家用垃圾处理器的设计修订稿

1、家用垃圾处理器的设计WEIHUA system office room WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-家用垃圾处理器设计摘要V第一章绪论-1-食品垃圾处理的紧迫性-1-食品垃圾的特征及其危害-1-食品垃圾的特征-1-家用垃圾垃圾的危害-2-食物垃圾处理的方法-3-卫生填埋-3-焚烧-3-堆肥-4-作牲畜饲料-4-食物垃圾处理器的发展及应用现状-4 -课题目的和研究意义-5-课题目的-5-研究的意义-5-方案论证-6-第二章 三维设计与受力分析-7-家用垃圾垃圾处理器的可行性分析-7 -家用垃圾垃圾处理器的工作原理及组成-8 -家用垃圾垃圾处理器的工作原理-8 -家用垃

2、圾垃圾处理器的组成-9 -粉碎刀盘组合刀具结构设计-10-刀具基本尺寸的确定-10-粉碎刀盘的力学分析及材料的选择-10-第三章材料选择与强度校核-13 -粉碎刀盘、粉碎刀材料的选择：-13-粉碎刀盘的强度校核-14-刀片的强度校核-16 -solidworks 有限元分析-16 -具体数据计算-20-粉碎刀盘的结构设计-21-第四章电机选择与其他设计-22 -电动机种类的选择-22-其它部分设计-22-家用垃圾垃圾处理器的装配设计-23 -参考文献-25-致谢-28-摘要用哲学的话来说，矛盾总是存在的，并且贯穿在社会高速发展的始终。随着经济 的高速增长，人民的生活水平日益提高，但是，普遍地，

3、相对于国外来说，民众对于 环境保护的意识却落后于经济发展本身。鉴于这种现象，国家政府屡屡推出绿色低 碳、对环境友好的政策，专家们呼吁人民立足生活，时刻注重环境的保护。污染环境 的源头之一，就是我们在生活中产生的生活垃圾，在我看来生活垃圾量并不会因为人 为挫举而减少，所以要达到保护环境的目的，必须选择合理的垃圾处理方法，分门别 类垃圾回收处理势在必行。据我所知，很多小区都没有专门回收餐余垃圾的地方，农 村还好点，会把这些具有剩余价值的垃圾收集起来用来喂食家畜，在普遍现代化的社 会中需要一种手段来处理餐余垃圾，因此，家用垃圾处理器应愿而生，它的主要原理 是利用刀具通过电机带动旋转，把和水一起排入的

4、餐余垃圾进行处理，通过离心力与 切削力迅速分解成小颗粒顺着水流排出下水管。这样的装置并不复杂，简单而有效地 减少生活垃圾给环境造成的污染，这次的课题就是这样利国利民的东西进行研究设 计，但目前中国只有福建厦门当地政府有过立法推广民众使用家用垃圾处理器，国内 对此的研究相比于国外可以说是空白一片，但实物成品网上倒是一抓一把，这提供了 不少设计灵感。这次运用软件成功地构建出家用垃圾处理器的三维模型，结果表明， 家用垃圾处理器虽然原理简单，但它的结构十分紧凑，材料要求也比较高，具有很好 的实用性。关键词：环境保护；垃圾处理；离心切削第一章绪论食品垃圾处理的紧迫性在我国，由于国土资源巨大，地理面积广，

5、对于各类垃圾的处理主要采用垃圾填 埋技术，垃圾填埋技术在国内虽然日渐发展成熟，但是，这种主要的处理方法存在严 重的二次污染，可谓是“治标不治本”，严重影响人类赖以生存的生态环境。一方面 居民生活过得越来越滋润，导致垃圾产量逐年迅速增加，这制约了城市的发展。对 此，我国政府高度重视垃圾处置问题，不断加大投入，加强垃圾处理。同时，还制定 了一系列相关政策和规范，提出了 “在减量化的基础上，以无害为主体，以资源为目 标”的政策。目前，结合中国生活垃圾的特点，开发更有效的处理技术已成为当务之 急。我们生活的这片土地已经不堪负载，垃圾可以说是城市繁荣背后的阴暗面，正确 地消灭它们我们的生活才会更美好。近

6、年来，随着生活结构的变化，主要表现在消费的方面比重上，生活垃圾的构成 发生了很大的变化，这种现象在大城市广州生活的深有体会。每年餐厨垃圾的数量越 来越大，占全市生活垃圾总量的50%以上，而且并没有减少的势头。根据某座谈上有位 专家院士陈勇的发言来看：在广州、深圳人均产生生活垃圾超公斤，年产生总量分别 为600万吨和500万吨，其中餐余垃圾有70%,这块“难啃的骨头”始终是政府有关部 门的心病所在，要处理好这个问题，一是在居民中树立起分类收集餐余垃圾的观念， 二就是运用高新技术来解决问题，正是要求每家每户选用食品垃圾处理器。从环境健 康角度看来食物垃圾是一种污染，但从资源的角度来看，它也是一种可

