一级/二级固液分离环卫车正样设计方案报告 湖南大学 2016年11月  目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1概述 4 2引用及依据文件 4 3方案阶段总结 4 3.1 国外 4 3.2 国内 5 3.3调研总结 7 3.4 研制产品主要配置说明 7 4设计依据及输入条件 9 4.1 设计依据 9 4.2 输入条件 9 4.3 功能要求 9 4.4 技术性能指标 9 4.4.1 车底盘 9 4.4.2 吸污车 10 4.4.3 清洗车 11 4.4.4 疏通车 11 4.4.5 其它 11 4.5 接口要求 12 4.5.1 污物污水处理装备与车底盘之间的机械接口 13 4.5.2 污物污水处理功能件之间的机械接口 13 4.5.3 电控接口 14 5 正样设计方案分析 15 5.1 系统组成 15 5.2 系统的工作模式 17 5.3 系统工作原理 17 5.3.1 一级固液分离装备 17 5.3.2 二级固液分离装备 21 5.4 主要部件设计 23 5.4.1 箱体 23 5.4.2 线 第一级固液分离系统 31 5.4.4 第二级固液分离系统 36 5.4.5 清洗装置 40 5.5 电控系统设计 41 5.5.1 线二级固液分离系统 42 5.5.4 清洗系统 42 5.5.5 柴油机组 42 5.5.6 各类阀、传感器电控 42 5.6 各类接口（支架）设计 42 5.7 产品继承性分析 42 5.8 可靠性设计分析 42 5.9 安全性设计与分析 44 5.10 裕度设计分析 44 5.11 冗余设计分析 44 5.12 力学设计 44 5.13 抗环境设计 45 5.14 重量预计 45 6 部件配套情况 46 7 指标性分析 46 8 结论 46  1概述 目前，粪便污水为城市生活污水贡献了近一半的有机物和大部分的氮磷营养物负荷。随着我国城市规模迅速扩张与人口剧增，应对城市地下化粪池污物的传统处理模式、装备与技术，难以适应 新常态下环境质量与保护的要求，与城市现代化建设与发展的矛盾也日益突出。我们自主研发的环卫机械自动化的“就地”处理作业新装备、智能信息化的作业管理与过程监控系统，实现不需转运化粪池污物或建设相应的垃圾填埋场、高效率高质量和高安全性的“就地”处理作业、化粪池污物可循环再利用等目标，并建立“无偿提供装备、自主作业、政府监控”的民间资本运营模式，辅以专业作业技术队伍，为政府提供高效率、高质量的化粪池污物处理作业，同时为政府的城市环境质量建设减轻投入资本负担。 2引用及依据文件 （1）QC/T 652-2015 吸污车汽车行业标准（QC）； （2）QC/T 957-2013 洗扫车 汽车行业标准（QC）； （3）QC/T 847-2011 下水道疏通车 汽车行业标准（QC）； （4）JB/T 11379-2013粪便消纳站 固液分离设备； （5）GB/T 23484-2009 城镇污水处理厂污泥处置分类； （6）CJJ 131-2009 城镇污水处理厂污泥处理技术规程； （7）CJJ131-2009城镇污水处理厂污泥处理技术规程； （8）2011城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）； （9）GB18596-2001 畜禽养殖业污染物排放标准； （10）GB18918-2016 城镇污水处理厂污染物排放标准。 3方案阶段总结 3.1 国外 发达国家污水处理设备的生产始于上世纪60年代，以先进的科学技术和制造工业为依托，在激烈的国际市场竞争刺激下，目前已达到高度现代化水平。当前工业发达国家污水处理设备现代化工业具有以下特点： （1）城市污水和工业废水处理设备已实现标准化、定型化、系列化和成套化，已构成门类齐全、商品化程度高的水处理设备工业； （2）水处理单元设备，如沉淀、过滤、萃取、吸附、微滤、电渗析等已形成专业化规模生产，品种、规格、质量相对稳定，性能参数可靠，用户的选择采用十分方便； （3）城市污水成套设备向大型化发展，工业废水处理设备随着工艺技术的成熟定型而趋于专门化、成套化； （4）与水处理相配套的风机、水泵、阀门等通用设备已逐步实现专们化设计，并组织生产。以满足特殊需要； （5）水资源紧张、水体营养化、饮水安全导致废水深度处理设备和消毒设备有相当程度的发展； （6）厌氧处理技术重新引起重视。促进了厌氧处理设备在高浓度有机废水处理上的应用，如UASB、UFB反应器等设备在水处理工程方面发挥了作用。 3.2 国内 吸污、疏通、清洗、固液分离等装置的进展（产品状态描述、市场应用情况、优缺点等）。 国产污水处理设备的生产始于上世纪70年代中后期，当时产品的标准化、成套化、系列化水平很低，定型产品较少。进入1990年代以来，国家有关部门先后对主要污水处理设备制造企业进行了技术改造，提高了制造能力和制造水平，城市污水处理专用设备和与之配套的通用设备的生产水平都有了很大提高。 目前，日处理5、10、25、50t的城市污水处理厂的全部或主要设备都可实现国产化。其中，国产的微孔曝气器、高强度曝气机、带式压滤机、各类格栅除污机、刮泥机，以及刮砂机、曝气转刷、曝气鼓风机、大型污水泵、潜水电泵等已基本上能够适应国内市场需求，还有部分产品出口。在产品设计方面，从5万t/d到50万t/d规模的污水污泥提升系统、机械过滤沉淀统、曝气处理系统、污泥脱水处理系统等国产设备，已相当于国际1980年代水平，并能够向上述规模的污水处理厂提供成套设备。但是，在沼气发电系统、在线监测控制系统等方面，国产设备与国外发达国家相比，尚存在较大差距。在一些国际1990年代最新型技术装备领域，还存在空白面有待填补。