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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料
學(xué)生姓名:
學(xué) 號(hào)：
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目:
食物垃圾粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真
指導(dǎo)教師:
副教授
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
材 料 目 錄
序號(hào)
名 稱
數(shù)量
備 注
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表
1
2
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
1
3
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕
1
4
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕
1
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
1
2010年3月
注：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查工作結(jié)束后，請(qǐng)將該封面與目錄中各材料合訂成冊(cè)，并統(tǒng)一存放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中（打印件一律用A4紙型）。
南京理工大學(xué)紫金學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
作 者:
學(xué) 號(hào)：
系：
機(jī)械工程系
專 業(yè):
機(jī)械工程及自動(dòng)化
題 目:
食物垃圾粉碎機(jī)
副教授
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評(píng)閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
2010 年 5 月
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們生活水平的提高，城市生活廚房垃圾的排放量日益增加，給人們生活帶來困擾，所以急需研制一種設(shè)備可以輕松解決這一難題。本論文依據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，研制適合我國(guó)的廚房食物垃圾預(yù)置—廚房食物垃圾粉碎機(jī)，是居民在家中可以直接對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理。對(duì)于粉碎機(jī)的主要部件粉碎刀盤分析，刀盤的材料選擇了1Cr13作為材料。根據(jù)粉碎機(jī)的運(yùn)行特征選擇的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型為立式封閉永磁直流電動(dòng)機(jī)。設(shè)計(jì)中還增加了一套單穩(wěn)控制電路系統(tǒng)。其目的是為了克服同類產(chǎn)品的不足，提高機(jī)器的安全性、方便性。
關(guān)鍵詞：食物垃圾 粉碎刀盤 永磁電機(jī) 單穩(wěn)電路
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要
Title Kitchen Food Garbage Disposal
Abstract
With the improvement of living condition, people face more and more household refuse. And these troubles confused people. So, need to invent a new device that can be easily solved this problem. According to the characters of food garbage, the paper design a new device-kitchen food garbage disposal. The machine makes it become true that people can remove kitchen garbage at home. On the basis of analysis, the paper selects 1Cr13 as the material. In this paper, I decide to apply permanent magnet direct current motor as electric machine. Another unique design in this article is control circuit. In order to correct the similar production’s deficiency and convenience buy’s appliance, I add it.
Key words: food garbage, crushing cutters, permanent magnet motor, single stabilization circuit
南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
食物垃圾粉碎機(jī)設(shè)計(jì)與仿真
指 導(dǎo) 教 師:
2010年 3月 19日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 本文根據(jù)圖書館文獻(xiàn)資料，系統(tǒng)闡述了我國(guó)食物垃圾粉碎機(jī)的歷史，及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段食物垃圾粉碎機(jī)發(fā)展?fàn)顩r與市場(chǎng)調(diào)研情況，然后介紹食物垃圾粉碎機(jī)功能與設(shè)計(jì)，進(jìn)而引出本研究課題食物垃圾粉碎機(jī)的功能與設(shè)計(jì)，與其需要解決的問題。
關(guān)鍵詞 粉碎機(jī) 生活垃圾 垃圾分類
1.食物垃圾粉碎機(jī)的發(fā)展史
1927年 第一臺(tái)食物垃圾粉碎機(jī)年機(jī)誕生于美國(guó)。??
1940年 食物垃圾粉碎機(jī)的作用被研究肯定，碎骨機(jī)成為環(huán)保新星。?
1955年 美國(guó)密執(zhí)安那州底特律市的建筑法規(guī)中規(guī)定：從１９５６年１月１日以后修建的，凡設(shè)計(jì)、安裝使用會(huì)導(dǎo)致食物垃圾產(chǎn)生的城市建筑物，都必須配備預(yù)先認(rèn)可的食物垃圾處理設(shè)備，任何人如果使用了未配備此種設(shè)備的建筑物將構(gòu)成違法。?
1985年 美國(guó)加得福尼亞州安納海姆市市長(zhǎng)W.J.Biu.Thom在政府工作報(bào)告中說：“食物垃圾粉碎機(jī)在我市的廣泛使用，使廣大市民受益匪淺”。?
1999年 紐約市政府組織專家對(duì)垃圾處理機(jī)項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)估，并得出結(jié)論：大規(guī)模安裝食物垃圾粉碎機(jī)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。?
2003年 北京、上海、廣州三地的食物垃圾粉碎機(jī)的使用率分別達(dá)到了4.3％、3.8％、3.5％，分別比上年增長(zhǎng)了124％、98％、107％。?
2004年 美國(guó)格萊達(dá)電氣進(jìn)入中國(guó)。格萊達(dá)中國(guó)總部在在上海成立。格萊達(dá)在同行業(yè)成為首家同時(shí)擁有交直流驅(qū)動(dòng)粉碎技術(shù)的家庭廚房碎渣機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠家［1］。
2.食物垃圾粉碎機(jī)介紹
