家用食品粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）課題名稱家用食品粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名呂芳院（系）工學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師趙進(jìn)輝職 稱講師學(xué) 歷博士畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：熟練掌握AutoCAD、Pro/E或UG等繪圖軟件，對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)有較深入的理解和認(rèn)識(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：用AutoCAD、Pro/E或UG繪圖軟件設(shè)計(jì)粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)圖（機(jī)座、料杯、機(jī)罩、刀具蓋、料杯蓋、濾網(wǎng)及隔離罩、刀具等機(jī)械結(jié)構(gòu)），要求其長寬高不大于0.35米。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃：一、 課題準(zhǔn)備階段，收集材料，了解課題的內(nèi)容，初步確定解決方案。二、 家用食品粉碎機(jī)總體設(shè)計(jì)。三、 家用食品粉碎機(jī)其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。四、 撰寫畢業(yè)論文。接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日學(xué) 生 簽 名 年 月 日指導(dǎo)教師簽名 年 月 日院長（主任）簽名 年 月 日畢業(yè)論文題目學(xué)校代碼：10410 序 號(hào)：055018本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 家用食品粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 呂 芳 學(xué) 號(hào)： 20055018 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 05 級(jí) 指導(dǎo)教師： 趙 進(jìn) 輝 二OO九 年 五 月23家作食品粉碎機(jī)摘 要目前，國內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)中“家用食品粉碎機(jī)”頻頻上市，散發(fā)出誘人的魅力，展示著亮麗的市場(chǎng)前景。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，“家用食品粉碎機(jī)”市場(chǎng)消費(fèi)面寬，功能新穎獨(dú)特，它將成為家庭生活的“好伴侶”。本文主要論述了“家用食品粉碎機(jī)”的機(jī)械結(jié)構(gòu)、外觀及控制電路設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)過程中，首先收集了大量的資料，然后對(duì)粉碎機(jī)的外觀特征進(jìn)行了構(gòu)思。家用食品粉碎機(jī)主要由機(jī)座、刀具、料杯幾部分組成。刀具由機(jī)座內(nèi)的電機(jī)直接帶動(dòng)，既節(jié)省了空間，又提高了效率。料杯杯體與機(jī)座容易拆卸便于存放，刀具可以方便的交替使用，既避免了衛(wèi)生死角，又能方便快捷的清洗。在控制電路的設(shè)計(jì)方面采用了安全觸碰壓緊開關(guān)，使其更具人性化，對(duì)人體更多一層保護(hù)。在材料的選擇上，大量采用了PC及PVC復(fù)合材料，使粉碎機(jī)的強(qiáng)度有所提高，并使其重量大大減輕。家用食品粉碎機(jī)可以調(diào)制果汁、奶昔、豆?jié){，研磨粉碎食物，絞肉等，功能強(qiáng)大，用途廣泛！ 關(guān)鍵詞：家用食品粉碎機(jī)；機(jī)械結(jié)構(gòu)；外觀；控制電路ABSTRACTNow, the domestic consumes the market inside the household-use food smashes appliance appear on market again and again, Send forth an attractive magic power, display the bright market foreground. The industry insider thinks, the household-use food smashes appliance the market consumes the breadth, the function is novel and special, it will become the good companion of the home life. This text discussed primarily the household-use food smashes appliance of machine construction, external appearance and control electric circuit design.In this design process, first I collected the massive materials, then carried on the idea of the outward appearance characteristic of the grinder. The homehold-use food smashes appliance is mainly composed by the base, the cutting tool,and the material cup . The cutting tool is impetused by the moter in the base directly, both saved the space, and enhanced the efficiency. The material cup and the base can be easily disassembled for depositing conve- niencely, the cutting tools may be used in turn, both has avoided the hygienic dead angle, and can be cleaned quickly.Increased in the control circuit design aspect has moved safely contracts the switch, caused it to have the user friendly, were more to the human body and the electric motor a protection. In the materials, I used PC and the PVC compound materials massively, enable the grinder the intensity to have the enhancement, and to reduce its weight greatly. The homehold-use food smashes appliance may modulate the fruit juice, the milk shake, the soybean milk, attrition smashing food, twists the meat, the function is formidable, versatility!Key words: Household-use food smashes appliance；Machine construction；External appearance；Control electric circuit目 錄1 緒 論11.1 引言11.2 目的及意義12 總體及外觀設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)思想22.2 粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)22.3 粉碎機(jī)的外觀設(shè)計(jì)23 零件及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43.1 電動(dòng)機(jī)的選擇43.2 機(jī)座的設(shè)計(jì)43.3 料杯的設(shè)計(jì)63.4 機(jī)罩的設(shè)計(jì)73.5 刀具蓋的設(shè)計(jì)83.6 料杯蓋的設(shè)計(jì)93.7 濾網(wǎng)及隔離罩的設(shè)計(jì)103.8 電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸設(shè)計(jì)113.9 刀具聯(lián)接軸的設(shè)計(jì)113.10刀具的設(shè)計(jì)143.11螺母的設(shè)計(jì)163.12密封圈的選擇164 控制電路的設(shè)計(jì)及其電氣元件的選擇174.1 控制電路的設(shè)計(jì)174.2電氣元件的選擇184.2.1電源引入開關(guān)SP184.2.2過熱保護(hù)開關(guān)ST194.2.3濾波電容195 結(jié) 論20參考文獻(xiàn)21致 謝221 緒 論1.1 引言隨著現(xiàn)代人生活水平的不斷提高，家用電器不斷涌入家庭，在90年代末，空調(diào)、家庭影院等大家電一度主導(dǎo)家電市場(chǎng)，成為當(dāng)時(shí)的時(shí)尚！而那時(shí)，大家電的市場(chǎng)占有率小，國內(nèi)僅有幾家著名的生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品供不應(yīng)求，利潤空間也相當(dāng)大！隨著我國加入WTO后進(jìn)口關(guān)稅的下調(diào)，國外著名的家電生產(chǎn)商不斷進(jìn)軍我國家電市場(chǎng)，對(duì)國內(nèi)的家電生產(chǎn)商造成了巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。現(xiàn)在隨著新技術(shù)和新材料的開發(fā)和應(yīng)用，大家電的產(chǎn)品利潤不斷被壓縮，導(dǎo)致許多大家電生產(chǎn)商把目光投入小家電市場(chǎng)。比如，美的由小家電起家，做起大家電，而后又著手小家電；海爾稱“從大到小全包”，海爾電熨斗、燃?xì)庠钍袌?chǎng)上隨處可見；榮事達(dá)熱水器、微波爐已有了一定名氣；長虹也做起了小家電。統(tǒng)計(jì)表明，目前國內(nèi)大家電的利潤約在5 %左右甚至更低，而小家電則一直高達(dá)兩位數(shù)，這對(duì)大家電企業(yè)而言，無疑具有巨大誘惑力。1.2 目的及意義 家用食品粉碎機(jī)是利用電機(jī)為動(dòng)力，配置一定的刀具或者加工裝置，替代人工對(duì)食品進(jìn)行加工處理的小型家用電器。近年來，由于家用電器工業(yè)的發(fā)展比較迅速，推動(dòng)了機(jī)電行業(yè)的迅速發(fā)展，通過機(jī)械與電氣的結(jié)合，讓各自的功能相互結(jié)合，基本滿足了人們對(duì)家庭生活的要求。