农村水粪分离回收利用的筒体离心风干设施研究

任士贤

（兰州博文科技学院，甘肃兰州 730030）

0 引言

从整体上来看，农村的地域相对比较广阔，而且经济发展水平相对较低，自我发展能力也相对较弱，对基础设施有着较强的依赖性。为响应国家绿色环保，建设美好乡村的各类政策，开始加强对农村粪便的处理。由于粪便中含有大量的高浓度的病原体，有机物质在进入到水体之后就开始分解，可以消耗大量的溶解氧，使整个水体一直发臭，这样就很容易导致水生生物发生大量死亡的现象，而且N、P可以使水体更加富营养化，这样在厌氧的情况下，就很容易产生一些恶臭的气体，这样会对周围土壤以及农作物生长造成负面影响，导致作物产量降低，成熟期明显推迟等系列问题，对后续农作物生产造成不同程度的影响。本文主要就是针对这一问题，设计了水粪分离回收利用的筒体离心风干装置，并对该装置各个部分进行了相应介绍。

1 农村水粪分离回收利用的筒体离心风干设施结构分析

1.1 主要结构

当前农村粪水处理的问题较为严重，一直都是建设美丽乡村的重点所在。在本文的研究中，对农村水粪分离回收利用的筒体离心风干设施进行了相应介绍。

在该设施中，涉及一种离心分离机筒体及其带有该筒体的离心分离机，其中所述的筒体主要是通过主轴固定于离心分离机的机座之上，并且筒体的外壁之上也开设了多个滤液孔，而且在筒体圆周上还设置了专门的离心分离机门，并固定于主轴之上，且以主轴作为中心进行旋转，沿着筒体外壁进行滑动，在完全开启离心机门之后，就开始与筒体外壁进行连接，尤其是与外壁重叠的部分，形成一个专门的筒体覆盖区，而且筒体覆盖区的筒壁为下凹的筒壁。本设施的结构相对比较简单，而且拆卸相对方便，有利于进行相应的清洁工作，可以防止出现粘黏的问题。同时还可以消除因为外筒变形而导致无法进行开门、关门的问题，这也进一步提高了其本身开门、关门的效率以及相应的阻力。同时还可实现在线自动加料、放料、开门、关门等，实现粪水、粪便的自动排放等。

1.2 工作原理

在本产品之中，主要是由负责提供相应动力的电机、传递扭矩和力的轴、同步带、负责高速旋转的风扇所构成，离心风机的转子可以经过高速的转动，并且在大气压的作用之下，产生了较大的离心力，这样能够使得离心风机之中的气流都能够被压缩到风机之中，并且经过风扇的不断旋转，不断交换空间之内的空气，通常情况下，可以作用在较为大型，且空气并不流通的地方。离心风机在工作期间，主要是由其中的电机提供相应电源，同步带再开始转动，并且将其动力加以传递，传递给轴，轴可以通过轴承座进行相应支撑，并且还需要与轴承之间进行相互配合，最终能够使叶轮开始转动，并将其中空气压缩，在高速运转的情况之下达到相互交换的效果。

在其中的各类机械或者是生活之中，带传动就是其最为常见的传动装置，这种传动装置不仅仅传动过程相对简单，而且在一些计算方面的易懂程度相对于其他的传动而言，难度系数相对更低。而且在带传动的过程中，可以按照带本身的截面形状将其分为平带、V带、多楔带、同步带传动。其中，传动装置主要是属于挠性传动装置的范畴，具有较多的优点，例如：挠性传动装置本身的传动相对稳定，而且噪声相对较小，而且还可以在一定程度缓和震动以及缓和吸力。当发生过载的问题时，也会发生一定的保护机制，导致其他零件发生受损打滑的现象。但是在进行机械设计的过程中，该装置相对比较受欢迎，主要是由于其本身结构相对简单，而且在进行制造的过程中，实际的安装和维护也都相对简单，主要是由于其本身成本低的优势。

与摩擦型带的传动相比较，其中带轮和传动带之间的相对滑动在实际的传动中并不存在，因此，其中的传动比对在严格程度上可以得到相应保证。而且与本次设计相符合，且传动效率也相对较高。