食物垃圾處理機(jī)由防腐研磨腔、全不銹鋼研磨錘、全不銹鋼研磨盤等組成。它利用高速旋轉(zhuǎn)的永磁電機(jī)帶動(dòng)研磨腔中的轉(zhuǎn)盤，食物垃圾在離心力的作用下相互撞擊在極短的時(shí)間內(nèi)（約 10 秒左右的時(shí)間），將食物垃圾研磨成細(xì)小的顆粒順?biāo)髋懦龉艿溃?］。
3. 垃圾處理行業(yè)的前景分析
在城市化進(jìn)程中，垃圾作為城市代謝的產(chǎn)物曾經(jīng)是城市發(fā)展的負(fù)擔(dān)，世界上許多城市均有過垃圾圍城的局面。而如今，垃圾被認(rèn)為是最具開發(fā)潛力的、永不枯竭的“城市礦藏”，是“放錯(cuò)地方的資源”。這既是對(duì)垃圾認(rèn)識(shí)的深入和深化，也是城市發(fā)展的必然要求［3］。
中國(guó)垃圾處理行業(yè)起步晚，但通過近年來的發(fā)展，我國(guó)垃圾處理產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，垃圾處理市場(chǎng)容量有了顯著增加，市場(chǎng)滲透率迅速提高，進(jìn)入環(huán)衛(wèi)行業(yè)的企業(yè)數(shù)量也在迅猛增加?，F(xiàn)在我國(guó)的垃圾處理市場(chǎng)已經(jīng)從導(dǎo)入期進(jìn)入到成長(zhǎng)期，并正向成熟期邁進(jìn)。
隨著環(huán)境問題逐漸被重視，節(jié)能、環(huán)保成為各國(guó)的發(fā)展主題，已經(jīng)開始為垃圾處理提供產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。全世界垃圾年均增長(zhǎng)速度為8.42%，而中國(guó)垃圾增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，僅中國(guó)每年就產(chǎn)生近1.5億噸城市垃圾。中國(guó)城市生活垃圾累積堆存量已達(dá)70億噸。在如此巨大的垃圾壓力下，有理由相信，垃圾處理產(chǎn)業(yè)會(huì)成為未來國(guó)內(nèi)的明星產(chǎn)業(yè)［4］。
再生資源成為資源循環(huán)的新起點(diǎn)，同時(shí)成為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。另外，在廢棄資源和廢舊材料回收利用加工過程中，不但解決了資源短缺問題，同時(shí)降低了垃圾排放，正可謂“一舉兩得”。我國(guó)不斷出臺(tái)政策支持垃圾處理行業(yè)的發(fā)展，各地政府領(lǐng)導(dǎo)也開始高度重視垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)，加大了投入，可以預(yù)測(cè)垃圾處理行業(yè)的前景十分廣闊［5］。
4. 國(guó)內(nèi)外食物垃圾粉碎機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
目前,多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把新建的房子安裝食物垃圾粉碎機(jī)已經(jīng)制定了法律，必須安裝。國(guó)外市場(chǎng)已經(jīng)趨于成熟，但是，在中國(guó)的市場(chǎng)還沒有開放，這主要是由于以下幾個(gè)原因造成的：
第一：垃圾粉碎機(jī)在歐美市場(chǎng)的普及程度非常高，在那里，一個(gè)偏低端的垃圾粉碎機(jī)也就賣約人民幣千元左右，按西方人的收入水平這個(gè)價(jià)格真的不算什么，但對(duì)于國(guó)人來說，這1000元可是近一個(gè)月收入了，其次，西方人的生活習(xí)慣是不喜歡存放食物，飯菜一般都會(huì)當(dāng)天處理掉。因此，垃圾粉碎機(jī)在西方普及程度相當(dāng)高也就不難理解。
第二：中國(guó)人有中國(guó)人的食用垃圾消納渠道，將一切準(zhǔn)備扔的垃圾放入塑料袋內(nèi)，第二天上班時(shí)順手扔進(jìn)樓下的大垃圾桶里，有專人負(fù)責(zé)清運(yùn)這些垃圾，我交的物管費(fèi)就是用來干這個(gè)的［6］。
5.目前國(guó)內(nèi)各家庭食物垃圾處理中存在的問題
(1) 每天吃剩的殘?jiān)澄?、瓜皮、果屑裝在塑料袋內(nèi)，置于室內(nèi)一角，待方便時(shí)帶出戶外。如若不及時(shí)或忘記帶出戶外，腐敗后散發(fā)之氣存留室內(nèi)將造成污染。
(2) 擇菜、洗菜、洗碗后將殘菜、剩渣從池中用手撈出裝進(jìn)垃圾袋。這其中不免有部分漏入下水道中造成堵塞，清理也相當(dāng)麻煩；同時(shí)，如果垃圾袋破漏，污水還將污染室內(nèi)地板等物。
(3) 帶出戶外的垃圾堆放在樓道角落（多數(shù)高層住戶如此），垃圾桶，垃圾站，散發(fā)出各種異味，炎熱的夏天更是如此。物業(yè)管理公司必須安排大量的清潔工將其及時(shí)清運(yùn)出小區(qū)，在整個(gè)處理過程中，污染無處不在。
(4) 小區(qū)內(nèi)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，是異味氣體、蚊蠅滋生之地，在何處建垃圾站，如何減少垃圾站的污染是建設(shè)者和物業(yè)管理公司都感到麻煩的問題。
通過引進(jìn)一種新的廚房設(shè)備——食物垃圾粉碎機(jī)，便有效地解決了這一令很多人煩惱的問題［7］。
6.國(guó)內(nèi)食物垃圾粉碎機(jī)的技術(shù)原理和優(yōu)點(diǎn)
食物垃圾粉碎機(jī)是通過小型直流或交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤，利用離心力將粉碎腔內(nèi)的食物垃圾粉碎后排入下水道。粉碎腔具有過濾作用，自動(dòng)攔截食物固體顆粒；刀盤設(shè)有兩個(gè)或者四個(gè)可360度回轉(zhuǎn)的沖擊頭，沒有利刃，安全、耐用、免維護(hù)。刀盤轉(zhuǎn)速（滿負(fù)載，工作狀態(tài)）交流電機(jī)約1450轉(zhuǎn)/分鐘-1750轉(zhuǎn)/分鐘。粉碎后的顆粒直徑小于4毫米，不會(huì)堵塞排水管和下水道［8］。
研究成功的意義：
國(guó)外成功的應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)來減少食物垃圾的經(jīng)驗(yàn)，為我們處理日益增加的食物垃圾開辟了一條新途徑，從而呼喚適合我國(guó)的食物垃圾粉碎機(jī)。另外，從源頭解決處理廚房食物垃圾污染的研究還是有很多優(yōu)點(diǎn):
（1） 大 量 減少易腐垃圾數(shù)量，提高環(huán)境質(zhì)量
目前 ，國(guó)家對(duì)生活垃圾的處理原則是垃圾的減量化、無害化和資源化。而減量化位居第一位，可見其重要性。廚房垃圾粉碎機(jī)為食物垃圾的破碎預(yù)處理裝置，可對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理，不但減少垃圾的堆放量，同時(shí)確保人們有一個(gè)健康、整潔的生活環(huán)境，進(jìn)而減少疾病的傳染［9］。
（2）易于垃圾的再處理
由于廚房垃圾含有大量的水分，給垃圾的焚燒帶來很大的困難，上海浦東垃圾焚燒廠現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進(jìn)行垃圾焚燒，這樣一方面增加垃圾成本，另一方面在能源緊缺的中國(guó)還造成能源的大量浪費(fèi)。但是若把廚房垃圾在源頭切斷，則可大大的提高生活垃圾的焚燒熱值，同時(shí)對(duì)垃圾填埋產(chǎn)生的滲漏問題也可大大改觀［10］。
（3）具有經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技水平還不十分發(fā)達(dá)，高額投入垃圾處理有較大困難，許多固體垃圾處理廠在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)后，由于缺乏科學(xué)的管理和資金的支持，處于半停產(chǎn)狀態(tài);一些小區(qū)雖然引進(jìn)廚房垃圾的生化處理機(jī)，但其使用成本太高，己經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。擬研制的食物垃圾粉碎機(jī)作為一種面向家庭、賓館及飯店的小型機(jī)器，突有體積小，成本底，經(jīng)濟(jì)耐用的特點(diǎn)，可以被人們所接受。加上政府在政策和輿論大力宣傳引導(dǎo)，實(shí)行鼓勵(lì)政策，一方面提高了百姓的環(huán)境參與意識(shí)，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)力量保護(hù)環(huán)境。另一方面，政府還可把節(jié)省下來的大量開支(例:二次污染治理費(fèi)、城市生活垃圾運(yùn)輸費(fèi))用來研制、開發(fā)垃圾處理的新項(xiàng)目［11］。