在家用粉碎機(jī)各部分的材料選用方面，杯體更廣泛的采用進(jìn)口食品級(jí)PC材料制成，對(duì)人體絕無損害，耐磨抗摔不易破損，在制作完成后，可以將其放入微波爐內(nèi)加熱。刀具采用高強(qiáng)度高耐磨的刀片，堅(jiān)硬的干果、豆類等食物都可以快速的研磨粉碎！可調(diào)制果汁、奶昔、豆?jié){，研磨粉碎食物。另外絞肉使用專用的刀具，可以輕松的加工各種肉類。為了滿足現(xiàn)代人快節(jié)奏的生活方式，多功能的家用食品粉碎機(jī)將有更加廣闊的發(fā)展空間，我國有13億人口，因此就有上億的消費(fèi)家庭，現(xiàn)代人工作繁忙，按傳統(tǒng)方式來制作食物的可行性越來越小，家用食品粉碎機(jī)將多功能溶為一體，用途更加廣泛。同時(shí)設(shè)計(jì)這款多功能家用食品粉碎機(jī)是為了提高我國小家電在國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。2 總體及外觀設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思想家用食品粉碎機(jī)是一個(gè)由眾多零部件組成的系統(tǒng)，選擇合理的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想不僅可以使問題簡化、條理分明、重點(diǎn)突出，還可以縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而獲得良好的秩序、質(zhì)量和效益。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中，模塊化設(shè)計(jì)作為一種新的工作方法和思維方法，用它來分析復(fù)雜事物，解決大型問題，以及在對(duì)事物的構(gòu)成模式分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和系統(tǒng)的分解、重組、協(xié)調(diào)等方面，有其獨(dú)特的效能。模塊化設(shè)計(jì)是在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)、功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列通用的功能模塊，根據(jù)用戶的要求，對(duì)這些模塊進(jìn)行選擇和組合，就可以構(gòu)成不同功能或功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)方法稱為模塊化設(shè)計(jì)。2.2 粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)家用食品粉碎機(jī)主要是由機(jī)座、電動(dòng)機(jī)、各種待加工食品料杯、刀具、料杯蓋等組成。設(shè)計(jì)出來的家用食品粉碎機(jī)既要滿足人們的物質(zhì)需求,又要滿足人們的精神需求,同時(shí)我們還考慮到產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)使用周期,在維修過程中如何便于拆卸和安裝,及其在使用過程中有很好的舒適感。在設(shè)計(jì)過程中,我們將“人機(jī)環(huán)境”溶為一體，既能實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值又能合理地保護(hù)自然價(jià)值,促進(jìn)人與自然的共同繁榮。在產(chǎn)品達(dá)到特定的最大功能時(shí),其消耗的能源越少越好。設(shè)計(jì)家用食品粉碎機(jī)必須考慮到料杯的容積,以及在使用過程中入料和出料時(shí)開啟是否方便。在材料的選擇上，與食物直接接觸的零件選擇進(jìn)口食品級(jí)PC材料；機(jī)座采用PVC復(fù)合材料；刀具聯(lián)接軸采用金屬材料；刀具則采用W18Cr4V。在顏色的選用上，規(guī)則一是根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，選擇視覺較容易接受的顏色；規(guī)則二是盡量采用與自然相近的顏色。由于設(shè)計(jì)要求總體的長寬高都不超過350mm，經(jīng)綜合考慮，取機(jī)座高140mm，料杯高根據(jù)容積計(jì)算。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，家用食品粉碎機(jī)的杯體厚度在1.8-2.3 mm之間，在設(shè)計(jì)時(shí)取整數(shù)，選用2 mm作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。2.3 粉碎機(jī)的外觀設(shè)計(jì)為適合現(xiàn)代時(shí)尚家庭的需求，在設(shè)計(jì)時(shí)打破以往傳統(tǒng)大方型機(jī)座的原則，將機(jī)座設(shè)計(jì)成小巧、流線型、圓柱狀。為了能使機(jī)座的顏色和周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)，考慮到顏色與人眼辨色能力的關(guān)系，即人從遠(yuǎn)處辨識(shí)前方的多種不同顏色時(shí)，其易辨認(rèn)的順序是紅、綠、黃、白。在設(shè)計(jì)時(shí)參考了大量的產(chǎn)品顏色設(shè)計(jì)，最終將機(jī)座的顏色設(shè)計(jì)成深草綠色。因?yàn)檫@種顏色對(duì)人體的視覺沒有過大的刺激，不易對(duì)眼睛產(chǎn)生視覺過早疲勞，可有效地避免事故的發(fā)生，又能使人有一種親近自然的感覺。在機(jī)座的材料選擇上采用PVC復(fù)合材料，因?yàn)檫@種材料具有一定的韌性和較高的強(qiáng)度，使機(jī)座有一定的抗壓和抗摔的能力。考慮到在粉碎不同的食品時(shí)要采用不同的料杯，為實(shí)現(xiàn)不同的功能需要，在設(shè)計(jì)時(shí)選取了三種不同類型和大小的料杯。三個(gè)料杯的顏色均采用透明的紅色，透明是為了便于操作者在使用過程中觀察杯內(nèi)食品是否已經(jīng)完全粉碎，同時(shí)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)中對(duì)人體視覺的分析，紅色是眼睛最容易接受的顏色。三個(gè)料杯和刀具蓋均選用食品級(jí)PC材料制成，因?yàn)檫@種材料對(duì)人體絕無損害，而且耐磨抗摔、不易破碎，還可以放入微波爐內(nèi)加熱。3 零件及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇由于家用食品粉碎機(jī)的主要?jiǎng)恿碜杂陔妱?dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)粉碎機(jī)的刀片高速旋轉(zhuǎn)達(dá)到粉碎食品的目的。而家用食品粉碎機(jī)要求其體積小，噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且轉(zhuǎn)速高。此外，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，一般異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠大。我們希望的是起動(dòng)電流不大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡量大一些，單相串激式電動(dòng)機(jī)就具有這個(gè)可貴的特點(diǎn)。家用食品粉碎機(jī)工作轉(zhuǎn)速一般為3 000-13 000 r/min。由于家用粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，在動(dòng)力傳動(dòng)上不需要皮帶或齒輪，因此選用立式安裝的電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)，這樣可以減少電動(dòng)機(jī)的輸出功率在傳動(dòng)過程中的損耗，同時(shí)還可以減小粉碎機(jī)機(jī)座所占面積和降低制造成本。由于粉碎機(jī)一般都在家庭中使用，其工作環(huán)境中灰塵、水氣、油污等雜物比較少，宜采用開啟式電動(dòng)機(jī)，因?yàn)殚_啟式電動(dòng)機(jī)外表有很大的通風(fēng)口，散熱條件比較好、用料省而且造價(jià)較低。在電壓選擇方面，考慮到我國家庭用電的實(shí)際電壓均為220V，因此選擇額定電壓為220V的電動(dòng)機(jī)。計(jì)算粉碎機(jī)所需功率：選擇電動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分，選擇旋轉(zhuǎn)半徑18mm，即轉(zhuǎn)速約為0.565m/s;根據(jù)市面上粉碎機(jī)的最大負(fù)載范圍，估計(jì)所設(shè)計(jì)粉碎機(jī)的最大負(fù)載約為400N；根據(jù)公式得 (3.1） 從以上各面因素考慮，宜采用G系列單相串激電動(dòng)機(jī)（G45312），其技術(shù)參數(shù)如 下：主要性能： 功率：250 W電壓：220 V 轉(zhuǎn)速：12 000 r/min 電流：1.8 A3.2 機(jī)座的設(shè)計(jì)作用：機(jī)座是家用食品粉碎機(jī)的主體部分，其主要作用有三個(gè)，一是將電動(dòng)機(jī)固定，帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)；二是將所需的電氣元件和線路裝置在其體內(nèi)，達(dá)到美觀而不凌亂的效果；三是將料杯平放置在機(jī)座上，便于粉碎機(jī)平穩(wěn)地工作。材料：由于粉碎機(jī)在家庭使用中會(huì)經(jīng)常移動(dòng)，難免會(huì)在移動(dòng)過程中與其它物體產(chǎn)生碰撞，在選擇機(jī)座材料方面，鋼鐵制成的機(jī)座在發(fā)生碰撞后會(huì)產(chǎn)生凹陷，使用時(shí)間過長后，機(jī)座容易產(chǎn)生變形，甚至使其體內(nèi)的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)座的中心軸不重合，在粉碎食品過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的事故，又由于鋼鐵的導(dǎo)熱性能較好，電動(dòng)機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，人體一旦觸碰，將會(huì)被高溫灼傷；而一般的塑料制成機(jī)座，由于電動(dòng)機(jī)散發(fā)出來的高溫會(huì)使其產(chǎn)生變形，在碰撞后還會(huì)產(chǎn)生裂紋。然而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，廠家為了能更多的節(jié)約成本，又能讓生產(chǎn)出來的產(chǎn)品抗高溫、高壓，有一定韌性,采用PVC復(fù)合材料，這種復(fù)合材料能抗較高的壓力，在工作中又能夠很好地吸收震動(dòng)，因此我們?cè)跈C(jī)座的材料選擇上采用PVC復(fù)合材料。