7、再生资源，通 过生物技术丢弃是一种优质的有机肥料，有机物和去除有机固体废弃物焚烧发电，可 有效缓解能源危机，生态环境效益和社会效益。假如可以通过垃圾处理器的粉碎后排 放集中在一起，再运用化学处理来剔选出有机物，这无疑变废为宝了。综上所述，家 用垃圾处理器具有很高的实用价值，它的出现对环境极为友好也将会未来改善环境的 利器。食品垃圾的特征及其危害1.2.1 食品垃圾的特征食品垃圾，主要是指食品在加工和食品消费过程后所产生的废弃物，显而易见它 具有易腐蚀、易被生物降解的化学特性，在被微生物降解的过程中它会生产一种馍味 或是臭味，这就为人们所厌恶。虽然被称之为垃圾，但实质从化学成分分析，它含水 量、

8、有机质含量大、含油量和含盐量高、营养元素丰富等，因此具有很大的回收利用 价值，它可以充分利用在家畜的喂养方面，这也反而证明了它实质并不算一种“垃 圾”！在食品加工过程中经常产生的食品残渣称为我们俗称为剩饭、剩菜，它的主要 成分是淀粉、纤维素、蛋白质、脂类、无机盐等，它可以通过一些处理手段转化为农 作物化肥的原料。食物垃圾的来源集中而乂广泛，例如城市个大个小的餐厅、食肆、酒店、甚至每家每 户，都是食品垃圾的来源所在，它成为了城市垃圾的主要占成，下面两点是可以利用 它的特性加以利用的方面：一、食物垃圾具有较低的发热值热值也叫热量，它是指lKg垃圾经过完全燃烧后，用热值放出的热量通常用来测 量或表示

9、垃圾作为燃料的能力。由于餐厨垃圾的水分含量很高，热量值在2100-3100KJ /Kg低热值的单位质量中。实验表明，当垃圾低位热值大于3349KJ/&,平均焚烧过 程中不需要添加任何助燃剂，所以食物垃圾可以作为一种燃料添加剂，如发电可以如 此，需要添加燃料或加入食物垃圾，降低了取热的成本。但这样有个问题需要注意： 因为食物垃圾成分很斑驳，在燃烧时需要注意控制温度，防止粉尘、二恶英等有害物 质等混杂燃后气体排放到大气中，污染了环境的补偿失。二、高含量营养元素在浪费的食物中营养元素含量高，脱去水后，干物质其中粗脂肪约为29%,大概是 大豆的倍；其中蛋白质约20%的，大概是玉米的2倍。同时实

10、验表明，粗脂肪对家畜被 消化率为乐而粗蛋白消化率为乐与常规饲料的消化率无异，因此是最理想的绿色饲 料生产原料。1.2.2 家用垃圾垃圾的危害生活垃圾含有大量易腐烂的物质，垃圾收集容器和运输车辆不适合其使用，在垃 圾收集和运输过程中难免会产生二次污染。同时，因其含水量大，是垃圾渗滤液的主 要来源，当其渗入到土地里恶性变本加厉。因为微生物降解使得食物垃圾腐烂而产生 恶臭污染的气氛，它与常规垃圾堆放在一起成为了蚊虫鼠蚁等害虫滋生蔓延的温床， 并肆意传播疾病的，严重危害人体的健康。结合当今人们环保意识薄弱，在一些城郊 地区，可以看到餐厨垃圾随意倒入下水道、路边，严重影响了城市环境卫生与精神面 貌。更可

11、怕的是，有些不法分子瞄准了这块“发臭的蛋糕”，为了追求自身利益降低 成本把沟渠中的油腻的漂浮物和发干的油脂淘起来炼制成我们闻风胆丧的“地沟 油”！这种三无产品通过违规的出售出现在某些小餐馆，当这些油体进入我们正常人 的身体可谓是既恶心乂毒害！此外，我国餐厨垃圾有作为家畜饲料的习惯，垃圾中一些病菌、重金属等可以通过动物吸收再流入食物链，不少喜欢吃动物内脏的人首M其 害。食物垃圾处理的方法目前，垃圾在中国并没有精准完善的分类收集处理体系，一般地，家庭食物垃圾 与普通垃圾混合在一起进行常规的处理，具体的方法如下面所述：1.3. 1卫生填埋具有操作简单的特点，可以处理各种类型的废物，但投资大，占地面积

12、超过，废 物减少和回收。垃圾填埋场随着容量的限制，有一定的生命，经过一次填土，再到一 个新的土地征用，耕地面积小，所以出现了 “荒地和人”的情况。此外，由于垃圾卫 生填埋场渗滤液可使地下水和土壤的污染（发生在美国已经花费了数白亿美元的地下 水管理的垃圾填埋场渗滤液污染等事件），在国家规定的外国有机质含量不能超过 5%,填埋。我国在有机废物含量增加的同时，真正满足垃圾填埋厂的要求不多，298个 垃圾填埋场垃圾渗滤液的调查大约有191没有经过任何处理或保护措施后，我国有关 部门，107个垃圾填埋场滤液监测直接排放，有86超重，占,所以在中国附近的垃圾 填埋场的环境状况不容乐观。在广东省而言，省内一

13、共有54所垃圾填埋处理厂，能实 现无害化标准的仅仅只有16所，这样的情况收到环境爱好者们的强烈投诉。垃圾填埋 场，将释放大量的甲烷和其他温室气体，空气污染也容易造成温室效应爆炸，威胁周 边居民的安全。而且，根据物质守恒定律和能量守恒定律，垃圾是物质循环和能量流 动的一种形式，其内部蕴藏着大量的能量和价值。食物中含有较多的有机物，可回收 的成分很高，但直接丢弃，造成能源浪费。所以垃圾填埋虽然是垃圾处理的主要方 法，但在我看来治标不治本，一点都不符合绿色可持续发展的政策要求，我相信未来 采取这种手段会越来越少。1.3.2焚烧焚烧是经过高温下燃烧，达到削减体积的目标，优点在于可以快速实现垃圾 “减量

