手抓取破障，同時采用刮泥升降及刮板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)，自動檢測刮泥負荷選擇刮泥角度及厚度。具有刮泥徹底，對池底形狀適應(yīng)性強，對沉淀污水?dāng)噭由伲S護方便等特點，大大降低了污水處理成本，促進我國污水處理技術(shù)及其裝備的發(fā)展。

刮泥裝置 破障 污水處理 控制系統(tǒng)

0 引言

刮泥機是目前應(yīng)用較廣的污水處理設(shè)備之一[1]。刮泥機主要應(yīng)用于城市污水和各種工業(yè)廢水的處理中，它的作用是將沉淀池中沉淀在池底的污泥刮集后排除，在污水處理中起到極其重要的作用，是承擔(dān)排泥、撇渣功能的主要處理設(shè)備[2]。

刮泥機分為四大類：周邊傳動刮泥機(GA)、中心傳動刮泥機(GZ)、桁車式刮泥機(GH)、鏈傳動式刮泥機(GL)。適用于中大池徑輻流沉淀池的主要為周邊傳動刮泥機。本文設(shè)計周邊傳動刮泥機刮泥半徑大，刮泥效果好，調(diào)節(jié)裝置能根據(jù)污泥的沉降速度和板結(jié)程度進行調(diào)節(jié)，給刮泥裝置一定的預(yù)壓力，以便能及時有效地刮除污泥， 同時池底有大阻力障礙物時刮板能自行調(diào)節(jié)掠過障礙物，保證了刮泥時設(shè)備的安全，也能有效地減震。

1 刮泥機整機結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 擺線針輪減速器機分解圖

目前周邊傳動刮泥機，其主要半臂結(jié)構(gòu)工作橋采用固定長度設(shè)計，限制了污水處理池的設(shè)計尺寸，但往往污水處理場所因規(guī)模需要，需要擴大污水池的直徑或者是增加新的污水處理池，這就導(dǎo)致需要采用新的周邊傳動刮泥機；同時有些污水池因生產(chǎn)的時間段產(chǎn)生污水量不同，需要調(diào)節(jié)刮泥機的高度。本文根據(jù)市場需要，打破常規(guī)刮泥旋轉(zhuǎn)半徑、污水處理池深度定量設(shè)計，整機工作橋采用雙向可伸縮結(jié)構(gòu)，上下層配重平衡，可根據(jù)用戶實際情況需要，調(diào)節(jié)多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機的刮泥旋轉(zhuǎn)半徑、工作橋的高度。此外，為了提高傳動機構(gòu)傳動效率，傳動機構(gòu)采用擺線針輪減速器機(圖1)，選用四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承代替平面圓柱軸承支承,其承受的軸向力、徑向力和傾覆力矩均比平面圓柱軸承效果好；行走裝置的刮泥桁架設(shè)計采用斜桿拖拽式可調(diào)滾輪結(jié)構(gòu)，刮泥桁架底部采用雙聚氨酯壓力可調(diào)萬向行走輪，包括底部行走輪和池壁行走輪，提高刮泥架穩(wěn)定性。

其多功能自適應(yīng)破障刮泥裝置，通過自適應(yīng)破障控制系統(tǒng)，自動定位故障位置并采用多瓣爪手抓取破障，多瓣爪手獨立旋轉(zhuǎn)且徑向移動，破障過程不停機，同時采用刮泥升降及刮板角度調(diào)節(jié)機構(gòu)，自動檢測刮泥負荷選擇刮泥角度及厚度。刮泥板采用多階梯犁形結(jié)構(gòu)，有利于淤泥往池中心集中，各階梯形通過鉸連接，可整體雙向成梯形，單階刮板雙面都成犁形，提高刮泥效率，刮泥機可順時針、逆時針交替工作，打破常規(guī)單向刮泥，刮泥板上方采用高分子等水密度材料制成的抗擾流篩板，避免刮泥過程中污泥的渾濁上揚，滿足市場需求，對提升我國多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機的研制及產(chǎn)業(yè)化水平具有重要意義，符合國家產(chǎn)業(yè)政策。

圖2 刮泥機結(jié)構(gòu)

