餐厨垃圾处理设备的研发毕业论文.doc 26页

'餐厨垃圾处理设备的研发毕业论文目录1前言11.1餐厨垃圾处理的紧迫性11.2餐厨垃圾的特征及其危害21.2.1餐厨垃圾的特征21.2.2餐厨垃圾的危害31.3餐厨的处理方法31.3.1卫生填埋31.3.2焚烧41.3.3堆肥41.3.4作牲畜饲料41.4餐厨垃圾处理器的发展及应用现状51.5课题目的和研究意义61.5.1课题目的61.5.2研究的意义62餐厨垃圾处理器的设计72.1餐厨垃圾处理器的工作原理72.2餐厨食物垃圾处理器的组成72.3粉碎刀盘组合刀具结构设计82.3.1刀具基本尺寸的确定82.3.2粉碎刀盘的力学分析及材料的选择92.3.3粉碎刀盘的强度校核122.3.4刀片的强度校核152.3.5粉碎刀盘的结构设计172.4驱动电机的选择182.4.1电动机的选择182.5其它部分设计1924 2.6餐厨垃圾处理器的装配193总结20致谢21参考文献22Abstract23附录24 1.前言1.1餐厨垃圾处理的紧迫性随着我国经济的发展，城市生活水平的提高和人口的增长，人们在不断美化居室的同时，也在追求厨房的整洁、卫生和科学化。然而，人们在厨房精工细作时，往往会忽略一个严重的问题，即食物垃圾或下角料的处理，从而造成生活垃圾的排放量急剧增长。据建设部调查统计，2001年我国城市生活垃圾清运量为1.35亿吨/年，占世界总量的四分之一以上，各种生活垃圾的排放量每年仍以8-10%的速度增加。由于垃圾产量的快速增加和我国垃圾处理能力的不足，给人民生存环境和日常生活带来危害。目前，我国生活垃圾日处理量仅占垃圾生产总量的45%，有近一半的生活垃圾不能及时处理而随意堆置，剩饭和剩菜以及下角料等常常倒入洗涤盆的下水管内，如不及时处理，这些食物垃圾就会堵塞下水道并在下水道内腐烂、发臭，造成细菌滋生、老鼠横行、污水横流，严重污染家庭和公共场所环境，夏天尤其严重，由此给生活带来许多麻烦，严重的影响着人们的生活环境和身体健康。同时，中国的人均耕地面积不足，远远低于世界人均的水平，可全国未经处理而堆存的垃圾达60亿吨，占用土地约50万，在大量浪费土地资源的同时也对土地产生污染。有资料表明，1节一号电池可使1平方米的土地失去其使用价值。在水资源方面，中国是世界上13个贫水国之一，全国668座城市中有400多座城市缺水，其中110座城市严重缺水，而历年堆放垃圾中的重金属以及在垃圾腐烂过程中产生的病原微生物，使一些城市的水源遭到污染。在我国，垃圾处理主要采用填埋技术，但填埋的技术不过关，在耗费大量财力的同时产生垃圾的二次污染，严重影响着人们的正常生活环境。垃圾产量的迅速增长，己经制约了城市的发展，我国政府对垃圾处理问题高度重视，在不断的增大投资力度，加强垃圾的处理。同时，还制定了一系列相关政策及规范，提出了“以减量化为基础，以无害化为主体，以资源化为目标”的方针。目前，结合我国生活垃圾的特点，开发较为有效的处理技术已成为当务之急。24 近几年来，由于人们生活水平的提高，生活结构的改变，生活垃圾的成分也发生了很大变化。集中供热和煤气的广泛应用，使垃圾成分中煤灰的比例大为减少，而食物垃圾的数量越来越大，占城市生活垃圾总量的50%，并呈上升趋势。在上海，每天产生生活垃圾约1.3万吨，其中70%为食物垃圾，每年处理的总量达300万吨。在北京，每天产生的剩饭、剩菜就达1600多吨，每月回收馒头20吨左右，相当于140人一年的口粮，而且春节期间至少增加50%以上。从环境卫生角度看，食物垃圾是一种污染，但从资源角度看，它也是一种再生资源，这些被丢弃的有机物可通过焚烧发电，可有效的缓解能源机具有生态环境效益和社会效益。1.2餐厨垃圾的特征及其危害1.2.1餐厨垃圾的特征食物垃圾主要是指在食物加工和饮食消费过程中产生的易腐烂、易生物降解的废弃物，是城市生活垃圾的主要组成部分[10]，在城市垃圾中所占比例北京37%，天津54%，上海59%，沈阳62%，深圳57%，广州57%，济南41%。与其他垃圾相比，具有含水量、有机物含量、油脂含量及盐分含量高，营养元素丰富等特点，具有很大的回收利用价值。一般在食品加工过程中产生的食物残余称为厨余，饮食消费后的食物残渣称为浴脚，从化学成分上看主要是淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。