農村水糞分離回收利用的筒體離心風干設施研究

任士賢

（蘭州博文科技學院，甘肅蘭州 730030）

0 引言

從整體上來看，農村的地域相對比較廣闊，而且經濟發展水平相對較低，自我發展能力也相對較弱，對基礎設施有著較強的依賴性。為響應國家綠色環保，建設美好鄉村的各類政策，開始加強對農村糞便的處理。由于糞便中含有大量的高濃度的病原體，有機物質在進入到水體之后就開始分解，可以消耗大量的溶解氧，使整個水體一直發臭，這樣就很容易導致水生生物發生大量死亡的現象，而且N、P可以使水體更加富營養化，這樣在厭氧的情況下，就很容易產生一些惡臭的氣體，這樣會對周圍土壤以及農作物生長造成負面影響，導致作物產量降低，成熟期明顯推遲等系列問題，對后續農作物生產造成不同程度的影響。本文主要就是針對這一問題，設計了水糞分離回收利用的筒體離心風干裝置，并對該裝置各個部分進行了相應介紹。

1 農村水糞分離回收利用的筒體離心風干設施結構分析

1.1 主要結構

當前農村糞水處理的問題較為嚴重，一直都是建設美麗鄉村的重點所在。在本文的研究中，對農村水糞分離回收利用的筒體離心風干設施進行了相應介紹。

在該設施中，涉及一種離心分離機筒體及其帶有該筒體的離心分離機，其中所述的筒體主要是通過主軸固定于離心分離機的機座之上，并且筒體的外壁之上也開設了多個濾液孔，而且在筒體圓周上還設置了專門的離心分離機門，并固定于主軸之上，且以主軸作為中心進行旋轉，沿著筒體外壁進行滑動，在完全開啟離心機門之后，就開始與筒體外壁進行連接，尤其是與外壁重疊的部分，形成一個專門的筒體覆蓋區，而且筒體覆蓋區的筒壁為下凹的筒壁。本設施的結構相對比較簡單，而且拆卸相對方便，有利于進行相應的清潔工作，可以防止出現粘黏的問題。同時還可以消除因為外筒變形而導致無法進行開門、關門的問題，這也進一步提高了其本身開門、關門的效率以及相應的阻力。同時還可實現在線自動加料、放料、開門、關門等，實現糞水、糞便的自動排放等。

1.2 工作原理

在本產品之中，主要是由負責提供相應動力的電機、傳遞扭矩和力的軸、同步帶、負責高速旋轉的風扇所構成，離心風機的轉子可以經過高速的轉動，并且在大氣壓的作用之下，產生了較大的離心力，這樣能夠使得離心風機之中的氣流都能夠被壓縮到風機之中，并且經過風扇的不斷旋轉，不斷交換空間之內的空氣，通常情況下，可以作用在較為大型，且空氣并不流通的地方。離心風機在工作期間，主要是由其中的電機提供相應電源，同步帶再開始轉動，并且將其動力加以傳遞，傳遞給軸，軸可以通過軸承座進行相應支撐，并且還需要與軸承之間進行相互配合，最終能夠使葉輪開始轉動，并將其中空氣壓縮，在高速運轉的情況之下達到相互交換的效果。

在其中的各類機械或者是生活之中，帶傳動就是其最為常見的傳動裝置，這種傳動裝置不僅僅傳動過程相對簡單，而且在一些計算方面的易懂程度相對于其他的傳動而言，難度系數相對更低。而且在帶傳動的過程中，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。其中，傳動裝置主要是屬于撓性傳動裝置的范疇，具有較多的優點，例如：撓性傳動裝置本身的傳動相對穩定，而且噪聲相對較小，而且還可以在一定程度緩和震動以及緩和吸力。當發生過載的問題時，也會發生一定的保護機制，導致其他零件發生受損打滑的現象。但是在進行機械設計的過程中，該裝置相對比較受歡迎，主要是由于其本身結構相對簡單，而且在進行制造的過程中，實際的安裝和維護也都相對簡單，主要是由于其本身成本低的優勢。

與摩擦型帶的傳動相比較，其中帶輪和傳動帶之間的相對滑動在實際的傳動中并不存在，因此，其中的傳動比對在嚴格程度上可以得到相應保證。而且與本次設計相符合，且傳動效率也相對較高。

