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香港土質(zhì)技術(shù)的離心機(jī)的發(fā)展
香港九龍清水海灣香港科技大學(xué)C.K. Shen, X.S. Li, C.W.W. Ng and P.A. Van Laak
美國戴維斯加州大學(xué) B.L. Kutter
美國聯(lián)合學(xué)會K. Cappel and R.C. Tauscher
摘要: 香港科技大學(xué)(HKUST)目前正在開發(fā)一臺先進(jìn)的400克-噸土質(zhì)技術(shù)的離心機(jī)。在1998早期HKUST將安裝一臺不普通的8-米直徑射線離心機(jī)。這臺離心機(jī)獨(dú)特之處在于它是使用一臺飛行中的雙軸水力振動器模仿在兩個水平的方向動態(tài)問題的能力。在靜態(tài)測試中,離心機(jī)可能運(yùn)轉(zhuǎn)高達(dá)150g ,但是被設(shè)計(jì)的雙軸振動器的震動測試只達(dá)到75g。
1 介紹
在90 年代的十年里,我們看到了以研究和設(shè)計(jì)離心機(jī)塑造土質(zhì)技術(shù)的結(jié)構(gòu)實(shí)踐有明顯增大。離心機(jī)塑造構(gòu)成為許多先前難以處理的土質(zhì)技術(shù)問題的研究提供了一個強(qiáng)有力的工具, 它有益于對大規(guī)模土質(zhì)技術(shù)基本系統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)的發(fā)展, 通過直觀比較(相似和結(jié)垢法則) 和計(jì)算機(jī)程序的證明以及對原型系統(tǒng)使用定標(biāo)為隨后分析。離心機(jī)塑造技術(shù)也成為對常規(guī)設(shè)計(jì)和分析技術(shù)補(bǔ)充的公用事業(yè)。
近年來在改進(jìn)土質(zhì)技術(shù)離心機(jī)塑造方面的工藝和科學(xué)獲得了重大進(jìn)展。最近HKUST利用一些在儀器工作和先進(jìn)的塑造技術(shù)開發(fā)它的新型離心機(jī)設(shè)施, 并在努力促進(jìn)離心機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展, 承擔(dān)了新雙軸離心機(jī)振動器的研制。
意在發(fā)展尖端科技的能力, 離心機(jī)是為了滿足以下的業(yè)績目標(biāo): (1)大模式容器適應(yīng)允許更加詳細(xì)的塑造和在模型里面讓出空間給廣泛使用儀器, (2)提供廣泛的手臂使用儀器為樣板叁數(shù)的詳細(xì)測量和領(lǐng)域載入和工程程序的模擬, (3)地震載入模擬和在平垂直線的雙軸性能的進(jìn)步對地心引力領(lǐng)域的產(chǎn)生改變。
在考慮這些目的之后，HKUST 離心分離機(jī)的設(shè)計(jì)和表現(xiàn)規(guī)格被構(gòu)思出來。這在本文里, 提供離心分離機(jī)設(shè)備的規(guī)格與雙軸的地震水力振動器詳細(xì)描述。
給土質(zhì)技術(shù)離心分離機(jī)設(shè)備的資金由經(jīng)費(fèi)委員會和大學(xué)共同提供。離心分離機(jī)和雙軸的振動器由美國華盛頓伯靈屯公司設(shè)計(jì)和提供。這家公司在伺服水力學(xué)有多年經(jīng)驗(yàn)而且已經(jīng)參與一些離心分離機(jī)振動器的發(fā)展(Ketcham, 1991; Kutter, 1994; Van Laak, 1996)。
在香港乃至世界這種設(shè)施不僅致力大學(xué)而且服務(wù)于土質(zhì)技術(shù)的領(lǐng)域。
2 在HKUST離心機(jī)
離心分離機(jī)在位于來自校園的主要的短距離的一楝新的建筑物中被安裝。 建筑物不僅安置土質(zhì)技術(shù) 離心分離機(jī)設(shè)備 (GCF) 而且安置風(fēng)和波隧道設(shè)備 (WWTF)。由于安全理由原因，離心分離機(jī)被安置在一間圓形的地下中。一個鋼導(dǎo)管的網(wǎng)絡(luò)附在墻壁的內(nèi)部表面,在離心機(jī)操作期間通過哪些已冷卻的水流通冷卻必需品的地下室。離心機(jī)實(shí)驗(yàn)室的海拔和樓面平面圖見1和2。