設(shè)計(jì)時(shí)，在機(jī)座外部設(shè)計(jì)了六個(gè)條紋狀的孔，這是為了能夠讓電動(dòng)機(jī)散熱的速度更快，其方向斜向下，是為了減少灰塵進(jìn)入機(jī)座。在機(jī)座體內(nèi)有一環(huán)狀凸緣，這是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸所設(shè)計(jì)，凸緣上的四個(gè)凸臺(tái)孔是為了增加內(nèi)螺紋的長度并與電動(dòng)機(jī)的四個(gè)安裝孔相配合，通過螺栓將電動(dòng)機(jī)固定。在機(jī)座的頂部設(shè)計(jì)三個(gè)缺口，用來安裝安全開關(guān)聯(lián)接器，只有在安全開關(guān)被壓下后，整個(gè)電路才會(huì)通電，既能保證電動(dòng)機(jī)在沒有工作時(shí)不產(chǎn)生空載運(yùn)轉(zhuǎn)，又能保護(hù)人體不被刀片傷害。由于電動(dòng)機(jī)從上往下安裝，在接線和安裝電氣元件時(shí)不方便，所以在機(jī)座的最底部設(shè)計(jì)一個(gè)較大的通孔，便于接線和安裝所有的電氣元件。底部這個(gè)通孔在電氣元件安裝結(jié)束后由一個(gè)扣板來進(jìn)行密封。在扣板上設(shè)計(jì)了一個(gè)小孔，這是為了在安裝和拆卸過程中便于操作，這個(gè)小孔的尺寸與人手食指的尺寸相符合。 機(jī)座的結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。圖3.1 機(jī)座結(jié)構(gòu)示意圖3.3 料杯的設(shè)計(jì)考慮到在粉碎不同的食品時(shí)要采用不同的料杯，為實(shí)現(xiàn)不同的功能需要，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)選取了三種不同類型和大小的料杯。一號(hào)料杯為豆?jié){杯，主要是與其它附件相配合來制作豆?jié){和榨果汁；二號(hào)料杯主要用來絞肉，同時(shí)可以作為飲用杯，在配合不同的刀片還可以制作其它的食物。三號(hào)料杯的容積最小，主要用來制作奶昔、刨冰和干粉，同時(shí)也可以作為飲用杯。由于一號(hào)料杯主要是用來制作豆?jié){和榨果汁，考慮到它的容量至少要滿足一個(gè)普通三口家庭的需要，我們將這個(gè)料杯設(shè)計(jì)得比較大，它的高度有150 mm，上口直徑有125mm，底徑有100 mm，它的最大容量可達(dá)到1.5 L；二號(hào)料杯的容積約為800 mL；三號(hào)料杯的容積約為500 mL。這三個(gè)料杯都有同樣的絲口，這些絲口是與刀具蓋配合，使杯體與刀具、刀具蓋形成一個(gè)整體再裝配到機(jī)座上成為一個(gè)工作系統(tǒng)。材料：這三個(gè)料杯均選用食品級(jí)PC材料制成，因?yàn)檫@種材料對(duì)人體絕無損害，而且耐磨抗摔、不易破碎，還可以放入微波爐內(nèi)加熱。一號(hào)料杯設(shè)計(jì)成兩頭空是為了便于清洗，能夠完全地清除食物殘?jiān)?，避免了衛(wèi)生死角，同時(shí)可以方便地拆裝附件，更換不同的刀具來達(dá)到不同的粉碎效果。 一號(hào)料杯的結(jié)構(gòu)如圖3.2所示；二號(hào)料杯的結(jié)構(gòu)如圖3.3所示；三號(hào)料杯的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。 圖3.2 一號(hào)料杯結(jié)構(gòu)示意圖圖3.3 二號(hào)料杯結(jié)構(gòu)示意圖圖3.4 三號(hào)料杯結(jié)構(gòu)示意圖3.4 機(jī)罩的設(shè)計(jì)機(jī)罩的作用是將機(jī)座內(nèi)的電動(dòng)機(jī)及其它電氣元件與機(jī)座上部空間隔離，達(dá)到美觀的效果，在機(jī)罩中心孔（即電動(dòng)機(jī)伸出軸通過的孔）加上橡膠密封圈還可以達(dá)到一定的防水效果。在固定機(jī)罩方面，通過機(jī)座固定電動(dòng)機(jī)的四個(gè)凸臺(tái)螺紋孔可以將機(jī)罩同時(shí)固定在一起，這樣既美觀大方又能合理地節(jié)約材料，降低制造成本。材料：選擇與機(jī)座同樣的PVC復(fù)合材料。機(jī)罩的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。圖3.5 機(jī)罩結(jié)構(gòu)示意圖 3.5 刀具蓋的設(shè)計(jì)刀具蓋的作用是把料杯和機(jī)座聯(lián)接起來形成一個(gè)粉碎機(jī)的整體，在這里設(shè)計(jì)的刀具蓋、刀片聯(lián)軸器和密封圈配合在一起，可以與不同的刀片，料杯組合，便于達(dá)到不同的粉碎效果。這里使用密封圈是為了避免料杯內(nèi)的液體出現(xiàn)滲漏情況。刀具蓋的下半部分，設(shè)計(jì)成中空狀，是為了安裝刀片聯(lián)軸器，使刀片聯(lián)軸器不伸出刀具蓋，這樣可以在粉碎任務(wù)完成后把料杯從機(jī)座取出平穩(wěn)地放置在桌面上。在刀具蓋的外壁設(shè)計(jì)了三個(gè)凸塊，即安全開關(guān)觸碰壓緊裝置，它的作用就是將機(jī)座上的安全開關(guān)壓下，并將安全開關(guān)鎖定，同時(shí)還能將料杯鎖定在機(jī)座上，保證料杯在工作中不從機(jī)座上脫落。材料：由于刀具蓋相當(dāng)于料杯的底部，與粉碎的食品直接接觸，所以必須要無毒副作用，與料杯相同，也采用食品級(jí)的PC材料制成。顏色：采用藍(lán)色作為其顏色。 刀具蓋的結(jié)構(gòu)如圖3.6所示。 圖3.6 刀具蓋結(jié)構(gòu)示意圖3.6 料杯蓋的設(shè)計(jì) 這里講到的料杯蓋是專門為一號(hào)料杯（豆?jié){杯）所設(shè)計(jì)的，它的作用是不讓料杯內(nèi)的液體飛濺出來，起到一定的保護(hù)作用。在杯蓋的設(shè)計(jì)上，它的下部傾斜角度與料杯杯壁相同，由最外邊的凸緣扣在料杯杯口，避免杯蓋在人手的壓力下被完全壓入杯體內(nèi)，造成不必要的損壞；在杯蓋的中心設(shè)計(jì)了一個(gè)通孔，能起到方便進(jìn)料的作用，可以完全避免待加工食品在進(jìn)料過程中落到濾網(wǎng)外（見圖3.7）。在杯蓋的通孔位置設(shè)計(jì)一個(gè)加料冒，其作用就是防止杯內(nèi)液體或食品在高速旋轉(zhuǎn)下從中間的通孔飛濺出來。 材料：由于這兩個(gè)杯蓋也是與食品直接接觸，所以在選擇材料時(shí)同樣是選擇食品級(jí)的PC材料。顏色：為了達(dá)到美觀的效果，其顏色與刀具蓋的顏色相同，形成相互輝映的效果。圖3.7 料杯蓋結(jié)構(gòu)示意圖3.7 濾網(wǎng)及隔離罩的設(shè)計(jì)由于在榨果汁和制作豆?jié){的過程中，需要有效地把殘?jiān)凸蚨節(jié){分離開來，因此專門為一號(hào)料杯設(shè)計(jì)了濾網(wǎng)和泡沫隔離罩。濾網(wǎng)鑲嵌在濾網(wǎng)罩中，濾網(wǎng)罩是放料杯內(nèi)的最下部，與料杯內(nèi)的凸臺(tái)相結(jié)合，而泡沫隔離器放在濾網(wǎng)罩的上面，濾網(wǎng)罩和泡沫隔離器配合后的高度正好等于杯體內(nèi)的高度，然后與料杯蓋中心的通孔相配合，就形成了一個(gè)整體隔離裝置。作用：濾網(wǎng)的作用是將固體殘?jiān)鸵后w分離開，而泡沫隔離器顧名思義是為了減少泡沫，因?yàn)榈镀诟咚傩D(zhuǎn)中會(huì)使液體產(chǎn)生泡沫，為了盡量減少泡沫進(jìn)入要飲用的液體中，有效地避免了煮豆?jié){時(shí)泡沫撲鍋，因此設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)泡沫隔離器。材料：由于濾網(wǎng)、濾網(wǎng)罩和泡沫隔離器與待飲用的食物直接接觸，所以選用食品級(jí)的PC材料；而濾網(wǎng)則采用一次性激光點(diǎn)孔技術(shù)生產(chǎn)出來的整塊不銹鋼鋼板，它的孔徑僅為0.25毫米，這樣可以使其出漿更細(xì)滑，使用時(shí)更加安全。濾網(wǎng)罩機(jī)構(gòu)如圖3.8所示。泡沫隔離器結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。圖3.8 濾網(wǎng)罩結(jié)構(gòu)示意圖圖3.9 泡沫隔離器結(jié)構(gòu)示意圖3.8 電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)的伸出軸直徑太小，不能直接對(duì)刀片進(jìn)行傳動(dòng)，為了解決這個(gè)問題，專門為電動(dòng)機(jī)伸出端設(shè)計(jì)了一個(gè)聯(lián)接軸。這個(gè)聯(lián)接軸采用正方形設(shè)計(jì)，因?yàn)樗€要帶動(dòng)刀具聯(lián)接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，它的內(nèi)接圓直徑達(dá)到了11 mm，最大外接圓直徑也達(dá)到了16 mm，有6.9 mm厚。作用：加大了電動(dòng)機(jī)伸出軸的直徑，即增大了轉(zhuǎn)矩，減小了電動(dòng)機(jī)所受的負(fù)荷。在聯(lián)接軸的一端中心，設(shè)計(jì)了一個(gè)孔并設(shè)計(jì)了一個(gè)缺口，其作用是為了與電動(dòng)機(jī)伸出軸配合，在配合時(shí)將其缺口面和電動(dòng)機(jī)伸出軸的缺口面對(duì)齊。 材料：其材料選用45鋼調(diào)質(zhì)。電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸結(jié)構(gòu)如圖3.10所示。 圖3.10 電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸3.9 刀具聯(lián)接軸的設(shè)計(jì)刀具聯(lián)接軸是為了將刀具、刀具蓋和機(jī)座電動(dòng)機(jī)連接在一起，這個(gè)聯(lián)接軸是通過密封圈將其固定在刀具蓋上，用戶可以根據(jù)自己的需要更換刀片來達(dá)到不同的粉碎效果。為了能夠和電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸形成很好的配合，在其下部設(shè)計(jì)了一個(gè)與電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接器大小相同的方孔。其上部設(shè)計(jì)了較細(xì)的螺紋，與壓緊刀片的螺母相配合，同時(shí)，在螺紋聯(lián)接處還設(shè)計(jì)了一個(gè)缺口，這是為了與電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸的缺口相配合。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到安裝后其大頭端的高度不能超過刀具蓋底部的深度，所以在設(shè)計(jì)這個(gè)聯(lián)接器時(shí)，它安裝在刀具蓋里的尺寸僅為12 mm。 1、選擇軸的材料選擇軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，因?yàn)檫@種鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。2、 初定刀具聯(lián)接軸的最小直徑 （3-2） C為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的的系數(shù)，其值可查表； P軸所傳遞的功率，KW； n軸的轉(zhuǎn)速，r/min.