食物垃圾的来源比较集中，主要是城镇菜场垃圾、餐馆饮食垃圾、家庭厨房垃圾及各种市场的瓜果皮等城镇垃圾。我国食品结构复杂，食物垃圾呈现多、硬、杂、粗等特点。1.食物垃圾具有较低的发热值发热值又称发热量，是指1的垃圾完全燃烧后所释放出的热量，人们常用发热值来衡量或表示垃圾作为燃料的价值和能力。由于食物垃圾的水分含量很高，所以其单位质量的低位热值在2100-3100左右(当垃圾的平均低位热值高于3349时，焚烧过程不用添加任何助燃剂，高于4180时可进行余热利用如发电)故需加入燃油或煤等助燃，增加成本，同时要注意控制温度，防止灰尘、二恶英等有害物质产生。2.营养元素高，可实施资源化食物垃圾中营养元素含量高，干物料中粗脂肪约为29%，是大豆的1.5倍；粗蛋白约占20%，是玉米的2倍，有实验表明粗脂肪消化率为88.26%，粗蛋白消化率为89.63%，其消化率与常规饲料相近，是生产绿色饲料最理想的原料。但是由于我国垃圾不是分类处理，各种垃圾都混合在一起，导致大量营养元素的浪费。1.2.2餐厨垃圾的危害24 厨房食物垃圾中含有大量易腐物质，而我国垃圾收集容器和运输车辆对其并不适宜，从而带来在垃圾收集和运输过程中的二次污染。同时，食物垃圾因其含水量大，又是垃圾填埋场的渗滤液的主要来源。由于食物垃圾易腐烂，产生臭气污染大气的同时还使苍蝇，嶂螂等害虫横行，传播疾病。加之人们环保意识比较薄弱，在一些城郊结合区，可以看见餐厨垃圾被随意倒入阴沟、路边，严重影响了市容环境卫生。再者，我国有把餐厨垃圾作为牲畜饲料的习惯，一些垃圾的细菌、重金属会通过牲畜的内脏危害人体的健康，更有甚者，有一些不法之徒为了谋求暴利，降低成本，甚至用“浴水油”提炼色拉油来加工食品，毒害百姓。1.3餐厨垃圾的处理方法由于我国垃圾没实行分类管理，所以厨房食物垃圾混合在城市生活垃圾中做一般常规处理。1.3.1　卫生填埋此特点是操作简单，可处理多种类型的垃圾，但投资大，占地多，垃圾处理没有减量化和资源化。填埋场受容量的限制，有一定的使用期限，一个填满后，又要重新征地新建，而我国耕地面积小，这样就出现了“人与垃圾争地”的局面。另外，由于卫生填埋产生的渗滤液能使周围的地下水及土壤受到污染(美国就曾发生过花费数百亿美元治理被垃圾填埋场渗漏液污染的地下水事件)，故国外一些国家规定填埋的垃圾中有机质含量不能超过5%。我国在有机垃圾的含量持续升高的同时，真正达到要求的填埋厂却并不多，有关部门对我国298个垃圾填埋场调查后得知有191个填埋场渗滤液无任何处理或防护措施直接外排，对107个垃圾填埋场的滤液进行监测，有86个超标，占81.4%，故我国垃圾填埋场附近的环境状况并不乐观。垃圾填埋后，会释放大量甲烷等温室气体，污染空气产生温室效应的同时也易引起爆炸，威胁着周围居民的安全。再者，根据物质不灭和能量守恒定律，垃圾是物质循环和能量流动的一种形式，其内部蕴藏着巨大的能量和价值。食物垃圾中含有更加丰富的有机物质，可回收再利用的成分很高，却被直接的丢弃，造成能源的浪费。所以填埋虽然现在是垃圾处理的主要方法，但今后会不断的减少。1.3.2焚烧焚烧是在高温下燃烧垃圾,达到大量削减固体的目的，能迅速实现垃圾的“减量化”，焚烧后的体积仅为原来的5%-15%，同时焚烧产生的余热还可以发电和供热，对于土地面积比较小的国家，此种方法受到青睐。在日本，垃圾焚烧量超过66%[17]。其缺点是产生烟尘污染，投资大。我国引进的垃圾焚烧设备，若处理100垃圾，其建设成本接近1亿元人民币口，中等城市的财政难以承受。另外，我国的垃圾结构也不适合焚烧，表1和表2为长春市主城区生活垃圾的三种成分和垃圾各组分的含水率调查统计。表1　生活垃圾成分的百分数（％）表2　垃圾各组分的含水率（％）24 成分朝阳区二道区平均值含水率68.563.265.85可燃分20.622.321.45灰分10.914.512.7含水率朝阳区二道区平均值纸68.671.369.95纤维67.357.862.55塑料46.85349.9通过表2和表3的分析可知：在长春市区内的垃圾含水率较高，平均为65.85%,正是由于垃圾的含水率高，因而降低了垃圾的热值，增加了垃圾的焚烧难度。