国家级大学生创新创业训练计划项目申报书.doc

1、附件三：西南大学“国家级大学生创新创业训练计划”项目申报书推 荐 学 院 工程技术学院 项 目 名 称 便捷式泔水处理机的研制 项 目 类 型 创新创业项目创业训练项目创业实践项目 项 目 负 责 人 张晓东 申 报 日 期 2012.5.7教务处制二一二年三月项目名称便捷式泔水处理机的研制项目类型（）创新创业项目 （）创业训练项目 （）创业实践项目项目实施时间起始时间：2012年6月 完成时间：2014年6月申请人或申请团队姓名年级学校所在院系/专业联系电话e-mail主持人张晓东2010西南大学工程技术学院/机械设计制造及其自动化13650598938978440008成 员万磊2010西

2、南大学工程技术学院/车辆工程15086695906386254292指导教师姓名何辉波研究方向机械设计与制造年龄40行政职务/专业技术职务副教授主要成果近五年科研成果主持或参与科研项目 1）重庆市自然基金项目：多元高性能齿轮薄膜的摩擦、磨损及承载能力研究，批准号：cstc2011bb4013，项目主持，2011.7-2014.6。2）韩国国立庆尚大学合作项目：studies on friction, wear and solid lubrication characteristics of coated scm420 spur gears；批准号：104150-41000307，项目主持，20

3、07.8-2009.7，已结题。3）西南大学博士基金项目：覆膜齿轮的摩擦、磨损及润滑特性研究，批准号：swu110007，项目主持， 2010.3-2013.3。4）西南大学基本科研业务费：兆瓦级风电齿轮箱的可靠性评估与参数优化设计，批准号：xdjk2012c002，项目主持，2012.1-2014.12.5）国家自然青年基金项目：大刚度高承载能力双曲柄式变齿厚行星精密传动的研究，批准号：50705100。参研第五，负责实验设计，2008.1-2010.12，已结题。6）重庆市科委攻关项目：基于太阳能集成的灌溉低能耗远程控制系统研究，批准号： 2008ac1014。参研第五，负责实验规划，20

4、08.3-2010.12，已结题。7) 重庆市教委一般项目：机械制造业信息技术标准体系的研究，批准号：kj070211。参研第三，负责标准体系的设计，2007.5-2009.5，已结题。一、项目实施的目的、意义1.项目研究背景、泔水处理已成为严重的环境、社会以及食品安全卫生问题，引起政府的高度重视，提高泔水处理机械化、自动化技术水平是泔水无害化处理的重要措施。泔水，也叫潲水又称馊水。城市泔水是指人们在饭店、餐厅、学校、单位食堂等处废弃的剩饭剩菜，不包括做菜前废弃的蔬菜、鱼肉等下脚料和人们在家里废弃的剩饭剩菜与水混合而成的混合物。目前，国内城市泔水的处理只有少数大中城市建有大型泔水处理厂，绝大多

5、数城市泔水无统一的泔水处理措施，有些直接倒入垃圾箱、直接排入污水管网或进入养猪场以及非法收集加工成地沟油，给城市环境卫生带来严重影响，其中，用泔水垃圾直接喂猪，猪感染各种疾病的机会大为提高，对人们的生命安全构成严重的威胁。特别是泔水收集制造的地沟油流向食品市场用于加工食品，对人体形成严重的危害。泔水处理已经形成严重的环境问题和社会问题，城市泔水对人类环境和餐饮健康安全的直接危害越来越大，引起各级政府的重视，国家卫生部、工商总局、环保部、建设部于2002年4月15日联合发布了国卫法监发（2002）99号文；要求各地废弃餐饮潲水的收集、处理、储存、加工进行严格检查、执法管理。全国各大中城市也纷纷出

6、台政策、强制立法加以管理。北京市就已下达规定要求各餐饮业2006年以前必须全部达到国际奥运绿色餐饮环保标准，（其中就包括油烟净化、潲水无公害化处理）上海、广州、南京以立法或建设用也潲水油收集、运输、加工分类利用的专业化工厂。泔水无害化处理已经成为一种趋势，提高泔水处理机械化、自动化技术水平是泔水无害化处理的重要保障措施。餐饮业的不断发展及国家相关法律法规不断的完善，作为餐饮业泔水的分离、净化回收处理的相关机械设备，必然会成为一个市场前景好、效益大的新兴制造业热点。、目前国内泔水无害化处理水平急需提高。当前国内泔水处理系统运行出现许多问题，影响泔水无害化处理水平，据有关资料显示，我国泔水无害化处