刀具聯(lián)接軸的最小直徑是安裝刀具蓋處軸的直徑（見圖3.11），為了使所選的軸直徑與刀具蓋的孔徑相適應(yīng)，故取最小軸徑為5mm。圖3.11 刀具聯(lián)接軸3、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)為了滿足與刀具蓋的配合，取段軸的長度與刀具蓋的厚度相同即。 2）因刀具蓋孔徑為，為了裝拆方便，取，比小是為了加密封圈。為了與刀具有效的配合而不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故將-段的軸切掉一部分，切口形狀和大小與電動(dòng)機(jī)輸出軸相同，又因該段軸要用螺母使之與刀具緊密配合，故要做出M6的螺紋，綜合所有，選取，（刀具與刀具蓋間的間隙）。 3）-端與電動(dòng)機(jī)伸出端聯(lián)接軸相配合，故取，。 4）-段軸要保證刀具聯(lián)接軸不因高速旋轉(zhuǎn)而飛出，故取大于刀具蓋孔徑，所以取，。 （2）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取得各軸肩處的圓角半徑如3.11圖所示。4、 根據(jù)軸所受的外力偶矩畫扭矩圖 （1）計(jì)算軸的外力偶矩 軸所受外力偶如圖3.12（a)所示，圖3.12 （a)軸所受外力偶 （b)扭矩圖 已知 ,，由式得到外力偶矩是 （2）用截面法計(jì)算扭矩在AC段任意截面1-1處截開取左段為研究對(duì)象。通過平衡方程，,求得該段扭矩；用右手螺旋法則判定該段的扭矩為負(fù)號(hào)；同理CB段任意截面2-2處截開取右段為研究對(duì)象。通過平衡方程，,求得該段扭矩。用右手螺旋法則判定該段的扭矩為負(fù)號(hào)。 （3）畫扭矩圖 沿軸線方向?yàn)闄M坐標(biāo)，表示橫截面的位置，縱坐標(biāo)表示扭矩，得到圖3.12（b)。5、 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 （3-3）AC段空心軸， 安全CB段實(shí)心軸, 安全 軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； AC段軸所受的扭矩，； 軸的抗扭截面模量，；對(duì)于空心圓軸，其中D、d分別為圓軸的外徑和內(nèi)徑；對(duì)于實(shí)心圓軸，d為圓軸的直徑。 n 軸的轉(zhuǎn)速，； P 軸所傳遞的功率，； 軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，可查表。3.10刀具的設(shè)計(jì)為滿足用戶的不同粉碎要求，在設(shè)計(jì)時(shí)不僅設(shè)計(jì)了不同的料杯，還設(shè)計(jì)了配合各料杯的三把不同功用的刀具。十字刀具可以用來粉碎黃豆制作豆?jié){，同時(shí)還可以榨果汁，可以使黃豆和果肉被完全粉碎，其營養(yǎng)成分利用更加充分；月牙刀具用來切割肉類制品，設(shè)計(jì)成月牙形是為了在使刀口尺寸更長，在粉碎時(shí)更省時(shí)省力；一字刀具的作用是制作奶昔、刨冰和干粉。材料：在這三把刀具的材料選擇上，選用了W18Cr4V制成的刀片。這種刀片具有高耐磨、耐腐蝕性，不生銹。用這種材料制成的刀片無論是堅(jiān)硬的干果、豆類等食物都可以快速研磨粉碎。刀具的幾何參數(shù)對(duì)所粉碎產(chǎn)品的顆粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響，現(xiàn)對(duì)粉碎十字刀片的各主要幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 查資料得公式： （） （3-4）式中：刀片刃部任一點(diǎn)的線速度ms； n刀片的旋轉(zhuǎn)速度rpm； 刀片刃部任一點(diǎn)至旋轉(zhuǎn)中心的距離mm； r刀刃起始點(diǎn)半徑mm ； R刀刃終止點(diǎn)半徑mm；1） 刀刃的起訖位置 粉碎豆類時(shí)，十字刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。粉碎的線速度一般在1045m/min之間最為理想，因此由這些數(shù)據(jù)可估算出刀刃的起訖位置，即刃的起點(diǎn)半徑和終點(diǎn)半徑R。根據(jù)式（3-4）得： (3-5）我們已知十字刀片得轉(zhuǎn)速n12000r/min當(dāng)時(shí)， ， =10m/min 當(dāng)時(shí)， =45m/min R圓整后取:r=8mm ，R=36mm。2） 刀刃的前角在刀片旋轉(zhuǎn)速度一定的情況下，前角大，粉碎食品所需的力和所產(chǎn)生的熱都小；反之，則大。但前角很大時(shí)，則因刀具散熱體積小而使切割時(shí)所產(chǎn)生的溫度不能很快冷卻。因此，在一定的條件下，前角有一合理的數(shù)值范圍： 一般?。?質(zhì)軟取大值，反之取小值)。3） 刀刃的后角刀刃后角的目的：在前角不變的情況下，增大后角能使刀刃鋒利。在同樣的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB下，后角大的刀片由新用到鈍所磨去的金屬體積較大。這說明增大后角可提高刀片的耐用度，但過大后角使切削刃強(qiáng)度降低、散熱條件差、刀面磨損大，因而刀具壽命低。一般取：(質(zhì)軟取大值，反之取小值)。4） 刀刃的初始刃傾角初始刃傾角按下式計(jì)算： （3-6） 式中： r刀刃起始點(diǎn)半徑(mm)； R刀刃終止點(diǎn)半徑(mm)； b葉刀片外端寬度（mm）; 初始刃傾角； 5） 最后取得： 十字刀：前角，后角，刃傾角； 碎肉刀：前角，后角，刃傾角； 一字刀：前角，后角，刃傾角。3.11螺母的設(shè)計(jì)在這里設(shè)計(jì)螺母其作用是為了壓緊刀片，其內(nèi)螺紋與刀具聯(lián)接器上的螺紋相配合，用戶在更換刀片時(shí)，只需把螺母擰下來，在放好刀片后再將螺母擰緊就行了。材料：其材料選用食品級(jí)的PC材料，因?yàn)橐ＷC人體安全必須采用無毒副作用的材料。顏色：采用了與機(jī)座相同的草綠色，讓人一見就能感覺到這是一個(gè)不可分割的整體的粉碎系統(tǒng)。3.12密封圈的選擇在設(shè)計(jì)機(jī)罩和刀具蓋時(shí)選擇采用密封圈來進(jìn)行密封，由于在密封時(shí)，軸要在密封圈中轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選擇了動(dòng)密封類型的密封圈。選用的是O型橡膠密封圈。4 控制電路的設(shè)計(jì)及其電氣元件的選擇4.1 控制電路的設(shè)計(jì)第一，由于串激式電動(dòng)機(jī)是家用食品粉碎機(jī)最主要的動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)備，因此首先考慮對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。因?yàn)榇な诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，如果發(fā)熱的熱量不進(jìn)行控制就將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組溫度急劇上升，使電動(dòng)機(jī)過熱而被燒毀，為了保護(hù)電動(dòng)機(jī)，可以在電動(dòng)機(jī)上串一個(gè)ST過熱保護(hù)開關(guān)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組溫升超過時(shí)，ST觸點(diǎn)斷開，切斷回路電源，待溫度逐漸下降到時(shí)，ST觸點(diǎn)閉合，接通回路電源，電動(dòng)機(jī)恢復(fù)正常轉(zhuǎn)動(dòng)（見圖4.1）。 圖4.1 過熱保護(hù)電路示意圖第二，由于食品粉碎機(jī)的刀具在高速旋轉(zhuǎn)下是非常鋒利的，人體一旦接觸，后果將不堪設(shè)想，因此處于對(duì)食品粉碎機(jī)操作者的安全考慮，可在電路中設(shè)置安全緊鎖開關(guān)SP，它受料杯和料杯蓋的控制，只有將料杯、料杯蓋放好，才能壓下安全開關(guān)，使電路接通，否則電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以起到安全保護(hù)作用。第三，由于電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻電能，高頻電能有可能進(jìn)入無線電接收機(jī)，干擾接收質(zhì)量，有時(shí)甚至使收訊成為不可能。單相串激式電動(dòng)機(jī)的換向情況比較惡劣，火花問題比其它電機(jī)嚴(yán)重，因此單相串激式電動(dòng)機(jī)是產(chǎn)生無線電干擾最嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)。 常用抑制無線電干擾的措施是采用電容濾波器。將的電容器接在電動(dòng)機(jī)接線端與電動(dòng)機(jī)機(jī)殼之間。如果電樞繞組的一端已接在機(jī)殼上，則干擾只能從一個(gè)端頭向外傳播（如圖4.2）?？傮w控制電路圖如圖4.3所示。 圖4.2 電容濾波器電路示意圖 圖4.3 總體控制電路示意圖4.2電氣元件的選擇4.2.1電源引入開關(guān)SP電源引入開關(guān)SP即是前面提到的安全開關(guān)，可以按照電動(dòng)機(jī)額定電流來選擇。實(shí)際上這個(gè)電源引入開關(guān)就相當(dāng)于一個(gè)電源開關(guān)，控制電源的通斷，在這里就還能起到安全保護(hù)的作用。此設(shè)計(jì)所需要的電源開關(guān)是不帶自鎖功能，即輕觸開關(guān)。其特點(diǎn)為體積小，而且可以薄形化；工作行程小，即移動(dòng)距離小，一般銀接觸面機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)的行程均在0.3 mm左右；開關(guān)接觸可靠，接觸電阻一般很小，初期值均在以下；開關(guān)按力都比較輕，一般均在范圍內(nèi)；工作壽命長，一般均在100萬次以上。其結(jié)構(gòu)如圖4.4所示。 圖4.4 電源引入開關(guān)示意圖按動(dòng)導(dǎo)柱，則動(dòng)接觸簧片中間部分變形下移，當(dāng)位移距離大于或等于a時(shí)，則定接觸腳A與B接通，開關(guān)工作，釋放外加壓力，則動(dòng)接觸簧片又復(fù)原到原來位置，開關(guān)斷開。這里，位移距離a的大小取決于：動(dòng)接觸簧片接觸部分的高度及材料本身的厚度。另外也取決于固定接觸腳A與B的相對(duì)高度。A的大小也就決定了工作行程。4.2.2過熱保護(hù)開關(guān)ST過熱保護(hù)開關(guān)實(shí)質(zhì)是碟形過熱保護(hù)器，它將碟形雙金屬片、電熱絲和常閉觸點(diǎn)安裝在殼體內(nèi)。碟形過熱保護(hù)器與電動(dòng)機(jī)串聯(lián)連接，當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載電流急增時(shí)，電熱絲發(fā)熱升溫，碟形雙金屬片受熱彎曲翹起，斷開觸點(diǎn)，切斷電動(dòng)機(jī)電源，起到保護(hù)作用。當(dāng)電動(dòng)機(jī)因其它原因?qū)е聹厣^高時(shí)碟形雙金屬片同樣會(huì)翹起而切斷電路電源。