食物垃圾粉碎機(jī)

第 32 頁(yè) 共 32 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(lái)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(wàn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wú)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(lái)，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(lái)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(wàn)噸，其中70%為生活垃圾，每年處理的總量約為300萬(wàn)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(guò)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(lái)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19882000年生活垃圾成分調(diào)查統(tǒng)計(jì)以及20052015年預(yù)測(cè)值4。年份產(chǎn)生量有機(jī)垃圾(%)無(wú)機(jī)垃圾(%)紙類塑料竹子布類廚余果類金屬玻璃渣石19882404.32.991.941.6870.6110.941.022.913.6119903014.264.191.441.1470.0512.040.953.742.1919933358.367.541.891.9761.0911.080.724.741.8619953726.511.211.472.1756.6611.990.913.812.2919974548.0511.781.442.2458.0612.030.5841.8220006418.0213.931.432.8154.6612.840.854.151.26200570910.8313.211.933.2162.370.835.452.7201086312.8212.982.494.4158.760.985.641.922015105015.4412.622.865.2855.780.875.361.79通過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(wú)機(jī)鹽等。食物垃圾的來(lái)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(lái)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21003100kJ/kg左右，（當(dāng)垃圾的平均低位熱值高于3349KJ/kg時(shí)焚燒過(guò)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(lái)在垃圾收集和運(yùn)輸過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)加工食品，危害百姓。1.3 食物垃圾的出來(lái)方法由于我國(guó)垃圾沒(méi)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(méi)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(guò)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(guò)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(lè)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(lái)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(guò)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(yáng)區(qū)二道區(qū)平均值含水率68.563.265.85可燃分20.622.321.45灰分10.914.512.7表3 垃圾各組成的含水率(%)含水率朝陽(yáng)區(qū)二道區(qū)平均值紙68.671.369.95纖維67.357.862.55塑料46.853.049.9橡膠20.648.934.75廚余71.576.273.85金屬0.00.00.0通過(guò)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36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(wàn)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(wú)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(lè)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(lái)，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(guò)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(lái)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(méi)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(guò)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(lái)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(wú)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(lái)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(wèn)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(lái)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(lái)研制、開發(fā)垃圾處理的新項(xiàng)目。