在各种垃圾组分中，厨房残余垃圾的含水率最高，而且它的组分含量也最大，所以，影响生活垃圾焚烧效果的主要因素为厨房残余垃圾。因此，要想对垃圾采用焚烧的处理方式，最好是首先把厨房残余垃圾解决好。1.3.3　堆肥堆肥适合于食物垃圾，我国常采用传统的厌氧堆肥，但其周期长，常为3-6个月，并受季节性影响。由于垃圾的混合收集[13]，垃圾中的重金属(Pb，Cd，Hg)等在雨水的作用下渗到有机肥中，用这种肥种出的食品其重金属含量必定会超标，危害人体健康。资料表明，1颗纽扣电池可以污染60万升的水，1节一号电池可以使的土地失去其使用价值。所以，无法对重金属含量进行严格控制的堆肥必须慎用。另外，由于化肥的低廉价格及广泛应用，使堆肥的前景并不乐观。1.3.4　作牲畜饲料由于食物垃圾中含有丰富的有机物质，长久以来，许多农民到各饭店、餐馆收集泔水，然后未经任何处理直接运回喂猪生产垃圾猪。另外，泔水在运输途中容易变质，严重的影响着人们以及牲畜的身体健康。欧洲在1997-1998年间就发生过因垃圾饲料引起的SwineFever疾病，导致家畜集体死亡的事件[14]。在我国，北京、上海等地也都先后明令禁止运用此类垃圾喂牲畜。由此可见，食物垃圾因其特有的性质以及传统的不合理的处理方法，给人们造成危害的同时也使资源白白的浪费，故找寻合适的处理食物垃圾方式是一项紧迫的任务。1.4　餐厨垃圾处理器的发展及应用现状24 目前，世界各国寻求的方法各不相同，在加拿大，政府向居民免费或低价提供堆肥桶，鼓励居民将厨房垃圾在自己家进行处理，而美国则鼓励居民采用食物垃圾处理器，一种可以安装在水槽下面的小型机器。厨房中产生的食物垃圾可以被其快速粉碎为小颗粒，随流水一起进入排水管道。食物垃圾处理器起源于美国。据有关资料记载，在上个世纪30年代，一位名叫约翰·海墨的设计师在自己的地下室设计出了世界上第一台食物垃圾处理器，这一富于想象力的设计目的是为了减轻自己妻子厨房事务的负担，并且使厨房环境更干净一些。产品最初的设计十分简单。只有一台用电动机驱动的滚刀式粉碎机。随后的几十年，该产品得到了不断的改进和提高，逐步被消费者所接受，在上个世纪的60年代，开始在美国市场上形成批量销售，之后，该产品的实用价值及其优点得到了政府和有关部门的认可，为全面考察食物垃圾处理器可能造成的影响，20世纪80年代纽约市政府曾联合美国环保局、城市管道部门、国家卫生部等多方面力量，进行了一项为期三年的联合调查，试图从多角度来评估食物垃圾处理器对城市周围水质、城市管道、污水处理厂、耗水量和耗电量的影响，结果表明，食物垃圾处理器的应用对城市水质没有任何影响，城市管道不被堵塞，增加污水处理的负担，耗电量及耗水量有所增加，但可大大降低城市中食物垃圾数量。由于固体垃圾的处理费用远远高于废水的处理费用，所以综合全面因素进行核算，应用食物垃圾处理器可以为国家节约成本。通过倡导安装，实现了减少生活垃圾及排放物，从源头抓起的目的，进而达到了垃圾的减量化、资源化、无害化的效果。这种食物垃圾处理器目前在美国的家庭中使用率已很高，并由此波及至其他国家。目前，这一机器在美国家庭普及率为95%以上，居世界首位，并波及世界其它国家，像瑞典、澳大利亚、法国、日本等都相继研究和应用食物垃圾处理器，其中日本普及率达到35%以上。在上世纪九十年代末，食物垃圾处理器进入中国。现在，美国艾默生电气公司的工SE系列、美国通用电器的Dispose系列、美国挚通公司的U系列等几种品牌的食物垃圾处理器垄断中国，但中国自行研制的适合我国的食物垃圾处理器却仍为空白，相关资料很少。由于直接照搬国外产品，它不适合中国的住房特点和饮食结构。首先，国外机器采用交流电动机，交流电动机的特点是结构简单，转速范围广，维护方便，但它噪音大，体积大且笨重，欧美国家厨房的水槽偏厚，可以承受住大压力，可中国水槽薄，食物垃圾处理器很容易把水槽压坏。同时，机器使用中产生的大噪音也是不容忽视的因素。另外，国外机器价格太高，一般百姓难以承担。像美国挚通公司生产的U-308型食物垃圾处理器价格为1580元，而insinkerator公司生产的同规格产品价格竟为2500多元，如此高的价格为食物垃圾处理器在中国的广泛推广设置了障碍。鉴于以上因素，研制一款适合我国国情的食物垃圾处理器十分必要。