7、理还不到总量的10%，主要原因有三点。、多数泔水处理装置只适用于大型的餐厅饭店和食堂，或者是家庭使用。目前市面的泔水处理装置基本上有两种。一种体型巨大，价格贵，所以只有大型的餐饮单位才用得起。另一种是很小型的。处理量小，只适合家庭使用。然而，我国最广大的泔水产生群体是数量众多的中小型饭店、餐厅和食堂。市面上鲜有适合他们使用的泔水处理装置。、多数泔水处理设备仅仅是对泔水处理提供了方法。而无法与政府监管相配合起来。即泔水处理装置上没有相应的泔水处理监测装置，使得政府在监管泔水去向时困难重重。也就使得政府要求饭店同意购买泔水处理装置这一方案变得无足轻重。许多饭店也就不会购买泔水处理装置，而采用其他方

8、法处理泔水。、部分不法商贩出高价回收泔水提炼地沟油，导致饭店自己处理泔水所获利益不如卖给收购泔水者。众所周知，泔水中含有大量油脂，是提炼地沟油的原材料，所以一部分不法商贩出高价收集泔水，以制作地沟油。饭店方面，自己处理泔水只能得到运输上的方便和提取出的油脂所获得的微薄利益。所以，很多饭店就很乐意将泔水卖给不法商贩。从而泔水得不到正确处理，泔水处理装置也就无用武之地了。综上所述，为泔水现场预处理提供轻巧、便捷、实用的设备，便于泔水的综合处理，已成为泔水处理设备研究的当务之急。、当前国内外泔水无害化处理设备的现状。目前国内外泔水处理设备技术水平不断提高，主要分为三个方面。一是泔水集中处理厂整套设备

9、，在这方面，瑞典、德国等专业公司处于世界领先水平，我国许多大中城市近年来进口成套设备，建立了泔水集中处理厂。二是公司收集运输设备。目前主要是泔水专用运输槽车。三是现场处理或预处理设备。国内外比较流行的是泔水处理器，一种是用生物发酵方法，对泔水进行无害化处理，一种是采用油水分离器进行现场分离。还有烘干、压块等方法处理泔水。根据我国泔水处理设备情况分析，目前的难点是现场预处理，由于涉及问题较多，当前该类设备存在的主要问题，一是功能性差只能对上浮油脂进行凝聚分离，对废水中所含乳化态油、水溶性盐、糖、酱油、味精、蛋白、骨胶、淀粉等极易发哮腐败的污染物无净化处理能力。二是自动化水平低，需要人工定时打捞清

10、理疏通，若清理不及时，夏天温度高沉积的残渣极易腐败发臭严重影响就餐环境及卫生条件。三是冬天气温底上浮油脂易冷凝堵塞，这时油水分离器就不能工作而丧失其意义。四是体积大，占地宽，并且要求设置位置必须低于厨房水平面，这就更不切合绝大多数餐厅的实际情况，由于上述存在的几个问题，次类简易型油水分离器已不为餐饮业所接受。、开发新型泔水处理机的技术要求。综上所述，泔水处理设备既要求达到环保功能，又要求达到机、电、仪一体化，全自动，高要求的机械功能，总之要求其达到如全自动洗衣机，微波炉等这种既大众化，又有操作简单，使用寿命长，功能全的一种新型商业机械，泔水现场预处理及处理设备要达到完成渣水分离，油水分离，油脂

11、回收，废水自动净化处理达标的全功能餐馆泔水水分离。适合不同经营性质，不同经营规模的大小餐馆。、针对目前我国泔水处理装置推广难的问题，我们的研发团队也开始设计一种泔水处理装置。对解决这一问题贡献我们的力量。这种泔水处理装置的运行方式和特点如下：我们拟开发的泔水处理装置，自动化程度高，占地面积小，操作简单，节能省电，安全可靠，不需专业人员操作运行管理等各种特点。初步决定采用压缩过滤的方式，将人工倒入的泔水经过电动机带动的压缩板挤压，使得泔水中的水分和油分经过一侧的过滤网过滤出去。过滤出来的油水混合物经油水分离装置处理，得到纯度较高的油脂。经过挤压脱水的泔水再通过排出装置，自动送入固体存储器中。此外