7. 社會(huì)層面對(duì)食物垃圾粉碎機(jī)反饋
（1）居民
使用處理機(jī)需要改變居民排放垃圾的習(xí)慣，但這種改變是從難到易，從復(fù)雜污臟到簡(jiǎn)單衛(wèi)生，因此在使用方面居民的接受程度比預(yù)想的要大得多。對(duì)已安裝粉碎機(jī)的使用情況調(diào)查表明，居民反映良好：
A 廚房里蟑螂、飛蟲少了；
B 不再有廚余腐爛的氣味；
C 減少清洗地板、地磚、垃圾桶的麻煩；
D 廚房工作時(shí)省心、省勁；
E 不用再擔(dān)心錯(cuò)過每天排放垃圾的時(shí)間［12］。
（2）房產(chǎn)開發(fā)商：
打造環(huán)保無污染住宅區(qū)，增加房產(chǎn)賣點(diǎn)，增強(qiáng)房產(chǎn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并有利有今后物業(yè)對(duì)園區(qū)的清潔工作［13］。
8．食物垃圾粉碎的類型
按處理方式分,
（1）粉碎型：將食物垃圾經(jīng)過研磨,粉碎后與水混合成液態(tài)狀直接沖入下水道。
（2）甩干型：將食物垃圾水分與固態(tài)物質(zhì)分離后從水盆下水排走水分,留下固太物質(zhì)壓縮成塊狀方便保存及處理。
按電機(jī)類型分：
直流型：空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較高,(約2800轉(zhuǎn)/分)，一般來說效率及扭力要大于交流型電機(jī)，但負(fù)荷工作（有食物垃圾進(jìn)入時(shí)）轉(zhuǎn)數(shù)在1000轉(zhuǎn)左右/分，噪音也會(huì)隨之增大，多用在例如家用吸塵器、攪拌機(jī)等小型電器中，使用壽命約1~2年，但成本很低，所以直流型電機(jī)的食物垃圾粉碎機(jī)價(jià)格都很低，一般只有交流型電機(jī)產(chǎn)品價(jià)格的一半以下，是經(jīng)濟(jì)人士的首選。
交流型：空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較低,(約1800轉(zhuǎn)/分)，但負(fù)荷工作（有食物垃圾進(jìn)入時(shí)）轉(zhuǎn)數(shù)和噪音都不會(huì)發(fā)生任何變化，多用在例如洗衣機(jī)、工業(yè)用吸塵器等動(dòng)力強(qiáng)勁型電器中，使用壽命約5~8年，但由于制造成本較高，所以整機(jī)價(jià)格也較高，是時(shí)尚、專業(yè)人士的選擇［14］。
9. 一般粉碎機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)具有五個(gè)設(shè)計(jì)要素：
（1）粉碎機(jī)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種也必然具有產(chǎn)品功能性的特點(diǎn)，其功能性指粉碎機(jī)所具備的使用價(jià)值他通過針對(duì)不同的住宅需求，在考慮完整因素的影響功能，利用粉碎能力、外形、消耗指數(shù)、使用壽命來設(shè)計(jì)。
（2）安全性是消費(fèi)者在選擇粉碎機(jī)是考慮比較多的一個(gè)因素，使用時(shí)是否會(huì)造成漏電，有無可能對(duì)人造成其他的傷害。
（3）噪音也是消費(fèi)者考慮的相對(duì)較多的因素，在中國(guó)，多數(shù)具名都居住在套間里，相對(duì)應(yīng)國(guó)外的別墅，空間比較小，噪音影響相對(duì)較大，還有部分家庭家里有小孩和老人，這也是消費(fèi)者選擇粉碎機(jī)的一個(gè)重要因素。
（4）安裝的可行性，由于現(xiàn)在各個(gè)住宅小區(qū)使用的下水道水管的型號(hào)不一，可能會(huì)導(dǎo)致粉碎機(jī)的接口與其不匹配，從而導(dǎo)致無法安裝。
（5）消耗指數(shù)，現(xiàn)在全國(guó)上下都提倡節(jié)約，主要考慮電和水的消耗。
（6）使用壽命，消費(fèi)者的消費(fèi)觀念已經(jīng)從價(jià)格的高低到質(zhì)量的好壞轉(zhuǎn)變，壽命是衡量質(zhì)量高低的一個(gè)重要指標(biāo)。粉碎機(jī)的使用壽命主要體現(xiàn)在刀具上，刀具的好壞直接決定了粉碎機(jī)的使用壽命［15］。
因此，粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)要與市場(chǎng)相符合，由于消費(fèi)者的消費(fèi)觀念和消費(fèi)能力不同。造成需求的多元化。設(shè)計(jì)師及企業(yè)應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查，分析，研究不同的消費(fèi)需求，不斷調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，積極滿足不同層次消費(fèi)者買你的消費(fèi)需求。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和準(zhǔn)備采用的研究手段（途徑）：
設(shè)計(jì)中首先對(duì)在我國(guó)使用廚房食物垃級(jí)粉碎機(jī)的可行性進(jìn)行了分析，提出能否堵塞下水道的問題。通過有關(guān)部門所做的實(shí)驗(yàn)顯示，被粉碎的顆粒密度小于水的密度，顆粒不會(huì)沉淀，由于污水流動(dòng)的最小速度為0.6m/s,顆粗可以隨流水進(jìn)入污水處理廠，國(guó)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也證明應(yīng)用垃級(jí)粉碎機(jī)不會(huì)堵塞下水管道。但由于具體的國(guó)情不同，在我國(guó)它能否被人們所接受，大量使用后的狀況如何等問題還需要進(jìn)一步去驗(yàn)證。
設(shè)計(jì)時(shí)，首先對(duì)其原理進(jìn)行闡述，在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，被處理物不會(huì)與刀盤同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)速度差，加上離心力對(duì)被處理物的作用，使被處理物與刀盤的運(yùn)動(dòng)又不同向，這樣，依靠?jī)?nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對(duì)被處理物的破碎，撕拉等作用，使食物垃圾迅速變?yōu)?mm-5mm顆粒。垃圾粉碎機(jī)由投入口、粉碎室、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和排污口四部分組，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為粉碎機(jī)提供動(dòng)力來源，粉碎室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的粉碎刀盤，是食物垃圾進(jìn)行粉碎的場(chǎng)所，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤為垃圾粉碎機(jī)的關(guān)健部分，直接影響垃級(jí)粉碎機(jī)的使用效果。
對(duì)于粉碎刀盤和刀片，先對(duì)工作載荷進(jìn)行力學(xué)分析。利用流體力學(xué)的知識(shí)計(jì)算流體阻力，通過實(shí)驗(yàn)獲取垃圾破碎時(shí)的阻力，進(jìn)而選擇材料及對(duì)刀盤、刀片進(jìn)行強(qiáng)度校核。設(shè)計(jì)中選用的材料為1Crl3，比國(guó)外同類產(chǎn)品所用材料9Crl8在滿足使用要求的條件下經(jīng)濟(jì)、易加工，符合我國(guó)的實(shí)際情況。根據(jù)我國(guó)食物垃圾種類多，硬度、粘性差別大的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的組合刀盤式粉碎刀共由幾個(gè)部分組成:固定刀、擺動(dòng)刀、刀片和旋轉(zhuǎn)刀盤，在它們共同作用下，食物垃圾被迅速粉碎。
