本文是一篇工程硕士论文，工程硕士专业学位是与工程领域任职资格相联系的专业性学位，它与工学硕士学位处于同一层次，但类型不同，各有侧重。工程硕士分为全日制工程硕士和GCT工程硕士。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇工程硕士论文，供大家参考。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
南水北调工程是改善中国南涝北旱和北方地区水资源严重短缺局面的重大战略性工程，为了解决我国北方水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目[1]。其目的是缓解我国北方地区，特别是华北地区，黄、淮海流域等区域的水资源短缺问题，是中国实行可持续发展的支柱性工程[2]。南水北调工程规划的区域所涉及到的人口达 4.38 亿人次，调水规模达 448 亿立方米。通过南水北调工程，我国水资源分布构成了南北调配，东西互济的格局，通过合理的配置，从整体上提升了我国北方地区水资源的承载能力，具有非常重大的战略意义[3]。南水北调工程为解决我国北方缺水的问题，为北方经济的发展提供了保障，增加了北方地区水资源承载能力，提高了水资源的配置效率。有利于缓解水资源紧缺对北方地区城市化发展进程的制约，使中国北方地区逐渐成为水资源配置合理、水资源环境良好的节水、防污型地区，也为促进当地城市化进程发展，具有非常良好的社会意义[2]。南水北调东线、中线工程已经相继投入使用。中线总干渠长 1277 千米，渠首水位 147.38 米，终点团城湖水位 49.5 米，全程采用明渠输水，“自流”方式，让水自动北流。由于其是开放式输水方式，对增加地表湿地面积、降低大气灰尘，改善局部地区气候起到了积极作用[3]。同时也有利于回补北方地区的地下水，改善北方因缺水而逐渐恶化的环境，保护当地湿地和生物多样性，较大程度地改善了北方地区的生态和环境，尤其是水资源条件，具有非常良好的生态意义[2]。由于是开放式输水，就无法避免外界环境对其输水水质的影响[4-5]。在使用的过程中发现，远距离、长时间输水后，水中会滋生出许多的水草、藻类等水生植物[6]，它们会随着水流流向下游，逐渐生长，沿途累积，数量和规模不断增大，严重的污染水质[9]。经查阅大量的资料和实地考察，研究发现此类水生植物产生的主要原因是：1、中线工程的取水水源地—丹江口水库，为人工淡水湖，水中检测到藻类 8 门 63 属 96 种及其变种[11]。这些藻类植物细胞会随着输水渠一路北上，在沿途合适的自然条件逐渐生长，繁衍[13]；2、由于是明渠，沿途的许多水生植物种子、细胞、花粉等会随着风、雨水进入到水渠中；3、开放式的水渠，为这些水生植物的生长提供了充足的阳光，使其滋生、生长的更快[12][14]。这些客观的原因导致无法从根源上去杜绝这些水生植物的滋生、繁衍[15]。因此，在输水的途中，在这些水草、藻类的体积和数量还没有达到不可控的时候，对其进行逐级的拦截，清理掉这些污物[16]，保证输水沿途水质，减轻终点水厂净化水的压力，意义重大。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
目前，国外对于拦污清污装置的研究与我国国内大同小异，只是国外的拦污清污机械自动化程度较高，他们利用智能化的计算机进行整体控制，利用较高敏感度的传感器进行实时的跟踪监测，实现了清污拦污的完全自动化。而且国外在拦污装置的材料上更加先进，尤其在拦污栅的材料上，使用了更加能防止锈蚀的高强度材料，另外在拦污栅的振动性上面做的更加优越[18]，而且国外有很多拦污清污装置结构设计的非常巧妙，这点值得我们学习和借鉴。日本丸岛株式会社水门制作生产的一种全液压拦污栅清污机，性能较好，功能强大，受到了广大用户的青睐。适用于泵站和火电厂取水口，该装置属于耙斗式结构。