圖1在 HKUST 的離心機(jī)設(shè)備的視野高度
圖 2 計(jì)劃視野
離心分離機(jī)設(shè)備有一共計(jì) 255m2 工作室和一般的實(shí)驗(yàn)室空間。在主要實(shí)驗(yàn)室區(qū)域, 頂上有一臺20 噸容量的臺架起重機(jī)可移動在離心機(jī)裝載和卸載離心機(jī)模型容器之上預(yù)制混凝土盤區(qū)。當(dāng)需要時，起重機(jī)也用來交換靜態(tài)的平臺和振動器。 未用的平臺或振動器被儲存在離心分離機(jī)封入物的地板下。離心機(jī)通過使用CCTV 照相機(jī)和話筒監(jiān)測, 并且在樣式結(jié)算離開期間對講機(jī)被使用在離心機(jī)分庭和控制室之間通信中。水力供應(yīng)在一個房間的主要實(shí)驗(yàn)室區(qū)域下面位于與離心分離機(jī)相鄰。
表1 離心機(jī)的技術(shù)規(guī)格。
關(guān)鍵項(xiàng)目
規(guī)格
負(fù)載能力
400 g-tons
手臂半徑
到搖擺的平臺的中心3.82 m
最大加速度
150g
負(fù)載大小
態(tài)測試為1.5mx1.5mx1m, 動態(tài)測試為0.6mx0.6x0.4m
表1總結(jié)離心機(jī)的一些關(guān)鍵規(guī)格。為靜態(tài)測試, 離心機(jī)可以由150g 決定操作,但是為動態(tài)測試, 雙軸振動器由75g決定操作。
總共, 制造了三個搖擺的平臺。兩個被設(shè)計(jì)為非震動的測試平臺是相同的。每個這些靜態(tài)平臺可能容納模型大小為1.5m×1.5m×1m和40,000 N的重量。第三個平臺包括雙軸振動器和聯(lián)系的結(jié)構(gòu)支持、水力多頭管和反應(yīng)馬薩諸塞。振動器滑倒桌可能容納載量高達(dá)0.6m x 0.6m x 0.4m和3000 N 的重量。由于動態(tài)平臺的巨大, 為了使靜態(tài)測試在比較高的超過75g 動態(tài)平臺必須用一個靜態(tài)平臺替換。
2.1主要軸承和驅(qū)動器
圖3 顯示離心機(jī)的海拔部分。離心機(jī)手臂由一對被預(yù)先輸入的鉻鎳鉬耐熱鋼的滾柱
圖 3 HKUST 400 g-噸的離心分離機(jī)
軸承支撐一個常規(guī)軸運(yùn)行。離心分離機(jī)被直接加倍到垂直驅(qū)動軸下端的一個水力輻形活塞馬達(dá)驅(qū)動。因?yàn)榍芯€搖動手臂應(yīng)用的轉(zhuǎn)力矩很大地超過必需的驅(qū)動轉(zhuǎn)力矩，所以這驅(qū)動被選擇。在搖動期間除非一臺昂貴的水力傳動器被提供分開變速箱否則以齒輪連起的驅(qū)動會很快的被振動轉(zhuǎn)力矩?fù)p害。為了預(yù)防對水力馬達(dá)和軸聯(lián)結(jié)的損壞, 在搖蕩機(jī)被操作的簡短的期間對驅(qū)動馬達(dá)的油流程被省略有效允許離心分離機(jī)靠慣性滑動。在搖動完成后，對驅(qū)動馬達(dá)的流程是重建。
在150g最大可允許不平衡狀態(tài)是222 kN, 對應(yīng)于149 公斤重量不平衡狀態(tài)。平衡離心機(jī)是在平臺成功的使用各種各樣的大小重量安置沒被使用為運(yùn)載樣式的容器。仔細(xì)的簿記使用保證離心機(jī)平衡嚴(yán)密維護(hù)在測量儀之內(nèi)。被展開在離心機(jī)上的緊張標(biāo)準(zhǔn)度量用來檢測類似從離心力和負(fù)載量不平衡出現(xiàn)和電動機(jī)在搖動期間裝載的靜態(tài)結(jié)構(gòu)負(fù)荷。
2.2 結(jié)構(gòu)臂和裝備
離心機(jī)的基礎(chǔ)是一個逐漸變小的鋼焊件被使用傳送靜態(tài)和動態(tài)裝載從替換手臂
到建筑物基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)的手臂是堅(jiān)固地附到主軸上的鋼焊件。 它的主要功能是支持這四根張緊皮帶和傳輸從主軸到平臺驅(qū)動扭矩。張緊皮帶在末端被固定到結(jié)構(gòu)臂上并且反對以軸承沿著他們長度安置的切線替代阻止.以這個安排, 所有失衡的裝載從兩個搖擺的桶通過結(jié)構(gòu)手臂被傳達(dá)給主軸, 當(dāng)在缺少力量(一個完全平衡的情況) 大離心力在載重和配重之間通過套四條緊張皮帶整個地被傳送, 并且彎曲的片刻不適用于主軸。在震動期間的片刻除動態(tài)力量之外引起, 在主軸主要彎曲歸結(jié)于不平衡狀態(tài)力量。