本文研究開發(fā)的周邊傳動刮泥機適用于工業(yè)污水處理中初沉池和二沉池以及其他行業(yè)輻流沉淀池[3]，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要功能是將沉降在池底的污泥刮集至集泥坑。研究著重解決驅(qū)動裝置傳動結(jié)構(gòu)及過載保護、中心回轉(zhuǎn)支座結(jié)構(gòu)、刮泥桁架結(jié)構(gòu)、自動調(diào)節(jié)負荷刮泥板結(jié)構(gòu)等技術(shù)問題，使功能、體積、結(jié)構(gòu)和成本之間達到最佳參數(shù)配合。

2 關(guān)鍵技術(shù)特點

2.1 多功能自適應(yīng)破障刮泥裝置設(shè)計

1-工作橋；2-槽鋼支架；3-鉸鏈；4-上鉸鏈；5-壓力調(diào)節(jié)器；6-下鉸鏈；7-花架連桿；8-刮泥板；9-聚氨酯行走輪圖3 刮泥裝置示意圖

刮泥裝置是刮泥機重要的組成部分。目前大部分的周邊傳動刮泥機的刮泥裝置分固定式和拖拽式兩種形式。固定式的刮泥裝置在工作時，遇到污泥板結(jié)過厚或障礙物產(chǎn)生過大阻力時，因刮泥裝置固定死而無法自行調(diào)整，由此產(chǎn)生的扭矩過大會導(dǎo)致刮泥板或是刮泥裝置變形甚至工作橋被頂起變形[4-5]。拖拽式的刮泥裝置在工作時，由于刮泥裝置整體質(zhì)量過小而不能形成有效的刮除力，遇到污泥板結(jié)或沉降過快時只能刮除厚度很小的污泥層，刮除速度跟不上污泥的沉積速度，從而導(dǎo)致污泥越積越多，出現(xiàn)刮泥板被污泥層抬上來的情況。本文設(shè)計的刮泥裝置主要包括工作橋、槽鋼支架、花架連桿、鉸鏈、上鉸鏈、下鉸鏈、壓力調(diào)節(jié)器、刮泥板、聚氨酯行走輪。工作橋下部設(shè)有槽鋼支架，槽鋼支架上連接有花架連桿，花架連桿與槽鋼支架通過鉸鏈連接；花架連桿下端安裝有刮泥板，呈弧形。花架連桿底部安裝有聚氨酯行走輪；花架連桿與槽鋼支架之間安裝有壓力調(diào)節(jié)器；壓力調(diào)節(jié)器通過上鉸鏈和下鉸鏈分別與槽鋼支架和花架連桿連接。壓力調(diào)節(jié)器由上鉸鏈、下鉸鏈、調(diào)節(jié)螺母、缸筒、活塞、彈簧及止片組成。壓力調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)螺母使彈簧承受一定的壓縮力，與之相連的花架連桿產(chǎn)生下壓力。通過調(diào)節(jié)螺母可以實現(xiàn)下壓力大小的調(diào)節(jié)。能根據(jù)污泥的沉降速度和板結(jié)程度進行調(diào)節(jié)，給刮泥裝置一定的預(yù)壓力，以便能及時有效地刮除污泥。同時池底有大阻力障礙物時刮板能自行調(diào)節(jié)掠過障礙物，保證了刮泥時設(shè)備的安全，也能有效地減震。

2.2 多階梯形犁形可伸縮刮泥板設(shè)計

通過刮泥板結(jié)構(gòu)及基于淤泥擾流特性分析，設(shè)計了多階梯形犁形刮泥板，如圖4所示，有利于淤泥往池中心集中，各階梯形通過鉸連接，可整體雙向成梯形，單階刮板雙面都成犁形，提高刮泥效率，刮泥機可順時針、逆時針交替工作，打破常規(guī)單向刮泥，刮泥板上方采用高分子等水密度材料制成的抗擾流篩板，避免刮泥過程中污泥的渾濁上揚。