14、化”，燃烧后体积仅为3$ - 5%,同时余热燃烧也可以用以发电和供热，这 种方法占用的国土面积小。在日本，垃圾焚烧量超过66队 但是它存在一个致命缺 陷，正是产生大量烟尘，排入空气污染大气。再者：投资大，因为先进焚烧设备造 价成本很高。我国引进垃圾焚烧设备，如要处理100吨垃圾，其建设成本将近1亿 元，大中城市财政估计难以承受。此外，并非所有的垃圾结构都适合燃烧，表1和 表2为长春市（以长春为例）生活垃圾的三个组成部分和废物成分调查统计的水分 含量。表2垃步成分朝阳区二道区平均值含水率可燃分灰分表1生活垃圾成分的百分数（）含水率朝阳区二道区平均值纸纤维塑料53橡胶厨余金属0()01. 3. 3

15、堆肥适用于食品垃圾堆肥, 月，且受季节性影响较大。 在雨水渗入有机肥的效果, 含量的脂肪势必超重,我国经常使用传统的厌氧堆肥，但周期长，通常为3-6个 由垃圾收集的混合物，垃圾中的重金属（铅，镉，汞）等 与食品的重金属危害人体健康。数据显示，一块五号电池可被水污染 600000升，一块五号电池可使Inf 土地失去其使用价值。所以，不能严格控制堆肥中 重金属含量必须慎重。此外，由于化肥价格低且应用广泛，使堆肥前景不容乐观。1.3.4作牲畜饲料因为餐厨垃圾富含有机质，时间一长，许多农民到酒店，餐饮泪水收集，然后没 有任何加工生产垃圾猪直接回喂猪。此外，在运输泪水容易变质，严重影响人畜健 康。欧洲的

16、1997和1998之间的这件事的人浪费饲料Swine Fever发热疾病引起的, 导致牲畜死亡的集体活动。在中国，北京，上海等地也已禁止使用这种垃圾喂牛。由此可见，餐厨垃圾由于其独特的性质以及传统的处置方法的不合理，对人们造 成危害的同时也会造成白色资源的浪费，因此寻找正确的餐厨垃圾处理方式是一项紧 迫的任务。食物垃圾处理器的发展及应用现状目前，世界各国寻求的方法各不相同，在加拿大，政府向居民免费或低价提供堆 肥桶，鼓励居民将厨房垃圾在自己家进行处理，而美国则鼓励居民采用食物垃圾处理 器，一种可以安装在水槽下面的小型机器。厨房中产生的食物垃圾可以被其快速粉碎 为小颗粒，随流水一起进入排水管道。

17、食物垃圾处理器起源于美国。据有关资料记 载，在上个世纪30年代，一位名叫约翰海墨的设计师在自己的地下室设计出了世界 上第一台食物垃圾处理器，这一富于想象力的设计目的是为了减轻自己妻子厨房事务 的负担，并且使厨房环境更干净一些。产品最初的设计十分简单。只有一台用电动机 驱动的滚刀式粉碎机。随后的几十年，该产品得到了不断的改进和提高，逐步被消费 者所接受，在上个世纪的60年代，开始在美国市场上形成批量销售，之后，该产品的 实用价值及其优点得到了政府和有关部门的认可，为全面考察食物垃圾处理器可能造 成的影响，20世纪80年代纽约市政府曾联合美国环保局、城市管道部门、国家卫生部 等多方面力量，进行了一

18、项为期三年的联合调查，试图从多角度来评估食物垃圾处理 器对城市周围水质、城市管道、污水处理厂、耗水量和耗电量的影响，结果表明，食 物垃圾处理器的应用对城市水质没有任何影响，城市管道不被堵塞，增加污水处理的 负担，耗电量及耗水量有所增加，但可大大降低城市中食物垃圾数量。由于固体垃圾 的处理费用远远高于废水的处理费用，所以综合全面因素进行核算，应用食物垃圾处 理器可以为国家节约成本。通过倡导安装，实现了减少生活垃圾及排放物，从源头抓 起的目的，进而达到了垃圾的减量化、资源化、无害化的效果。这种食物垃圾处理器 目前在美国的家庭中使用率已很高，并由此波及至其他国家。目前，这一机器在美国 家庭普及率为9

19、5%以上，居世界首位，并波及世界其它国家，像瑞典、澳大利亚、法 国、日本等都相继研究和应用食物垃圾处理器，其中日本普及率达到35%以上。在中 国，我并没有搜集相关专业的研究，可以说是一片空白，但市面上却存在不少的成 品，要落实到家家户户还需要有关部分的政策支持与标榜观念。课题目的和研究意义1.5.1 课题目的根据我国的实际情况，适合自己的家庭生活垃圾预处理装置的发展，家庭垃圾处 理器，使居民可以直接在家里的厨房垃圾的初步处理，通过主路成坑摆脱食物垃圾。 从而在源头上避免了餐厨垃圾造成的污染，同时达到了城市生活垃圾减量化的目的。1.5.2 研究的意义国外食品垃圾处理机的成功应用经验减少了食品的浪