please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings2 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(guò)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(guò)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(wàn)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(lái)說(shuō)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(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(wú)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(guò)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(lái)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(lái)靜止的流體中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)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(guò)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(wú)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please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings由此可以得出，流體阻力矩M=0.1103 NM又因?yàn)椋篗=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=11.5N2.3.2.2 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1Cr139Cr18化學(xué)成分(質(zhì)量數(shù)%)C0.15 Cr11.5013.50C0.901.00 Cr17.0019.00密度7.757.8硬度(HBS)159255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)55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(lái)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(wú)限壽命設(shè)計(jì)，即要求各部件在工作載荷作用下具有無(wú)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(lái)衡量，見圖3對(duì)于剛才來(lái)說(shuō)，-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(wú)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</<0.5 (12)材料1Cr13的抗拉強(qiáng)度=540M圖3 -N曲線進(jìn)行保守估計(jì)，我們?nèi)〉南孪蓿?0.25 =0.25540 =135 M即：的最小值為135 M計(jì)算設(shè)在距圓心為處取一微面積dA,其上內(nèi)力dA對(duì)x軸之矩為dA，將所有內(nèi)力矩求和即得到截面上的力矩：dA (13)圖4 截面上的力矩圖其中A為截面面積根據(jù)虎克定律： (14)將(14)代入(13)得：dA將常數(shù)G、提至積分外得dA是與圓截面有關(guān)的一個(gè)幾何量，以及慣矩表示，所以 (15)將(15)代入(14)得：圓盤上最大的應(yīng)力在截面周圍周邊個(gè)點(diǎn)，故代入： (16)= = =7.85 =13.5N =13.5+11.5+1.9cos =25N代入(16)得： = = =32 =13.2M即依據(jù)-N曲線，當(dāng)時(shí)，試件則能經(jīng)受無(wú)限次循環(huán)而不發(fā)生破壞，設(shè)計(jì)中到盤滿足強(qiáng)度要求。2.3.4 粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)我國(guó)食物力矩種類多，硬度、粘性差別大的特點(diǎn)，采用組合刀盤式粉碎刀，由固定刀組和擺動(dòng)刀組組成，結(jié)構(gòu)為：旋轉(zhuǎn)刀組由刀盤和擺動(dòng)刀片組成。刀盤為組合刀盤，上面有尖形塊、直徑為3mm和4mm的小孔，實(shí)現(xiàn)垃圾粉碎及排出。擺動(dòng)刀片可繞固定軸作90擺動(dòng)。旋轉(zhuǎn)刀片和組合刀盤分為上下兩層，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)；粉碎室內(nèi)壁四周嵌有套裝成一體的內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)作為固定刀組，內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)與粉碎刀盤有一間隙，利用間隙對(duì)食物垃圾進(jìn)行切、撕、磨等破碎操作。