1.5　课题目的和研究意义1.5.1　课题目的24 依据我国的实际情况，研制适合本国的厨房食物垃圾预处理装置——厨房食物垃圾处理器，使居民在家中可以直接对厨房垃圾进行初步处理，处理掉的食物垃圾通过下水管路排到阴井中。这样就在源头上避免了食物垃圾造成的污染，同时实现了城市生活垃圾的减量化之目的。1.5.2　研究的意义国外成功的应用食物垃圾处理器来减少食物垃圾的经验，为我们处理日益增加的食物垃圾开辟了一条新途径，从而呼唤适合我国的食物垃圾处理器。另外，从源头解决处理厨房食物垃圾污染的研究还是有很多优点：1减少易腐垃圾数量，提高环境质量目前，国家对生活垃圾的处理原则是垃圾的减量化、无害化和资源化。而减量化位居第一位，可见其重要性。厨房垃圾处理器为食物垃圾的破碎预处理装置，可对厨房垃圾进行初步处理，不但减少垃圾的堆放量，同时确保人们有一个健康、整洁的生活环境，进而减少疾病的传染。2于垃圾的再处理由于厨房垃圾含有大量的水分，给垃圾的焚烧带来很大的困难，上海浦东垃圾焚烧厂现在就是依靠添加辅助燃料如油进行垃圾焚烧，这样一方面增加垃圾成本，另一方面在能源紧缺的中国还造成能源的大量浪费。但是若把厨房垃圾在源头切断，则可大大的提高生活垃圾的焚烧热值，同时对垃圾填埋产生的渗漏问题也可大大改观。3有经济、社会效益由于我国经济与科技水平还不十分发达，高额投入垃圾处理有较大困难，许多固体垃圾处理厂在引进国外先进技术后，由于缺乏科学的管理和资金的支持，处于半停产状态；一些小区虽然引进厨房垃圾的生化处理机，但其使用成本太高，己经超出百姓的支付能力范围。拟研制的食物垃圾处理器作为一种面向家庭、宾馆及饭店的小型机器，突有体积小，成本底，经济耐用的特点，可以被人们所接受。加上政府在政策和舆论大力宣传引导，实行鼓励政策，一方面提高了百姓的环境参与意识，充分调动社会力量保护环境。另一方面，政府还可把节省下来的大量开支(例：二次污染治理费、城市生活垃圾运输费)用来研制、开发垃圾处理的新项目。2.餐厨垃圾处理器的设计2.1餐厨垃圾处理器的工作原理24 厨房食物垃圾处理器就是把食物垃圾从投物口投到机器内，在刀盘高速旋转时，被处理物不会与刀盘同步旋转，从而产生一个速度差，加上离心力对被处理物的作用，使被处理物与刀盘的运动不同向，这样，依靠内齿环和端齿环及高速旋转的刀共同对被处理物进行破碎，撕拉等作用，使食物垃圾迅速变为3—5mm的颗粒，在流水的作用下通过下水管道排走。2.2餐厨垃圾处理器的组成设计的厨房垃圾处理器由投入口、粉碎室、驱动电机和排污口四部分组成。见图1所示。图1餐厨垃圾处理器结构简图驱动电机为处理器提供动力来源，粉碎室内装有多重多向的粉碎刀组，是对食物垃圾进行粉碎的主要元件。粉碎室上部与投入El相连，与洗涤盒相接，是垃圾开始投入的地方。粉碎室下部侧壁设计有排污口，当食物垃圾在粉碎室被粉碎刀盘粉碎后，在水流的作用下排走。其中驱动电机和粉碎刀盘为垃圾处理器的关键部分，它们的好坏直接影响食物垃圾处理器的使用效果。粉碎室下部侧壁设有排污管(出水弯管)，室内装有多重多向粉碎功能的固定刀组和旋转刀组，旋转刀组由安装在带孔转盘上下两面的粉碎刀组成。当水池内的食物垃圾，经入口进入粉碎室，随水流下，便落入粉碎室内腔的24 转盘上盘中短轴上装有两只可动锥形破碎角爪，盘上有菱形粉碎刀，盘上可动破碎角爪与固定粉碎刀组成旋转刀组。粉碎室内壁四周嵌有套装成一体的由内齿环和端齿圈组成，作为固定刀组的齿形碾磨环，它与转盘之间有一间隙，转盘由永磁电机驱动高速旋转，通过固定刀组与旋转刀组实现多重多向粉碎功能。落入粉碎室的水果皮、鱼刺、碎骨、蛋壳、剩饭菜等废物通过切、撕、磨等多种刀具粉碎迅速变成小于的微小颗粒，随水流冲入下水管，这样就避免了下水管的堵塞。其中驱动电机和粉碎刀盘为垃圾处理器的关键部分，它们的好坏直接影响食物垃圾处理器的使用效果。2.3粉碎刀盘组合刀具结构设计2.3.1刀具基本尺寸的确定食物垃圾研磨机的最关键部件是粉碎刀盘的结构设计，由于它独特的位置和功能,在设计时必须保证它既耐腐蚀、不容易生锈，又要满足一定的强度和刚度，根据这些特点，我们选取1Cr13不锈钢材料，其材料参数为：弹性模量，泊松比，密度。接口及刀盘尺寸的确定是参考我国厨房洗涤盆下水口的结构尺寸及食物垃圾多、硬、杂、粗等特点，目前我国厨房洗涤盆下水口的结构尺寸基本上是统一的，直径为114mm，只是在轮廓上有大小、深浅之分。