設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作，其性能直接影響著廚房食物垃圾粉碎機(jī)質(zhì)量的好壞，所以選擇一款合適的電機(jī)尤為必要。本設(shè)計(jì)選取電機(jī)類型為立式封閉永磁直流電動(dòng)機(jī)，電機(jī)型號(hào)為：ZYT104/12，技術(shù)數(shù)據(jù)為:轉(zhuǎn)速為3000r/min功率為390W，電壓為220V，重量為3Xg。此為國(guó)產(chǎn)電機(jī)，價(jià)格較低，適合我國(guó)國(guó)情。設(shè)計(jì)中還首次增加一套控制電路系統(tǒng)。其目的是為了克服同類產(chǎn)品的不足，提高機(jī)器的安全性、方便性。該電路要實(shí)現(xiàn)的功能是按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，使廚房垃圾粉碎機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行垃圾的粉碎工作，工作1-3分鐘后能夠自動(dòng)的切斷電源使機(jī)器停止工作。工作模式中依據(jù)控制機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的不同可分為1, 2, 3這三個(gè)檔位，用戶在使用時(shí)根據(jù)不同的垃圾量和垃圾成分來選擇擋位。該拉制電路的實(shí)現(xiàn)主要采用CH7555構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路。其中主要元件型號(hào):繼電器J選用JQX-13型中的12V, 50051小型中功率繼電器；變壓器選用220V, 50Hz,輸出交流12V；整流橋選用的型號(hào)為PB206M。
此次設(shè)計(jì)食物垃圾粉碎機(jī)，更加適合我國(guó)的食物結(jié)構(gòu)和住宅特點(diǎn)。增加的一套控制電路為同類產(chǎn)品的先例，可更好的滿足用戶的使用。避免了目前同類產(chǎn)品完全采用交流電機(jī)、國(guó)外進(jìn)口電機(jī)、選用昂貴祠琳的做法，使機(jī)器的制造和使用成本降低。
食物垃圾粉碎機(jī)為新事物，它進(jìn)入千家萬戶還需政府的大力支持，但隨著居民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，參與性的提高，其利用前景仍很廣闊。
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指導(dǎo)教師意見：
1． 對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
該同學(xué)查閱了大量的資料，綜述了有關(guān)食品垃圾粉碎機(jī)的發(fā)展史、功能及其種類、存在問題、研究方向和研究手段，以及設(shè)計(jì)食品垃圾粉碎機(jī)的注意事項(xiàng)，這些資料可供畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)參考。文獻(xiàn)資料詳實(shí)，組織有序。
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
本課題要求設(shè)計(jì)一款新型的食品垃圾粉碎機(jī)，計(jì)算食品垃圾粉碎機(jī)主要零件的尺寸，并且利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，制作食品垃圾粉碎機(jī)的實(shí)體模型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，和進(jìn)行關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核。課題具有一定的深度和廣度，工作量飽滿。只要學(xué)生在課題設(shè)計(jì)期間抓緊時(shí)間，預(yù)期能夠完成規(guī)定的任務(wù)。
指導(dǎo)教師：
2010 年 03 月 25 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
目次
1. 緒論……………………………………………………………………………… 1
1.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的緊迫性…………………………………………………1
1.2 廚房食物垃圾特征及其危害……………………………………………………2
1.3 食物垃圾處理的方法……………………………………………………………3
1.3.1 作牲畜飼料……………………………………………………………………5
1.4 食物垃圾粉碎機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀……………………………………………5
1.5 課題目的和研究意義……………………………………………………………6
2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)……………………………………………………8
2.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的可行性分析……………………………………………8
2.2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的工作原理及組成……………………………………9
2.3 粉碎刀盤組合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………10
2.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇………………………………………………………………17
2.5 控制電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………23
2.6 其它部分設(shè)計(jì)…………………………………………………………………25
2.7廚房食物垃圾粉碎機(jī)圖紙的繪制……………………………………………26
2.8 廚房食物垃圾處理器的裝配…………………………………………………27
結(jié)論…………………………………………………………………………………29
致謝…………………………………………………………………………………32
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………33
附錄…………………………………………………………………………………34
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁(yè) 共 34 頁(yè)
1 引言
1.1 廚房食物垃圾處理的緊迫性
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市生活水平的提高和人口的增長(zhǎng)，生活立即的排放量急劇增長(zhǎng)。據(jù)建設(shè)部調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2001年我國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為1.35億噸/年，占世界總量的四分之一以上[1]，年增長(zhǎng)率在8%左右。由于垃圾產(chǎn)量的快速增加和我國(guó)垃圾處理能力的不足，給人民生存環(huán)境和日常生活帶來危害。目前，我國(guó)生活垃圾日處理量?jī)H占垃圾生存總量的45%，有近一半的生活垃圾不能及時(shí)處理而隨意堆置，從而造成細(xì)菌繁衍，老鼠橫行，污水橫流，臭氣熏天，嚴(yán)重影響著人們的生活環(huán)境和身體健康。同時(shí)中國(guó)的人均耕地面積不足0.13hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界人均0.31 hm2的水平，可全國(guó)未處理而堆積的垃圾達(dá)60億噸，占用土地約為50萬hm2，在大量浪費(fèi)土地資源的同時(shí)也對(duì)土地產(chǎn)生污染。有資料表明，1節(jié)一號(hào)電池可使1平方米的土地失去其使用價(jià)值。在水資源方面，中國(guó)是世界上13個(gè)貧困水國(guó)之一，全國(guó)668座城市中有400多座城市缺水，其中110多座城市嚴(yán)重缺水，而歷年堆放垃圾中的重金屬以及在垃圾腐爛過程中產(chǎn)生的病原微生物，使一些城市的水源遭到污染。