組合刀盤式粉碎刀具有以下作用： 對(duì)于硬度較小、粘性較大的食物垃圾，在可隨電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的刀盤上設(shè)置兩個(gè)擺動(dòng)刀和刀片，與粉碎室內(nèi)部的端齒環(huán)共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)食物垃圾進(jìn)行剪切和機(jī)械撕裂破碎功能。 對(duì)于硬度較大的、粘性較小的食物垃圾在轉(zhuǎn)盤上設(shè)置了兩個(gè)尖形固定刀，在離心力的作用下，食物垃圾很容易運(yùn)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)盤的邊緣，為此，在粉碎室內(nèi)壁四周設(shè)置了平齒環(huán)。平齒環(huán)和端齒環(huán)共同作用，對(duì)于食物垃圾進(jìn)行切、撕、磨等破碎操作。 在旋轉(zhuǎn)刀盤上分布著許多直徑為3mm和4mm的小孔，這些小孔一方面用來(lái)排泄破碎后的顆粒和污水，另一方面可以保證轉(zhuǎn)盤足夠強(qiáng)度時(shí)減輕自重。刀盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸見附錄。2.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)是食物垃圾粉碎機(jī)工作能量的提供源，也使關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響著廚房食物垃圾粉碎機(jī)質(zhì)量的好壞。在設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作。2.4.1 電動(dòng)機(jī)的工作基本原理及結(jié)構(gòu)2.4.1.1 基本原理變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械性能的機(jī)器。在電機(jī)中，電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是導(dǎo)線與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線切割磁場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)；另一方面是線圈的磁通變化時(shí)，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.4.1.2 電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及分類電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為定子與轉(zhuǎn)子兩大部分，定制的主要作用是建立磁場(chǎng)和機(jī)械支撐，轉(zhuǎn)子的作用是感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)能力轉(zhuǎn)換。電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。其中交流電動(dòng)機(jī)還分為同步電機(jī)、異步電機(jī)。2.4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇2.4.2.1 電動(dòng)機(jī)種類的選擇目前，電動(dòng)機(jī)的種類繁多，價(jià)格、性能差別比較大，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的指導(dǎo)思想對(duì)電動(dòng)機(jī)類型和型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇是十分重要的。根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求選擇電動(dòng)機(jī)的類型，直流電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；具有過(guò)載能力大、能承受頻繁的沖擊負(fù)載，優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速平滑、精確、方便和范圍廣等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中，食物垃圾處理器電動(dòng)機(jī)的特征為頻繁短時(shí)運(yùn)行、快速啟動(dòng)，無(wú)調(diào)速要求。依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)具有的特點(diǎn)和表5與表6，設(shè)計(jì)選取電機(jī)類型為直流電動(dòng)機(jī)。在直流電動(dòng)機(jī)中，有一種電機(jī)的磁極是用永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動(dòng)機(jī)所需要的勵(lì)磁源，從而代替了電磁式直流電動(dòng)機(jī)中的線圈式磁極。這種電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)。由于無(wú)需勵(lì)磁線圈，故耗電省且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)精心選擇設(shè)計(jì)，使電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)、相應(yīng)速度快、噪聲低及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)?