经计算确定了刀盘的直径d=114mm，厚度：。2.3.2　粉碎刀盘的力学分析及材料的选择（一）粉碎刀盘工作的载荷：组合刀盘工作时需克服阻力，为确保刀盘有足够的强度，设计刀盘时首先应对刀盘所承受的载荷进行分析。我们把刀盘理想为一个绕中心轴旋转的一块薄板，在它上面作用流体旋转阻力矩以及破碎食物垃圾(削、撕、磨)时的阻力。(1)流体旋转阻力矩设一个半径为R的圆盘，在本来静止的流体中旋转，转轴通过圆盘的中心且与圆盘垂直。由于圆盘旋转时，紧靠圆盘的流体层被圆盘上的摩擦阻力带动作圆周运动，受惯性力的作用流体层往外流，并在圆盘的外缘处离开圆盘；而新的流体层则逼近圆盘，并依次外抛。这样，经过一个短暂的起始阶段后，便建立了一个定常流动，它对圆盘的旋转施加了相当大的阻力。设：圆盘上单位体积的流体，切应力的方向与圆盘成角。切应力的径向分量径向动量的增长同被圆盘带着转动的流体的离心力相平衡，(2-2)24 为被带着转动的流体层的厚度的量度,为圆盘旋转的角速度，r为圆盘半径，故切应力的径向分量与r成比例，即：(2-3)即：应力的周向分量(2-4)按其量级可表示为(2-5)圆盘的旋转速度等于旋转角速度乘以圆盘的半径所以(2-6)将式(2-3)代入式(2-6)得：由实验可知：与半径无关，为一个常量，则化简上式得：(2-7)根据运动粘性系数定义：(2-8)为运动粘性系数，为粘性系数，为密度将式(2-8)代入式(2-7)得：(2-9)将式(2-9)代入式(2-3)得：由于为常量，所以24 转矩与面积力臂成比例对于半径为r和周向速度为V的圆盘，其系数为，且，故阻力矩为依据食物垃圾迅速变为颗粒的设计结果要求。在实验基础之上，设计中选取刀盘的转速为23.1430000.057/60使用计算旋转圆盘上流体阻力矩的公式：(2-10)由此可以得出，流体阻力矩由公式(2-11)得：所以流体阻力为：（二）粉碎刀盘、粉碎刀材料的选择：24 前面我们已经就材料作出选择，下面我们就材料的选择过程进行描述：厨房食物垃圾处理器的关键部件之一是组合刀盘及刀片。在材料的选择上必须保证它既耐腐蚀、不生锈、满足一定的强度和刚度，同时要考虑其机械加工性和经济性。为此，我们在1Cr13和9Cr18两种材料中参考表3进行选择。(1)材料中C的含量越高，其耐腐蚀性越差；(2)在钢中加入Cr能显著提高钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，并能提高钢的强度和耐磨性，从而能显著提高钢的力学性能和物理、化学性能，因而在各种用途的钢中普遍加入数量不等的Cr。但由于我国Cr资源稀少，故应尽量节约使用，少用或不用。根据表3的分析可以看出，在满足使用要求的前提下，1Cr13比9Cr18易加工，C，Cr的含量低，价位大体相当，所以，本文所用机器的刀盘及刀片选用1Cr13作为材料来加工。表3　材料1Cr13,9Cr18参数表参数名称1Cr139Cr18化学成分（质量数%）C0.15Cr11.50～13.50C0.90～1.00Cr17.00～19.00密度()7.757.8硬度(HBS)159255屈服强度345——抗拉强度540——加工性能普通材料，稍难切削难加工材料价格(千元/吨)55用途具有良好的耐腐蚀性，机械加工性，一般用在刃具制造上一般用作不锈切片、机械刃具、剪切刀具、手术刀片及高耐磨设备零件2.3.3　粉碎刀盘的强度校核粉碎刀盘受到循环载荷的作用，能发生疲劳破坏。刀盘是决定粉碎机寿命长短的因素之一，因此，按无限寿命设计，即要求各部件在工坐载荷作用下具有无金属材料在交变应力下的强度常用曲线或疲劳极限来衡量。曲线如图2所示24 图2对于钢材来说，曲线有一条水平渐近线，这意味着当时，试件经受有限循环会发生疲劳破坏；当时，试件则能经受无限次循环而不发生破坏。为此，设计时应力水平应该很低，以便有足够的应力储备。疲劳极限与抗拉强度之间的关系如下：材料1Cr13的抗拉强度进行保守估计，我们取的下限：即：的最小值为计算：设在距圆心为处取一微面积，其上内力对X轴之矩为，将所有内力矩求和即得到截面上的力矩：24 (2-12)如图3所示图3其中A为横截面面积。