圖4 多階梯形犁形刮泥板結(jié)構(gòu)示意圖

3 社會效益

污水處理設(shè)備能有效處理城區(qū)的生活污水，工業(yè)廢水等，避免污水及污染物直接流入水域，對改善生態(tài)環(huán)境、提升城市品位和促進經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，是環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是污水處理工藝的重要支撐；發(fā)展污水處理設(shè)備產(chǎn)業(yè)是控制環(huán)境污染，改善環(huán)境質(zhì)量，推動可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[6]。

排泥機械是污水處理過程中的重要專用設(shè)備之一，也是關(guān)鍵設(shè)備之一，它在污水處理工藝流程的沉淀過程中起著相當(dāng)重要的作用。如果排泥機械效率不高，則沉淀池會由于污泥厭氧而產(chǎn)生浮泥，影響處理效果；如果排泥機械出現(xiàn)故障，則影響污水處理廠的正常運行，影響處理效果，甚至造成不達標(biāo)的嚴(yán)重后果。

本文研制的多功能自適應(yīng)破障周邊傳動刮泥機，適用于各行業(yè)污水處理，彌補了傳統(tǒng)刮泥機存在的缺陷，提高了刮泥效率，進而降低了污水處理成本，具有良好的社會效益及生態(tài)效益。

4 結(jié)論

隨著我國污水處理規(guī)模的不斷擴大，企業(yè)對污水處理的相關(guān)設(shè)備的需求也隨之增加。本文研制的多功能自適應(yīng)破障邊傳動刮泥機能解決現(xiàn)有刮泥機刮泥裝置在遇到阻力過大時不能自行調(diào)節(jié)和刮泥裝置由于自身重量過輕而不能有效刮除板結(jié)、過厚的污泥層等的技術(shù)問題，促進污水處理技術(shù)的深入發(fā)展。本裝置適用于各行業(yè)污水處理，能減少污水處理成本，提高經(jīng)濟效益的同時增強企業(yè)競爭力，擴大就業(yè)，具有良好的市場前景。該設(shè)備與國內(nèi)同價位產(chǎn)品相比，在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)上有優(yōu)勢，與國外產(chǎn)品相比價格為其三分之一左右，能為相關(guān)企業(yè)節(jié)省成本支出，具有較高性價比，市場前景廣闊。

[1] 楊悠.淺談我國水處理機械設(shè)備的發(fā)展[J].工業(yè)設(shè)計, 2011(7):214-215.

[2] 孫宏斌,谷成國.污水處理設(shè)備國產(chǎn)化的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟, 2011,31(12):61-63.

[3] 姚愛萍,陳長卿,黃東明，等.可調(diào)式周邊傳動刮泥機的研制[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014,14(3):68-71.

[4] 胡建成.新型排泥機械關(guān)鍵部件設(shè)計研究[D].北京：機械科學(xué)研究總院，2009.

[5] 楊軍.刮泥機橋架的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計[D].南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[6] 高婷,于航宇.淺析我國水環(huán)境現(xiàn)狀及城市污水的處理[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(16):197-198.

[7] 朱寅春,閻小玲,王晏，等.往復(fù)式底部刮泥機在矩形沉淀池中的設(shè)計與應(yīng)用[J].凈水技術(shù),2012,31(5):67-70.

[8] 張劍.淺析旋轉(zhuǎn)掃角式刮泥機存在的問題及其改進措施[J].凈水技術(shù),2008,27(1):77-78.

Development on multifunctional and adaptive peripheral driving mud scraper

LIN Xue, HUANG Pengcheng, CHEN Changqing, YAO Aiping

A multifunctional and adaptive peripheral driving mud scraper was designed, aimed at overcoming the defects of the existing mud scraper like it can’t adjust automatically as excessive resistance and can’t scrape thicker sludge effectively. A kind of multifunctional and periphery driving mud scraper is proposed in this paper. It can fix the position automatically and grab barrier by the scraper device and control system. Angle and thickness needed is selected according mud scraper load detected automatically by lifting and angle adjusting mechanism. It scrapes mud completely, has the characteristics of strong adaptability, easy to operate and maintain, the cost is reduced greatly, which improve technology and equipment on sewage treatment.

Mud scraper, breaking obstacle, sewage treatment, control system

TU991.23

A

1002-6886(2016)06-0062-03

林雪(1985-)，女，漢族，吉林東豐人，碩士，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)裝備研究。

2016-04-22