；谏显V特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者選用永磁直流電動(dòng)機(jī)。永磁材料的種類很多，有鋁鈷鎳系列磁鋼、鐵氧體永磁、稀土永磁等。表征永磁材料性能的主要因素：矯頑力HCB剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、最大磁能面積（BH）max以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求（BH）max最大，溫度系數(shù)小，磁穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動(dòng)機(jī)壽命短。外界因素能引起磁性能不可逆變化，影響磁穩(wěn)定性因素有： 內(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鈷鉻等不會(huì)發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各項(xiàng)異性外，都會(huì)產(chǎn)生磁后效，它們對(duì)時(shí)間的退磁率隨時(shí)間的對(duì)數(shù)變化。 外因包括溫度、干擾磁場(chǎng)、機(jī)械力、接觸強(qiáng)磁性物質(zhì)、高能粒子輻照等。使磁能變化。表5 電動(dòng)機(jī)類型選擇參考表負(fù)載類別選用電動(dòng)機(jī)類型恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性的機(jī)械選用機(jī)械特性為硬性的電動(dòng)機(jī)較為適宜恒功率負(fù)載特性的機(jī)械選用調(diào)勵(lì)磁的變速直流電機(jī)或帶有機(jī)械變速的交流異步電機(jī)無(wú)調(diào)速要求的機(jī)械負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)啟動(dòng)、制動(dòng)無(wú)特殊要求的長(zhǎng)期運(yùn)行的機(jī)械小功率普通籠型電動(dòng)機(jī)大功率采用同步電動(dòng)機(jī)帶周期性變動(dòng)負(fù)載的機(jī)械(如飛輪)或啟動(dòng)條件沉重大功率采用繞線型電動(dòng)機(jī)小功率警告過(guò)負(fù)載能力和啟動(dòng)條件校驗(yàn)通過(guò)的采用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)某些斷續(xù)運(yùn)行機(jī)械，采用交流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、發(fā)熱、制動(dòng)等發(fā)面不能滿足技術(shù)要求或經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)過(guò)低采用直流電動(dòng)機(jī)a 由于溫度可引起永磁體的材質(zhì)和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退磁性質(zhì)的永磁體時(shí)，應(yīng)使永磁體在最低使用溫度下工作。在尺寸比相同的情況下，各種永磁體的退磁率隨外磁場(chǎng)增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點(diǎn)選在膝點(diǎn)之上，則守外磁場(chǎng)的影響很小。b 機(jī)械振動(dòng)和沖擊力引得退磁率一般不大，磁體尺寸越大、矯頑力提高。顯著的退磁一般發(fā)生在多次沖擊和較長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)的初期，以后趨于穩(wěn)定。為使永磁材料在使用時(shí)磁性穩(wěn)定，對(duì)材料必須預(yù)先進(jìn)行穩(wěn)定化處理；高溫或低溫退磁，不同溫度范圍的溫度循環(huán)強(qiáng)制退磁、交流或直流退磁等。表6 電動(dòng)機(jī)類型選擇參考表序號(hào)負(fù)載性質(zhì)生產(chǎn)機(jī)械工作狀態(tài)選用電動(dòng)機(jī)類型平穩(wěn)沖擊長(zhǎng)期短期斷續(xù)調(diào)速飛輪儲(chǔ)能異步電機(jī)同步電機(jī)直流電機(jī)籠型繞線型他勵(lì)直勵(lì)1234567注：1、表示可選；2、對(duì)于小功率機(jī)械或啟動(dòng)次數(shù)較多而電網(wǎng)容量不大易受沖擊時(shí)，不推薦選用同步電動(dòng)機(jī)；3、對(duì)于大中型機(jī)械，當(dāng)電網(wǎng)容量不大時(shí)，不用籠型電動(dòng)機(jī)，而選擇繞型電動(dòng)機(jī)；4、異步電動(dòng)機(jī)帶調(diào)速裝置；5、需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械（如電車），采用直流電動(dòng)機(jī)2.4.2.2 電動(dòng)機(jī)安裝、防護(hù)方式的選擇電動(dòng)機(jī)的安裝形式根據(jù)安裝時(shí)的位置不同，分為臥式和立式兩種。臥式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸安裝后為水平位置，立式的轉(zhuǎn)抽為垂直地面的位置，立式的價(jià)格較高，但占用空間小。電動(dòng)機(jī)常見的防護(hù)方式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式四種。根據(jù)不同的使用環(huán)境和使用要求選擇不同方式。開啟式：這種電機(jī)具有防水滴、鐵屑等雜物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)的供呢個(gè)，但不能防止潮氣和灰塵入侵，應(yīng)安裝在干燥、無(wú)塵、無(wú)腐蝕性和爆炸性環(huán)境中。