20、费，为我们处理日益增多的 食品垃圾开辟了一条新的途径，从而呼唤我国食品垃圾处理机。此外，解决从源头上 处理家庭垃圾污染的研究仍然有许多优点： 一、减少易腐垃圾数量，提高环境质量目前，国家对生活垃圾的处理原则是垃圾的减量化、绿色化、无害化和资源化。而减量化位居第一位，可见其重要性。厨房垃圾处理器为食物垃圾的破碎预处理装 置，可对厨房垃圾进行初步处理，不但减少垃圾的堆放量，同时确保人们有一个健 康、整洁的生活环境，进而减少疾病的传染。二、垃圾的再处理由于餐厨垃圾中含有大量的水分，使垃圾焚烧很大的困难，上海浦东垃圾焚烧厂 现在是靠添加辅助燃料如石1油垃圾焚烧，这样一方面增加垃圾的成本，另一方面在能

21、源饥渴的中国造成了大量的浪费能源。但如果从源头上关掉厨房垃圾，可以大大提高 生活垃圾焚烧的热值，同时对垃圾填埋场的渗漏问题也能大大改善。三、有经济、社会效益由于我国经济和科学技术水平还不是很丰富，在垃圾处理的一大难题，许多垃圾 处理厂引进国外先进技术后，由于科学的管理和资金支持的缺乏，处于半停产状态； 一些社区虽然餐厨垃圾生化处理机的介绍，但它的成本太高，超出了人们的支付能力 范围。计划开发的餐厨垃圾处理机，作为家庭、宾馆、饭店的一种小型机械，具有体 积小、成本高、经济耐用等特点，可为人们所接受。而政府在政策上和舆论宣传上的 引导、鼓励政策，一方面改善了民众参与的环境，动员社会力量保护环境。另

22、一方 面，政府也可以节省大量的开支（例如：二次污染管理费，城市生活垃圾运输）用于 新的发展，垃圾处理项目的发展。方案论证方案一：通过生活中观察中医用捣舀研磨药材的过程得到一种思路，这种研磨的 方式可以设计出一种机器有效粉碎食品垃圾，结合所见所学，本设计可以采用主动齿 机高速相对运动，通过底板与固定齿轮盘之间的摩擦、挤压与撞击来实现粉碎的功 能。机器本身具有结构简单、运行稳定、强大，粉碎效果好的特点，破碎后的物料再 通过进一步的设计直接由主机磨室排出，颗粒的大小可以通过改变不同孔径的筛出 来。套管内壁达到所有的加工面平整平整，改变了旧型壁面粗糙度，积尘现象，但作 为一种食品垃圾处理机，这样的东西

23、做出来应该会比较大型，功率相对来说比较大， 结构不紧凑而占用地方太多，而我们需要占地面积小，易于连接在水槽的，功耗可普 遍接受的家庭。方案二：通过观察生活中打浆机的工作原理得到第二种思路，实际上食物垃圾粉 碎的原理与打浆机类似，满足把大颗粒通过不断旋转切断得到小颗粒的要求，只是后 者粉碎成肉眼不可见的溶液颗粒。在刀的机器的设计工作原理高速旋转，和对象将不 被处理的刀盘同步旋转，产生一个速度差，加上要处理的内容影响的离心力，内容是 刀和不同再次运动，依靠高速回转齿圈和齿环和刀一起被处理物料的破碎、撕裂等， 使食物垃圾成3到5亳米的颗粒。垃圾处理器由粉碎室，投入口、驱动电机和排污口 四个部分组、驱

24、动电机和驱动电机出口为处理器的电源，粉碎室内有多件服装粉碎刀 盘的功能，是食物垃圾粉碎车间、驱动电机和粉碎刀盘是垃圾处理器的一个关键部 分，直接影响垃圾处理器的使用效果，该机更适合的食物结构和我国住宅特征。为避 免同类产品目前完全采用交流电机，选用进口电机，价格昂贵的材料，该机的制造和 使用成本降低，可满足一般家庭的使用需要。因此，我决定采用第二个方案。第二章 三维设计与受力分析家用垃圾垃圾处理器的可行性分析固体垃圾的破碎装置有碾磨、剪切、粉碎等多种方式，这是固体垃圾处理的预处 理阶段。本文所要设计的家用垃圾垃圾处理器就是利用粉碎、剪切等方法把家用垃圾垃圾快速粉碎成3-5mm的颗粒状, 通过下

25、水装置排入污水管道系统。食物垃圾处理器的工艺流程图如图1所示。220V 交图1食物咛流电源工艺流程图家用垃圾垃圾破碎后的颗粒在随水流动的过程中，有可能被管道上的淤泥所阻挡旋转电机而滞留,这时有机颗粒群和前 物种类多，这一过程很比二 J一枝可分it行厌氧发酵。由于参加反应的微生学和碱性发酵两个阶段。在酸性发酵的过程中，纤维素、淀粉等碳水化合物水解戌基作用形的有机酸食物和。垃圾已食物垃圾处理器粉粉碎 刀组单糖，第33平氨基酸,<5 mm旨肪g的 烈加码嬴*右卜酸、再经脱氨 燃污水处 理厂碳。在产甲烷菌群的作用下，生成甲烷和二氧化碳，完成对厨房垃圾有机废物颗粒的 消化过程。流入生活污水处理厂的