在产品水平方面，能耗较大的鼓风机、水泵等产品，单机设备效率已接近国际1980年代水平，成套产品总体水平相当于国外1970或1980年代水平。 目前，国产污水处理成套设备与发达国成相比，存在很大差距。与我国城市污水处理产业发展亟需相比，亦存在很大不足。主要有以下几点： （1）产需矛盾突出。根据“十三.五”计划和2016-2020年较长远规划的要求，我国污水处理设备的综合生产能力远远不能满足国内需求，供多矛盾十分突出。 （2）品种结构落后、品种少、开发能力弱。在众多产品中，一般机械产品和初级产品所占比重大，具有现代化水平的机、电、仪一体化装备较少或处于起步阶段。除大型环保骨干企业外，大多数企业缺乏新产品的自我开发能力。 （3）产品质量差、技术水平低，35～40％的主要产品相当于国际1960或1970年代水平。现行的国产污水处理设备中，约有1/5属于限制生产或限期淘汰产品，约有2/5属于需要改进的产品。 （4）产品创汇不稳定。尽管国产污水处理有出口，但总的来说，出口设备技术含量不高，出口的类别、品种和地区较窄，在国际市场上竞争力不强。 （5）相关企业综合效益普偏低。除少数企业外，多数污水处理设备制造业的经济效益较差。 （6）设备成套和工程承包的力弱。能够承担污水处理工程承包和设备成套的企业很少，大多数企业把主要精力放在自己比较适应的开发、创造成品领域，从事单机生产和销售，从而使国产污水处理成套能力和工程总承包能力较弱。 （7）包括操作培训、维护的售后服务及问题反馈的产品水平再提高等工作亟待强。 根据北京环卫研究院的研究（2015年），表明吸污/疏通/固液分离车是当前最有发展空间与潜力的环卫装备。 表3-1 各类环卫车的功能比较 性能参数 车型 夹心取 力器 柴油 机 发电 机 吸 污 疏 通 固液 分离 典型 厂家 参考价* （万元） 吸污车 × √ √ √ × × 程力 黄牌28/32* 洒水/疏通车 × √ √ × √ × 程力 黄牌32/36* 吸污/疏通车 √ × √ √ √ × 中联重科 黄牌128/140* 吸污/固液 分离车 × √ √ √ × √ 深圳998 公司 蓝牌98 黄牌“无” 吸污/疏通/固液分离车 √ × √ √ √ √ 我们新 研发的 黄牌100/140** 表3-2 各类环卫车市场分布情况 车型 吸污车 洒水/疏 通车 吸污/疏通车 吸污/固液 分离车 吸污/疏通/固液 分离车 市场分布 （万台） 145 100 75 2 无 用途 清掏人蓄粪便、淤泥等。 清扫马路、管道疏通等。 清掏人蓄粪便、淤泥与管道疏通等。 清掏人蓄粪便、淤泥及固液分离等。 清掏人蓄粪便、淤泥及管道疏通、固液分离等。 表3-3 各类环卫车计技术指标比较 性能 类别 吸污 扬程 (m) 处理 效率 (m3/h) 最大抽吸气流量≥ (m3/min) 最大抽 吸压强 (MPa) 固态物 含水率 (％) 污水中 颗粒粒径(mm) 燃油 种类 动力 噪声 出料 方式 维修量 我们的 ＞8 15 4 -0.093 65 ≦0.5 国4/ 国5 通过夹心取力器取自底盘动力 很小，75dB 自动 模块化设计，维修方便；一年保养一次，很少出现故障等 深圳998公司的 ≦7 5~15 4.5 -0.093 ≦80 ≦1.0 国4 自身携带柴油机 柴油机声响大，扰民，85dB 手动 每半个月维修一次，且维修不方便，误工误时等 3.3调研总结 环卫车在实际生活中应用的非常广泛，设备数量非常多，尤其是居民小区、非主干街道等场合；功能也比较齐全，但是一般都采用单一设备单一功能方式。通过了解在小区使用的小型环卫车的结构组成、工作原理，研究如何实现多功能的集成，考虑多功能集成时的工作状况，同时改进设计对提高劳动生产率，降低生产成本，改善劳动条件，实现安全生产的作用。要调整好产品开发方向，顺应市场的需求和国家政策的要求，研究多功能环卫车具有十分重要的意义。 3.4 研制产品主要配置说明 化粪池污物污水“就地”无害化处理多功能车（图3-1），包括车辆底盘、驱动系统、管网系统、真空吸污系统、初级/二级/三级固液分离系统、絮凝系统、高压清洗/疏通系统等。管网系统连接高压清洗/疏通系统、真空吸污系统、初级/二级/三级固液分离系统；真空吸污系统通过吸污管直接将化粪池的污物污水吸入真空罐；絮凝系统将絮凝剂混入污水中；初级固液分离系统在真空罐内将化粪池污水中大尺寸固态垃圾分离，二级/三级固液分离系统将细颗粒有机肥与水分分离；电气控制系统控制整个机构和液压装置的运行。 目前，根据国家环保政策的逐渐落实和市场需求，我们初步拟定多功能环卫车（蓝牌、黄牌）有以下六种基本配备： （1）吸污、初级固液分离； （2）吸污、初级/二级固液分离； （3）吸污、初级/二级/三级固液分离； （4）吸污、初级固液分离、疏通/清扫； （5）吸污、初级/二级固液分离、疏通/清扫； （6）吸污、初级/二级/三级固 液分离、疏通/清扫。 1：车辆底盘；2：驱动系统；3：线：固态垃圾初级过滤系统；5：二级污水固液分离系统；6-絮凝系统；7：高压清洗疏通系统； 8：管网系统 (a) 模式1 (b) 模式2 图3-1 化粪池污物污水“就地”无害化处理多功能车 4设计依据及输入条件 4.1 设计依据 见第2章引用及依据文件：吸污车的国家规范、疏通车的国家规范、固液分离的国家规范、清洗车的国家规范，城镇污水出水达标、养殖污水出水达标等。 4.2 输入条件 （1）化粪池污物粘度大、纤维物料多，颗粒粒径分布范围广，多年不清掏时上表层存在结壳层1～1.2m。现有绝大部分装备在处理粘度较大带有颗粒的物料，特别是纤维物料时，进料浓度稍大又会发生堵塞，一般很难顺利完成一次作业，需中断过滤操作，更换过滤元件或取出清洗，既费时又费事，影响处理效率；而且由于金属滤网间隙很小，冲洗时比较困难用水量很大。 （2）处理初沉淀池，二沉淀池等污泥。 （3）污水管污物（砖块、沙砾、树枝等）的清洗。 （4）清扫施工路面和设备内外表面等。 4.3 功能要求 （1）吸污：将化粪池中的混合污物污水从池中抽吸，以实现清掏化粪池的目的。 （2）固液分离：将化粪池混合污物污水实现进行分离，保持一定含固率（25％以上，干湿度大于75％）、颗粒损失率小于5％，排水符合国家标准。 （3）高压清洗：清扫施工路面和设备内外表面，保持工作环境和设备洁净。 （4）疏通：能够疏通城市污水管网。 4.4 技术性能指标 4.4.1 车底盘 需要调研货车底盘的长*宽*高（为固液分离功能箱设计服务），箱体的长*宽*高（我们设计的箱体满足限高、限宽的要求），载重（限定我们所设计箱体的重量），功率配置（我们的动力从此取出，如夹心取力器等），底盘结构（我们的箱体与它连为一体）等。 依据国标《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB1589-2004）表1之规定，最大设计总质量 3500kg，且≤8000kg的二轴货车，长、宽、高的最大限值分别为7000mm、2500mm、4000mm。 依据国标《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》（GB1589-2004）表2之规定，二轴货车每侧单轮胎最大允许轴荷为6000kg；每侧双轮胎为10000kg，常见货车尺寸见表4-1。 表4-1 常见货车尺寸 汽车品种 车厢净内宽 （mm） 箱底距地高度 （mm） 车辆总高度 （mm） 整车总长度 （mm） 跃进/江淮 1850~2050 1100~1200 2800~3000 4100~4400 蓝剑 1700~1900 1100~1200 2800~2980 4200~4500 庆铃五十铃 1720~1830 1020~1100 2700~2950 4000~4500 东风康明斯 1900~2000 1080~1180 2800~3100 4500~5000 2200~2300 1300~1420 3400~3900 8000~10500 2250~2350 1350~1450 3400~4000 8600~11000 2340 1400~1520 4280~4400 9100~1520 一汽解放 1780~1900 1100~1200 2800~2980 1200~4600 2180~2280 1320~1400 3500~4000 8000~10500 柳州东风 /乘龙/楚风 2180~2280 1320~1400 3500~4000 8000~10500 2340 1400~1520 4280~4400 9100~15200 三菱 1850~1900 1050 3000~3100 4200~4500 2250~2350 1300~1380 3500~3700 7600~10000 五十铃日野 1850 1080~1120 2850~3000 4000~4500 2100~2200 1100~1250 3600~3900 7600~9000 2300 1280~1350 3750~3900 8200~9200 2340 1400~1520 4280~4400 8100~15200 五十铃客货 双排/单排 1600~1660 750~850 2400~2550 1600~1660 750~850 2500~2650 货柜/拖脱 2340 1400~1600 4280~4400 9100~1520 指导我们如何选配车底盘、箱体、功率的技术性能指标？ 4.4.2 吸污车 需要调研现有吸污车底盘的长*宽*高（为固液分离功能箱设计服务），罐体的直径或长*宽*高（我们设计的箱体满足限高、限宽的要求），载重（限定我们所设计箱体的重量），功率配置（我们的动力从此取出，如夹心取力器等），底盘结构（我们的箱体与它连为一体），特别是技术功能指标等。 吸污车汽车行业标准（QC）（QC/T 652-2015）第四章详细列举了吸污车应达到的各项性能指标。吸污车各项性能指标见表4-2。 表4-2 吸污车各项性能指标 序号 名称 单位 基本参数 1 额定装载质量 t 1 2 4 6 8 10 15 2 箱体有效容积 m3 0.6~1 1.2~2 2.1~3.6 3.3~5.5 4.5~7.5 6~10 8~12 3 抽吸时间 min ≤3 ≤3.5 ≤4 ≤4.5 ≤5 4 吸管直径 mm 75 75~100 100~125 100~150 5 有效吸程 m ≥3 ≥4.5 ≥5 6 系统最大 线 卸料角 (°) ≥45 注：系统最大真空度为绝对压力值 指导我们如何选配吸污功能的技术性能指标？ 本项目的固液分离环卫车额定装载质量设计为8吨，由表4-2可知罐体有效容积需在4.5~7.5m3之间，抽吸时间要小于4.5min，吸管直径需在100~150mm之间，有效吸程需大于5m，系统最大线洗扫车 需要调研现有清洗车底盘的长*宽*高（为固液分离功能箱设计服务），罐体的直径或长*宽*高（我们设计的箱体满足限高、限宽的要求），载重（限定我们所设计箱体的重量），功率配置（我们的动力从此取出，如夹心取力器等），底盘结构（我们的箱体与它连为一体），特别是技术功能指标等。 指导我们如何选配清洗功能的技术性能指标？ 国标《QC/T 957-2013 洗扫车》第四章对洗扫车的功能要求做了详细的列举。清洗车的清洗宽度应大于车宽，清洗水压要求大于5MPa，一次连续喷水作业时间大于60min。 4.4.4 疏通车 需要调研现有疏通车底盘的长*宽*高（为固液分离功能箱设计服务），罐体的直径或长*宽*高（我们设计的箱体满足限高、限宽的要求），载重（限定我们所设计箱体的重量），功率配置（我们的动力从此取出，如夹心取力器等），底盘结构（我们的箱体与它连为一体），特别是技术功能指标等。 