2.3 停止平臺
避免有害物質(zhì)物產(chǎn)生變動和注重提高者, 高度被注重的張緊皮帶用機(jī)器制造用高強(qiáng)度鋼沒有焊接。對被焊接的裝載道路的信賴?yán)^續(xù)在連接在緊張皮帶和平臺之間: 搖擺的平臺由高強(qiáng)度標(biāo)尺多樣性運(yùn)載插入通過通行證軸在張緊的皮帶的末端的樞軸塊。每個這些標(biāo)尺沒有高于裝載13.3 kN, 哪些給安全因素大約3 由于每個的最后力是40kN。這次結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)同心度是非常寬容輕微的, 譬如由平臺結(jié)構(gòu)的小自轉(zhuǎn)造成。提供四套20 把標(biāo)尺。容納震動桌的正切勵磁的要求, 在懸浮平臺的反沖要求一個額外自由程度自轉(zhuǎn), 由球狀連接的插入達(dá)到在樞軸塊之間在主要耳軸, 并且兩對取決于在平臺的邊緣的塊。然后各個平臺被提供在振動器位移的兩個正交方向兩個自由度旋轉(zhuǎn)。 由滑的摩擦從振動器在平臺懸浮樞軸動態(tài)片刻被傳達(dá)給離心機(jī)的手臂確定。所有滑落表面被以造成一個 摩擦系數(shù)0.03的一種專有的涂料處理。
因?yàn)閺埦o的竿對必需克服樞軸的摩擦的修剪力的傳輸是不適當(dāng)?shù)?他們可滑動地附到樞軸的塊上的矩形結(jié)構(gòu)管材的成員被裝入, 但是不到那平臺, 所以當(dāng)竿在負(fù)荷之下伸展的時候他們在張緊方面不被強(qiáng)調(diào)。
2.4 分離控制系統(tǒng)
離心機(jī)驅(qū)動使用易變200馬力驅(qū)動電動機(jī)的容量壓力補(bǔ)償泵浦。被加壓的油從主要泵浦通過水力輻形活塞馬達(dá)在一條閉合的水力電路內(nèi)散布。容量油的流速在這條電路里由泵浦的角度控制旋轉(zhuǎn)斜盤的伺服閥和確定離心機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。
主要驅(qū)動泵浦以21 Mpa壓力操作離心機(jī),當(dāng)泵浦被使用為供給振動器動力和在35Mpa壓力下為控制驅(qū)動泵浦旋轉(zhuǎn)斜盤操作.給離心機(jī)的水力泵開車并且搖動桌子一個位于離心力房間的水庫 (圖 1)
對需要回轉(zhuǎn)速度的類比信號比例項(xiàng)適用于對主要在高壓水力電路附件的伺服閥的泵。除了調(diào)整對離心機(jī)驅(qū)動馬達(dá)的油流量之外， 斜盤角度也決定主要驅(qū)動的油壓線路。由于斜盤有非常高的回轉(zhuǎn)率 (在幾毫秒內(nèi)做完整個行程), 除非整個水力的驅(qū)動系統(tǒng)被仔細(xì)控制，否則在加壓上的主要驅(qū)動環(huán)存在潛能。
為了使達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)需要時間減到最小, 使用一個成形的速度指令而不是一條線的斜坡。在離心機(jī)慢慢地轉(zhuǎn)動并且阻力較小的情況下允許速度迅速被增加, 并且在高阻力情況下限制速度, 避免轉(zhuǎn)力矩和液壓操作過度。另外, 驅(qū)動電路液壓的在被測量而且使用變?nèi)躜?qū)動信號避免壓力過度。
一個電腦程式用來實(shí)現(xiàn)在上面被描述的控制。除控制離心機(jī)的速度以外, 計(jì)算機(jī)被使用監(jiān)測操作的參量譬如不平衡狀態(tài)手臂,主要軸承的溫度、液壓機(jī)液體溫度和壓力, 和安全互鎖的狀態(tài)。在震動測試期間必需使用計(jì)算機(jī)實(shí)施閥門操作序列來操作振動器系統(tǒng)。輸入每個自動被采集數(shù)據(jù)和被測量的參量對計(jì)算機(jī)硬盤促進(jìn)機(jī)器表現(xiàn)長期監(jiān)視和預(yù)定定期維護(hù)。
3. 雙軸振動器裝配
HKUST 離心機(jī)合并一臺雙軸水力振動器,作為被模仿的震動勵磁。在考慮震動狀態(tài)是多向而許多已經(jīng)利用的離心機(jī)震動模擬器是單向的, HKUST決定發(fā)展在自然里兩個水平的方向同時模仿震動運(yùn)動的一臺雙軸振動器為了。