2 離心風機的主要技術參數確定

2.1 電機的選型計算

根據本次設計的應用的環境場所需求制定：

風機流量Q=10800/3600=3m3/s

根據任務要求采用帶傳動，且為防止除塵離心式通風機。計算過程公式參考離心通風機手冊。

根據《機械設計手冊第五卷》35-15中表35.1-10參考，選取Y160M-4型號電機，額定功率為11 kW，轉速為1460r/min。

2.2 帶傳動的設計計算

以下設計計算過程中應用的公式均參考《機械設計》。

1）設計功率在同步帶傳動中的確定dP：

式中，K—在和修正系數（根據離心機性能和運轉時數查《機械設計》中表3得）；

Pd—工作機上電動機功率（kW）。

2）帶的型號和節距的確定：

3）選擇小帶輪齒數：

由小帶輪轉速n1= 1460r/min 和XH型帶，參考《機械設計》中表2-11得小帶輪最小許用齒數z1=26，則大齒輪齒數，其中i=n1/n2=1460 /450=3.244，z2= 3.244×26=84.356，取標準帶齒輪數z=84。

根據《機械設計》表1取標準寬度bt=101.6mm。

4）驗算：

結果表明額定功率最終計算結果25.2 kW大于設計功率19.8 kW，所以帶的傳動能力在本次設計中是足夠的。故所選參數合格。

2.3 聯軸器選型計算

聯軸器是用于連接不同機構中兩軸的零件，顧名思義它的作用除了連接之外，不僅僅是在傳遞運動和動力的過程中零件單純的連接，還使得兩邊機械零件一起轉動，達到不分離的效果。聯軸器主要有機械式、液力式和電磁式三種。其中得到廣泛應用的聯軸器也就是是機械式聯軸器居多，然而它在傳遞轉矩過程中主要借助于機械構件之間多種多樣的相互機械作用力。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矩的方式是不一樣的。

根據此次設計內容，為了適當減小震動和沖擊，選用凸緣聯軸器。以下聯軸器選型計算中應用到的公式參考《機械設計手冊》第三卷。

1）載荷計算：

式中，T—公稱轉矩，N·m；

P—電動機功率，kW；

n—電動機轉速，r/min。

由機械設計手冊表4-11查得KA=1.3，故由公式計算轉矩為：

2）型號選擇：

根據以上計算結果，從《機械設計手冊》第三卷中查得GY3凸緣聯軸器的許用轉矩為112N·m，軸徑為20～24 mm，符合本次設計的應用要求.

3 離心風機的強度校核

3.1 主軸的強度校核

根據本次設計通風機的軸向尺寸和帶輪的一些基本尺寸以及機械零件相互間的結構要求，確定傳動主軸的基本尺寸。

由《風機手冊》中圖5-57得本設計中離心通風機的傳動方式為C式傳動。在工作中運轉的傳動主軸，彎矩和轉矩在同時承受，所以在本次設計中傳動主軸承受的最大彎矩和轉矩就是我們所要計算出的，最終算出應力合成數值。以下設計計算中所用公式均參考《風機手冊》。

3.2 主軸承受的負荷

由于軸的懸臂端直徑是階梯式的，設計中為了簡化，看作直徑相等的軸。且對葉輪質量進行估算：m1=450kgk g。

帶輪直徑D=0.56m，估算帶輪質量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《風機手冊》中式得：

帶輪重量與帶拉力之和由《風機手冊》中式得：

帶輪端懸臂軸的重力為：

3.3 計算彎矩和扭矩

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《風機手冊》式（5-18）得：

4 結論

隨著農村經濟結構的不斷調整，以及規模化的畜禽場、養殖場的建設及發展，農村畜禽糞便污染問題愈加嚴重，開始形成較為嚴重農牧脫節的問題。畜禽糞便通常都是直接排放到農田、堰塘、河流之中，這會對人們生活造成嚴重影響。而且當前越來越多的農民對糞便這類肥料并不重視，部分農民常年都在外出打工，也只有農忙的時候才會回家務農，在家時間相對較短，而且糞便施肥方式又臟又累。很多農村更加傾向于使用干凈的化肥，這樣就導致越來越多的糞便流入到水體之中，對環境造成嚴重污染。因此，農村水糞分離回收利用的筒體風干設施的利用就顯得尤為關鍵，具有重要意義。