指导我们如何选配疏通功能的技术性能指标？ 国标《QC/T 847-2011 下水道疏通车》第四章对下水道疏通车的功能要求做了详细的列举。下水道疏通车水力疏通系统基本参数见表4-3。本固液分离环卫车净水箱容积小于2.5m3。 表4-3 水力疏通系统基本参数 序号 项目 参数 V1≤2.5 2.5＜V1≤4.5 V1＞4.5 1 疏通水压力（MPa） 15~20 2 疏通水流量（L/min） ≥100 ≥150 ≥200 注：V1为净水箱容积（m3） 4.4.5 其它 （1）固液分离 常见固液分离设备及其工作特性如表 项目 叠螺 脱水机 带式 脱水机 离心式 脱水机 板框式 脱水机 陶瓷 过滤机 转鼓 过滤机 脱水方式 螺旋压滤 重力脱水+ 剪切型 离心力脱水 加压脱水 过滤 连续加压 絮凝剂 使用 使用 使用 使用 使用 使用 含水率 85%以下 85%以下 85%以下 75%以下 85%以下 85%以下 冲洗用水 极少 极大 少 中 中 少 回收率 90%左右 90%左右 95%左右 95%以上 用 90%左右 90%左右 用电量 极少 中 极大 大 中 中 连续运行 可能 有可能，但比较困难 可能 不能（部分 机型能） 可能 可能 维修管理 操作时间短，简单 操作时间长 操作时间长 操作时间长 操作时间长 操作时间短，简单 占地空间 小 大 中 大 小 小 振动噪音 极少 有 有 有 有 有 污泥浓缩池 不要 要 要 要 要 要 通过对现有固液分离设备进行分析，可以得出采用离心原理进行固液分离的功耗、脱水效果等综合效果相对较差，不适用于车载式化粪池混合污物的脱水；采用压力过滤原理的设备种类很多，适用范围很广，尤其是螺旋挤压式固液分离设备综合效果较好，因此该项目一级固液分离设备采用螺旋加压脱水机构，二级固液分离设备采用叠螺式脱水机构。 本项目第一季固液分离采用10mm筛筒，第二级固液分离进泥含固率在1％左右，泥饼含水率在75％～80％之间，清液含固率在5‰左右。 根据要求，经过固液分离处理后的化粪池液态垃圾可直接排放到下水道，污水排入城市下水道水质标准（CJ3082-1999）如表所示。 表1 污水排入城市下水道水质标准 序号 项目名称 单位 最高允许浓度 序号 项目名称 单位 最高允许浓度 1 pH值 mg/L 6.0～9.0 19 总铅 mg/L 1 2 悬浮物 mg/L·15min 150(400) 20 总铜 mg/L 2 3 易沉固体 mg/L 10 21 总锌 mg/L 5 4 油脂 mg/L 100 22 总镍 mg/L 1 5 矿物油类 mg/L 20 23 总锰 mg/L 2.0(5.0) 6 苯系物 mg/L 2.5 24 总铁 mg/L 10 7 氰化物 mg/L 0.5 25 总锑 mg/L 1 8 硫化物 mg/L 1 26 六价铬 mg/L 0.5 9 挥发性酚 mg/L 1 27 总铬 mg/L 1.5 10 温度 ℃ 35 28 总硒 mg/L 2 11 生化需氧量（BOD5） mg/L 100(300) 29 总砷 mg/L 0.5 12 化学需氧量（CODcr） mg/L 150(500) 30 硫酸盐 mg/L 600 13 溶解性固体 mg/L 2000 31 硝基苯类 mg/L 5 14 有机磷 mg/L 0.5 32 阴离子表面活性剂（LAS） mg/L 10.0(20.0) 15 苯胺 mg/L 5 33 氨氮 mg/L 25.0(35.0) 16 氟化物 mg/L 20 34 磷酸盐（以P计） mg/L 1.0(8.0) 17 总汞 mg/L 0.05 35 色度 倍 80 18 总镉 mg/L 0.1 注：括号内数值适用于有城市污水处理厂的城市下水道系统 （2）电控（外接电源、自备柴油发电机组） 主要找一找低压配电设计规范（GB？）？ 查找箱式车国标、拖式平板车国标、固液分离装置、清洗车国标、疏通车国标等所对应电控要求。 指导我们如何选配实现上述功能的配电、布线、安全性措施等？ 综上所述，本项目化粪池“就地”固液分离装备的具体指标如下： 1）吸污扬程≥10m（化粪池深度+底盘+罐体高度之和）； 2）处理效率20m3/h； 3）最大抽吸气流量≥4m3/min； 4）最大抽吸压强-0.093MPa； 5）固态物含水率≤75％； 6）污水中颗粒粒径≤0.05μm； 7）污水灌容积5.5m3； 8）疏通清洗管径Φ100mm～Φ200mm； 9）吸管最大延伸距离30m； 10）（汽车底盘）燃油种类：国4/国5柴油； 11）动力配置可根据市场需要，有接外电、车底盘动力加装夹心取力器、自身配置柴油机等三种模式。 液态垃圾“就地”无害化处理的主要工艺流程见图4-1。 图4-1 液态垃圾“就地”无害化处理的主要工艺流程 4.5 接口要求 主要阐述三大类接口： （1）整个污物污水处理装备与车辆底盘之间的机械接口； （2）污物污水处理功能件之间的机械接口； （3）各个分系统之间的电控接口。 4.5.1 污物污水处理装备与车底盘之间的机械接口 吸污装置、2级固液分离装置、清洗/疏通装置、柴油机组等与车底盘如何连接。 4.5.2 污物污水处理功能件之间的机械接口 （1）吸污（图4-2） 1）连接：污水管与真空泵（进/出）；水循环真空泵与冷却水箱（进/出）；污水管与罐体接（进/出）。 2）位置：真空泵；冷却水箱；进/出污水管（尽量没有弯角）；球阀及其手动锁紧机构等。 · 图4-2 吸污机械接口示意图 （2）初级固液分离（图4-3） 1）连接：初级固液分离装置（罐体）与污水管（进/出）；初级固液分离装置安装座（刚度、平稳性、强度）。 位置：初级固液分离装置与真空罐体；初级固液分离装置与污水管（进/出）；初级固液分离装置与固态垃圾出口（管道）。 