在我國(guó)，垃圾處理主要采用填埋技術(shù)，但填埋技術(shù)不過關(guān)，在耗費(fèi)大量財(cái)力的同時(shí)造成垃圾的二次污染，嚴(yán)重影響著人們的正常生活環(huán)境。垃圾產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，已經(jīng)制約了城市的發(fā)展，我國(guó)政府對(duì)垃圾處理問的高度重視，在不斷增大投資力度，加強(qiáng)垃圾的處理。同時(shí)，還制定了一系列相關(guān)政策及規(guī)范，提出了“以減量化為基礎(chǔ)，以無害化為主體，以資源化為目標(biāo)”的方針。目前 ，集合我國(guó)生活垃圾的特點(diǎn)，開發(fā)較為有效的處理技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。
近幾年來，由于人們的生活水平的提高，生活結(jié)構(gòu)的改變，生活垃圾的成分也發(fā)生了很大的變化。集中供應(yīng)熱合煤氣的廣泛應(yīng)用，使垃圾成分中煤灰的比例大為減少，而食物垃圾的數(shù)量越來越大，占城市生活垃圾總量的50%，并成上升趨勢(shì)。在上海，每天產(chǎn)生生活垃圾約為1.3萬噸，其中70%為生活垃圾，每年處理的總量約為300萬噸。在北京，每天產(chǎn)生的剩飯、剩菜就達(dá)1600噸，每月回收饅頭約為20噸左右，相當(dāng)于140人一年的口糧，而春節(jié)期間至少增長(zhǎng)50%以上[2]。從環(huán)境衛(wèi)生角度看，食物垃圾是一種污染，但總資源角度看，它也是一種再生資源，這些被丟棄的有機(jī)物可通過生物技術(shù)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，而去掉有機(jī)物的生活垃圾可用來焚燒發(fā)電，可有效的緩解能源危機(jī)，具有生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益[3]。
表1為上海市1988—2000年生活垃圾成分調(diào)查統(tǒng)計(jì)以及2005—2015年預(yù)測(cè)值[4]。
年份
產(chǎn)生量
有機(jī)垃圾(%)
無機(jī)垃圾(%)
紙類
塑料
竹子
布類
廚余
果類
金屬
玻璃
渣石
1988
240
4.3
2.99
1.94
1.68
70.61
10.94
1.02
2.91
3.61
1990
301
4.26
4.19
1.44
1.14
70.05
12.04
0.95
3.74
2.19
1993
335
8.36
7.54
1.89
1.97
61.09
11.08
0.72
4.74
1.86
1995
372
6.5
11.21
1.47
2.17
56.66
11.99
0.91
3.81
2.29
1997
454
8.05
11.78
1.44
2.24
58.06
12.03
0.58
4
1.82
2000
641
8.02
13.93
1.43
2.81
54.66
12.84
0.85
4.15
1.26
2005
709
10.83
13.21
1.93
3.21
62.37
0.83
5.45
2.7
2010
863
12.82
12.98
2.49
4.41
58.76
0.98
5.64
1.92
2015
1050
15.44
12.62
2.86
5.28
55.78
0.87
5.36
1.79
通過該表可見，在上海市的生活垃圾中，有機(jī)腐敗的垃圾成分（廚房垃圾）和可燃成分（紙張、塑料橡膠、織物等）占有很大比例，其中廚余位生活垃圾中有機(jī)垃圾的主要成分，而無機(jī)垃圾的成分是在持續(xù)下降的。
1.2廚房食物垃圾特征及其危害
1.2.1 廚房危害垃圾的特征
食物垃圾主要生活指在食物加工和飲食消費(fèi)過程中產(chǎn)生的易腐爛、易生物降解的廢棄物。一半在食品加工過程中產(chǎn)生的食物殘余成為廚余，飲食消費(fèi)后的食物殘?jiān)Q為泔腳。從化學(xué)成分上看主要是淀粉、纖維蛋白脂類和無機(jī)鹽等。食物垃圾的來源比較集中，主要是城鎮(zhèn)菜場(chǎng)垃餐館飲食業(yè)垃圾、家庭廚房垃圾及各種市場(chǎng)的瓜果皮等城鎮(zhèn)垃圾。
（1） 食物垃圾具有較低的發(fā)熱值
發(fā)熱值又稱發(fā)熱量，是指1Kg的垃圾完全燃燒后所釋放出的熱量，人們常用發(fā)熱值來衡量或表示垃圾作為燃料的價(jià)值和能力。由于食物垃圾的水分含量很高，所以其單位質(zhì)量的地位熱量在2100—3100kJ/kg左右，（當(dāng)垃圾的平均低位熱值高于3349KJ/kg時(shí)焚燒過程不用添加任何助燃劑，高于4180KJ/kg時(shí)可進(jìn)行余熱利用如發(fā)電）故需加入燃油或煤等燃助，使成本增加，同時(shí)要注意控制溫度，防止灰塵、二惡英等有害物質(zhì)產(chǎn)生[5]。
（2） 營(yíng)養(yǎng)元素高，可實(shí)施資源化
食物垃圾中營(yíng)養(yǎng)元素含量高，干物料中粗脂肪約為29%，是大豆的1.5倍；粗蛋白約占20%，是玉米的2倍，有實(shí)驗(yàn)不挨罵粗脂肪消化率為88.26%，粗蛋白消化率為89.63%，其消化率與常規(guī)飼料相近，是生產(chǎn)綠色飼料最理想的原料。但是由于我國(guó)垃圾不是分類處理，各種垃圾混合在一起，導(dǎo)致大量營(yíng)養(yǎng)元素的浪費(fèi)。
1.2.2 廚房食物垃圾的危害
廚房食物垃圾中含有大量易腐物質(zhì)，而我國(guó)垃圾收集容器和運(yùn)輸車輛對(duì)其并不適宜，從而帶來在垃圾收集和運(yùn)輸過程中的二次污染。同時(shí)，食物垃圾因其含水量大，又是垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液的主要來源。由于食物垃圾易腐爛，產(chǎn)生臭氣污染大氣的同時(shí)還使蒼蠅、蟑螂等害蟲橫行，傳播疾病。加之人們環(huán)保意識(shí)較為單薄，在一些城郊結(jié)合區(qū)，可以看見餐廚垃圾被隨意倒入陰溝、路邊，嚴(yán)重影響了市容環(huán)境衛(wèi)生。再者，我國(guó)有把餐廚垃圾作為牲畜飼料的習(xí)慣，一些垃圾的細(xì)菌、重金屬會(huì)通過牲畜的內(nèi)臟危害人體的健康，更有甚者，有一些不法之徒為了謀求暴利，降低成本，甚者用“泔水油”提煉色拉油來加工食品，危害百姓。
1.3 食物垃圾的出來方法
由于我國(guó)垃圾沒實(shí)行分類管理，所以廚房食物垃圾混合在城市生活中做一般常規(guī)處理。
1.3.1 衛(wèi)生填埋
此特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，可處理多種類型的垃圾，但投資大，占地多，垃圾處理沒有減量化和資源化。填埋場(chǎng)受容量的限制，有一定的使用期限，一個(gè)填埋后，又要重新征地新建，而我國(guó)耕地面積小，這樣據(jù)出現(xiàn)了“人與垃圾征地”的局面。另外，由于衛(wèi)生填埋產(chǎn)生的滲濾液能使周圍的地下水及土壤受到污染（美國(guó)就曾發(fā)生過花費(fèi)數(shù)百億美元治理被垃圾填埋場(chǎng)滲漏液污染的地下水事件），故國(guó)外一些國(guó)家規(guī)定填埋的垃圾中有機(jī)物含量不能超過5%。我國(guó)在有機(jī)垃圾的含量持續(xù)提高的同時(shí)，真正達(dá)到要求的填埋廠卻并不多，有關(guān)部門對(duì)我國(guó)298個(gè)垃圾填埋場(chǎng)的濾液進(jìn)行檢測(cè)，有86個(gè)超標(biāo)，占81.4%，故我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)附近的環(huán)境狀況并不樂觀[6]。垃圾填埋后，會(huì)釋放大量甲烷等溫室氣體，污染空氣產(chǎn)生溫室效應(yīng)的同時(shí)也易引起爆炸，威脅著周圍居民的安全。再者，根據(jù)物質(zhì)不滅和能量守恒定律，垃圾是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的一種形式，其內(nèi)部蘊(yùn)藏著巨大的能量和價(jià)值。食物垃圾中含有更加豐富的有機(jī)物，可回收再利用的成分很高，卻裝直接的丟棄，造成能源的浪費(fèi)[7]。所以填埋雖然現(xiàn)在是垃圾處理的主要方法，但今后會(huì)不斷的減少。