由于這臺振動器在兩個方向上震動是可能的, 離心機(jī)和振動器的發(fā)展同時被進(jìn)行,被設(shè)計(jì)振動器作為離心機(jī)的整體部分。采取這種聯(lián)合設(shè)計(jì)方法為了盡可能隔絕離心機(jī)震動的能量, 和明確描述上面的懸浮設(shè)計(jì)。
促進(jìn)安裝和維護(hù), 而且允許離心機(jī)的操作在加速度大于75 g 為靜態(tài)測試, 震動工作平臺和它的桶形成一個從中止雙臂可移動和替換裝配。
以負(fù)載重量3000N, 總移動的重量(酬載和震動工作平臺硬件) 是大約10000N 。為了要將在飛行中搖蕩機(jī)的動態(tài)運(yùn)行最佳化，大的反應(yīng)塊(4000 公斤) 已經(jīng)被合并設(shè)計(jì)。震動工作平臺由流體靜力的自調(diào)整墊軸承支撐。比橡膠墊, 流體靜力的軸承提供更高的壓縮強(qiáng)度。橡膠墊位于在滑動平臺之下只被使用提供集中力量。
振動器在每個震動的方向運(yùn)用兩對伺服器 (一對在離心機(jī)自轉(zhuǎn)的正切方向和其他搖擺方向).各對振動器設(shè)置在震動的平臺的反面并且對應(yīng)的被作為設(shè)計(jì)單位, 應(yīng)用相同力向各平臺的邊滑動?；瑒悠脚_的運(yùn)行外表是在沒有自轉(zhuǎn)在飛行的二個正交方向震動。
流體靜力墊軸承被使用在各個作動器活塞和滑動平臺之間。這些軸承降低了滑動平臺的行動的橫向活塞軸接口的摩擦, 當(dāng)在活塞之間提供高強(qiáng)度的連接并且在軸向方向滑動。
表2 振動器的技術(shù)規(guī)格。
關(guān)鍵項(xiàng)目
規(guī)格
振動方向
二個原型水平方向
最大振動的加速度
35g
最大振動的速度
750 mm/s
振動頻率
0-350 Hz
搖動平臺接受來自這10gpm的油,35Mpa 易變?nèi)萘繅毫斶€泵。這個泵經(jīng)過被裝在離心分離機(jī)的頂端的附近的一個 35Mpa 水力的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)提供油給搖蕩機(jī)。為了提
供足夠的壓力和流動到振動器活塞, 在震動前液壓機(jī)液體被存放在四個2.5 加侖壓力累加器里。各臺伺服器有一條直徑7.6cm的活塞,壓力高達(dá)35Mpa, 每軸各對應(yīng)用力32,000kgf?？梢苿釉?000 公斤之下重量, 這力在各個震動的方向可產(chǎn)生35g加速度, 和一個典型的震動信號, 2 秒震動時間為各累加器充電是可達(dá)到的。振動器的關(guān)鍵術(shù)規(guī)格見表2。
圖 4 雙軸的搖蕩機(jī)。
振動器的由多個復(fù)雜的伺服器控制。因?yàn)楸皇褂盟呐_不同伺服器在三個自由度驅(qū)動滑動平臺 (翻譯在二個方向加上自轉(zhuǎn)在飛機(jī)震動),并且必須對各臺伺服器采取保證命令措施與運(yùn)動學(xué)限制一致; 否則, 伺服器將導(dǎo)致振動器表現(xiàn)減弱。
表3 滑動圓環(huán)和轉(zhuǎn)臺式連接裝置的規(guī)格
關(guān)鍵項(xiàng)目
規(guī)格
滑動圓環(huán)
模擬信號為32, 模擬返回為8,力為16
同軸
8 為錄影和高頻率
電纜
設(shè)備, 4個高質(zhì)量數(shù)字傳輸
通道
信號(計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))
空氣出口
2 在1400 kPa, 0.05 m3/min
水出口
2 在2000 kPa, 40 liters/min
一個聯(lián)合的模式和數(shù)字控制系統(tǒng)用來實(shí)施達(dá)到震動目標(biāo)的運(yùn)行?？刂破鞯哪Ｊ讲糠菔褂弥饕糜跍p少了壓力反饋?zhàn)內(nèi)?。模式控制使用定義操作系統(tǒng)的點(diǎn)(定位點(diǎn)) 系統(tǒng)。當(dāng)前在發(fā)展中的數(shù)字式震動控制系統(tǒng)了裝備一臺高速模式接口奔騰計(jì)算機(jī)實(shí)施的。數(shù)字系統(tǒng)有兩個功能。在更低的層次,控制器根據(jù)了假定設(shè)計(jì), 關(guān)于一個慣性框架震動平臺在反應(yīng)被修理; 在上部, 更正將被做根據(jù)平臺的絕對加速度.
