多功能自适应破障周边传动刮泥机研制

林 雪，黄鹏程，陈长卿，姚爱萍

(1.浙江省农业机械研究院，浙江金华321017；2.金华职业技术学院，浙江金华321017)



多功能自适应破障周边传动刮泥机研制

林 雪1，黄鹏程2，陈长卿1，姚爱萍1

(1.浙江省农业机械研究院，浙江金华321017；2.金华职业技术学院，浙江金华321017)

针对现有刮泥机存在的刮泥装置在阻力过大时不能自行调节、自身重量过轻而不能有效刮除板结、过厚污泥层等问题，提出一种多功能自适应破障周边传动刮泥机，通过自适应破障刮泥装置及控制系统，自动定位故障位置并采用多瓣瓜手抓取破障，同时采用刮泥升降及刮板角度调节机构，自动检测刮泥负荷选择刮泥角度及厚度。具有刮泥彻底，对池底形状适应性强，对沉淀污水搅动少，维护方便等特点，大大降低了污水处理成本，促进我国污水处理技术及其装备的发展。

刮泥装置 破障 污水处理 控制系统

0 引言

刮泥机是目前应用较广的污水处理设备之一[1]。刮泥机主要应用于城市污水和各种工业废水的处理中，它的作用是将沉淀池中沉淀在池底的污泥刮集后排除，在污水处理中起到极其重要的作用，是承担排泥、撇渣功能的主要处理设备[2]。

刮泥机分为四大类：周边传动刮泥机(GA)、中心传动刮泥机(GZ)、桁车式刮泥机(GH)、链传动式刮泥机(GL)。适用于中大池径辐流沉淀池的主要为周边传动刮泥机。本文设计周边传动刮泥机刮泥半径大，刮泥效果好，调节装置能根据污泥的沉降速度和板结程度进行调节，给刮泥装置一定的预压力，以便能及时有效地刮除污泥， 同时池底有大阻力障碍物时刮板能自行调节掠过障碍物，保证了刮泥时设备的安全，也能有效地减震。

1 刮泥机整机结构设计

图1 摆线针轮减速器机分解图

目前周边传动刮泥机，其主要半臂结构工作桥采用固定长度设计，限制了污水处理池的设计尺寸，但往往污水处理场所因规模需要，需要扩大污水池的直径或者是增加新的污水处理池，这就导致需要采用新的周边传动刮泥机；同时有些污水池因生产的时间段产生污水量不同，需要调节刮泥机的高度。本文根据市场需要，打破常规刮泥旋转半径、污水处理池深度定量设计，整机工作桥采用双向可伸缩结构，上下层配重平衡，可根据用户实际情况需要，调节多功能自适应破障周边传动刮泥机的刮泥旋转半径、工作桥的高度。此外，为了提高传动机构传动效率，传动机构采用摆线针轮减速器机(图1)，选用四点接触球式回转支承代替平面圆柱轴承支承,其承受的轴向力、径向力和倾覆力矩均比平面圆柱轴承效果好；行走装置的刮泥桁架设计采用斜杆拖拽式可调滚轮结构，刮泥桁架底部采用双聚氨酯压力可调万向行走轮，包括底部行走轮和池壁行走轮，提高刮泥架稳定性。

其多功能自适应破障刮泥装置，通过自适应破障控制系统，自动定位故障位置并采用多瓣爪手抓取破障，多瓣爪手独立旋转且径向移动，破障过程不停机，同时采用刮泥升降及刮板角度调节机构，自动检测刮泥负荷选择刮泥角度及厚度。刮泥板采用多阶梯犁形结构，有利于淤泥往池中心集中，各阶梯形通过铰连接，可整体双向成梯形，单阶刮板双面都成犁形，提高刮泥效率，刮泥机可顺时针、逆时针交替工作，打破常规单向刮泥，刮泥板上方采用高分子等水密度材料制成的抗扰流筛板，避免刮泥过程中污泥的浑浊上扬，满足市场需求，对提升我国多功能自适应破障周边传动刮泥机的研制及产业化水平具有重要意义，符合国家产业政策。

图2 刮泥机结构

本文研究开发的周边传动刮泥机适用于工业污水处理中初沉池和二沉池以及其他行业辐流沉淀池[3]，其结构如图2所示，其主要功能是将沉降在池底的污泥刮集至集泥坑。研究着重解决驱动装置传动结构及过载保护、中心回转支座结构、刮泥桁架结构、自动调节负荷刮泥板结构等技术问题，使功能、体积、结构和成本之间达到最佳参数配合。