26、有机颗粒可作为营养元为污泥提供营养，也可提取 作为肥料再利用，这里不加以详细论述。家用垃圾垃圾处理器的工作原理及组成2. 2.1家用垃圾垃圾处理器的工作原理家用垃圾处理机是将食物垃圾放入池内，随水流，落入转盘内空腔的1。盘中短柱 2装有两个可移动的破碎角爪3,碟上下各有一个三角形粉碎刀4,其根部连在一起。 前齿爪短，位于垂直方向与平面夹角。钢板和可移动的破碎角在爪板的粉碎下旋转刀 集如图2所示。破碎的室内墙被组合成一个，两个半圈和包裹的转盘，但有一定的差距。它与转盘有一定的差 距。半圆形，如图3所示。旋转刀组图2半圆圈图3通过底部的电流调节力矩永磁电机驱动高速旋转，依靠高速旋转的齿圈与齿圈的加

27、工 在一起的剑，撕裂等，通过固定和旋转刀组实现多件服装功能。落入果皮破碎腔破碎 的骨头，鱼，贝壳，贝壳，剩饭剩菜、蔬菜皮、咖啡、茶和其他废物、攻丝、磨、切 割刀、撕裂等机械破碎快成小颗粒，拌成水泥浆与水、快餐垃圾为3-5亳米的颗粒，随 水流进下水道。这种垃圾处理方式不会堵塞化粪池，使食物残渣易于清洁，厨房环境 更清洁。2.2.2家用垃圾垃圾处理器的组成家用垃圾处理器的结构简图如图一所示，主要由外壳1,内胆4,电机8,碾切装 置和电气控制装置组成，电机8装于外壳1的底部，轴伸向上，并通过连接器7与碾 切装置连接，碾切装置置于内胆4中，由主轴5,碾切盘2,旋切刀6和碾切轮3组 成，通过轴承支撑与碾

28、切盘2与内胆4底部。家用生活垃圾处理器工作时电机带动碾切装置旋转，将经过分选的能破碎的生活垃圾从内胆上部放入，经碾切 盘的进料口落入碾切轮中，经过碾切轮的凸齿与碾切盘的凹槽配合，将之分切合碾磨 将其破碎成小颗粒，再经旋切刀的进一步碎切成更小的颗粒，然后通过排水口排出。粉碎刀盘组合刀具结构设计2. 3. 1刀具基本尺寸的确定食物垃圾研磨机研磨刀盘的结构设计是最关键的部分，由于其独特的地位和作 用，设计时必须确保它是耐腐蚀，不易生锈，而且必须满足一定的强度和刚度，根据 这些特点，我们选择1 Crl3型不锈钢材料，材料参数是：弹性模量£ = 200GPa,泊 松比 =0.3,密度夕= 7.

29、8t/m"接口与刀盘尺寸的确定是我国厨房水槽排水结构尺寸和食物浪费、硬、杂、粗的 参考，目前我国厨房水槽排水口基本上是统一的结构尺寸、直径114mm，仅在外形尺寸 和深度。计算并确定刀套的直径：4 = 114mm,厚度：f = 3mm。2. 3. 2粉碎刀盘的力学分析及材料的选择首先要进行粉碎刀盘工作的载荷计算：组合刀盘的工作是克服阻力，为了保证刀盘有足够的强度，在设计刀盘时先对刀 盘的载荷进行响应分析。我们的刀盘理想为困绕一块板材的中心轴线旋转，就其流体 旋转扭矩和破碎的食物浪费，切割，撕裂，磨削阻力。(1)流体旋转阻力矩设置一个半径R的圆盘，在静止的流体中旋转，垂直轴通过中心盘和

30、盘。当盘旋 转时，靠近圆盘的流体层的摩擦阻力在圆盘驱动器上作圆周运动，惯性力向外流出， 流体层的作用与圆盘的外缘由圆盘相连；而新的流体层靠近圆盘，并向外转动。因 此，经过短暂的初始阶段，并建立了一个固定的流量，它有相当大的阻力磁盘的旋 转。设：圆盘上单位体积的流体，切应力%的方向与圆盘成夕角。切应力的径向分量产径向=% sin。(2-1)径向动量的增长同被圆盘带着转动的流体的离心力相平衡，F = pordr(2-2)5为被带着转动的流体层的厚度的量度，3为圆盘旋转的角速度，r为圆盘半径，故切 应力的径向分量与。©茬r成比例，即：rhi sin (p peer8r(2-3)即：rbi

31、疗。r/sin (p应力的周向分量F切冏二%cos9(2-4)/同=(加/K按其量级可表示为% cos 8 “3(2-5)圆盘的旋转速度等于旋转角速度乘以圆盘的半径v =所以3 cos (p pcor/d(2-6)将式(2-3)代入式(2-6)得：pcJbr cosw/sin 夕pcor/d由实验可知：8与半径无关，为一个常量，则化简上式得：J2 /夕0(2-7)根据运动粘性系数定义:(2-8)(2-9)= n/p为运动粘性系数，为粘性系数，P为密度 将式(2-8)代入式(2-7)得：17G6(/靖将式(2-9)代入式(2-3)得:由于8为常量，所以Tbl sin。par6r 遍07 产转矩M