更低的層數(shù)使用中斷服務(wù)實(shí)施控制器無限沖擊反應(yīng)。通過系統(tǒng)證明閉環(huán)控制器參量將由最佳振動器的調(diào)動。上部控制器是由于平臺和離心機(jī)手臂振動的通過一個離線重申做法改正根本上錯誤。
4 滑動圓環(huán)和轉(zhuǎn)臺式連接裝置
對適當(dāng)?shù)碾x心分離機(jī)的機(jī)能，轉(zhuǎn)臺式連接和滑動圓環(huán)連接是必要的。他們被用于傳輸電力、信號,可壓縮的液體像是空氣、水和油控制各種不同的裝置而且獲得實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。連接的一些規(guī)格見表3 。在HKUST, 二個連接被放在另一個上面而且展開在離心分離機(jī)室上面的地板上。這個架置安排使振動效應(yīng)和從離心機(jī)和離心機(jī)分庭的一個更高的凈空高度的梯度要求減到最小。這是重要考慮, 因?yàn)殡x心機(jī)分庭的幾何半徑和高度對電力消費(fèi)-有很大影響。
5 容器模式
二個樣板的容器已經(jīng)被發(fā)展。一是一個矩形的鋁容器,為靜態(tài)的測試設(shè)計(jì), 尺寸約為 1245mmx1270mmx850mm, 而且結(jié)合一扇可選擇的壓克力的窗口。容器被設(shè)計(jì)為在加速旋轉(zhuǎn)期間平均張力限制在模型之內(nèi)到0.025%。為了動態(tài)測試, 有柔性層狀類型的內(nèi)壁的容器已經(jīng)被研制了。這個容器在外形上是圓筒形的,內(nèi)徑550 毫米和高度500 毫米。容器由五十二個鋁圓環(huán)構(gòu)成, 在毗鄰圓環(huán)之間使用滾珠軸承降低摩擦。層式容器設(shè)計(jì)為雙向震動提供必要的邊界樣式條件。
6 結(jié)束
本文簡要的描述新型HKUST 400 g 噸離心機(jī)設(shè)施, 與它的一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。當(dāng)產(chǎn)生一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)時, 雙軸震動能力為探索新型土質(zhì)技術(shù)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)提供機(jī)會。HKUST 設(shè)施將會為全世界研究團(tuán)體所使用。
參考文獻(xiàn)
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Kutter, B.L., Idriss, I.M., Khonke, T., Lakeland, J.,Li, X.S., Sluis, W., Zeng, X., Tauscher, R.C.,Goto, Y., and Kubodera, I., 1994. Design of a large earthquake simulator at UC Davis, Proc.Centrifuge 94, Leung, Lee and Tan, eds., pp. 169-175.
Schofield, A.M. 1980. Cambridge Geotechnical Centrifuge Operations. Géotechnique, 25: No.4:743-761.
Van Laak, P.A., 1996. Development of dynamic capability for geotechnical centrifuge model studies, Ph.D. thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York.
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
課題 800型立式沉降離心機(jī)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名 唐 登 山
班 級 B機(jī)制021
學(xué) 號 0210110125
指 導(dǎo) 教 師 劉 仲 威
專 業(yè) 系 主 任
發(fā) 放 日 期 2006年3月 24 日
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
本課題來源于對沉降式離心機(jī)市場的調(diào)研結(jié)果。
眾所周知，沉降式離心機(jī)是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)利用旋轉(zhuǎn)物料本身所受到的離心
力來對固、液體的懸浮液或含不同比重液體的乳濁液進(jìn)行沉降分離的離心機(jī)。沉降離
心機(jī)分間歇操作和連續(xù)操作兩種類型。工業(yè)上常用的間歇操作沉降離心機(jī)有三足式沉
降離心機(jī)和刮刀卸料沉降離心機(jī)。連續(xù)操作沉降離心機(jī)常用的為螺旋卸料沉降離心機(jī)。
螺旋卸料沉降離心機(jī)是全速運(yùn)轉(zhuǎn)、連續(xù)進(jìn)料、沉降分離和卸料的離心機(jī)。
廣泛應(yīng)用于石油化工、煤炭、輕工、食品、制藥、化工、冶金等工業(yè)部門和環(huán)境
保護(hù)的污水處理。螺旋卸料沉降離心機(jī)中，沉渣沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁的移動全靠螺旋輸送器與
轉(zhuǎn)鼓的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)。兩者的差轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.5—4 %，多數(shù)為1—2 %。該差
轉(zhuǎn)速由差速變速器產(chǎn)生。常用的差速變速器有擺線針輪行星變速器和雙級2K-H漸開
線齒輪行星變速器。該兩種變速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，往往使用戶望而卻步。
為解決上述弊端，按離心分離理論，一是向高速和大型發(fā)展（即提高其分離因數(shù)）；
二是延緩濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的運(yùn)行速度，即延長固、液（或液、液）分離時間，以
達(dá)到充分脫液之目的。
綜觀國內(nèi)沉降離心機(jī)之發(fā)展，雖致力于提高其分離因數(shù)，然仍與國外差距較大。
理論研究表明，分離因數(shù)的提高雖有利于脫液分離，但濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留時間