待降溫之后，碟形雙金屬片復(fù)位，觸點(diǎn)閉合，接通電路。碟形過熱保護(hù)器出廠時(shí)，它的動(dòng)作狀態(tài)已經(jīng)調(diào)校好，這里選用觸點(diǎn)斷開溫度約為；復(fù)位溫度約為的過熱保護(hù)器。4.2.3濾波電容這里設(shè)計(jì)了三個(gè)電容，這三個(gè)電容組成一個(gè)電容濾波器，在選擇時(shí)選用了大小均相同的電容，其型號(hào)為CJ3-220V-0.1。5 結(jié) 論本文針對(duì)國內(nèi)家用食品粉碎機(jī)市場(chǎng)大，在收集了大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外家用食品粉碎機(jī)的現(xiàn)狀提出了具體的研究方案，綜合開展了家用食品粉碎機(jī)的總體方案研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其更具人性化。對(duì)于所設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)，首先是在外形上的創(chuàng)新，將主機(jī)變得更加小巧、美觀；其次增加了料杯的容量，完全能夠滿足一個(gè)三口家庭的需要；在安全方面，設(shè)計(jì)了人性化的隱性開關(guān)，增加了對(duì)人體的保護(hù)；最后，所設(shè)計(jì)的零部件均可以拆卸，避免了衛(wèi)生死角，用戶還可以根據(jù)自己的需要，將不同的零部件組合，達(dá)到不同的粉碎效果。在未來，家用食品粉碎機(jī)的新產(chǎn)品將越來越多，下一步的發(fā)展方向也將變得更廣，首先家用食品粉碎機(jī)將自帶加熱功能，其次將會(huì)采用單片機(jī)來控制粉碎機(jī)的粉碎過程。參考文獻(xiàn) 1簡召全.工業(yè)設(shè)計(jì)方法學(xué)M.北京理工大學(xué)出版社，1991,4：152王繼成.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)M.化學(xué)工業(yè)出版社，2003,7：20-263西貝樂多功能食品加工機(jī)宣傳手冊(cè),2004 4王益全.電動(dòng)機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)M.科學(xué)出版社，20055趙清、張玉茹.小型電動(dòng)機(jī)M.電子工業(yè)出版社，1990,26機(jī)械工程手冊(cè)，第1卷，機(jī)械工業(yè)出版社，1982,97楊明忠、朱家誠.機(jī)械設(shè)計(jì)M.武漢理工大學(xué)出版社，2001,108機(jī)械工程手冊(cè)，第8卷，機(jī)械工業(yè)出版社，1982,99郭汀.常用電氣設(shè)備圖形符號(hào)使用指南M.中國電力出版社，2001 10劉天成.家用電器維修技術(shù)M.高等教育出版社，1990：23-3211張士炯.電子設(shè)備常用器件手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社，1997,612阮礽忠.常用機(jī)械電氣控制手冊(cè)M.福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004 致 謝本論文是在趙進(jìn)輝老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在我即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)之際，衷心感謝趙老師的悉心指導(dǎo)以及在生活上給予的關(guān)心和幫助。趙老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及對(duì)待學(xué)生極端負(fù)責(zé)的精神，給我留下深刻的印象。值此設(shè)計(jì)完成之際，瑾向趙老師表示最衷心的感謝！同時(shí)，感謝趙老師給我提供了良好的課題條件，讓我在這幾個(gè)月里得到了很好的鍛煉。在設(shè)計(jì)工作中，還得到了工學(xué)院有關(guān)老師和同學(xué)們的幫助與支持，在此表示衷心的感謝！ 編 號(hào) 20055018 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)材料題 目家用食品粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名呂 芳材 料 目 錄序號(hào)附 件 名 稱數(shù)量備注1畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書12畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書13CAD圖紙17二九年五月綠 色 垃 圾 車 越來越多的垃圾運(yùn)輸商開始傾銷處理柴油，改用天然氣這樣的更潔凈燃料，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)是由德博朗金,杰瑞博德斯基以及杰姆卡龍調(diào)查報(bào)告的。摘要: 這項(xiàng)研究,調(diào)查通報(bào)了垃圾車對(duì)環(huán)境、衛(wèi)生、工人和國家能源安全的影響。我們也介紹了一系列運(yùn)用當(dāng)今新興和主流的燃料以及引擎技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，簡要介紹了已經(jīng)通過測(cè)試并運(yùn)用的先進(jìn)垃圾車技術(shù)和可供選擇的燃料。我們研究的動(dòng)機(jī)是為了天然氣運(yùn)用工程、各類車用燃料和技術(shù)、車輛加油費(fèi)用及基建、遇到障礙、職工培訓(xùn)、減少排放和噪音以及運(yùn)用到新車上等問題。關(guān)鍵詞: 綠色垃圾車、潔凈燃料、天然氣燃料卡車1前言每天清晨, 垃圾車穿梭于全國的大街小巷，?？吭谄咔灏俣嗳f個(gè)都市和市郊家庭的附近。這些垃圾車一路上不僅收集垃圾還回收廢紙、塑料、以及金屬，但是這些廢料是由超過七百萬企業(yè)和將近 100,000 州和地方政府所丟棄。搬運(yùn)廢物是一項(xiàng)可以讓我們的街道和人行道免于垃圾和鼠害的重要的工作，盡管如此，它仍然沒有受到足夠地重視。美國是一個(gè)垃圾制造數(shù)量不斷上升的國家，過去30年來,城市人均每天產(chǎn)生的固體廢物量倍增，從2.3磅到4.7磅。估計(jì)有136000輛垃圾回收車，12000輛運(yùn)輸車以及31000輛垃圾處理車在帶走美國的垃圾。 這支龐大的隊(duì)伍帶來的負(fù)面影響是多方面而且廣泛的。90%以上的垃圾車以及超過99%的重型載重垃圾車產(chǎn)成空氣和噪音的污染。柴油廢氣威脅市民的健康，有毒有害物質(zhì)可導(dǎo)致肺癌，噪音會(huì)引起嚴(yán)重的聽覺疾病。這項(xiàng)研究,調(diào)查通報(bào)了垃圾車對(duì)環(huán)境、衛(wèi)生、工人和國家能源安全的影響。我們也介紹了一系列運(yùn)用當(dāng)今新興和主流的燃料以及引擎技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，簡要介紹了已經(jīng)通過測(cè)試并運(yùn)用的先進(jìn)垃圾車技術(shù)和可供選擇的燃料。我們研究的動(dòng)機(jī)是為了天然氣運(yùn)用工程、各類車用燃料和技術(shù)、車輛加油費(fèi)用及基建、遇到障礙、職工培訓(xùn)、減少排放和噪音以及運(yùn)用到新車上等問題。在整個(gè)過程中我們采訪了許多垃圾行業(yè)的人士、引擎制造者、燃料供應(yīng)者、管理者以及其他行業(yè)的專家。結(jié)論就是這樣研究得來的。2 正文替代柴油 柴油燃料垃圾車是美國最古老的、最耗燃料的但同時(shí)也是最污染環(huán)境的車隊(duì)，他們對(duì)環(huán)境、社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)人員，以及操作它們的工人的健康構(gòu)成很大的威脅。此外，這些車輛幾乎完全依賴于石油燃料的化合物，由于這些燃料出口國都是世界上政局不穩(wěn)定的地方，以至我們國家面臨著安全危機(jī)。令人欣慰的是這種局面改變了。19家礦物廢料的操縱者（17家在美國，日本、荷蘭各1家）在改用綠色燃料的領(lǐng)導(dǎo)會(huì)議上表示，用改進(jìn)引擎技術(shù)，天然氣燃料汽車（NGVS）是可以實(shí)現(xiàn)的、具有商業(yè)價(jià)值的轉(zhuǎn)變。與此同時(shí),越來越多的社區(qū)開始考慮引進(jìn)綠色技術(shù)并納入當(dāng)?shù)乩占?duì)伍。在這個(gè)方向上邁出的每一步都促進(jìn)了能源安全，提供環(huán)境和健康方面利益的即時(shí)體現(xiàn)，以及使我們朝氫燃料電池的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、無污染、可再生的能源和燃料。建設(shè)天然氣車隊(duì)柴油機(jī)垃圾運(yùn)輸車包括在那些排放要求使用清潔能源和使用昂貴技術(shù)（包括低硫燃料和污染控制裝置，象粒子過濾器和氧催化劑那樣）重型車輛中，并于2004年開始使用該標(biāo)準(zhǔn)。這些技術(shù)中有一些但不是全部都和柴油消耗有關(guān)聯(lián)。替代燃料和先進(jìn)的推進(jìn)力系統(tǒng)能輕易達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)被推廣和廣泛運(yùn)用于商業(yè)主要是使用天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)。美國通知監(jiān)督17支垃圾車隊(duì)和9支其它車隊(duì)，共部署了692輛天然氣燃料卡車。當(dāng)越來越多的車輛制造商和燃料基礎(chǔ)設(shè)施提供者和汽車部門的發(fā)展有利害關(guān)系時(shí)，越來越多的市政和私人操作者每年把天然氣燃料卡車增加到他們的車隊(duì)中。下面是關(guān)于當(dāng)今天然氣廢料收集隊(duì)伍的要點(diǎn)，隨后是調(diào)查發(fā)現(xiàn)和關(guān)于干凈燃料的綜合建議以及垃圾車隊(duì)建設(shè)的操作： 垃圾車可以燃燒壓縮天然氣（CNG）或者液化天然氣（LNG），為目前美國有100萬戶以上,數(shù)以萬計(jì)的企業(yè)和城市的居民提供服務(wù)。l 1989年紐約市環(huán)保局率先使用天然氣卡車，目前他們操作著36輛CNG卡車。l 垃圾管理公司，垃圾工業(yè)最大的運(yùn)輸和處理公司，在天然氣卡車的使用上明顯是美國工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，他們擁有14支車隊(duì)380輛卡車，其中13支在加州，另一支在賓夕法尼亞州。l 通過對(duì)美國26支使用NGVS的垃圾車隊(duì)調(diào)查顯示，10個(gè)是由公共機(jī)構(gòu)操縱，16個(gè)是由根據(jù)合同規(guī)定隸屬市政府的私人公司操縱。l 當(dāng)整個(gè)路線對(duì)燃料的需求超過車輛本身所帶的壓縮天然氣的能力時(shí)，在近700輛天然氣卡車中，69%是用液化天然氣作動(dòng)力的，31%是用壓縮天然氣作動(dòng)力。