根据虎克定律：(2-13)将式(2-13)代入式(2-12)中，并注意到为常数，于是有其中是与圆截面有关的一个几何量，以极惯性矩表示，所以(2-14)将式(2-14)代入式(2-13)得：圆盘上最大的应力应在截面周边各点，故代入：(2-15)根据材料力学知识，对于实心圆轴的极惯性矩：其中为圆轴横截面的直径。24 　　　　　　　将公式(2-16)代入式(2-15)得：　　　　可见即依据曲线，当，时，试件则能经受无限次循环而不发生破坏，设计中刀盘满足强度要求。2.3.4　刀片的强度校核由于刀片与刀盘都绕固定轴旋转，运动形式相同，所以校核方法相同。依据曲线，只要当刀片的时，刀片满足强度要求。设计中，刀片的半径速度则依据公式(2-10)24 　　　　　　　　　　　因为：故流体对刀片阻力：又因为：　　　　　　　　　　　将公式代入式(2-15)得：因为所以可见，设计中刀片满足强度要求。2.3.5　粉碎刀盘的结构设计根据我国食物垃圾种类多，硬度、粘性差别大的特点，采用组合刀盘式粉碎刀，由固定刀组和旋转刀组组成，结构为：旋转刀组由刀盘组成。刀盘为组合刀盘，上面有菱形块、摆动刀及直径为3mm的小孔，摆动刀可绕固定轴做24 的摆动，实现粉碎垃圾。组合刀盘在电动机的带动下高速旋转；粉碎室内壁四周嵌有套装成一体的内齿环和端齿环作为固定刀组，内齿环和端齿环与粉碎刀盘有一间隙，利用间隙对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。组合刀盘式粉碎刀具有以下作用（图4）。图4组合刀盘式粉碎刀简图①对于硬度较小、粘性较大的食物垃圾，在可随电机高速旋转的刀盘上设置两个摆动刀，与粉碎室内部的端齿环共同作用，实现对食物垃圾进行剪切和机械撕裂破碎功能。②对于硬度较大、粘性较小的食物垃圾在转盘上设置了两个棱形固定刀，在离心力的作用下，食物垃圾很容易运动到转盘的边缘，为此，在粉碎室内壁四周设置了平齿环。平齿环和端齿环共同作用，对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。③在旋转刀盘上分布着许多直径为3mm的小孔，这些小孔一方面用来排泄破碎后的颗粒和污水，另一方面可以在保证转盘足够强度时减轻自重。2.4驱动电机的选择驱动电机是食物垃圾处理器工作能量的提供源，也是关键部件之一，其性能直接影响着厨房食物垃圾处理器质量的好坏。在设计中，电动机运行特征为时问短，启动频繁，断续工作。2．4．1电动机的选择驱动电机是餐厨垃圾处理器工作能量的提供源，也是关键部件之一，其性能直接影响着厨房食物垃圾处理器质量的好坏。在设计中，电动机运行特征为时间短，启动频繁，断续工作。24 ①计算负载功率②根据负载功率，预选电动机的额定功率，使，尽量接近③校验预选电动机的发热、过载能力和启动能力。校验的方法较多，工作量很大，而且准确度也很难把握。在实际工作中常采用统计分析法和类比法。类比法就是在调查同类机械所采用电机容量的基础上，对主要参数和工作条件进行类比，从而确定电机所采用的容量。本次论文设计就采用此方法。根据前面计算，粉碎刀盘在工作时，需克服的阻力为：刀盘的线速度负载功率：电动机的额定功率，且留有余量取按以上参数的选择，我们最终选取电机的技术数据如下：转速：，功率：，电压：，电流：，重量：。这种永磁直流电动机采用铁氧体永久磁铁激磁，铁氧体的化学组成用MonFe2O3。表示，其中M为Ba,Sr,Pb中的一种或两种以上的二价金属离子，，材料分为各向同性和各向异性两类。它的矫顽力高，时效变化少，不含镍、钻等元素，价廉，原材料丰富。2.5　其它部分设计餐厨垃圾处理器其它部分的设计为非主要部件，主要包括：投入口、排污口等。一般非主要部件的制作主要选用标准件。排污口由排水弯管、弯管法兰和橡胶密封圈组成。弯管法兰把排水弯管固定在处理器上，橡胶密封圈防止水分及垃圾残渣外溢，起密封作用。餐厨垃圾是由投入口进入垃圾处理器的。它主要有装配环、支撑环、水槽凸24 缘铆合件、防溅罩等几部分。装配环、支撑环与水槽凸缘件相接。水槽凸缘件的上半部分卡在洗涤盆下水口，水槽凸缘件的下半部分与支撑环通过螺纹相连，装配环通过螺纹将凸缘件跟后面的处理器相接。为了防止食物垃圾在粉碎时溅出，故加一个防溅罩。磨碎机外壳的设计也是我们需要攻克的难点之一，根据其独特的安装位置(在洗涤盆下，空间狭小且污杂潮湿)和安装形式(必须采用立式、卧式达不到理想的效果)。