1.3.2 焚燒
焚燒時(shí)在高溫下燃燒垃圾，達(dá)到大量消減固體的目的，能迅速實(shí)現(xiàn)垃圾的“減量化”焚燒后的體積僅為原來的5%—15%[4]，同時(shí)焚燒產(chǎn)生的余熱還可以發(fā)電和供熱，對(duì)其土地面積較小的國(guó)家，此種方法受到青睞。咋日本，垃圾焚燒量超過66%。其缺點(diǎn)是產(chǎn)生煙塵污染，投資較大。我國(guó)引進(jìn)的垃圾焚燒設(shè)備，若處理100t/d垃圾，其減少成本接近1億元人民幣[8]，中等城市的財(cái)政難以承受。另外，我國(guó)的垃圾結(jié)構(gòu)也不合適焚燒，表2和表3為長(zhǎng)春市主城區(qū)生活垃圾的三成分和垃圾各水分的含水率。
表2 生活垃圾成分的百分?jǐn)?shù)(%)
成分
朝陽區(qū)
二道區(qū)
平均值
含水率
68.5
63.2
65.85
可燃分
20.6
22.3
21.45
灰分
10.9
14.5
12.7
表3 垃圾各組成的含水率(%)
含水率
朝陽區(qū)
二道區(qū)
平均值
紙
68.6
71.3
69.95
纖維
67.3
57.8
62.55
塑料
46.8
53.0
49.9
橡膠
20.6
48.9
34.75
廚余
71.5
76.2
73.85
金屬
0.0
0.0
0.0
通過表2和表3的分析可知：在長(zhǎng)春市區(qū)內(nèi)的垃圾含水率較高，平均為65.85%，正是由于垃圾的含水量高，因而降低了垃圾的熱值，增加了垃圾的焚燒難度。在各種垃圾分組中，廚余垃圾的含水率最高，而且他的組分含量也最大，所以，影響生活垃圾焚燒效果的主要因素為廚余垃圾。因此，想要對(duì)垃圾采用焚燒的處理方式，最好是首先把廚余垃圾處理好。
1.3.3 堆肥
堆肥適合于食物垃圾，我國(guó)采用傳統(tǒng)的厭氧堆肥，但其周期長(zhǎng)，常為3—6個(gè)月，并受季節(jié)性影響。由于垃圾的混合收集，垃圾中的重金屬（Pb,Cd,Hg）等在雨水的作用下滲到有機(jī)肥中，用這種肥種出的食品其重金屬含量必定會(huì)超標(biāo)，危害人體健康。資料表明，1顆紐扣電池可以污染60萬升水[9]，1節(jié)1號(hào)電池可以使1m2的土地失去其使用價(jià)值[10]。所以，無法對(duì)重金屬含量進(jìn)行嚴(yán)格控制的堆肥必需慎用。另外，由于化肥的低廉價(jià)格及廣泛應(yīng)用，使堆肥的前景并不樂觀。
1.3.4 作牲畜飼料
由于食物垃圾中含有豐富的有機(jī)物，長(zhǎng)久以來，許多農(nóng)民到飯店、餐館收集泔水，然后未經(jīng)任何處理直接運(yùn)回喂豬生產(chǎn)垃圾豬。另外，泔水在運(yùn)輸途中容易變質(zhì)，嚴(yán)重的影響著人們以及牲畜的身體健康。歐洲在1997、1998年間就發(fā)生過因垃圾飼料引起的Swine Fever疾病，導(dǎo)致家畜集體死亡的事件[11]。在我國(guó)，上海、北京等地也都先后命令禁止運(yùn)用此類垃圾喂牲畜[12]。
由此可見，食物垃圾因其特有的性質(zhì)以及傳統(tǒng)的不合理的處理方法，給人民造成危害的同時(shí)也使資源白白浪費(fèi)，故找尋合適的處理食物垃圾方式是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。
1.4 食物垃圾粉碎機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[13-15]
目前，世界各國(guó)尋求的方法各不相同，在加拿大，政府向居民免費(fèi)或低價(jià)提供堆肥桶，鼓勵(lì)居民將廚房垃圾在自己家進(jìn)行處理，而美國(guó)則鼓勵(lì)居民采用食物垃圾粉碎機(jī)，一種可以安裝在水槽下面的小型機(jī)器。廚房中產(chǎn)生的食物垃圾可以快速的粉碎為小顆粒，隨流水一起進(jìn)入排水管道。這種機(jī)器源于美國(guó)，上個(gè)世紀(jì)40年代，一名叫約翰·海墨的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出世界上第一臺(tái)垃圾粉碎機(jī)，目的是為了減輕妻子的負(fù)擔(dān)，并且可以保護(hù)廚房環(huán)境。產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，只有一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾刀。在以后的幾十年，隨著機(jī)器被不斷的改進(jìn)，人們也開始逐步開始接受。為全面考察食物垃圾粉碎機(jī)可能造成的影響，20世界80年代紐約市政府曾聯(lián)合美國(guó)環(huán)保局、城市管道部門、國(guó)家衛(wèi)生部等多方面力量，進(jìn)行了一項(xiàng)為期三年的聯(lián)合調(diào)查，試圖從多角度來評(píng)估食物垃圾粉碎機(jī)對(duì)城市周圍水質(zhì)、城市管道、污水處理廠、耗水量和耗電量的影響，結(jié)果表明食物垃圾粉碎機(jī)的應(yīng)用對(duì)城市水質(zhì)沒有任何影響，城市管道不會(huì)被堵塞，增加污水處理的負(fù)擔(dān)，耗電量及耗水量有所增加，但可大大降低城市中食物垃圾數(shù)量。由于固體垃圾的處理費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢水的處理費(fèi)用，所以綜合全面因素進(jìn)行核算，應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)可以為國(guó)家節(jié)約成本。從此，食物垃圾粉碎機(jī)開始在美國(guó)批量銷售，不少城市甚至以法律形式強(qiáng)令使用。目前，這已機(jī)器在美國(guó)普及率在95%以上，據(jù)世界首位，并波及世界其他國(guó)家，象瑞典、澳大利亞、法國(guó)、日本等都相繼研究和應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)，其中日本普及率達(dá)到35%以上。
在世紀(jì)九十年代末，食物垃圾粉碎機(jī)進(jìn)入中國(guó)?，F(xiàn)在美國(guó)艾默生電器公司的ISE系列、美國(guó)通用電器的Dispose系列、美國(guó)摯通公司的U系列等幾種品牌的食物垃圾粉碎機(jī)壟斷中國(guó)，但中國(guó)自行研制的適合我國(guó)的食物垃圾粉碎機(jī)卻仍很少，相關(guān)資料很少。由于直接照搬國(guó)外產(chǎn)品，它不適合中國(guó)的住房特點(diǎn)和飲食結(jié)構(gòu)。首先，國(guó)外機(jī)器采用交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)速范圍廣，維護(hù)方便，但它噪音大，體積大且笨重，歐美國(guó)家廚房的水槽偏厚，可以承受住大的壓力，可中國(guó)水槽薄，食物垃圾粉碎機(jī)很容易把水槽壓壞。同時(shí)，機(jī)器使用中產(chǎn)生的大噪音也是不容忽視的因素。另外，國(guó)外機(jī)器價(jià)格太高，一般百姓難以承受。像美國(guó)摯通泔水生產(chǎn)的U-308型食物垃圾粉碎機(jī)價(jià)格為1580元，而insinkerator公司生產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)品價(jià)格竟為2500多元，如此高的價(jià)格為食物垃圾粉碎機(jī)在中國(guó)的廣泛推廣設(shè)置了障礙。
鑒于以上因素，研制一款適合我國(guó)國(guó)情的食物垃圾粉碎機(jī)十分重要。
1.5 課題目的和研究意義
1.5.1 課題目的
依據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，研制適合本國(guó)的廚房食物垃圾預(yù)處理裝置—廚房食物垃圾粉碎機(jī)，使居民在家中可以直接對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理，處理掉的食物垃圾通過下水管道排到陰井中。這樣就在源頭上避免了食物垃圾造成的污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾的減量化之目的。
1.5.2 研究的意義