图4-3 初级固液分离示意图 （3）清洗（图4-4） 1）连接：清洗泵与水管（进/出）；水箱与水管（进/出）；喷头与水管；阀与水管（进/出）。 2）位置：清洗泵；水管；阀；水箱。 图4-4 清洗系统示意图 （4）电源 发电机组合与车底盘；控制柜。 采用框图表示。 4.5.3 电控接口 （1）吸污装置电控 真空泵、排污口限位传感器、水箱水位传感器、真空罐水位传感器，线级固液分离装置电控 （3）清洗/疏通装置电控 （4）总电源输配 柴油发电机组（20％的余量）；接市电。 5 正样设计方案分析 5.1 系统组成 一级固液分离环卫车由车辆底盘、一级固液分离系统、真空吸污系统、清洗系统、动力系统、电控系统、管路系统和厢体等组成，见图5-1。 二级固液分离环卫车由车辆底盘、车厢、一级固液分离系统、真空吸污系统、二级固液分离系统、清洗系统、动力系统、电控系统、管路系统和箱体等组成，见图5-2。 1：车辆底盘；2：车厢体；3：级固液分离系统；4：线：管路系统 图5-1 一级固液分离环卫车示意图 1：车辆底盘；2：清洗系统；3：线：管路系统；8：一级固液分离系统 图5-2 二级固液分离环卫车示意图 为了后面表述方便，在车厢底面形心为原点建立直角坐标系，以平行汽车纵轴为Y轴，指向？方向为正；以平行车轴为X轴，指向？方向为正；以垂直车厢底面为Z轴，指向？方向为正，具体坐标系见图5-3。 图5-3 直角坐标系定义 5.2 系统的工作模式 一级固液分离环卫车采用的是断续工作模式，当系统开机工作时，一级固液分离系统的垃圾筒中的固态垃圾和真空罐中的液态垃圾逐渐增多，当固态垃圾或液态垃圾溢出时，需停机排出固态或液态垃圾。当然，可以通过系统的调整与匹配使固液态垃圾同时填满各自容积，降低停机频率，提高功效。 二级固液分离环卫车采用的是连续工作模式，当系统开机工作时，一级固液分离系统的垃圾筒中的固态垃圾和真空罐中的液态垃圾逐渐增多，当其中一个真空罐抽到设定值时，切换球阀让第二个真空罐工作，然后第二级固液分离系统开始处理第一个真空罐的出水（含有较多细颗粒的固液混合物），这样依次交替工作。当一级固液分离处理的固态垃圾填满垃圾桶时，需停机排出固态垃圾。 5.3 系统工作原理 5.3.1 一级固液分离装备 车辆底盘是整个初级固液分离装备的的承载体；车厢体是把整个初级固液分离装备包裹起来，外形有点像厢式车体；一级固液分离系统就是通过真空罐体内置的筛筒与螺旋叶片的相互作用将固态物与液体进行分离，固态物通过螺旋输送从背压端挤出，落入垃圾桶；液体通过筛孔流出，再进行更一步处理；真空吸污系统就是讲现化粪池中的多相混合污物抽取到真空罐体内；配备清洗系统是为了清洗工作场地和装备设备；动力系统为整个初级固液分离装备提供动力；电控系统是用来检测和控制设备的运行状态；管路系统使整个装备中流体（气体或液体）的流动通道，用来控制流体的走向，完成阀件的关闭与开启。当设备开机工作时，通过真空吸污系统将化粪池中的多相固液混合物通过吸污管吸入到初级固液分离设备内，在其进行固液分离，固体排入到一级固液分离系统中的垃圾筒内，液体在负压的作用下通过管路系统进入到真空罐中；最后当固体或液体溢满各自容积时，打开垃圾箱或真空罐排出固（液）体。 （1）真空吸污原理及系统组成 先原理？，再系统组成？，具体见图5-4。 图5-4 真空吸污系统组成及原理图 （2）一级固液分离原理及系统组成 一级固液分离系统前端与吸污管相连，后端与真空罐相连；在循环真空泵作用下，化粪池中的多相固液混合物通过吸污管进入到初级固液分离系统中；电机通过链轮副驱动无轴螺旋输送器转动，固液混合物在螺旋叶片的作用下往背压口输送；背压装置为提供一定压力，以保证固态物的含湿量；混合物在螺旋叶片挤压下，液体通过筛孔排出，在负压作用下进入真空罐；固体逐渐被挤干，排入到垃圾筒中；当固体或液体溢满各自容积时，打开垃圾箱或真空罐排出固（液）体，见图5-5。其中，垃圾门及锁紧机构既方便快速排出垃圾，又可保证真空密封。 (a) 原理图 (b) 结构图 图5-5 一级固液分离系统 （3）清洗原理及系统组成 先原理？，再系统组成？，具体见图5-6。 图5-6 清洗系统 （4）动力系统 先原理？，再系统组成？，外形尺寸见图5-7。（小潘完成） 功能：作为移动电源，灵活易操作，起动迅速、并能很快达到全功率，只需几秒。选用的是潍坊佰斯特XD30GF型号，实际输出功率为24kW。包络尺寸见表5-1。 表5-1柴油发电机组尺寸 功能 车型 发电机组尺寸 （L*W*H）（mm） 型号 匹配功率 1级 固液分离 蓝牌车 1600*720*1000 XD30GF 30kW 黄牌车 1级/2级 固液分离 蓝牌车 1600*7200*1000 XD30GF 30kW 黄牌车 图5-7 柴油发电机组 (5）一级固液分离装备管路系统 1级固液分离装备的管路系统，主要分为清洗系统管路和吸污系统管路。清洗系统管路将清洗泵和水箱连接起来，为清洗泵的供水管路，出水由喷雾器射出；吸污系统管路将真空罐、一级固液分离系统、水箱、真空泵连接起来，多相固液混合物通过管路首先从化粪池抽吸至一级固液分离系统，固液分离后液体进入真空罐中，然后排出罐体外；气体管路通过真空泵抽吸真空罐，把罐体内的空气排出，进入大气环境中；冷却水管路通过水箱进入真空泵，真空泵出水又再次进入水箱，实现水循环。具体见图5-8。 图5-8 一级固液分离装备管路系统 5.3.2 二级固液分离装备 （1）二级固液分离原理及系统组成 二级固液分离工作原理见图5-9。 真空吸污系统具有两个真空罐，交替工作，实现连续工作。 