很多時(shí)候之所以選擇壓縮天然氣是因?yàn)榭梢院推渌能囮?duì)共同使用現(xiàn)有的加油站。l 盡管目前在商業(yè)供應(yīng)上，天然氣垃圾車遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)垃圾車1%。如果所有的公司都計(jì)劃實(shí)施天然氣垃圾車工程的話，那么垃圾車的數(shù)量將超過2200還只是略超過百分之一的美國車隊(duì)。l 許多卡車生產(chǎn)廠家都提供天然氣垃圾車，但各種各樣的天然氣垃圾車仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于柴油車。l 新公司出現(xiàn)在加油設(shè)備安裝、送天然氣燃料上爭(zhēng)生意的現(xiàn)象。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：使用壓縮天然氣和液化天然氣的垃圾車減少了二氧化碳排放量,減小對(duì)空氣品質(zhì)的危害，同時(shí)噪音小了，可以減輕對(duì)工人健康的威脅。l 舉了9個(gè)垃圾車操作工人的例子證明使用柴油對(duì)他們健康產(chǎn)生負(fù)面影響。在紐約環(huán)保局工作的司機(jī)是最有力的證據(jù)，在那里普通卡車按年代作了標(biāo)記，天然氣卡車被優(yōu)先安排使用。l 通過調(diào)查荷蘭這個(gè)廣泛采用天然氣燃料卡車以減小噪音的國家發(fā)現(xiàn)，旁置式燃料系統(tǒng)可以減小98%的噪音，內(nèi)置式燃料系統(tǒng)可以減小90%的噪音，后置式燃料系統(tǒng)可以減小50%的噪音。l 車隊(duì)的管理人士全面地分析了減小噪音對(duì)卡車駕駛員的好處，這些噪音對(duì)卡車駕駛員造成聽覺以及交際方面的危害。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：壓縮天然氣和液化天然氣在燃料安全方面有一項(xiàng)光輝的記錄。l 壓縮天然氣燃料箱順利通過了耐久性測(cè)試，這項(xiàng)測(cè)試對(duì)全世界范圍內(nèi)壓縮天然氣箱應(yīng)用產(chǎn)生的破裂以及泄露問題進(jìn)行了廣泛地調(diào)查。數(shù)以千計(jì)的貨運(yùn)卡車載著液化天然氣行駛在美國的高速公路上，但是沒有發(fā)生一件嚴(yán)重的事故。1990到1993年這段時(shí)間里，300輛液化天然氣汽車行駛了600萬到800萬英里，其中只發(fā)生了4件事故，并且只對(duì)燃料系統(tǒng)造成了很小的損壞。但是天然氣燃料不如傳統(tǒng)燃料安全的看法仍然存在。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：改用壓縮天然氣/液化天然氣的成本很大。l 實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)變工程的首要成本可能是垃圾收集代理商不認(rèn)同這樣的一個(gè)改變的重要性，讓他們認(rèn)同并自動(dòng)改用新燃料會(huì)遇到很多挫折。l 對(duì)美國車隊(duì)的調(diào)查研究顯示，天然氣燃料垃圾車的價(jià)格從210000美元到250000美元，這個(gè)價(jià)格和傳統(tǒng)的柴油燃料垃圾車相比要高出15%到25%?，F(xiàn)有的卡車要實(shí)行動(dòng)力的改變費(fèi)用在30000美元到100000美元之間。l 改進(jìn)現(xiàn)有的垃圾車隊(duì)到天然氣車隊(duì)的所有成本必須依靠許多廠家，包括系統(tǒng)內(nèi)各部分燃料的補(bǔ)給、車輛維護(hù)成本、設(shè)備需求、當(dāng)?shù)氐陌踩ㄒ?guī)、勞力和培訓(xùn)成本、燃料成本以及必要的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)：國外以及國內(nèi)動(dòng)向是產(chǎn)生固體垃圾的工業(yè)轉(zhuǎn)向使用更潔凈的燃料部分使用天然氣燃料。l 車輛部門的官方人員大量的引用了當(dāng)今的環(huán)境規(guī)則作為把柴油燃料垃圾車轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粴饫嚨睦碛伞GVS允許車隊(duì)符合現(xiàn)有的以及政府計(jì)劃調(diào)整的規(guī)則，這些規(guī)則是專門為重型垃圾清掃卡車設(shè)計(jì)，用于提高空氣質(zhì)量的。l 決策者經(jīng)常受到經(jīng)濟(jì)學(xué)的影響。更低的天然氣價(jià)格、優(yōu)惠的稅收政策、給予項(xiàng)目以及法規(guī)方面的特權(quán)，使得NGVS能夠讓垃圾運(yùn)輸商更經(jīng)濟(jì)合理的實(shí)現(xiàn)向天然氣垃圾車的轉(zhuǎn)變。l 美國政府允許MSERC為了天然氣垃圾汽車的利益建立一個(gè)空氣污染的商業(yè)市場(chǎng)。l 法院發(fā)布的命令和市民的投訴導(dǎo)致了天然氣垃圾車以及重型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生和改進(jìn)。l 高層決策者希望成為環(huán)境或則可以左右環(huán)境組織者的領(lǐng)導(dǎo)。l 在垃圾回收行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，一些運(yùn)輸商希望通過使用NGVS在市場(chǎng)上超過競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。l 決定改換垃圾車的燃料也是為了改善工人的工作狀和減少采用柴油燃料帶來的健康威脅以及柴油引擎產(chǎn)生的大量噪音。推 薦：為了遠(yuǎn)離使用柴油，走向一個(gè)更潔凈的，穩(wěn)固發(fā)展的運(yùn)輸業(yè)的未來，推薦下列政策和方法：l 現(xiàn)在就開展替代柴油燃料垃圾車的活動(dòng)，避免將來低硫柴油燃料的開支以及發(fā)射控制技術(shù)，這些技術(shù)面臨許多迫切需要解決的EPA方面的問題以及國家政府的標(biāo)準(zhǔn)問題，同時(shí)還涉及到潛在的未來柴油燃料卡車以及燃料法令的問題。對(duì)柴油燃料的危害給予高度的重視，并更快地作出調(diào)整，那些率先使用諸如天然氣這樣的替代燃料的垃圾運(yùn)輸商將不會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)在以及將來的政策法規(guī)改變而影響他們的生意。l 和燃料供應(yīng)商、車站以及汽車提供商建立合作伙伴關(guān)系有助于實(shí)現(xiàn)成本的降低。有效的合作是實(shí)現(xiàn)成功地關(guān)鍵因素。參 考： 以上的文章是綠色垃圾車草稿的摘要：清潔空氣的新技術(shù)，早在2003年由INFORM等發(fā)表，一個(gè)環(huán)境研究組織建立的紐約城市，這個(gè)雜志旨在找到促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)穩(wěn)固發(fā)展的方法，對(duì)于完整的報(bào)告副本可以瀏覽 www.inform.org 。Greener Garbage TrucksMore trash haulers dumping diesel for cleaner fuels like natural gas, new INFORM report finds By Deborah Gordon, Juliet Burdelski & James S. CannonAbstract: For this study, INFORM investigated the effects of garbage truck operations on the environment, public health, industry workers and national energy security. We also investigated a range of experiences with todays emerging and mainstream fuel and engine technologies, profiling the pioneering waste collection agencies that have tested and deployed advanced garbage truck technologies and alternative fuels. We explored their motivations for natural gas deployment projects, the types of truck technology and fuels used, the costs of vehicles and refueling infrastructure, the obstacles faced, worker training issues, the emissions and noise reductions that trucks in service have achieved and reactions to the new vehicles.Keywords: Greener Garbage Trucks, cleaner fuels, natural gas trucks1.ForewordEvery morning across the nation, garbage trucks wend their way up and down our streets, stopping at the curbs of more than 75 million urban and suburban households. These trucks haul away not just trash and recyclable paper, plastic and metal, but the materials discarded by more than seven million businesses and nearly 100,000 state and local government establishments. Hauling waste is an essential service that helps keep our streets and sidewalks free of refuse and the vermin that accompany it, yet it goes largely unnoticed. America is an increasingly prolific garbage producer. Over the past 30 years, municipal solid waste generation per capita has doubled in the United States, from 2.3 to 4.7 pounds per day. An estimated 136,000 refuse collection trucks, 12,000 transfer vehicles and 31,000 dedicated recycling vehicles haul away Americas garbage. The negative impacts of this massive fleet are numerous and widespread. More than 90 percent