封閉式：分為自冷式、自扇冷式、管道通風(fēng)式及密封式等。這種方式，電機(jī)外的灰塵和潮氣不不易進(jìn)入電機(jī)，用于潮濕、多塵土、有腐蝕性氣體、易受風(fēng)雨等較惡劣的環(huán)境，其中密閉式的電機(jī)還可浸在液體中使用。防爆式電動(dòng)機(jī)是在封閉式后的基礎(chǔ)上制成隔爆形式，機(jī)殼有足夠的強(qiáng)度，用于易燃、易爆氣體的場(chǎng)所。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)上述特點(diǎn)，考慮到盡量占用小的空間，避免潮濕，采用封閉式永磁直流電動(dòng)機(jī)。2.4.2.3 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理的選擇電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過(guò)大，設(shè)備投資過(guò)大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率較低；反之，功率選得過(guò)小，電動(dòng)機(jī)將過(guò)載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)的過(guò)早損壞。為此，選擇電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)進(jìn)行一些必要的分析和計(jì)算，具體可按以下三個(gè)步驟進(jìn)行： 計(jì)算負(fù)載功率Pw 根據(jù)負(fù)載功率Pw預(yù)選電動(dòng)機(jī)的功率Pd，使PdPw，盡量接近Pw 校驗(yàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過(guò)載能力和啟動(dòng)能力。校驗(yàn)的方法較多，工作量很大，而且準(zhǔn)確度也很難把握在實(shí)際工作中長(zhǎng)采用統(tǒng)計(jì)分析法和類比法。類比法就是在調(diào)查同類機(jī)械所采用電機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對(duì)主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而確定電動(dòng)機(jī)所采用的容量。本次論文設(shè)計(jì)就采用此方法。根據(jù)前面計(jì)算，粉碎刀盤在工作時(shí)，需要克服的阻力為：F=F1+F2+F3=1.9+11.5+4.5=17.9N刀盤的線速度V=R=2n/60R=23.1430000.057/60=17.9m/s負(fù)載功率：Pw=F V=17.917.9=320.41W電動(dòng)機(jī)的額定功率Pd：PdPw，且留有余量取Pd=1.2 PwPd=1.2320.41=384W按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取的電機(jī)型號(hào)為：95ZYT147。技術(shù)數(shù)據(jù)如下：轉(zhuǎn)速：3000r/min 功率：400W 電壓：220V 電流：2.4A 轉(zhuǎn)矩：1275mN.m 重量：3KgZYT系列微型永磁直流電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的化學(xué)組成用MOnFe2O3表示，其中M為Ba、Sr、Pb中的一種或兩種以上的二價(jià)金屬離子，n5.06.0，材料分為各向同性和各向異性兩類。它的矯頑力高，時(shí)效變化少，不含鎳、鈷等元素，價(jià)廉，原材料豐富。ZYT系列微型永磁直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)： 磁鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來(lái)提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應(yīng)能力。 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極間削角來(lái)保證對(duì)負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。 電機(jī)槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合已達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行。本系列電機(jī)體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)，系封閉自冷式。我國(guó)就可生產(chǎn)，而目前在市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品都為國(guó)外進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，不僅價(jià)格昂貴，而且零部件配套難，維修困哪，給顧客的使用帶來(lái)不便。2.4.2.3永磁直流電動(dòng)機(jī)的整流和過(guò)載在日常生活中，我們使用220V的交流電源，但是垃圾處理器需要直流電源才能運(yùn)轉(zhuǎn)，為此，需要增加一個(gè)整流電路，使交流電變?yōu)橹绷?，供直流電機(jī)使用。設(shè)計(jì)中采用橋式整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。永磁電機(jī)在運(yùn)行中，可能發(fā)生由于食物垃圾的堵塞，使電機(jī)的負(fù)載增加，由于電機(jī)本身有一定的過(guò)載能力，若過(guò)載不大，電機(jī)不超過(guò)允許的溫升，這種過(guò)載時(shí)允許的；但過(guò)載時(shí)間長(zhǎng)，溫升超過(guò)允許值，將會(huì)減低電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀永磁電機(jī)。