排泥机械是污水处理设备中的专用设备,也是实现污水处理工艺的关键设备之一,工作效率高、材料消耗少的排泥机械不仅能够节省设备成本,提高经济效益,降低运行费用,更能保证工艺的最佳运行。本论文通过研究国内外污水处理设备和国内外排泥机械的发展状况,指出我国污水处理设备的研发明显慢于工艺研究、设备研发与工艺研究脱节、缺乏适应新型处理工艺的专用设备等突出矛盾。目前我国能够应用于最新型工艺的排泥机械都存在明显缺点,为此本论文研究设计了一种新型排泥机械,此种排泥机械能够应用于所有矩形平底结构的沉淀池。新型排泥机械由端梁、主梁、吸泥管、排泥管、泵、驱动系统等组成,其中吸泥管和主梁是其关键部件。吸泥管关系到排泥机械能否高效工作,如何设计吸泥管使其达到吸泥均匀、排泥效率高是其设计的重点;本论文经过对吸泥管的流体力学分析,研究了影响吸泥均匀的因数。本论文引入单位长度吸泥量和吸泥均匀度的概念,以衡量吸泥管的吸泥均匀程度,首次提出临界吸泥均匀度的概念。单位长度吸泥量指吸泥管(吸泥孔)的吸泥量与其长度(孔距)的比值;吸泥均匀度指吸泥管上所有吸泥孔的单位长度吸泥量中最小值与最大值的比值;临界吸泥均匀度指吸泥均匀度的最佳经济值。经过详细分析,提出两种适合于工程应用的布孔方法,一种是适用于短吸泥管的等孔径等孔距布孔方法,一种是适用于长吸泥管的分段等孔径等孔距布孔方法,并通过工程实例说明了两种布孔方法的设计过程。新型排泥机械的主梁是其又一关键部件,获得节材、节能、防腐的主梁是其设计工作的重点。本论文以参数化方式建立了桁架结构优化的数学模型,以Matlab7.0优化工具箱为基础编制了优化程序,并结合工程应用优化了新型排泥机械主梁的高度、分节数量和弦杆及腹杆的截面积。经过有限元分析方法验证表明,优化结果是偏安全的,完全适合工程应用。优化过程的受力分析和优化程序均基于参数化完成,因此这种优化方法能够应用于其它桁架结构的优化设计。经工程应用证实,本论文的研究取得了显著成果:首先,提高了排泥机械的工作效率,避免了沉淀池浮泥现象;其次,能够使主梁节材20%～40%,经济效益可观。