of all garbage trucks and over 99 percent of heavy-heavy-duty garbage trucks are diesel fueled, creating both air and noise pollution. Diesel emissions threaten our health with lung-damaging toxic substances and noise levels that can cause serious hearing damage. For this study, INFORM investigated the effects of garbage truck operations on the environment, public health, industry workers and national energy security. We also investigated a range of experiences with todays emerging and mainstream fuel and engine technologies, profiling the pioneering waste collection agencies that have tested and deployed advanced garbage truck technologies and alternative fuels. We explored their motivations for natural gas deployment projects, the types of truck technology and fuels used, the costs of vehicles and refueling infrastructure, the obstacles faced, worker training issues, the emissions and noise reductions that trucks in service have achieved and reactions to the new vehicles. Along the way we also conducted numerous interviews with waste industry personnel, engine manufacturers, fuel suppliers, regulators and other experts. The findings that follow came from that research.2Main textAlternatives to diesel emergeDiesel-fueled garbage trucks are among the oldest, least fuel efficient and most polluting fleet vehicles in the U.S. Their operations pose significant threats to the environment, to the health of those in the communities they serve and to the workers who maintain and operate them. Moreover, the almost complete dependence of these vehicles on oil-derived fuels compounds the national security risks that our country faces because of its reliance on oil imported from politically unstable parts of the world. The good news is that change is afoot. Profiles of 19 waste hauling operators (17 in the United States and one each in Japan and the Netherlands) at the leading edge of the transition to cleaner alternative fuels show that natural gas vehicles (NGVs) are a commercially viable alternative, with other technologies emerging as well. Meanwhile, an increasing number of communities are beginning to consider introducing cleaner technologies into their local trash collection fleets. Every new step in this direction enhances energy security, provides immediate environmental and health benefits and moves us toward the era of the hydrogen fuel cell, which may be the ultimate sustainable, pollution-free and renewable fuel and power source.Pioneering natural gas fleetsDiesel trash haulers are among those that will be subject to new federal heavy-duty vehicle emissions standards requiring the use of cleaner fuels and more costly technologies (including low-sulfur fuel and pollution control devices such as particulate filters and oxidation catalysts) beginning in 2004. These technologies address some but not all the pollution problems associated with diesel exhaust. Alternative fuels and advanced propulsion systems that can easily meet the new standards are being developed and some are fully commercial today mainly with engines that run on natural gas. INFORM profiled 17 garbage truck fleets and tracked an additional nine fleets that together deploy a total of 692 natural gas trucks in the U.S. Many municipal and private operators are adding natural gas garbage trucks to their fleets every year, while a growing number of vehicle manufacturers and fuel infrastructure providers have a stake in the growth of this vehicle sector. Below are key points about current natural gas trash collection fleets, followed by INFORMs findings and recommendations regarding the integration of cleaner fuels and vehicles into garbage truck operations:l Garbage trucks capable of burning either compressed natural gas (CNG) or liquefied natural gas (LNG) currently serve more than one million U.S. households and tens of thousands of businesses and municipal residents.l The use of natural gas trucks was pioneered in 1989 by the New York City Dept. of Sanitation, which currently operates 36 CNG trucks.l Waste Management, Inc., the largest hauling and disposal company in the waste industry, is the clear U.S. industry leader in the use of natural gas trucks, with 380 trucks in 14 of its fleets, including 13 in California and one in Pennsylvania.l Of the 26 U.S. garbage truck fleets using NGVs that INFORM studied, 10 are operated by public agencies and 16 by private companies that operate under contract to a municipal government.l Of the nearly 700 natural gas trucks, 69 percent are powered by LNG and 31 percent by CNG. LNG was preferred when the route demand for fuel was expected to exceed onboard CNG capacity. CNG was often chosen because of the availability of an existing fueling station that could be shared with other fleets.l Despite their commercial availability, natural gas garbage trucks make up far less than one percent of the garbage trucks operating today. If all the companies that are currently planning to implement natural gas garbage truck projects do so, the number of these trucks will increase to more than 2,200 still only slightly more than one percent of the U.S. fleet.l Many major truck manufacturers offer natural gas garbage trucks, yet the variety of