2 关键技术特点

2.1 多功能自适应破障刮泥装置设计

1-工作桥；2-槽钢支架；3-铰链；4-上铰链；5-压力调节器；6-下铰链；7-花架连杆；8-刮泥板；9-聚氨酯行走轮图3 刮泥装置示意图

刮泥装置是刮泥机重要的组成部分。目前大部分的周边传动刮泥机的刮泥装置分固定式和拖拽式两种形式。固定式的刮泥装置在工作时，遇到污泥板结过厚或障碍物产生过大阻力时，因刮泥装置固定死而无法自行调整，由此产生的扭矩过大会导致刮泥板或是刮泥装置变形甚至工作桥被顶起变形[4-5]。拖拽式的刮泥装置在工作时，由于刮泥装置整体质量过小而不能形成有效的刮除力，遇到污泥板结或沉降过快时只能刮除厚度很小的污泥层，刮除速度跟不上污泥的沉积速度，从而导致污泥越积越多，出现刮泥板被污泥层抬上来的情况。本文设计的刮泥装置主要包括工作桥、槽钢支架、花架连杆、铰链、上铰链、下铰链、压力调节器、刮泥板、聚氨酯行走轮。工作桥下部设有槽钢支架，槽钢支架上连接有花架连杆，花架连杆与槽钢支架通过铰链连接；花架连杆下端安装有刮泥板，呈弧形。花架连杆底部安装有聚氨酯行走轮；花架连杆与槽钢支架之间安装有压力调节器；压力调节器通过上铰链和下铰链分别与槽钢支架和花架连杆连接。压力调节器由上铰链、下铰链、调节螺母、缸筒、活塞、弹簧及止片组成。压力调节器通过调节螺母使弹簧承受一定的压缩力，与之相连的花架连杆产生下压力。通过调节螺母可以实现下压力大小的调节。能根据污泥的沉降速度和板结程度进行调节，给刮泥装置一定的预压力，以便能及时有效地刮除污泥。同时池底有大阻力障碍物时刮板能自行调节掠过障碍物，保证了刮泥时设备的安全，也能有效地减震。

2.2 多阶梯形犁形可伸缩刮泥板设计

通过刮泥板结构及基于淤泥扰流特性分析，设计了多阶梯形犁形刮泥板，如图4所示，有利于淤泥往池中心集中，各阶梯形通过铰连接，可整体双向成梯形，单阶刮板双面都成犁形，提高刮泥效率，刮泥机可顺时针、逆时针交替工作，打破常规单向刮泥，刮泥板上方采用高分子等水密度材料制成的抗扰流筛板，避免刮泥过程中污泥的浑浊上扬。

图4 多阶梯形犁形刮泥板结构示意图

3 社会效益

污水处理设备能有效处理城区的生活污水，工业废水等，避免污水及污染物直接流入水域，对改善生态环境、提升城市品位和促进经济发展具有重要意义，是环保产业的重要组成部分，是污水处理工艺的重要支撑；发展污水处理设备产业是控制环境污染，改善环境质量，推动可持续发展的重要环节[6]。

排泥机械是污水处理过程中的重要专用设备之一，也是关键设备之一，它在污水处理工艺流程的沉淀过程中起着相当重要的作用。如果排泥机械效率不高，则沉淀池会由于污泥厌氧而产生浮泥，影响处理效果；如果排泥机械出现故障，则影响污水处理厂的正常运行，影响处理效果，甚至造成不达标的严重后果。

本文研制的多功能自适应破障周边传动刮泥机，适用于各行业污水处理，弥补了传统刮泥机存在的缺陷，提高了刮泥效率，进而降低了污水处理成本，具有良好的社会效益及生态效益。

4 结论

随着我国污水处理规模的不断扩大，企业对污水处理的相关设备的需求也随之增加。本文研制的多功能自适应破障边传动刮泥机能解决现有刮泥机刮泥装置在遇到阻力过大时不能自行调节和刮泥装置由于自身重量过轻而不能有效刮除板结、过厚的污泥层等的技术问题，促进污水处理技术的深入发展。本装置适用于各行业污水处理，能减少污水处理成本，提高经济效益的同时增强企业竞争力，扩大就业，具有良好的市场前景。该设备与国内同价位产品相比，在结构、材质上有优势，与国外产品相比价格为其三分之一左右，能为相关企业节省成本支出，具有较高性价比，市场前景广阔。

[1] 杨悠.浅谈我国水处理机械设备的发展[J].工业设计, 2011(7):214-215.

[2] 孙宏斌,谷成国.污水处理设备国产化的现状与发展[J].环境保护与循环经济, 2011,31(12):61-63.

[3] 姚爱萍,陈长卿,黄东明，等.可调式周边传动刮泥机的研制[J].金华职业技术学院学报,2014,14(3):68-71.

[4] 胡建成.新型排泥机械关键部件设计研究[D].北京：机械科学研究总院，2009.

[5] 杨军.刮泥机桥架的有限元分析与优化设计[D].南京： 南京农业大学，2013.

[6] 高婷,于航宇.浅析我国水环境现状及城市污水的处理[J].中国新技术新产品,2011(16):197-198.

[7] 朱寅春,阎小玲,王晏，等.往复式底部刮泥机在矩形沉淀池中的设计与应用[J].净水技术,2012,31(5):67-70.

[8] 张剑.浅析旋转扫角式刮泥机存在的问题及其改进措施[J].净水技术,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，汉族，吉林东丰人，硕士，工程师，主要从事农业装备研究。

2016-04-22