32、与% x面积x力臂成比例M广对于半径为r和周向速度为V的圆盘，其系数为3.87/2,且=口，故阻力矩为M = 3.87/2勿产= 3.87r3xl/2pv7r(r/vr)，/2依据食物垃圾迅速变为3-5mm颗粒的设计结果要求。在实验基础之上，设计中选取刀盘的转速为n = 3000r/minv = cox r=2n/60xr= xxx = 17.90m/s使用计算旋转圆盘上流体阻力矩的公式：M = 3.87/ x l/2pv7r(r/vr)l/2(2-10)=3.87x0.573x0.5xl.0xl03xl7.92llxl% 9x0.057= 0.1103N-M由此可以得出，流体阻力矩M=0.1

33、103N-M由公式M = Fxr(2-11)得："=M"= 0.1103/0.057= 1.9N所以流体阻力为：”=1.9N(2)垃圾形成的阻力这个阻力值对于本次设计尤为重要。由于食品垃圾为软垃圾，粉碎产生的阻 力很小，在食品废弃物中(不包括玻璃、陶瓷、皮革、布、羽毛)常见的破损试验如 鱼翅、剩菜等对刀具粉碎时造成的阻力Fk,由于条件有限，这个值本人并没有机会通 过切断实验得出，因此是借鉴得来。对于大型的骨头，例如猪骨头，阻力值肯定远远 大于，尽管可以采用更大功率的电机，并且在选择更高强度硬度的材料作为刀具材料 来满足对此的粉碎，但实际上这种硬物很容易损坏机器本身，因为建议

34、在处理垃圾食 品时先做一个简单的剔除。第三章材料选择与强度校核粉碎刀盘、粉碎刀材料的选择:由于处理食物时需要通过混合水来进行，因此在材料的选择上必须保证它具有耐 腐蚀、无锈蚀的特点。并且满足一定的强度和刚度，同时要考虑其可加工性和经济 性。为此，我们在1 Crl3和9 Crl8参考表4中的两个材料选择。（1）C的含量越高，其耐蚀性越差；（2）珞在钢中能显着提高钢的抗氧化作用，提高钢的耐腐蚀性，并能提高钢的强 度和耐磨性，可显着提高钢的力学性能及物理和化学性能，因此在钢的各种用途加入 任何数量的Cr,但由于将是稀缺的我国，因此，应尽量节约使用，很少或没有根据表4的分析，可以看到，在满足使用要求的

35、前提下，lCrl3比9Crl8易于加 工、C、Cr含量低，价格相同，所以，本文采用机刀盘和刀片1 Crl3作为加工材料。表4材料lCrl3, 9Crl8参数表参数名称lCrl39Crl8化学成分（质量 数）< “ < 密度（t/m.硬度(HBS)<159<255屈服强度345抗拉强度540加工性能普通材料，稍难切削难加工材料价格（千元/吨）55用途具有良好的耐腐蚀性，机械 加工性，一般用在刃具制造 上一般用作不锈切片、机械刃 具、剪切刀具、手术刀片及高 耐磨设备零件粉碎刀盘的强度校核破碎叶片板在循环载荷作用下，可发生疲劳损伤。刀盘是破碎机寿命的关键因素 之一，因此，根据

36、无限寿命设计，这就要求所有部件在工作荷载作用下的无限长的疲 劳寿命。金属材料在交变应力下的强度常用o N曲线或疲劳极限来衡量。b-N曲线如图 所示。图5 。-N曲线对于钢材来说，b-N曲线有一条水平渐近线这意味着当时，试件经受有限循环会发生疲劳破坏；当时.，试件则能经受无限次循环而 不发生破坏。为此，设计时应力水平应该很低，以便有足够的应力储备。疲劳极限与抗拉强度之间的关系如下：0.25 小 <0.5材料lCrl3的抗拉强度=540MPa进行保守估计，我取分的下限：% = 0.25<tm= 0.25x540= 135MPa即：外的最小值为135MPa 计算/m” 设在距圆心为p处取

37、一微面积，ZA,其上内力公对X轴之矩为zy/Ap,将所有内力 矩求和即得到截面上的力矩：(2-12)M r = J prpdAA其中A为横截面面积。根据虎克定律：(2-13)将式(2-13)代入式(2-12)中，并注意到此为常数，于是有 dxp2clA其中10打4是与圆截面有关的一个几何量，以极惯性矩表示，所以(2-14)(2-15)Mi料将式(2-14)代入式(2-13)得：ax = MR1P圆盘上最大的应力应在截面周边各点，故0 = 4m代入：。盘 max - M/max/I。根据材料力学知识，对于实心圆轴的极惯性矩：10=次/732其中，/为圆轴横截面的直径=mctf R=2/4.2 勿

38、460 )2H= 7.75x3.14x0.0572x0.15x(l9.7/0.057)2 x0.057=66.67NFi=F.-.s +F2 + F cos 90°= 66.67 + 11.5+ 1.9 cos 90°=78.2N将公式Mx = "xR(2-16)代入式(2-15)得：=M.vPma.v/Ip= F,rR2/nd4/32= 32x16x78.2/3.14x0.057= 41.4MPa可见41.4 «135即.«外依据。N曲线，当0max<%e，时，试件则能经受无限次循环而不发生破坏, 设计中刀盘满足强度要求。刀片的强度校核