首先，开始工作之前，两位三通球阀b转到方向2开通、1方向关闭；然后，当两位三通球阀a保持1方向开通、2方向关闭时，闸阀b打开，水环真空泵把真空罐a、一级固液分离系统、垃圾桶、吸污管内中的空气源源不断被抽出，在其中形成负压；最终通过吸污管将化粪池中的多相固液混合物抽吸到一级固液分离装置中进行处理固液分离。固体输送至垃圾箱，液体继续通过吸污管、闸阀b进入到真空罐a之中。当真空罐a中的液位达到设定值时，两位三通球阀a转到2方向开通、1方向关闭，然后将两位三通球阀b转到1方向开通、2方向关闭，液体进入到二级固液分离系统进行处理。依此同样的工作原理把化粪池多相混合物被吸入到真空罐b之中。此时，真空罐a中的液体进入到二级固液分离系统进行处理，真空罐b进行真空吸污，如此往复循环，实现连续吸污、固液分离。水环真空泵通过水箱来冷却线 二级固液分离工作原理图 （2）二级固液分离装备管路系统 二级固液分离装备的管路系统见图5-10。主要分为清洗系统管路、吸污系统管路和抽真空系统管路。清洗系统管路将清洗泵和水箱连接起来，作为清洗泵的供水管路，出水由喷雾器射出；吸污系统管路将真空罐a、真空罐b、一级固液分离系统、两个闸阀和两个三通球阀、二级固液分离系统连接起来。 多相固液混合物通过管路从化粪池抽吸至一级固液分离系统，依次通过闸阀b、真空罐a，当真空罐a抽满之后，闸阀b，三位球阀b的1向关闭、2向开启，固液混合物进入二级固液分离系统；此时，通过闸阀a、真空罐b，当真空罐b抽满之后，闸阀a，三位球阀b的2向关闭、1向开启，固液混合物进入二级固液分离系统，继之进行下一个循环。 其它内容与一级固液分离装备内容相同，不再说明。 图5-10 二级固液分离装备管路系统 5.4 主要部件设计 5.4.1 箱体 多功能环卫车箱体净空间是我们整个装备的约束尺寸，只能在此空间内进行设计。 （1）箱体外形尺寸 车箱体包络尺寸见表5-2和图5-11。 表5-2整体箱体尺寸 功能 车型 箱体尺寸（L*W*H）（mm） 1级 蓝牌车 4200*2000*2000 黄牌车 2级 蓝牌车 4200*2100*2100 黄牌车 图5-11 车厢体 （2）箱体门 左、右侧门和后门包络尺寸见表5-3和图5-12。 表5-3 箱体门尺寸 功能 车型 侧门（L*W*H）（mm） 后门（mm） 1级固液分离 蓝牌车 1795*1524*2（左侧门） 2330*1522*2（右侧门） 830*1480*2 黄牌车 2级固液分离 蓝牌车 1370*1500*2（左、右侧门） 2100*1500*2 黄牌车 (a) 一级固液分离 (b) 二级固液分离 图5-12 车厢体门 5.4.2 真空吸污系统 真空吸污系统主要由水环真空泵、冷却水箱、球阀以及管路系统等组成。管路a将真空泵进气口和真空罐连接；管路c将真空泵排气口与冷却水箱相连；管路b一端与球阀相连，另一端与一级固液分离系统相连；管路d将真空泵进出水口与冷却水箱相连，见图5-13。 图5-13 线真空罐尺寸 功能 车型 真空罐尺寸（L*B*H）（mm） 一级固液分离 蓝牌车 ф1600*2306 黄牌车 二级固液分离 蓝牌车 1840*2090*500 黄牌车 一级固液分离线m3。二级固液分离线（b）），长方体体长为1840mm，宽度为2090mm，高度为500mm。真空罐安装梁于框架上，此框架采用4（6）根柱子与底盘的框架相连，以此将真空罐牢牢地固定于车底盘上；真空罐尾端开有后开门，用来定时清理罐体内部；真空罐侧边有一个阀门接口，可安装球阀，实现排污；真空罐上端有一个污水管接口和气管接口，分别来连接一级固液分离系统和真空泵等。 (a) 一级固液分离 (b) 二级固液分离 图5-14 线 真空泵 水循环真空泵通过抽取真空罐中的空气，在罐体内产生近似真空，利用体内外压力差原理实现吸污功能。真空泵主要分为两大类，油泵和水环式真空泵，油泵因为发热问题而不能长时间工作，同时需要油气分离器、水汽分离器等附件，结构较为复杂；水环真空泵利用水散热而得以长时间工作，同时其结构简单紧凑而得到广泛应用。真空泵包络尺寸及功率见表5-5。 表5-5 水循环真空泵包络尺寸及功率 功能 车型 真空泵包络尺寸 （L*W*H）（mm） 型号 功率 1级 固液分离 蓝牌车 771*347*385 2BV-5121 7.5kW 黄牌车 2级 固液分离 蓝牌车 771*347*38 2BV-5121 7.5kW 黄牌车 真空泵水环线BV系列具有以下特点： （1）机泵同轴式直联设计，节省空间，易于安装； （2）采用优质机械密封作为标准配置，无泄漏，免维护； （3）全部采用Y2系列电动机，防护等级为IP54； （4）运行平稳，噪音可低至62分贝； （5）统一的耐腐蚀设计，锡青铜叶轮提高了泵的耐腐蚀性，如采用不锈钢材质则可使用更用苛刻的应用环境； （6）独特的柔性排气口设计，不会产生过压缩，确保了2BV系列真空泵在其性能范围内效率最佳。 鉴于上述特点，因此选用2BV系列线，自带电动机，其主要参数见表5-6，具体结构见简图5-15。 功率7.5kw；最大气量4.68m3/min；转速1450rpm；极限线dB。 表5-6常见水环真空泵机组型号及参数 型号 功率（kw） 极限真空（MPa） 重量（kg） 最大气量（m3/min） 耗水量（L/min） 2BV5121 7.5 -0.097 145 4.83 10 2BV5131 11 -0.097 165 6.68 15 SZ-180 5.5 -0.097 122 3 9-15 SK-3 5.5+7.5 -0.093 320 3 15-20 2SK-3 7.5 -0.098 180 3 15-20 2BEA151 11 -0.033 428 5 自带水箱 图5-15 水循环线 阀体 首先说明一级或二级固液分离装备需要多少球阀，多少闸阀；阐释各自的工作原理。 球阀结构型式、工作原理，本项目选择？球阀（图5-16）。 闸阀结构型式、工作原理，本项目选择？