12、，我们还准备在装置中设计一套泔水处理量监测系统，通过压力传感器、单片机等部件，将每日的处理量记录在芯片中。总而言之，我们的泔水处理装置有以下几个特点。本装置采用微波加热提升油脂的流动性，提高泔水出水率，一次压轧过滤完成得到较干燥的固体垃圾，工序简单，操作方便，且对泔水有杀菌作用，提高固形物的储存时间，便于固形物的运输和处理。过滤出来的油水混合物，加入少量纯碱进行酯化反应，减小油水混合物的粘度和附着力，降低了油水分离的难度，经过油水分离所提取出的油可作为生物柴油和工业油脂的原材料。其中的泔水处理量监测系统，可帮助监管部门监测饭店每日的泔水使用量，以得知泔水处理量和去向。产品体积较小，适用于中小型

13、饭店、食堂和餐厅使用。综上所述，我们的研发团队所研究的泔水处理机是集泔水压滤、油水分离、提取油脂和泔水处理量监控等功能于一体的城市泔水处理装置。其机身较小，便于安放，适合于中小型饭店、餐厅和食堂的使用。此项研究的进行，有利于城市泔水处理问题的解决，是十分有必要的。2.项目研究目的现阶段，食品安全、环境问题日益成为社会关注的焦点，这是关系着人民健康的重要问题。近年来我国出现的地沟油、肉类污染等问题，引起了政府的日益关注，其中泔水处理不当是引起这些问题最重要的根源，而我国餐饮业结构、层次较为复杂，尽管有政策的引导，但是合理的处理措施在实施起来仍然很难实现。因此，急需要开发轻便、适用范围广、处理效率

14、高、便于监管的泔水处理装置，来缓解该行业问题日益恶化的趋势。本项目针对这一问题，确定研究目的为研制集泔水压滤、油脂分离提取、质量监管于一体的易于操控、适用范围广、价格合理的泔水处理装置。项目实施后，具体希望达到如下几个方面的目标：（1）主要技术指标：整个装置质量：50kg；外形尺寸：长宽高1500mm600mm1000mm；控制机器噪声在相关规定指标内；批量生产直接经济成本4000元。（2）创新点：将油脂水分和固体废物分开处理。便捷式泔水处理机通过压滤、和提取过程，将剩菜、剩饭中的油脂、水分等分离出来，剩下的固体废物便于处理，油脂可用来进一步提取作为二次能源。通过机构优化，合理设计尺寸，扩大使

15、用范围。本项目所研制的机器，以其控制优势，充分整合各部分的优化设计空间，力争做到体积小、质量轻、处理效率高，降低购买及使用维护成本，扩大其使用范围。实时监测处理质量和累积量。通过设计的检测系统，可远程检测泔水处理机的处理质量以及所使用餐厅、饭馆的处理量，便于监管。（3）可能获得的成果和知识产权：开发出一款便捷式泔水处理机，性能参数达到设计指标。申请1项国家专利。设计图纸、制作工艺流程一套。3.项目研究的意义泔水处理历来是饭店、餐厅、学校单位食堂等单位的难题，但是这些地方每天产生的废弃饭菜、生活污水又有相当的数量，处理不当将会带来严重的后果。如一些剩菜饭含有传染源、久置后滋生病菌等，然后又拿去喂

16、猪等家畜，导致了一些疾病的发生和传染，近年来多有报道，日常肉类安全已受到威胁。另外一些不法商贩为获取暴利，将废弃泔水提炼出地沟油用以销售，长期食用会对人们的身体健康造成极大的伤害。然而国家虽有政策法规，却受到技术、设备的限制，不能很好的监管、控制。本项目开发便捷式的泔水处理装置，顺利完成后，将能够提供一种价格便宜、使用范围广，泔水处理后充分回收利用的机器，而且能够实现管理部门的远程监控，从很大程度上提高餐饮业的卫生和安全现状，具有很好的开发、推广前景。二、项目研究内容和拟解决的关键问题1.研究内容： 本项目研究的控制系统原理如下图所示伺服电机传动装置控制器压板装置泔水容箱压力传感器反馈信息过滤