2 离心风机的主要技术参数确定

2.1 电机的选型计算

根据本次设计的应用的环境场所需求制定：

风机流量Q=10800/3600=3m3/s

根据任务要求采用带传动，且为防止除尘离心式通风机。计算过程公式参考离心通风机手册。

根据《机械设计手册第五卷》35-15中表35.1-10参考，选取Y160M-4型号电机，额定功率为11 kW，转速为1460r/min。

2.2 带传动的设计计算

以下设计计算过程中应用的公式均参考《机械设计》。

1）设计功率在同步带传动中的确定dP：

式中，K—在和修正系数（根据离心机性能和运转时数查《机械设计》中表3得）；

Pd—工作机上电动机功率（kW）。

2）带的型号和节距的确定：

3）选择小带轮齿数：

由小带轮转速n1= 1460r/min 和XH型带，参考《机械设计》中表2-11得小带轮最小许用齿数z1=26，则大齿轮齿数，其中i=n1/n2=1460 /450=3.244，z2= 3.244×26=84.356，取标准带齿轮数z=84。

根据《机械设计》表1取标准宽度bt=101.6mm。

4）验算：

结果表明额定功率最终计算结果25.2 kW大于设计功率19.8 kW，所以带的传动能力在本次设计中是足够的。故所选参数合格。

2.3 联轴器选型计算

联轴器是用于连接不同机构中两轴的零件，顾名思义它的作用除了连接之外，不仅仅是在传递运动和动力的过程中零件单纯的连接，还使得两边机械零件一起转动，达到不分离的效果。联轴器主要有机械式、液力式和电磁式三种。其中得到广泛应用的联轴器也就是是机械式联轴器居多，然而它在传递转矩过程中主要借助于机械构件之间多种多样的相互机械作用力。其他两种却不同，液力式主要借助于液力，电磁式是借助于电磁力，所以说不同种类传递转矩的方式是不一样的。

根据此次设计内容，为了适当减小震动和冲击，选用凸缘联轴器。以下联轴器选型计算中应用到的公式参考《机械设计手册》第三卷。

1）载荷计算：

式中，T—公称转矩，N·m；

P—电动机功率，kW；

n—电动机转速，r/min。

由机械设计手册表4-11查得KA=1.3，故由公式计算转矩为：

2）型号选择：

根据以上计算结果，从《机械设计手册》第三卷中查得GY3凸缘联轴器的许用转矩为112N·m，轴径为20～24 mm，符合本次设计的应用要求.

3 离心风机的强度校核

3.1 主轴的强度校核

根据本次设计通风机的轴向尺寸和带轮的一些基本尺寸以及机械零件相互间的结构要求，确定传动主轴的基本尺寸。

由《风机手册》中图5-57得本设计中离心通风机的传动方式为C式传动。在工作中运转的传动主轴，弯矩和转矩在同时承受，所以在本次设计中传动主轴承受的最大弯矩和转矩就是我们所要计算出的，最终算出应力合成数值。以下设计计算中所用公式均参考《风机手册》。

3.2 主轴承受的负荷

由于轴的悬臂端直径是阶梯式的，设计中为了简化，看作直径相等的轴。且对叶轮质量进行估算：m1=450kgk g。

带轮直径D=0.56m，估算带轮质量m2=50 kg。

两轴承支承间轴的重量为：

叶轮端悬臂轴的重量为：

叶轮重量与不平衡力之和由《风机手册》中式得：

带轮重量与带拉力之和由《风机手册》中式得：

带轮端悬臂轴的重力为：

3.3 计算弯矩和扭矩

支撑A的反作用力为：

支撑B的反作用力为：

截面A上的弯矩为：

截面B上的弯矩为：

AB段轴的扭矩由《风机手册》式（5-18）得：

4 结论

随着农村经济结构的不断调整，以及规模化的畜禽场、养殖场的建设及发展，农村畜禽粪便污染问题愈加严重，开始形成较为严重农牧脱节的问题。畜禽粪便通常都是直接排放到农田、堰塘、河流之中，这会对人们生活造成严重影响。而且当前越来越多的农民对粪便这类肥料并不重视，部分农民常年都在外出打工，也只有农忙的时候才会回家务农，在家时间相对较短，而且粪便施肥方式又脏又累。很多农村更加倾向于使用干净的化肥，这样就导致越来越多的粪便流入到水体之中，对环境造成严重污染。因此，农村水粪分离回收利用的筒体风干设施的利用就显得尤为关键，具有重要意义。