因此也更短，反而于脫液分離不利，故部分地抵消了轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速加快的效果。更何況轉(zhuǎn)
鼓轉(zhuǎn)速加快，致使能耗呈三次方速率上升；而加大轉(zhuǎn)鼓直徑，則因轉(zhuǎn)鼓各部尺寸必須
隨之相應(yīng)增大乃至造成離心機(jī)之成本劇增；且大幅度提高其分離因數(shù)往往還要受到轉(zhuǎn)
鼓筒體及轉(zhuǎn)鼓底座（鑄件）等材料強(qiáng)度的限制。在現(xiàn)今，工業(yè)上還很難由工藝來保證
能廉價(jià)地提供這些高強(qiáng)度材料的情況下，實(shí)為我國之國情所不容。故人們常將視線轉(zhuǎn)
向后者——延長濾料（渣）在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時間——而這一時間的長短又取決于轉(zhuǎn)鼓
長度及轉(zhuǎn)鼓部件與螺旋輸（卸）料裝置之差轉(zhuǎn)速。
增加轉(zhuǎn)鼓長度無疑能達(dá)到延長濾料（渣）的脫液時間之目的。理論上，脫液時間
與轉(zhuǎn)鼓有效長度成正比。目前，國內(nèi)外這類機(jī)型的長, 徑比 L/ D 為 1.5—3.5 ，且 L/
D還有增大的趨勢，如美國已達(dá) 3.8 ，德國為 4.2 。但 L/D 愈大，則愈難保證轉(zhuǎn)鼓
筒體之圓柱度及筒體各段的同軸度，也愈難保證轉(zhuǎn)鼓筒體與螺旋輸（卸）料裝置（刮
刀）之配合，故 L/D 一般不大于 4 。大長徑比的離心機(jī)的整機(jī)軸向尺寸均較大（除
與轉(zhuǎn)鼓 L/ D 有關(guān)外，還與差動變速器軸向尺寸有關(guān)），因而只能做成臥式。顯然，其
占地面積（或體積）也大。
為克服現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)的缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)旨在提供一種能解決上述缺點(diǎn)和
弊端的新型機(jī)種——立式（螺旋卸料）沉降機(jī)。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
1. 工廠現(xiàn)行生產(chǎn)的臥式沉降離心機(jī)有關(guān)樣本；
2. 離心機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)鼓為柱—錐型，其軸線呈立式安置；轉(zhuǎn)鼓：大端直徑為800mm
；轉(zhuǎn)鼓半錐角為7—12度；轉(zhuǎn)鼓高度為480—520mm（即轉(zhuǎn)鼓長徑比（L/D）為0.6—
0.65）；
3. 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：1500r/min；分離因數(shù)為Fr1006；
4. 電機(jī)功率：小于30KW。
三、技術(shù)要求
1. 該立式沉降離心機(jī)能使濾料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時間（即固液分離時間）比現(xiàn)行的臥式
沉降離心機(jī)延長10~15倍（1—5min），從而提高分離效果；
2. 本機(jī)工作時濾料由上部料斗的進(jìn)料口進(jìn)入，同時電機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)；濾料在由螺旋送料
機(jī)構(gòu)輸送的同時被離心機(jī)進(jìn)行沉降分離——被分離的濾液和濾渣各行其道，分別經(jīng)離
心機(jī)的出液口和出渣口被引出機(jī)外；整個操作過程是在全速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下自動進(jìn)行；
3. 進(jìn)料口直徑不小于50mm；
4. 本機(jī)工作安全、可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單；
5. 生產(chǎn)率為每小時排出渣3m3；
6. 本機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，其進(jìn)料口、出液口和出渣口便于連接到生產(chǎn)自動線上。
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求
1. 開題報(bào)告；
2. 設(shè)計(jì)圖樣
2.1設(shè)計(jì)草圖：為離心機(jī)總裝配圖底圖，必須手工繪制，圖樣總量不少于1張A0；
2.2 設(shè)計(jì)圖樣：離心機(jī)總裝配圖、部件圖及較為復(fù)雜的主要另件圖（所有零件、
部件的編號不得遺漏且必須與裝配圖明細(xì)欄內(nèi)的一致）；圖樣全部用AutoCAD
繪制，圖樣面積總量折合3張A0以上。
3. 設(shè)計(jì)說明（計(jì)算）書
3.1 設(shè)計(jì)說明（計(jì)算）書字?jǐn)?shù)（含圖）在10000字以上；
3.2設(shè)計(jì)說明（計(jì)算）書（含說明書摘要）內(nèi)容、格式必須符合《鹽城工學(xué)院關(guān)
于畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫的指導(dǎo)意見》。
4. 畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告字?jǐn)?shù)在3000字以上（含圖）。
（以上幾個方面的材料除另外說明外，全部做成電子文檔資料）
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
2006.03.06—2006.03.07
布置任務(wù)
下達(dá)任務(wù)書
06.03.06—06.03.17
調(diào)查研究，收集資料，熟悉課題,畢業(yè)實(shí)習(xí)
06.03.18—06.03.31
總體設(shè)計(jì)，方案論證
06.04.01—06.05.10
部件、零件設(shè)計(jì)階段
06.05.11—06.05.25
編寫說明書
06.05.26—06.05.28
畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯
06.05.29—06.05.31
修改整理
06.06.01—06.06.02
復(fù)查材料
評閱
06.06.03—06.06.05
畢業(yè)答辯
06.06.06—06.06.08
材料整理裝袋
六、主要參考文獻(xiàn)：
[1] 徐 灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.