闸阀（图5-17）。闸阀就是利用闸板（即启闭件，在闸板中启闭件称为闸板或闸门，闸座称为闸板座）来接通（全开）或截断（全关）管路中的介质。 一级或二级固液分离装备的各类阀体参数见表5-7。 表5-7 一级或二级固液分离装备的各类阀体参数 功能 车型 球阀 闸阀 包络尺寸（扩展） （L*W*H）（mm） 型号，数量 包络尺寸（扩展） （L*W*H）（mm） 型号，数量 一级固液分离 蓝牌车 180 * 200 *150 Q41F-DN150 250 *365 *195 Q941F-DN80 黄牌车 2级固液分离 蓝牌车 352*140*450.5 ZF300-DN100 215*50*900 PZ673H-10C，2个 黄牌车 图5-16球阀示意图 图5-17 闸阀示意图 5.4.2.4 冷却水箱 水箱用来盛装冷却水，用来冷却水环真空泵，同时也可作为清洗系统的用水。箱体上有若干个接口，底部有六个脚座，用来将水箱固定在车厢里，水箱包络尺寸见图5-18和表5-9。 表5-9 水箱包络尺寸 功能 车型 包络尺寸（L*W*H）（mm） 备注 一级固液分离 蓝牌车 1002*685*900 黄牌车 二级固液分离 蓝牌车 2000*400*760 黄牌车 图5-18 水箱示意图 5.4.3 第一级固液分离系统 （1）第一级固液分离装置（图5-19），包络尺寸见表5-10。 表5-10 第一级固液分离装置包络尺寸 功能 车型 包络尺寸（L*W*H）（mm） 一级 固液分离 蓝牌车 1931*750*1750 二级 固液分离 匹配黄牌车 1931*750*1750 图5-19 第一级固液分离装置示意图 一级固液分离系统（图5-20）主要组成部件包括：垃圾门及锁紧系统、垃圾箱、背压及调整装置、背压锥盘、筛筒、无轴螺旋输送器、罐体、电机、链轮副、进污接口、端盖、水箱、安装脚座。 1：垃圾门及锁紧系统；2：垃圾箱；3：背压及调整装置；4：背压锥盘；5：筛筒； 6：无轴螺旋输送器；7：罐体；8：电机；9：链轮副；10：进污接口；11：端盖； 12：水箱：13：安装脚座 图5-20 第一级固液分离装置示意图 5.4.3.1 筛筒 筛体（图5-21）包络尺寸为1284mm x 480mm x 510mm，内径为325mm，壁厚为8mm，孔径为10mm。筛筒形状为圆柱形，加工难度、成本较低；材料使用不锈钢，能适应潮湿、腐蚀性、油性等恶劣的工作环境，有效提高使用寿命。筛孔交错布置，提高过滤效率。 图5-21 筛筒 5.4.3.2 螺旋挤压装置 螺旋挤压装装置（图5-22）采用无轴是螺旋叶片长度为1100mm，螺距为250mm，叶片厚度为20mm，外径为320mm。无轴螺旋承载容量大，可以处理相当混杂的物料，比如：容易纠缠到一起或者那些颗粒形状各异的物料。它的结构材料，厚度以及特殊的加工工艺使得螺旋具有强大的耐磨能力和耐用性。无中间轴承防止了物料输送过程中阻塞引起的故障。设备全部封闭，避免了物料的泄露，确保了无异味操作并且防止了任何气体媒介进入到系统。同时，无轴螺旋提供了足够的空间以检查和清理机器内部。组成部件少，使得设备需要最小的维护量。常用无轴螺旋叶片规格如表所示 表 常用无轴螺旋叶片规格 外径x内径x螺距x厚度（mm） 320 x 250 x 180 x 20 360 x 350 x 180 x 17 400 x 320 x 210 x 20 320 x 260 x 160 x 20 360 x 350 x 180 x 20 400 x 320 x 210 x 22 320 x 260 x 120 x 20/10 360 x 350 x 180 x 22 400 x 320 x 180 x 18 320 x 280 x 140 x 20/10 360 x 350 x 180 x 24 400 x 350 x 210 x 20 320 x 280 x 140 x 22/10 360 x 350 x 200 x 20 400 x 350 x 210 x 22 320 x 280 x 160 x 20 360 x 350 x 200 x 21 400 x 350 x 180 x 20 320 x 280 x 160 x 16/26 360 x 350 x 90 x 20/30 400 x 350 x 210 x 20 320 x 280 x 110 x 18 360 x 360 x 180 x 16/24 400 x 380 x 200 x 25/35 320 x 300 x 160 x 20 360 x 3600 x 180 x 18/26 400 x 400 x 200 x 22 320 x 300x 160 x 22 360 x 360 x 180 x 25 400 x 400 x 200 x 25 320 x 320 x 160 x 16 365 x 250 x 140 x 20/10 400 x 400 x 125 x 22/10 320 x 320 x 160 x 20 365 x 340 x 90 x 16/24 400 x 400 x 125 x 25/12 320 x 320 x 160 x 22 365 x 340 x 108 x 16/26 400 x 400 x 200 x 25/35 图5-22 螺旋挤压装装置 5.4.3.3 背压装置 背压装置（图5-23）主要包括：调整螺杆、出口盖、端盖、调整座、压缩弹簧、铰链、筛筒、背压锥盘、弹簧座、导杆等。 背压装置采用压式弹簧提供背压力，当压力小于设定的预压力时，背压锥盘会将筛筒出口堵住，垃圾就无法排出，压力会逐渐增大，直至顶开背压锥盘，垃圾才得以排出，以此保证筛筒内部的压力。背压装置通过导杆保证弹簧不被压偏，通过调整螺杆可调节压缩弹簧压缩行程进而改变预压力。 