39、solidworks有限元分析利用soildwork2014,按下面步骤实现强度校核功能：1进入solidworks软件的办公室产品，选择Solidworks Simulation；2选择新算例，选择静应力分析。3在应用材料中选择刀头的材料，镀铭不锈钢。4根据刀头的受力情况对刀头进行约束。如图所示5对刀头施加外部载荷，根据第二张的计算，刀头承受的最大力对刀头添加外部载 荷。6生成网格，如图所示图网格划分7运算，点击运算对模型进行有限元分析8进入结果顾问，对有限元计算结果进行查看名称Mily越应力VON; yon Mises 应力.784.354 N/mZ节：,574，5.85328b009 N

40、E2节:T 65讣wpnMaeiMsur.esoo Z12W 灿OCDA6lM»JXD : “Mg-1 烟3乂刀刃静应力分析,1 应力应力V图31刀刃应力分析笠稼娄暮zly最我位移”瞧5渝位物0 mm<' 节:小1.26836mm« 节:,86&，果如伏刀刃蟾媛蹋？ 3y5Cfcft；i刀刃静应力分析1 位移位移1-uaz eIR.4C00 H,八 800.26*8<.，如zo< ML 6XXW 舄.475M(M H. HMc-«XlOOOeW图32刀刃位移分析名程，城必应变ESTRN ：双萼侬71.61041C-008 里元：8

41、002,0.0192771里元：297&，csvwK 1 由）3?l»5e4» 23刀刃静应力分析1 应变应变心图33应变分析通过有限元分析刀头最大应力为*109N/m2,最大位移为，最大应变为。具体数据计算由于刀片与刀盘都绕固定轴旋转，运动形式相同，所以校核方法相同。依据。N曲线，只要当刀片的。皿4时，刀片满足强度要求设计中，刀片的半径 r = 0.035m速度片=coxr=2/60xr= 2x3.14x3000x0.035/60=11 m/s则依据公式(2T0)M刀片=3.87? x 1/2pv2 (r/vr)-2= 3.87xO.O353 xO.5xl.Oxl

42、O3xll2(lxl0-6/l 1 x0.035户= O.158NM因为：M刀片=F刀片xr故流体对刀片阻力：七片=M刀片"=0.158/0.035 =4.5N又因为：F% = mar rpud2 /4 /?(2 71/60)2 r=7.75x3.14x0.0352 xO. 15x(11/0.035)2 x0.035= 15.42N产合=9 +居+ %片cos。=15.42 + 11.5+4.5cos 90°=26.92N将公式M”尸介xr代入式入T5)得:0刀片 max - M.t Pma 1 p= F；p 九 d“32= 32x16 x 26.93/3.14 x 0.0

43、352= 35.3MPa因为35.3 «135所以b刀片111ax <<q可见，设计中刀片满足强度要求。粉碎刀盘的结构设计根据我国食物垃圾种类多，硬度、粘性差别大的特点，采用组合刀盘式粉碎刀， 由固定刀组和旋转刀组组成，结构为：旋转刀组由刀盘组成。刀盘为组合刀盘，上面有菱形块、摆动刀及直径为3mm的 小孔，摆动刀可绕固定轴做90。的摆动，实现粉碎垃圾。组合刀盘在电动机的带动下高 速旋转；粉碎室内壁四周嵌有套装成一体的内齿环和端齿环作为固定刀组，内齿环和 端齿环与粉碎刀盘有一间隙，利用间隙对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。组合 刀盘式粉碎刀具有以下作用：对于硬度较小、粘性

44、较大的食物垃圾，在可随电机高速旋转的刀盘上设置两个 摆动刀，与粉碎室内部的端齿环共同作用，实现对食物垃圾进行剪切和机械撕裂破碎 功能。 对于硬度较大、粘性较小的食物垃圾在转盘上设置了两个棱形固定刀，在离心 力的作用下，食物垃圾很容易运动到转盘的边缘，为此，在粉碎室内壁四周设置了平 齿环。平齿环和端齿环共同作用，对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。 在旋转刀盘上分布着许多直径为3mm的小孔，这些小孔一方面用来排泄破碎后 的颗粒和污水，另一方面可以在保证转盘足够强度时减轻自重。第四章电机选择与其他设计电动机种类的选择餐厨垃圾处理机驱动电机工作提供能源，也是关键部件之一，其性能直接影响到 家用垃圾处

45、理器的质量。在设计中，电机运行特点为时间短、频繁启动、间歇工作。 图6是永磁电机原理图。图6永磁电机的磁路结构和磁场分布目前，电机的品种、价格、性能差异较大，符合经济实用的指导方针，对电机选 型和型号的选择非常重要。选择电机类型应满足生产机械性能要求的拖动，首选结构 简单，工作可靠，维修方便，电机便宜。电机选型时应考虑的主要内容是：（1）电机的机械性能应与拖动机械的机械特性相匹配；（2）电机性能的速度（速度范围、速度平稳性、经济性）应满足生产机械的要 求。高性能的要求在很大程度上决定了电机的类型、速度控制方法及相应的控制方 法；（3）电动机的起动性能应满足生产机械对电机起动性能的要求，对电机的