國(guó)外成功應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)來減少食物垃圾的經(jīng)驗(yàn)，為我們吃力日益增加的食物垃圾開辟了一條新途徑，從而呼喚適合我國(guó)的食物垃圾粉碎機(jī)。另外，從源頭解決處理廚房食物垃圾污染的研究還是有很多優(yōu)點(diǎn)：
（1） 大量減少易腐垃圾數(shù)量，提高環(huán)境質(zhì)量
目前，國(guó)家對(duì)生活垃圾的處理原則是垃圾的減量化、無害化和資源化。而減量化位居第一位可見其重要性。廚房垃圾粉碎機(jī)為食物垃圾的破碎預(yù)處理裝置，可對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理，不但減少垃圾的堆放量，同時(shí)確保人民有一個(gè)健康、整潔的生活環(huán)境，進(jìn)而減少疾病的傳染。
（2） 易于垃圾的再處理
由于廚房垃圾含有大量的水分，給垃圾的粉碎帶來很大的困難，上海浦東垃圾焚燒廠現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進(jìn)行垃圾焚燒，這樣一方面增加垃圾成本，另一方面在能源緊缺的中國(guó)還造成能源大量浪費(fèi)。但是若把廚房垃圾在源頭切斷，則可大大的提高生活垃圾的焚燒熱值，同時(shí)對(duì)垃圾填埋產(chǎn)生的滲漏問題也可大大改觀。
（3） 具有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技水平還不十分發(fā)達(dá)，高額投入垃圾處理有較大的困難，許多固體垃圾處理廠在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)后，由于缺乏科學(xué)的管理和資金的支持，處于半停產(chǎn)狀態(tài)；一些小區(qū)雖然引進(jìn)廚房垃圾的生化處理機(jī)，但其使用成本太高，已經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。擬研制的食物垃圾粉碎機(jī)作為一種面向家庭、賓館及飯店的小型機(jī)器，使有體積小，成本低，經(jīng)濟(jì)耐用的特點(diǎn)，可以被人們接受。加上政府在政策和輿論打擊宣傳引導(dǎo)，實(shí)行鼓勵(lì)政策，一方面提高了百姓的婚嫁參與意思，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)力量保護(hù)環(huán)境。另一方面，政府還可把節(jié)省下來的大量開支（例：二次污染治療費(fèi)、城市生活垃圾運(yùn)輸費(fèi)）用來研制、開發(fā)垃圾處理的新項(xiàng)目。
2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
2.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的可行性分析
固體垃圾的破碎裝置有碾磨、剪切、粉碎等多種方式，這是固體垃圾處理的預(yù)處理階段。本文所要設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾粉碎機(jī)就是利用方式、剪切等方法把廚房食物垃圾快速粉碎成3-5mm的顆粒狀，通過下水裝置排入污水管道系統(tǒng)。圖1為食物垃圾粉碎機(jī)的工藝流程圖。
排入污水管道的垃圾，其顆粒越小或密度越接近于水的密度，可顆粒不會(huì)沉淀。據(jù)上海市環(huán)境研究所和美國(guó)賓夕法尼亞的環(huán)境工程研究院最近聯(lián)合調(diào)查顯示，經(jīng)美國(guó)摯通泔水的U系列食物垃圾粉碎機(jī)處理過的食物垃圾在點(diǎn)位體積內(nèi)的分子數(shù)平均低于水分子的含量，食物垃圾的沉淀量少。廢水由高處依靠重力作用以一定的流速流入污水管道系統(tǒng)。由于在進(jìn)行污水管道的力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，其原則是：不沖刷、不淤積、不溢流、要通風(fēng)。所以在我國(guó)規(guī)定，污水溝道的最小流速為0.6m/s。被分散到一定的顆粒進(jìn)入下水道后，在此流速系下完全可隨水流沿城建管道送入生活污水處理廠進(jìn)行處理。荷蘭有研究人員在荷蘭選取一些老城區(qū)做的研究表明：在設(shè)計(jì)的城市管道容量下，不會(huì)堵塞排水管道，而且我國(guó)現(xiàn)在正在增加城建管道的容量，廣泛使用塑料管道，增加管道的抗腐蝕性，加大污水廠的處理能力等各項(xiàng)措施，都有利于食物垃圾粉碎機(jī)進(jìn)入千家萬戶。但是，由于國(guó)外情況與我國(guó)并不完全相同而且食物垃圾粉碎機(jī)對(duì)人們來說還是一個(gè)新事物，所以它能否被人們所接受，大量使用后的狀況如何等問題還需要進(jìn)一步去驗(yàn)證。
廚房食物垃圾破碎后的顆粒在隨流水流動(dòng)的過程中，有可能被管道上的淤泥所阻擋而滯留，這時(shí)有機(jī)顆粒依靠厭氧菌群和兼性菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵。由于參加反應(yīng)的微生物種類多，這一過程很復(fù)雜。一般可分為酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個(gè)階段。在酸性發(fā)酵的過程中，纖維素、淀粉等碳水化合物水解成甘油和脂肪酸，并進(jìn)一步降解形成各種低級(jí)的有機(jī)酸。產(chǎn)氫和產(chǎn)已酸菌群把上述水解發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)一步分解為乙酸、氫和二氧化碳。在產(chǎn)甲烷菌群的作用下，生成甲烷和二氧化碳，完成對(duì)廚房垃圾有機(jī)廢物顆粒的消化過程。流入生物污水處理廠的有機(jī)顆?？勺鳛闋I(yíng)養(yǎng)元為污泥提供營(yíng)養(yǎng)，也可提取作為肥料在利用，這里就不加以詳細(xì)論述。
圖1 食物垃圾粉碎機(jī)的工藝流程圖
2.2 廚房食物粉碎機(jī)的工作原理及組成
2.2.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的工作原理
廚房食物垃圾粉碎機(jī)就是把食物垃圾從投物口投到機(jī)器內(nèi)，在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，被處理無與刀盤同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)速度差，加上離心力對(duì)被處理無的作用，使被處理物與刀盤的運(yùn)動(dòng)不同向，這樣，依靠?jī)?nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對(duì)被處理物進(jìn)行破碎，撕拉等作用，是食物垃圾迅速變?yōu)?—5mm顆粒，在流水的作用下通過下水管道排走
2.2.2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的組成
設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾粉碎機(jī)由投入口、粉碎室、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和排污口四部分組成。見圖2所示。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為粉碎機(jī)提供動(dòng)力來源，粉碎室內(nèi)裝有多重多向的粉碎刀組，是對(duì)事物垃圾進(jìn)行粉碎的主要元件。粉碎室上部與投入口相連，與洗滌盆相接，是垃圾開始投入的地方。粉碎室下部側(cè)壁設(shè)計(jì)有排污口，當(dāng)食物垃圾在粉碎室被粉碎刀盤粉碎后，在水流的作用下排走。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤為垃圾粉碎機(jī)的關(guān)鍵部分，他們的好壞直接影響食物垃圾粉碎機(jī)的使用效果。
圖2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.3 粉碎刀盤組合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3.1 刀具基本尺寸的確定
目前我國(guó)廚房洗滌盆下水口的結(jié)果尺寸基本上是統(tǒng)一的，直徑為114mm，只是在輪廓上有大小、深淺之分。因此參照此基本尺寸，初步確定刀盤直徑：d=114mm,刀盤厚度：t=3mm.