1：调整螺杆；2：出口盖；3：端盖；4：调整座；5：压缩弹簧；6：铰链；7-：筛筒； 8：背压锥盘；9：弹簧座；10：导杆 图5-23 背压装置 5.4.3.4 垃圾收集装置 垃圾收集装置（图5-24）主要包括：垃圾箱、铰链、压杆、箱盖、锁紧把手、限位杆、插销、密封橡胶垫、加强筋。 1：垃圾箱；2：铰链；3：压杆；4：箱盖；5：锁紧把手；6：限位杆； 7：插销；8：密封橡胶垫；9：加强筋 图5-24 垃圾收集装置 垃圾收集装置的包络尺寸为475mm x 605mm x 874mm，垃圾收集装置的垃圾箱用来装固态垃圾，其容积有133L；垃圾出口处有箱盖及其锁紧机构；箱盖与垃圾箱的接触面上有门封橡胶垫用来保证真空密封；锁紧机构采用多自由度锁紧原理，锁紧把手对箱盖中心一点压力，保证其密封性能；锁紧机构除了密封性能好之外，还有开关便捷、可靠性好等优点；加强筋在垃圾箱中垃圾增多时，有效降低箱体负荷。 5.4.4 第二级固液分离系统 二级固液分离系统（图5-25）主要组成部件包括：叠螺主体、固定环、游动环、螺旋轴、漏液槽、混合槽、搅拌轴及浆叶、电机支撑座、进泥管、支撑板、冲洗系统、主机底座、叠螺体减速机和电机、搅拌轴减速机和电机、安装脚座、自动加药装置。二级固液分离系统是运用了螺杆挤压原理，通过螺杆直径和螺距变化产生的强大挤压力，以及游动环与固定环之间的微小缝隙，实现对污泥进行挤压脱水。 1：主轴电机；2：叠螺主体；3：喷淋系统；4：絮凝箱；5：搅拌电机； 6：加药管；7：污水溢流口；8：污水入口；9：电控柜；10：排水口； 11：集水槽；12：主机底座；13：出泥斗 图5-25 第二级固液分离装置示意图 第二级固液分离装置（图5-26），包络尺寸见表5-11。 表5-11 第二级固液分离装置的包络尺寸 车型 叠螺机类型 包络尺寸（L*W*H）（mm） 蓝牌车 1931*750*1750 黄牌车 图5-26 第二级固液分离装置示意图 5.4.4.1 动静环结构 动静环结构（图5-27）主要由垫片、游动环、固定环和螺杆组成。 图5-27 动静环结构 5.4.4.2 螺旋挤压装置 螺旋挤压装置（图5-28）由固定环、游动环、螺旋轴、螺杆，垫片和若干连接板等组成，螺旋轴由轴和螺旋叶片组成，轴又由轴和空心轴焊接而成。螺旋挤压装置是由多重固定环和游动环构成，螺旋轴贯穿其中形成的过滤装置。前段为浓缩部，后段为脱水部，将污泥的浓缩和压榨脱水工作在一筒内完成，污泥在浓缩部经过重力浓缩后，被运输到脱水部，在前进的过程中随着滤缝及螺距的逐渐变小，以及背压板的阻挡作用下产生极大的内压，容积不断缩小，达到充分脱水的目的。 图5-28 螺旋挤压装置 5.4.4.3 背压装置 图5-29。 5.4.4.4加药装置 加药装置（图5-30）主要由加药箱、搅拌器、计量泵和管路等组成，加药箱采用全不锈钢304材质，箱体采用先进焊接设备焊接，设备计量精确，节约药剂，减少运行费用。加药泵的作用是将高分子絮凝剂药液输送到脱水机的絮凝混和槽。根据脱水机的绝干污泥的处理量、絮凝剂添加率、稀释倍率可以计算出高分子絮凝剂的添加量。 图5-30 加药装置 缺包络尺寸？ 车箱体尺寸限制，怎么改进？ 5.4.4.4 污水与絮泥剂的混合搅拌装置 污水与絮凝剂的混合搅拌装置（图5-31）主要由搅拌电机、絮凝箱和加药管组成。污水通过计量槽调整流量后被输送到絮凝混合槽内，通过搅拌机进行充分搅拌混合。通过搅拌机充分搅拌形成较大矾花后，被送入叠螺主体内。 缺包络尺寸？ 车箱体尺寸限制，怎么改进？ 图5-31 污水与絮凝剂的混合搅拌装置 5.4.4.7 管路 管路系统（图5-32）主要是连接加药箱和加药泵、加药泵和搅拌箱、搅拌箱和螺旋挤压装置、真空罐和搅拌的连接。首先真空罐经过污水管将原液输至叠螺式污泥脱水机絮凝槽。原液进入絮凝槽后，加药泵通过加药管把絮凝剂加入絮凝槽，并将原液和絮凝剂充分混合搅拌反应，形成较大的絮团后送入污泥脱水机。 缺每节管的具体尺寸？ 线 清洗装置 清洗装置主要包括清洗泵、高压水枪、高压管、进水管、配件等组成。清洗泵的主要参数见表5-12。 表5-12 清洗泵型号及主要参数 参数 车型 蓝牌车 黄牌车 型号 QJ-298 规格（长*宽*高） 370mm*280mm*250mm 流量 9L/min 压力 11MPa，工作压力7~9MPa 温度 ≤60℃ 功率 1600W 重量 16kg 5.5 电控系统设计 电控制（图5-33）柜适合室内挂墙、户外落地安装的配电设备。包络尺寸见表5-13。 图5-13控制柜尺寸 功能 车型 控制柜包络尺寸（L*W*H）（mm） 一级 固液分离 蓝牌车 600*304*800 黄牌车 二级 固液分离 蓝牌车 700*300*1000 黄牌车 图5-33 控制柜包络尺寸 5.5.1 线.5.4 清洗系统 5.5.5 柴油机组 5.5.6 各类阀、传感器电控 水路、气路、固态 5.6 各类接口（支架）设计 5.7 产品继承性分析 吸污功能（吸污车）、固液分离、二级、清洗 5.8 可靠性设计分析 （可靠性模型建立、可靠性指标分配、可靠性预计结果、可靠性定量分析结论） 吸污功能（可靠性、防腐、耐磨性找文献）、固液分离（可靠性、防腐、耐磨性找文献）、清洗功能（可靠性、防腐、耐磨性找文献）、电控（可靠性找文献） 吸污功能部件包括水循环真空泵、水箱、管道、二位三通球阀和真空罐组成。 因此吸污功能主要是对其各部件进行可靠性、耐磨性和防腐分析。真空泵在使用过程中会受到高温、高压、强腐蚀等恶劣环境的影响经常出现磨损、腐蚀、泄露真空度不够的情况。.水循环真空泵出现的故障及解决方案见表5-？。 表5-？ 水循环线ae;

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