因此外壳必须选用耐腐蚀、不生锈重量轻的材料。满足要求的首选材料是塑料，但塑料成型时，必须先制造模具，由于模具造价较高，制造模具相应地提高了磨碎机的成本；因此，我们选用不锈钢做成一个法兰筒，套住电机，上盖则用采用尼龙棒材料以减轻重量，这样不但外观美丽，而且也非常安全，同时又保护了电机。粉碎室为铝压铸件，附庸蚀，不生锈。钥制电镶的粉碎盘坚固附用。破碎角爪能360旋转，轻巧灵活，粉碎效果更佳。电机和粉碎室之间设有水封，防止水流入电机。锁定装配改进为旋转快速镇定设计，使安装更便利、快捷。电机装有过电流保护器，能确保使用安全。2.6　餐厨垃圾处理器的装配依据图纸（图5），对加工后的零件进行装配。其中，电机与刀盘相连，电机电源从壳体底部引出。组合式刀盘上有高低不同的短轴柱，分别装有粉碎刀片和摆动刀，放入粉碎腔中。排水弯管套上垫圈和弯管法兰用螺钉固定在排污口出。支撑环套在装配环中与水槽凸缘铆合件用螺纹连接，水槽凸缘铆合件压在洗涤盆口，装配环用卡锁与处理器相连。在水槽凸缘铆合件内安上防溅罩和堵塞。控制电路中的电器元件在电路板上焊接，固定在垃圾处理器上。24 图5餐厨垃圾处理器装配示意图3.总结目前，虽然国内在此方面的研究为空白，相关资料很少，但通过实验来看，本次设计满足设计的要求。此次设计包含了大量的工作，所跨学科范围很广，包括流体力学、材料力学、机械设计、机械原理、刀具设计、机械制图、机械加工等各学科的内容，首先，在理论方面，对刀盘和刀片进行了工作载荷的力学分析、选择材料并校核，确保刀盘和刀片有足够的强度。在机械方面，首先进行刀盘的结构设计，设计组合式粉碎刀组来快速完成垃圾的粉碎，然后应用CAD绘制图纸，依据图纸，加工出各零部件，最后为各零部件的组装，并验证机器。设计的食物垃圾处理器具有以下特点：①相对于其它同类产品，此次设计中首次增加了一套控制电路。其目的是为了提高安全性和方便性。设计控制电源，从而避免来回拔总控制电源而引起的不安全。另外，机器运转时，人不必守候在旁边，可以离开，机器运转一段时间后可以自行停止。在电路中有三个可选档位，用来控制机器不同的运转时间，使用时，可根据不同的垃圾量和垃圾的成分来选择。②在驱动部件——24 电机的选择上，成功选用国产直流永磁电动机。目前进入我国的食物垃圾处理器，由于照搬国外产品，主要采用交流电动机。但其体积大、笨重，不适合我国住宅的实际情况。虽然美国挚通公司针对我国现状把交流电机更改为直流电机，但由于采用的是国外进口电机，使其成本提高，百姓难以承担。③在主要部件组合刀盘和刀片的材料选择上有所改变。组合式刀盘的设计更适合我国国情的特点。本次设计时所用材料为1Cr13，而国外产品选用的材料为9Cr18，二者都可以满足使用要求，价格相当，但是从加工难易程度而言，9Cr18为难加工材料，1Cr13为普通材料；另外，从资源上看，我国的Cr资源稀少，故应尽量节约使用，少用或不用。④机器的制造和使用成本降低。由于完全国产化，使食物垃圾处理器的成本大大降低，整台机器的成本大约为600元左右，相对于国外上千元的价格，更容易被百姓接受，而且使用中的投入也很低，每个家庭每月为之付出约0.65元，全年的支出费用为7.76元。在本次设计中，虽然接触了许多先进的理论和方法，但由于经验有限，时间仓促，不能对每种理论每种方法都作深入的研究，因此，以下部分内容仍须进一步研究：由于餐厨垃圾处理器是将食物垃圾粉碎成小颗粒，并未将其彻底降解，粉碎后的小颗粒与未粉碎时的原始状态相比，在最终处理的速率上有多少变化的问题仍须进一步研致谢24 在本次的毕业设计中，首先需要感谢的是汪刘一老师的悉心指导，从机器的设计方向的确定，设计过程中的细节问题以及论文的编写汪刘一老师都倾注了无数心血，汪刘一老师严谨的治学态度，渊博的专业知识深深的影响着我，使我终身受益。在论文完成之际，我谨向汪刘一老师表示衷心的感谢和深深的敬意。我还要深深感谢我的家人、朋友和同学，以及曾经帮助过我的社会各界人士，是他们给予了我物质上的资助和精神上的鼓励，使得我得以顺利完成学业。再次真诚地感谢所有在我四年读书期间帮助过我的老师、同学和朋友，祝大家一生平安！参考文献[1]中国环境状况公报.