為保證電機(jī)正常啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)，在電機(jī)發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載時(shí)能自動(dòng)切斷電路，防止電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒毀。圖5 電機(jī)整流及過(guò)載保護(hù)2.5控制電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前，同類產(chǎn)品的垃圾處理器具有使用時(shí)沒(méi)有二級(jí)電源控制，需要回?fù)芸傠娫矗姾蟛荒茈x開等缺點(diǎn)，這不符合中國(guó)的生活習(xí)慣。目前，隨著競(jìng)爭(zhēng)的激烈，年輕人都在外忙于工作，家里常常只要老人和孩子，在洗滌盆處來(lái)回?fù)茈娫?，存在不安全隱患，為此，在設(shè)計(jì)中增加一套自動(dòng)控制電路系統(tǒng)，目的是克服以上的不足，避免撥總電源，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人可以離開，機(jī)器運(yùn)行一段時(shí)間后可自行停止。2.5.1電路系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能該電路所要實(shí)現(xiàn)的功能是啟動(dòng)機(jī)器，使廚房垃圾處理器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理，工作12分鐘后能夠自動(dòng)地切斷電源使機(jī)器停止工作，按處理時(shí)間的不同，可分為1、2、3三個(gè)工作模式。1、2、3檔工作時(shí)間分別為45s、90s、150s。在使用時(shí)，若垃圾量不多（如一餐垃圾），且沒(méi)有較硬垃圾，則應(yīng)用1檔，若垃圾量大（如多餐垃圾）或含少量硬度較大垃圾，則應(yīng)用2檔，若垃圾主要成分硬度較大的食物垃圾，則應(yīng)用3檔。2.5.2 驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理圖6 CH7555引腳排列圖驅(qū)動(dòng)電路采用CH75555構(gòu)成單穩(wěn)定時(shí)電路，CH7555是一種典型的CMOS集成定時(shí)器，CH7555是在555型基礎(chǔ)上涌CMOS工藝制程的RC式時(shí)間集成電路,也稱為CMOS555。由于CH7555型時(shí)間集成電路也是使用CMOS工藝制成，故其電路結(jié)構(gòu)和工作原理與555雙極性集成定時(shí)器沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是在電氣性能中有些參數(shù)有區(qū)別。首先死CH7555的工作電源電壓范圍寬：最小值是2v，最大值是18v，其次是功耗小，如靜態(tài)空載電源電流僅數(shù)百微安；但負(fù)載能力也小，如輸出電流數(shù)毫安。另外還有阻抗高、輸入漏電流小的優(yōu)點(diǎn)，適用于高值電阻工作。基于以上優(yōu)點(diǎn)，所以在定時(shí)電路的設(shè)計(jì)上采用性能穩(wěn)定、性價(jià)比優(yōu)廉的CH7555集成電子元件。圖6是CH7555的頂視引腳排列圖，共有8個(gè)引腳，每個(gè)引腳的功能見表7的說(shuō)明。表7 CH7555引出端功能說(shuō)明引腳符號(hào)功能引腳符號(hào)功能1GND地5C-V控制電壓2TRIG低觸發(fā)端6TH高觸發(fā)端3OUT輸出7DIS放電端4R復(fù)位8V電源如果將CH7555的高觸發(fā)端TH（引腳6）與低觸發(fā)端TRIG（引腳2）連接起來(lái)就構(gòu)成了了施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器一個(gè)最重要的特點(diǎn)就是能夠把變化分廠緩慢的輸入脈沖波形，整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖，而且由于具有回差電壓，所以抗干擾能力也強(qiáng)作為RC振蕩時(shí)間電路，CH7555具有較高精度和穩(wěn)定性。單穩(wěn)定時(shí)初始精度在計(jì)算值的1之內(nèi)，電源電壓變化引起的漂移可達(dá)微不足道的0.1V，溫度變化引起的漂移也僅為0.005C左右。驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是采用就是采用CH7555為主要的電子元件構(gòu)成的電路系統(tǒng)。其原理圖見圖7所示圖7 控制電路系統(tǒng)電路原理圖電路系統(tǒng)的原理圖7是利用Protel99的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)繪制的一張電路原理圖。Protel199這一軟件是目前進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與制版的最新的優(yōu)秀軟件，具有豐富多樣的編輯功能、強(qiáng)大便捷的自動(dòng)化設(shè)計(jì)能力。最主要的兩大特點(diǎn)就是：一是原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)。用于電路原理圖的設(shè)計(jì)，為印制電路板的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)；二是印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。用于印制電路板的設(shè)計(jì)。