2.3.2 粉碎刀盤的力學(xué)分析及材料的選擇
2.3.2.1 粉碎刀盤工作的載荷
組合刀盤工作時(shí)需要克服助力，為確保刀盤有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)刀盤時(shí)首先應(yīng)對(duì)刀盤所承受的載荷進(jìn)行分析。我們把刀盤理想為一個(gè)繞中心軸旋轉(zhuǎn)的一塊薄板，在它上滿作用流體旋轉(zhuǎn)阻力矩以及破碎食物垃圾（削、撕、磨）時(shí)的阻力。
（1） 流體旋轉(zhuǎn)阻力矩
設(shè)一個(gè)半徑為R的圓盤，在本來靜止的流體中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過圓盤中心前與圓盤垂直。由于圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，緊靠圓盤的外緣處離開圓盤；而新的流體層則逼近圓盤，并依次外拋。這樣，經(jīng)過一個(gè)短暫的起始階段后，變建立一個(gè)定常流動(dòng)，它對(duì)圓盤的旋轉(zhuǎn)施加了相當(dāng)大的阻力。
設(shè)：圓盤上單位體積的流體，切應(yīng)力的方向與圓盤成角。
切應(yīng)力的徑向分量 (1)
徑向動(dòng)量的增長(zhǎng)同被圓盤帶著轉(zhuǎn)動(dòng)的流體的離心力平衡
(2)
為被帶著轉(zhuǎn)動(dòng)的流體層的厚度的量度，為圓盤旋轉(zhuǎn)的角速度，r為圓盤半徑，故切應(yīng)力的徑向的徑向分量與成比例，即
(3)
即
切應(yīng)力的軸向分量，而 (4)
切應(yīng)力的軸向分量 (5)
按其量級(jí)可表示為 (6)
圓盤的旋轉(zhuǎn)速度等于旋轉(zhuǎn)角速度乘以圓盤的半徑
(7)
所以：
把(3)代入(7)消去得：
由實(shí)驗(yàn)可知：與半徑無關(guān)，為一個(gè)常量
(8)
根據(jù)運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)定義：
(9)
為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)定義，為粘性系數(shù)，為密度
把(9)代入(8)中：
(10)
把(10)代入(3):
由于為常量，所以得
轉(zhuǎn)矩M與面積力臂成比例
M~
對(duì)于半徑為r和周向速度為的圓盤，其系數(shù)為3.87/2，故阻力矩為
M=3.87/2 且
代入： M=3.87/2
=3.87 (11)
依據(jù)食物垃圾迅速變?yōu)?-5mm顆粒的設(shè)計(jì)結(jié)果要求，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)選取刀盤的轉(zhuǎn)速為n=3000轉(zhuǎn)/分
而
=2
=2
=17.90米/秒
使用計(jì)算旋轉(zhuǎn)圓盤上流體阻力的公式
M=3.87
=3.87
=3.87
=0.1103N·M
由此可以得出，流體阻力矩M=0.1103 N·M
又因?yàn)椋?
M=
故：
=0.1103/0.057
=1.9N
所以流體阻力為：
(2) 垃圾形成的阻力
由于食物垃圾為軟垃圾，焚燒時(shí)產(chǎn)生很小的阻力,在對(duì)食物垃圾（不包括玻璃、陶瓷、革制品、碎布、羽毛）中常見的魚剩菜等進(jìn)行破碎測(cè)試時(shí)得到阻力大約為
=11.5N
2.3.2.2 粉碎刀盤、粉碎刀材料的選擇
廚房食物垃圾粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一是組合刀盤及刀片。在材料的選擇上必須保證它耐腐蝕、不生銹、滿足一定的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要考慮其機(jī)械加工性和經(jīng)濟(jì)性。為此，我們?cè)?Cr13和9Cr18兩種材料中參考表4進(jìn)行選擇。
表4 材料1Cr13、9Cr18參數(shù)表
材料
性能
1Cr13
9Cr18
化學(xué)成分(質(zhì)量數(shù)%)
C0.15 Cr11.50~13.50
C0.90~1.00 Cr17.00~19.00
密度
7.75
7.8
硬度(HBS)
159
255
屈服強(qiáng)度
345
—
抗拉強(qiáng)度
540
—
加工性能
普通材料，稍難加工
難加工材料
價(jià)格(千元/噸)
5
5
用途
具有良好的耐腐蝕性，機(jī)械加工性，一半用在刃具制造上
一般用作不銹切片、機(jī)械刃具、剪切道具、手術(shù)刀片及高耐磨設(shè)備零件
(1)材料中C的含量越高，其耐腐蝕性越差
（2）在鋼種加入Cr能顯著體改鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力，并能提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，從而性能顯著提高鋼的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，因而在各種用途的鋼種普遍加入數(shù)量不等的Cr。但由于我國(guó)Cr資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。
根據(jù)表2.1的分析可以看出，在滿足使用要求的前提下，1Cr13比9Cr18易加工，C、Cr的含量低，價(jià)位大體相當(dāng)，所以，本文機(jī)器的刀盤及旋轉(zhuǎn)刀片選用1Cr13作為材料來加工。
2.3.3 粉碎刀盤的強(qiáng)度校核
粉碎刀盤受到循環(huán)載荷的作用，能發(fā)生疲勞破壞。刀盤時(shí)決定粉碎機(jī)壽命長(zhǎng)短的因素之一，因此，按無限壽命設(shè)計(jì)，即要求各部件在工作載荷作用下具有無限長(zhǎng)的疲勞壽命。金屬材料在交變應(yīng)力下的強(qiáng)度常用-N曲線或疲勞極限來衡量，見圖3
對(duì)于剛才來說，-N曲線有一條水平漸近線，這意味著時(shí)，試件經(jīng)受有限循環(huán)會(huì)發(fā)生疲勞破壞；當(dāng)時(shí)，試件則能經(jīng)受無限次循環(huán)而不發(fā)生破壞。為此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力水平應(yīng)該很低，以便有足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備。
疲勞極限與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系如下：
0.25
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