natural gas garbage trucks still lags far behind that of diesel trucks.l New companies are emerging to compete for business in installing refueling facilities and delivering natural gas fuel.FINDING: Garbage trucks operating on CNG or LNG have provided emissions reductions and reduced threats to workers from occupational air quality hazards and noise.l Workers at nine garbage truck operations cited relief from the negative health effects of diesel exhaust. Driver preferences were most clearly evident at the New York City Dept. of Sanitation, where trucks are assigned by seniority and natural gas trucks are consistently preferred. l The Netherlands program, where the most comprehensive study of noise reductions with natural gas trucks was conducted, verified reductions of 98 percent alongside, 90 percent inside and 50 percent behind the truck.l Fleet managers overwhelmingly reported that truck operators appreciated the reduction in noise, which was hazardous to their hearing and made communication difficult.FINDING: CNG and LNG have a stellar record of fuel safety.l CNG tanks have survived remarkable durability tests in extensive worldwide applications without leaking or rupture. Thousands of truckloads of LNG have been transported over U.S. highways without significant incident. In the course of 6 to 8 million miles traveled by over 300 LNG vehicles from 1990 to 1993, four collisions occurred, with little damage to the fuel system. Yet the perception still exists that natural gas is not as safe as conventional fuels.FINDING: The costs of switching to CNG/LNG vary greatly.l The capital cost of implementing an alternative fuel program can be a significant disincentive to voluntary action by refuse collection agencies.l Among U.S. fleets studied, the cost of a natural gas garbage truck ranged from $210,000 to $250,000, 15 to 25 percent more than the cost of a comparable diesel truck. The cost to repower an existing truck ranges from $30,000 to $100,000.l The overall cost of shifting a garbage truck fleet to natural gas depends on numerous factors, including refueling infrastructure options, truck maintenance costs, facility requirements, local safety codes, labor and training costs, fuel cost and available economic incentives.FINDING: External and internal motivations are driving the solid waste industry to use cleaner fuels and natural gas in particular.l Fleet officials most commonly cited the need to meet existing and pending environmental regulations as the reason for converting their diesel garbage trucks to natural gas. NGVs allow fleets to meet current and planned government regulations designed to clean up heavy-duty vehicles and improve air quality. l Decisionmakers were often influenced by economics. The lower cost of natural gas, tax incentives, grant programs and bid specifications that give preference to companies that operate NGVs can make natural gas trucks more economically feasible for waste haulers.l States that allow mobile-source emissions reduction credit (MSERC) trading have created a market for the air pollution benefits of natural gas garbage trucks.l Court-issued mandates and citizen lawsuits have resulted in the deployment of natural gas garbage trucks and the development of heavy-duty natural gas engines.l The desire of a high-level decisionmaker to be an environmental leader or to position his/her organization as an environmental leader has motivated several operators.l In areas where there is competition in the refuse industry, some haulers were motivated to use NGVs to give their organization a marketing edge over competitors.l The decision to deploy alternative fuel garbage trucks also was motivated by the desire to improve worker conditions and reduce the health risks associated with diesel exhaust and the excessive noise of diesel engines.Recommendations：To accelerate the transition away from diesel and toward a clean, sustainable transportation future, INFORM recommends the following policies and programs:l Deploy alternative-fuel garbage trucks now to avoid the future expense of low-sulfur diesel fuels and emissions control technologies that will be needed to meet much more stringent EPA and state government standards, along with other potentially costly future diesel truck and fuel ordinances. Given the increasingly stringent regulations and heightened public concern about the toxicity of diesel exhaust, refuse haulers that take the initiative by shifting to alternative-fuel technologies such as natural gas may avoid interruptions of their business caused by current and future regulations and local ordinances.l Develop partnerships with fuel suppliers, station builders and vehicle providers to help reduce the costs of implementation. Effective partnering has been a key element in successful programs to date.REFERENCES:The above article was excerpted from a draft of Green Garbage Trucks: New Technologies for Cleaner Air, a report scheduled for publication in early 2003 by INFORM, Inc., an environmental research organization based in New York City that promotes sustainable modes of transportation. For a copy of the full report visit www.inform.org.
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