2.6其他部分設(shè)計(jì)食物垃圾處理器其他部分的設(shè)計(jì)為非主要部件，主要包括：投入口、排污口等。由于我們目前為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，沒(méi)有自行加工模具生產(chǎn)的能力和必要，所以非主要部件的制作主要選用標(biāo)準(zhǔn)件。排污口由排水彎管、彎管法蘭和橡膠密封圈組成。彎管法蘭把排水彎管固定在處理器上，橡膠密封圈防止水分及垃圾殘?jiān)庖?，其密封作用。食物垃圾是由投入口進(jìn)入垃圾粉碎機(jī)的。它主要由裝配壞、支撐環(huán)、水槽凸緣件、防濺罩等幾部分。裝配壞、支撐環(huán)、水槽凸緣鉚合件相接。水槽凸緣件的上半部分卡在洗滌盆下口，水槽凸緣鉚合件的下半部分與支撐環(huán)通過(guò)螺紋相連，裝配換的卡槽與垃圾處理器的卡鎖連接。在銜接中分別有橡膠密封墊圈、石棉墊圈和墊圈，起密封作用。為了防止食物垃圾在粉碎時(shí)濺出，故加一個(gè)防濺罩。在設(shè)計(jì)固定刀架時(shí)，我是采用的兩個(gè)小半圓，殼I內(nèi)圓直徑為114mm，而固定刀架的外徑為118mm,所以裝配是柔性裝配，裝配后固定刀架的外徑為114mm。在外殼的內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩個(gè)小卡口，卡住固定刀架，放置移位。（由于學(xué)生我pro/e的水平有限，所以并不能在運(yùn)動(dòng)仿真中體現(xiàn)出來(lái)。）圖8洗碗機(jī)排水接頭平面圖 另外，在粉碎機(jī)的上蓋外壁處設(shè)計(jì)了個(gè)洗碗機(jī)排水接頭，這樣可以廢水利用，節(jié)約用水，但也有很多家庭沒(méi)有洗碗機(jī)，還是手洗，所以這一功能有時(shí)用不到。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)這款產(chǎn)品時(shí)其殼我們不打通，可以讓用戶自行選擇是否需要打通。此處的壁厚比其他地方的壁厚較薄，便于用戶打通。若需要打通，打通方法很簡(jiǎn)單，只需一把小錘子和一個(gè)尖銳器(如螺絲刀等)將塑料塞子敲開，并且使開口光滑。如圖8、9所示。如敲開的塑料落入粉碎機(jī)，既可以把它取出，也可以留在粉碎機(jī)內(nèi)，粉碎機(jī)會(huì)將它碾碎而不受損，但要花些時(shí)間。圖9 洗碗機(jī)排水接頭示意圖2.7廚房食物垃圾處理器圖紙的繪制全部設(shè)計(jì)圖紙是在CAD上設(shè)計(jì)的，三維圖是在pro/e上設(shè)計(jì)的。CAD已經(jīng)在機(jī)械、電子、航天航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它適合于所有需要二維繪圖的場(chǎng)合。利用它可以進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)、裝配圖設(shè)計(jì)零件圖組裝裝配圖、工藝圖表設(shè)計(jì)等。應(yīng)用它進(jìn)行繪制圖紙具有以下特點(diǎn)：具有友好的用戶界面，靈活方便的操作方式；系統(tǒng)提供強(qiáng)大的智能化工程標(biāo)注方式系統(tǒng)具有符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖框、標(biāo)題欄等供選用；還提供方便高效的參數(shù)量化圖庫(kù)，方便使用。圖10為繪圖軟件的操作界面。整機(jī)詳細(xì)圖紙間附錄。在圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行零部件的加工。圖10 CAD繪圖界面2.8廚房食物垃圾處理器的裝配依據(jù)圖紙，對(duì)加工后的零件進(jìn)行裝配。其中，電機(jī)與刀盤相連，電機(jī)電源從殼體2底部引出。組合式刀盤上有高低不同的短軸柱，分別裝有粉碎刀片和擺動(dòng)刀，放入粉碎腔中，在粉碎腔內(nèi)壁裝配有端齒環(huán)和內(nèi)齒環(huán)。殼體1和殼體2用螺釘連接。排水彎管套上墊圈和彎管法蘭用螺釘固定在排污口出。支撐環(huán)套在裝配環(huán)中與水槽凸緣鉚合件用螺紋連接，水槽凸緣鉚合件內(nèi)安上防濺罩和堵塞。控制電路中的電器元件依照電路圖在電路板上焊接，固定在垃圾處理器上。如圖11。圖11 食物垃圾安裝示意圖安裝時(shí)需注意： 在安裝裝配環(huán)和支撐環(huán)之間的彈性墊圈時(shí)，需提起裝配環(huán)，將彈性墊圈（大頭向下）的內(nèi)槽和水槽凸緣底部圖邊卡住。手指沿彈性墊圈邊緣輕輕壓下，不要太用力。彈性墊圈裝好后，可將裝配環(huán)放下，蓋住彈性墊圈并可以輕松的轉(zhuǎn)動(dòng)。 裝配環(huán)與處理器相連時(shí)，先將處理器對(duì)準(zhǔn)固定裝置的下端，再將處理器的卡鎖插入裝配環(huán)中，向右轉(zhuǎn)動(dòng)大約6毫米，使處理器暫時(shí)卡住，轉(zhuǎn)動(dòng)裝配壞和處理器，直至處理器的排污口和排水管道對(duì)準(zhǔn)，向右轉(zhuǎn)動(dòng)裝配環(huán)，直到擰緊，處理器的卡鎖擰入裝配環(huán)最左端的卡鎖槽內(nèi)。 在與洗滌盆相連時(shí)，先順時(shí)針擰動(dòng)裝配環(huán)，使裝配環(huán)與處理器分離。將裝配環(huán)與處理器分離。將裝配環(huán)升至水槽圖緣，移出彈性墊圈，再取出裝配環(huán)，將螺口支撐環(huán)從水槽凸緣擰下，再取下纖維墊圈，將剩下的水槽凸緣何橡膠墊圈插入水池的排水口中，最后，從水池下面滑上纖維墊圈和螺口支撐環(huán)擰緊。 結(jié) 論目前，雖然國(guó)內(nèi)此方面的研究很少，相關(guān)資料也不是很多，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，本次設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的要求。