其主要特点为：设备可靠性好，不受侧向水流冲力的影响，耙斗对拦污栅的除污效果好；因为是全液压形式，所以耙斗的升降全部由液压力实现，自动化程度高、易于控制；而且液压的控制力比较大，所以不会发生耙斗脱落现象[21]。如图 1-1 所示。20 世纪 70 年代挪威生产的耙斗式清污机，其清污的对象主要是树枝、水草、垃圾等污物。其特点是：门架不但可沿堤坝面的导轨行走，同时也可以绕门架中心旋转 360°，将耙斗中清理的污物倒在清污车里运走；耙斗的升降依靠液压马达驱动传动卷筒来实现，耙斗的张合依靠控制液压装置来实现，自动化程度高，易于控制[22]。如图 1-2 所示。
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第 2 章 拦污装置总体方案设计
2.1 引言
自南水北调工程投入使用以来，目前所使用的拦污装置都不能实现自动化，要依靠人力清污、除污。对输水渠较长的南水北调工程来说人力物力的投入是不容小觑的。本课题的目标是设计一款能够集拦污、清污、除污于一体的自动化机械装置，它能够自动、高效地完成拦污、清污、除污工作，在正常条件下，不需要人工的参与。除了具备这些基本的功能外，还应该遵循以下几条设计原则[42]，保证整个系统的合理性：（1）可靠性：本装置的使用环境是在水渠中，漂浮在水面上，没有固定，会面临着水流动的冲击，不确定性因素较多，因此对机械的可靠性会要求较高，需要对设备的结构、材料等特性进行专项研究分析，使该装置能够稳定可靠运行。（2）经济性：在满足其基本功能的前提下尽可能对设计结构进行简化，减少加工生产成本，以便于在进一步的推广应用中节省资金，缩减安装成本。（3）便于使用和推广：本装置应尽可能的实现全过程自动化控制，以便于装置在运行使用时能减少人力的投入，同时，装置在出现问题的时候能及时的报警，提醒工作人员及时处理。（4）可维护及维修性：该装置要尽可能结构简单，并进行模块化设计，便于拆装，易于维护和修理。
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2.2 方案的设计
根据南水北调输水明渠现场实际情况和该装置应具备的功能，初步拟定了三种方案：方案一：钢丝绳牵引式拦污装置(图 2-1)。该装置主要有牵引装置、驱动装置、张紧装置、冲洗装置、排污系统等组成。牵引装置的两个大轮盘倾斜一定的角度，分别固定在刚性连接的浮桥两侧，轮盘上缠绕有钢丝绳，拦污网片悬挂在钢丝绳上。当轮盘转动时，将轮盘低端处于水中工作的拦污网片经过钢丝绳的牵引从其中一个轮盘的一侧提升至浮桥上，由固定在浮桥某一位置的冲洗装置进行冲洗，冲洗后的污水由排污系统排放到指定地点。在控制系统的控制下，由驱动系统经传动系统将运动和动力传至牵引装置。该装置横跨在水渠宽度方向上循环运行，悬挂在两条牵引链条下方之间的拦污网片就会沿主导轨循环运行。位于牵引链条下链上的拦污网片处于拦污工作状态，位于牵引链条下链向上链过渡一端上的拦污网片处于提升状态，位于牵引链条上链上的拦污网片由固定在浮桥上的冲洗装置在控制系统的控制下进行自动冲洗（冲洗后的杂物及污水存入集水槽，随后由排污系统处理），位于牵引链条上链向下链过渡另一端上的拦污网片处于下放入水状态。
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第 3 章 拦污装置结构设计............15
3.1 引言 ....15
3.2 牵引装置的结构设计 ..........15
3.3 驱动、传动系统设计 ..........30
3.4 张紧装置的设计 .......37
3.5 冲洗、排污系统的设计 ......38
3.5.1 冲洗喷头规格的选取 ..............38
3.5.2 高压清洗机的选取 .......39
3.5.3 排污系统的设计 ...........41
3.6 电路控制系统的设计 ..........40
3.7 本章小结 ........43