17、器油液分离器水生物油微波加热装置故需要研究的主要内容是：(1)系统整体方案的确定：考虑到产品的适用对象为中小型饭店，所以首先设计产品框架，合理安排机器的重量分布。考虑到泔水在机器中的运动情况，分配腾出足够位置，然后做出产品模型，用ansys软件进行有限元分析，确定最优方案。(2)结构设计：根据整个系统的参数，如泔水处理量、零件重量及强度和力学的相关知识，确定各零件的分布，正确的选择驱动电机的型号和参数，对泔水容箱、过滤器和油水分离器进行机械结构设计，初步确定系统中各个零件的尺寸。(3)参数化建模：根据初步确定的各部件尺寸，利用ug软件建立基于特征的三维参数化虚拟样机模型。然后导入机械系统动力学

18、仿真软件adams中对其进行运动学仿真分析，通过仿真检查该机构的各个构件之间是否发生相互干涉，模拟该机构的运动过程。(4) 动力装置设计：利用伺服电机驱动下方挡板进行压实，根据压力传感器回馈的压力信号，调节电机使压力达到预期值，稍后，电机反转，使压实后的渣降至开口处利用侧旁的直推杆将渣推出。（5）过滤装置：在压实的容器中下方经由第一过滤网导出液体管道，引入过滤器，过滤器由专门的滤材在圆筒管中排列，由压力部分的压力使混合液通过滤材。圆筒下方可拆卸，当滤材需要清洗时，从下侧拆开清洗。（6）油水分离装置：分为过滤、聚结、沉降、分离四个过程，来实现油水分离。含油污水首先经过交叉板型的聚结器,使小分散油

19、珠聚并成大油珠,小颗粒固体物质絮凝成大颗粒,然后聚结长大的油珠和固体物质通过具有独特通道的横向流分离板区,而从水中分离出来。（7）自动控制装置：利用单片机，分别控制电动机，微波加热系统和自动监控系统，同时接收压力传感器的反馈信息。利用matlab软件simulink模块对控制系统进行建模和仿真分析，保证了更好的机器操作性能和响应控制特性。(8) 样机试制与试验研究根据结构设计的结果和提出的设计方案绘制机构装配图和零件图。进行样机的制作与试验，然后收集相关的实验数据，将模型和实验数据导入adams软件，进行验证、分析和优化，最后将结果返回ug模型中进行修改。2.拟解决的关键问题：（1）整体结构方

20、面：简化传动、压缩、过滤、油水分离和自动排出的设计，将机身重量降至最低。同时又要保证整体强度符合标准，不能产生散架等问题，产生安全隐患。（2）动力装置方面：电动机的选择。经过查阅大量资料和进行试验，确定电动机的型号。要做到最符合整体设计同时噪音小，耗能少。（3）过滤装置方面：确定泔水过滤的方法。经过大量实验，找出最优方案。（4）自动控制方面：泔水处理量监测系统的设计及实际应用。尤其是对于防止饭店弄虚作假提供一种切实可行的方案。微波加热系统的设计和安装方式。（5）油水分离装置方面：油水分离原理的实际应用，包括如何使油水分离器符合整体设计要求，以及考虑实际操作中杂质的处理方法。三、项目研究与实施的

21、基础条件1.项目前期基础本项目从2012的4就已经开始酝酿，查阅资料，组织相关成员进行了多次讨论，利用课余间，项目组组织部分同学进行了相关调查，结果表明，本项目有着实用、便捷的理念，适合未来泔水处理的发展。2.项目组成员素质项目组成员以工程技术学院大二机械设计制造及其自动化专业的学生为主，相同的兴趣爱好使我们聚在了学生科技创新中心，共同学习理论知识、提高动手实践能力。我们都是本专业品学兼优的学生，通过几年的大学学习，掌握了较为扎实的理论基础和专业基础课程，部分成员由于爱好和兴趣，自学了本项目的一些相关课程，如单片机原理、电路设计、电机控制等课程，具备本研究所需要的部分相关知识。3.项目组已取得

22、的成绩和相关科研经历项目组部分成员自大二上学期就加入工程技术学院科技创新中心，在中心老师和学长的指导下进行了一些科技创新项目的研究。这使我们的动手实践能力和创新思维都得到了相当大的提高。团队成员有着较强的创新能力和动手能力以及团结协作能力。四、项目实施方案拟采用的技术方案流程图如下：调查研究与初始初期准备分析研究、初始决策确定总体方案编写设计任务书泔水处理机的基本设计与制作制作实验样品平台 修改调试并定型整体结构设计动力装置设计过滤装置设计油水分离装置设计自动控制装置设计五、所在学院可以提供的条件（1）实验条件方面的支持。工程技术学院的车辆工程实验室拥有电涡流测功机、底盘测功机、油耗仪、万能电器试