此次設(shè)計(jì)包含了大量的工作，所跨學(xué)科范圍很廣包括流體力學(xué)、材料力學(xué)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境化學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)原理、刀具設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械加工、電機(jī)學(xué)、電子學(xué)及計(jì)算機(jī)CAD、proe軟件的應(yīng)用等各學(xué)科的內(nèi)容。首先，在理論方面，對(duì)刀盤和刀片進(jìn)行了工作荷載的力學(xué)分析、選擇材料并校核，確保刀盤和刀片具有足夠強(qiáng)度。在電氣方面，在滿足使用要求的前提下，選擇合適電機(jī)，同時(shí)，設(shè)計(jì)一套控制電路，增加機(jī)器的安裝性能。在機(jī)械方面，首先進(jìn)行刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)組合式粉碎刀組來(lái)快速完成垃圾的粉碎，然后應(yīng)用CAD電子圖板繪制圖紙，加工出各零部件，最后為各零部件的組裝并驗(yàn)證機(jī)器。設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器具有以下特點(diǎn)： 相對(duì)于其他同類產(chǎn)品，此次設(shè)計(jì)中首次增加了一套控制電路。其目的是為了提高安全性和方便性。設(shè)計(jì)控制電源，從而避免來(lái)回?fù)芸偪刂齐娫炊鸬牟话踩?。另外，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人不必守在旁邊。可以離開，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后可以自行停止。在電路中有三個(gè)可選檔位，用來(lái)控制機(jī)器的不同的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，使用時(shí)，可根據(jù)不同的垃圾量和垃圾成分來(lái)選擇。 在驅(qū)動(dòng)部件電機(jī)的選擇上，成功選用國(guó)產(chǎn)直流永磁電動(dòng)機(jī)。目前進(jìn)入我國(guó)的食物垃圾處理器，由于照搬國(guó)外產(chǎn)品，主要采用交流電動(dòng)機(jī)。但其體積、笨重，不適合我國(guó)住宅的實(shí)際情況。雖然美國(guó)摯通公司針對(duì)我國(guó)現(xiàn)狀把交流電機(jī)改為直流電機(jī)，但由于采用的是國(guó)外進(jìn)口電機(jī)，使其成本提高，百姓難以承擔(dān) 在主要部件組合刀盤和刀片材料選擇上有所改變。組合式刀盤的設(shè)計(jì)更適合我國(guó)國(guó)情的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)時(shí)所使用的材料為1Cr13,而國(guó)外產(chǎn)品選用的材料為9Cr18，二者都可以滿足使用要求，價(jià)格相當(dāng)，但從加工難以程度而言，9Cr18為難加工材料，1Cr13為普通材料；另外，從資源上看，我國(guó)的Cr資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。圖12 為食物垃圾處理器裝配完成后的外觀圖 機(jī)器的制造和使用成本降低。由于完全國(guó)產(chǎn)化，使食物垃圾處理器的成本大大降低，整臺(tái)機(jī)器的成本約為400元左右，相對(duì)于國(guó)外上千元的價(jià)格，更容易被百姓接受，而且使用中的投入也很低，每個(gè)家庭每月為之付出0.65元，每年的支出費(fèi)用為7.76元。在本次設(shè)計(jì)中，雖然接觸了許多先進(jìn)的理論和方法，但由于經(jīng)驗(yàn)有限，時(shí)間倉(cāng)促，不能對(duì)每種理論每種方法都作深入的研究，因此，以下部分內(nèi)容仍需進(jìn)一步研究：由于食物垃圾處理器是將食物垃圾粉碎成小顆粒，并未將其徹底分解，粉碎后的小顆粒與未粉碎時(shí)的原始狀態(tài)相比，在最終處理的速率上有多少變化的問(wèn)題仍需進(jìn)一步研究。2010上海世博會(huì)在已經(jīng)召開，展現(xiàn)給全世界一個(gè)干凈、整潔的城市容貌是全國(guó)人民的希望，而食物垃圾易腐、易滋生細(xì)菌的特點(diǎn)使我們必須對(duì)其重視起來(lái)。食物垃圾處理器就是把廚房垃圾從源頭消滅的一種方法，但它進(jìn)入千家萬(wàn)戶還須政府的大力支持。政府在進(jìn)行廣泛教育宣傳的基礎(chǔ)之上，提高居民環(huán)境保護(hù)意識(shí)；同時(shí)，還應(yīng)運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)和行政干預(yù)等手段，鼓勵(lì)社會(huì)的廣泛參與，充分發(fā)揮社會(huì)力量。政府也可以向居民提供此類產(chǎn)品或給予政策性傾斜，從而全民兼參與，共同保護(hù)我們生存的環(huán)境。please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings致 謝please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings參 考 文 獻(xiàn)1 2003年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)。貨架環(huán)境保護(hù)局2 任連海，曹栩然。飲食也有機(jī)垃圾的產(chǎn)生顯著及處理技術(shù)研究。北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005,21（2）：14-213 汪群惠。固體廢物處理及資源化?；瘜W(xué)工業(yè)出版社4 呂凡