第 4 章 关键零部件安全性分析......45
4.1 关键零件的有限元分析 .....45
4.1.1 有限元法简介 ....45
4.1.2 有限元分析流程 ...........46
4.1.3 主动链轮Ⅴ静力学应力分析 .............47
4.1.4 轴的有限元分析 ...........50
4.2 本章小结 ........52
第 5 章 连续清洗型输水明渠拦污装置试验研究...........53
5.1 引言 .....53
5.2 拦污网片水中受力实验 ......53
5.3 连续清洗型输水明渠拦污装置运行试验 ...........57
5.4 本章小结 ........61
第 5 章 连续清洗型输水明渠拦污装置试验研究
5.1 引言
文章通过大量的理论分析和设计，确定了拦污装置各个部分的基本结构、形状和性能要求。由于没有相似或类似的机械产品，本文只能采用正向设计方法，以拦污网片在工作时的理论受力为基础，分析各个机构之间的受力关系，逐步依次推导分析，对拦污装置的各个模块进行了详细的理论计算、结构设计、材料选型等。并对整个系统的电路进行了功能分析，设计了电路原理图。通过以上工作，已经完成了整个装置的具体设计，理论上已经能够完成其基本功能，但是为了验证拦污网片在水流中的理论受力能否作为设计计算的基础以及整个系统运行时的可靠性，论证设计结果是否合理，还需要对拦污网片在实际工况下的受力情况和整个装置的运行过程进行分析。但鉴于拦污装置的主体牵引装置具有特定的结构和运行方式，目前尚无对此类型装置运行过程模拟的成熟理论，理想化模拟的结果科学性低，对本装置的实际工作过程几乎没有参考价值，因而需要通过实验手段对拦污网片的受力和拦污装置的运行过程进行研究，论证设计结果的合理性。#p#分页标题#e#
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结论
论文通过分析南水北调水渠中滋生的水草、藻类等植物对水质的影响和必须要分级处理的必要性，阐述了开发自动化清污除污装置的意义。本装置是输水明渠拦污除污方面的一项创新，在水渠中滋生出水草、藻类等植物后，该装置能迅速、及时的将随水流而下的污物拦截处理掉，以保证输水水质，减轻水厂处理水的压力。通过对装置各个部分工作形式的确立，基本模块的划分和构型，组成元件的选型和设计，工作过程的控制，最终确定了整个装置的基本结构和工作形式，完成了连续清洗型输水明渠拦污装置的整机设计。在课题研发的过程中，本文主要完成以下工作:
（1）通过对该拦污装置功能需求的分析，结合实际工况，对大量方案的研究和分析，对比各个方案的各自优劣，最终确定了本装置的工作原理和基本结构。
（2）对连续清洗型输水明渠拦污装置的各个部分分别进行了详细的结构设计和相关的尺寸计算，并从理论的角度校核了主要零件的强度，分析验证了其安全性。
（3）设计了拦污装置的电路控制系统，主要包括感应外界环境温度变化及控制电机转速的控制器的选型，外部强制总控开关的设计选型，以及整个控制系统的工作控制过程；
（4）通过 ANSYS 有限元软件对连续清洗型输水明渠拦污装置的关键零部件进行了强度分析，验证了第三章中零件的强度校核，证明了零部件满足安全强度要求。
（5）通过试验现场对拦污网片水中受力的实际测量值与理论计算值的对比分析，验证了理论计算方法的合理性与正确性。通过对试验样机运行状态的分析，找出了影响系统运行平稳性的因素，并在实际加工生产过程中，采取相应的措施。本设备的工作过程完全由电路控制系统自动响应控制，自动化程度高，结构简单，可靠性好，适应能力强，维护成本低，可循环使用，大大的减轻了工作人员的劳动强度，省时，省力，节约了人力，物力。本装置能够有效改善输水水质，减轻受水区水厂处理水的压力，应用前景广阔。
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参考文献（略）