国家环境保护局[J].2003.24 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Abstract:Withtheimprovementoflivingcondition．Peoplefacemoreandmoremunicipalhouseholdrefusealotsaccumulatedwastetakeslargelandandpollutesgroundwater．Thesebadlydamageenvironmentandhumanhealth．Now,asthestructurechangeofliving，foodgarbagehastakenaimportantpositionofwasteOntheonehand．foodgarbagehashighwater-holding，lowcaloricvalue，easilyrottenOntheotherhand，itcontainsrichnutritionalelement，canbecomevaluableresources．Now,humanhavepayattentiontothesecharactersManydevelopedcountriessuchasCanada、Japanhavetakeneffectivemeasuretodealwithwaste．forexample，theypasslawandencouragepublictotakepartinit．Forourgovernmenthasstillsearchedformethodstomanagetrashandaimedatresourceandminimumamount．Soitisaurgenttasktoseekaappropriatetechniquetodisposefoodgarbage．Incrushcavity,therehaveallkindsofcuttersimplementingsmash．themotoraffordsenergyforthekitchenfoodgarbagedisposal，themotorandcuttersarecrucialparts，sothepapermainlydiscussesthem．Throughanalyzingmechanical，thearticlefiguresoutliquidresistanceandliquidpressure；Byexperiment，weobtainresistanceoftrashwhenitbesmashed．Anotheruniquedesigninthisarticleiscontrolcircuit．Inordertocorrectthesimilarproduction’sdeficiencyandconveniencebuyer’sappliance．weaddit．thefunctionofthiscircuitispushthestartbutton，then，themachinebeginwork，after1--3minutes，itwillbestoppedautomaticallyandturnoffthepower.Inthispaper，Comparedtoforeignmachine，thedevice,Underthecircumstancesofmeetingconditions．a11selectaveragematerialandmotormadeinourcountry．Improvecrushefficiencythroughalterthestructureofcombinationcutters，thendecreasethecost.Inaddition，thearticleaddauniquedesignofcontrolcircuit，itcanhelpconsumeruseitbetter．Keywords:foodgarbagecombinationcutterspermanentmagnetmotor24 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