[2] 機(jī)械工程手冊，電機(jī)工程手冊編輯委員會. 機(jī)械工程手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出
版社，1995.
[3] 徐 灝. 新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.
[4] 胡家秀. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.
[5] 李益民. 機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.
[6] 全國化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站機(jī)泵委員會.工業(yè)離心機(jī)選用手冊[M]. 北京：化學(xué)
工業(yè)出版社，1999.
[7] 余國宗. 化工機(jī)器 [M].天津：天津大學(xué)出版社，1987.
[8] 孫啟才，金鼎五.離心機(jī)原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.
[9] B.N索柯羅夫，汪泰臨，孫啟才，陳文梅. 離心分離理論及設(shè)備[M].北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，1986.
七、其他
學(xué)生必須按照畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表明的時間，分期按時完成，并且保證各期工作
的工作質(zhì)量，以確保畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的完成。
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機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題申報(bào)表
指導(dǎo)教師 劉仲威 學(xué)生姓名 唐登山 2005年12 月 18 日
設(shè)計(jì)（論文）
題 目
800型立式沉降離心機(jī)
題目類別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目 來 源
結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際或工程建設(shè)
題目性質(zhì)
工程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)
見《設(shè)計(jì)任務(wù)書》
設(shè)計(jì)內(nèi)容
全套設(shè)計(jì)裝配圖、部件裝配圖、主要另件圖。
物
化
成
果
形
式
√
□工程設(shè)計(jì)類要求
說明書字?jǐn)?shù)
圖紙數(shù)
其它附件
□工程研究類要求
論文字?jǐn)?shù)
附件要求
□軟件開發(fā)類要求
說明書字?jǐn)?shù)
附件要求
1．設(shè)計(jì)說明（計(jì)算）書：其中文字?jǐn)?shù)不得少于10000字；
2．設(shè)計(jì)圖樣：
2．1手工繪制的裝配圖，面積總和折合A0幅面的圖樣不少于1張；
2．2所有設(shè)計(jì)圖樣（用AutoCAD繪制），面積總和折合A0幅面的圖樣不少于4張（圖樣中必須有三個部件的設(shè)計(jì)裝配圖，必須有較為復(fù)雜的主要零件圖）；
3．其它附件：
3．1開題報(bào)告；
3．2說明書摘要；
3．3畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告。
以上幾個方面的材料全部做成電子文檔資料。
（以上任務(wù)由一人完成。）
系部審查意見：
教研室主任（簽名）：
學(xué)院審批意見：
系主任（簽名）：
注：內(nèi)容較多可另附紙說明
一、題目類別：1、畢業(yè)設(shè)計(jì)；2、畢業(yè)論文
二、題目性質(zhì)：1、工程設(shè)計(jì)；2、技術(shù)研究；3、軟件開發(fā)；4、理論研究
三、題目來源：1、結(jié)合科研；2、結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際或工程建設(shè)；3、結(jié)合課程和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；4、自擬題目
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書
800型立式沉降離心機(jī)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名 唐 登 山
班 級 B機(jī)制021
學(xué) 號 0210110125
指導(dǎo)教師 劉 仲 威
完成日期 2006年6月15日
800型立式沉降離心機(jī)
摘要：本文介紹了800型立式沉降離心機(jī)的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)原理和分析、轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)計(jì)算、軸設(shè)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核、斜齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算以及設(shè)計(jì)來源。800型立式沉降離心機(jī)是以工廠現(xiàn)行生產(chǎn)的臥式沉降離心機(jī)有關(guān)樣本為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出的新型沉降離心機(jī)。?800型立式沉降離心機(jī)可以克服現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)占地面積（或體積）大和現(xiàn)在常用的兩種差速變速器（有擺線針輪行星變速器和雙級2K-H漸開線齒輪行星變速器）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn), 并且該立式沉降離心機(jī)能使濾料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時間（即固液分離時間）比現(xiàn)行的臥式沉降離心機(jī)延長10~15倍（1—5min），從而提高了分離效果。?該立式沉降離心機(jī) 工作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單，噪音??；對物料適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，其進(jìn)料口、出液口和出渣口便于連接到生產(chǎn)自動線上等優(yōu)點(diǎn)。整個操作過程是在全速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下自動進(jìn)行。它的生產(chǎn)率為每小時排出3 渣。它將廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品及輕工等部門和環(huán)境保護(hù)的污水處理。
關(guān)鍵詞：沉降離心機(jī)；帶輪；斜齒輪；轉(zhuǎn)鼓；軸
800 vertical subsidence centrifuges
Abstract：This article introduced 800 vertical subsidence centrifuges performance parameter, the structure principle, the rotor drum, the axis, the helical gear design calculation as well as designs the origin. 800 vertical subsidence centrifuges are by the factory present production horizontal-type subsidence centrifuge related sample the new subsidence centrifuge which designs for the foundation. 800 vertical subsidence centrifuges may overcome the present spiral outloading subsidence centrifuge area (or volume) big and the present commonly used two inter-species differences fast transmission gearbox (have cycloid pin gear planetary transmission and twin-stage 2K-H involute gear planetary transmission) the structure complex, the price is expensive and so on the shortcoming, And this vertical subsidence gentrifugalism function causes to filter the material (namely solid fluid separation time) to lengthen 10~15 in rotor drum dead time compared to the present horizontal-type subsidence centrifuge to double (1～5min), thus enhanced the separation effect. This vertical subsidence centrifuge work reliable, movement steady, product quality stable, operation maintenance simple, the noise is small; To material compatibility good, the structure is compact, its loading, the fluid mouth and the slag notch are advantageous for connects the production from the generatrix superior merit. The entire operating process is under full speed, the continuous working automatically carries on. Its productivity discharges 3 dregs for each hour. It widely will apply to department and the environmental protection and so on petroleum, chemical industry, metallurgy, medicine, food and light industry sewage treatment.
Key words：Subsidence centrifuge; belt wheel; Helical gear; Rotor drum; Axis
鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2006
800型立式沉降離心機(jī)
摘要：本文介紹了800型立式沉降離心機(jī)的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)原理和分析、轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)計(jì)算、軸設(shè)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核、斜齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算以及設(shè)計(jì)來源。800型立式沉降離心機(jī)是以工廠現(xiàn)行生產(chǎn)的臥式沉降離心機(jī)有關(guān)樣本為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出的新型沉降離心機(jī)。?800型立式沉降離心機(jī)可以克服現(xiàn)行螺旋卸料沉降離心機(jī)占地面積（或體積）大和現(xiàn)在常用的兩種差速變速器（有擺線針輪行星變速器和雙級2K-H漸開線齒輪行星變速器）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn), 并且該立式沉降離心機(jī)能使濾料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的滯留時間（即固液分離時間）比現(xiàn)行的臥式沉降離心機(jī)延長10~15倍（1—5min），從而提高了分離效果。?該立式沉降離心機(jī) 工作可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作維護(hù)簡單，噪音?。粚ξ锪线m應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，其進(jìn)料口、出液口和出渣口便于連接到生產(chǎn)自動線上等優(yōu)點(diǎn)。整個操作過程是在全速、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下自動進(jìn)行。它的生產(chǎn)率為每小時排出3 渣。它將廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、醫(yī)藥、食品及輕工等部門和環(huán)境保護(hù)的污水處理。
關(guān)鍵詞：沉降離心機(jī)；帶輪；斜齒輪；轉(zhuǎn)鼓；軸
Design of 800-type vertical subsidence centrifuges
Abstract：This article introduces the 800-type vertical subsidence centrifuges performance parameter, structure principle, rotor drum, axis, and helical gear design calculation. The 800-type vertical subsidence centrifuges are innovated from the factory present production horizontal-type subsidence centrifuge related sample . The 800-type vertical subsidence centrifuges may overcome the present spiral outloading and the present commonly used two inter-species differences fast transmission gearbox (have cycloid pin gear planetary transmission and twin-stage 2K-H involute gear planetary transmission) the structure complex, the price is expensive, And this vertical subsidence gentrifugelism function causes to filter the material (namely solid fluid separation time) to lengthen 10~15 in rotor drum dead time compared to the present horizontal-type subsidence centrifuge to double (1～5min), thus improve the separation effect. This vertical subsidence centrifuge work reliable, it can movement steadily, product quality stable, operate maintenance simply, the noise is small; The machine is adept to material compatibility good, the structure is compact, ard, the fluid outlet and the slag notch are advantageous to connect the production from the generatrix superior merit. The entire operating process is under full speed. The work is carried on automatically. Its productivity discharges 3 m3 dregs for each hour. It will appled widely to the environmental protection petroleum, chemical industry, metallurgy, medicine, food and light industry sewage treatment,and so on.
Key words：Subsidence centrifuge; belt wheel; Helical gear ;Rotor drum; Axis