46、启动性 能主要是起动转矩的大小，同时也应注意到电网的容量限制电机的启动电流；（4）电源种类在电源类型满足性能的前提下，应先采用交流电机；（5）经济性一、经济性是电机及其相关设备（如：启动装置、调速装置等）的 经济性；二、运行经济性的电机驱动系统，以效率高、省电。因此，本次课题我选择的电机为永磁直流电动机，参数具体为500W,3000r/min, 220V。选择这样的参数，电机价格比较昂贵，估计在400左右，但综合 到其发挥的稳定性能，最终还是利大于弊其它部分设计食物垃圾处理器是一个主要的部分，其他部分的设计主要包括：投入口、排污口 等，因为我们的产品为实验品，无需加工模具的生产能力，所以对标准

47、件的主要选择 的主要部件的生产。排污口由弯管出口、弯管法兰和橡胶密封圈组成。弯管排水法兰固定在处理器 上，橡胶密封防止水和废渣溢出，起密封作用。食物垃圾是由投入口进垃圾处理器。主要有装配环、支撑环、水箱法兰钾接件、 溅水盖等几部分。安装环、支撑环和水槽法兰钾接件。水箱法兰片的上部卡在水槽的 排水口，水箱法兰钾接件的下半部分通过螺纹连接到支撑环上，安装环卡槽和垃圾处 理机卡锁连接。与橡胶密封垫片、石棉垫片和垫片、密封作用有关。为了防止食物垃 圾在破碎过程中溢出，添加防溅器。家用垃圾垃圾处理器的装配设计根据图纸，零件组装后加工。其中，电机与刀盘连接，电机电源从壳体底部。组 合刀盘具有高、低短轴柱，

48、分别用破碎刀片和摆动，进入破碎腔，在破碎室的内壁上 装有端齿圈和内齿圈。壳牌1和2螺纹连接。排水管用螺钉在垫片和管道法兰处弯 曲。支撑环和水槽在安装环法兰钾接件的螺纹连接，在洗衣槽的PenKou压力法兰钾接 件，和一个连接到处理器卡锁环组件。水箱内法兰钾片安装有防溅和堵塞。控制电路 上的电气元件在电路板上焊接，固定在垃圾处理机上。安装时需注意：（1）安装装配环和弹性支撑环垫片时，需要提环组件，弹性垫圈（散装）在油箱 和水箱的法兰卡在底部的钟声。沿着一个边缘的弹性环手指轻轻按下，不要太硬。弹 性垫圈安装，安装环可放下，盖弹性垫圈，可轻松转动。（2）安装环连接到处理器，在固定装置的第一的低端处理器

49、，然后插入处理器卡 锁圈，向右转，约6毫米，暂时把处理器、旋转环和处理器组件，直到处理器和排水 管对准出口，右转环组件，直到拧紧，CPU卡锁钉在最左侧安装卡环锁槽。（3）当连接到洗涤盆时，顺时针旋转装配环，分离安装环和处理器。将装配法兰 环槽和从弹性垫圈取出，然后环组件、螺杆支撑环法兰紧向下沉，然后取出纤维垫 圈，将水箱的法兰休息和橡胶垫片插入水槽排水，最后从水槽下光滑的纤维垫圈和螺 钉支撑环拉紧。结论目前，虽然国内空白在这方面的研究，相关资料很少，但通过实验，设计满足设 计要求。本设计包含了大量的工作，有一个范围广泛的学科，包括流体力学、材料力 学、机械设计、机械原理、模具设计、机械制图、机

50、械加工、计算机学科内容和CAXA 软件的应用，首先，在理论方面，对力学分析的工作负荷刀和刀片，材料选择和检 查，确保刀盘和刀片有足够的强度。在机械方面，首先，对刀具的设计结构设计组合 粉碎刀组快速完成粉碎垃圾，然后利用CAXA电子图板图纸，根据图纸，加工零件，最 后对零部件装配并验证机器。食品废物处理机的设计具有以下特点：（1）与其他同类产品相比，首次增加了控制电路的设计。其目的是为了提高安全 性和方便性。设计控制电源，总是来回拉，以免造成不安全的供电。此外，机器，人 们不必等待旁边，你可以离开，机器可以自动停止运行后一段时间。有三个可选的电 路中的齿轮，用于控制机器的不同的操作时间，当使用根

51、据不同数量的垃圾和废物的 组合物。（2）对直流永磁电机的驱动部件、电机的选择。目前进入餐厨垃圾处理机，由于 复制国外产品，主要采用交流电机。但体积大、重量重，不适合我国住房的实际情 况。虽然智通公司根据我国目前的情况对直流电机、交流电机的变化而采用进口电 机，使成本增加，人们难以承受。（3）复合刀具的主要部件和叶片对材料的选择变化。组合刀具的设计更适合中国 国情的特点。在用于1 Crl3材料设计，国外产品选择9 Crl8材料，既能满足使用要 求，价格相当，但从处理难度，9 Crl8难加工材料，常用材料的1；另外，从资源的 角度来看，我国格资源较少，因此，应尽量节约使用，很少或没有（4）机器制造

52、及使用成本降低。由于完全自制的食物垃圾处理器的成本大大降 低，整机成本约为600元，以元的价格对外成千上万的人相比，更容易接受和使用投 入低，每个家庭支付大约每月美元，为去年全年的费用是元。在设计中，虽然接触了许多先进的理论和方法，但经验有限，时间匆忙，不能对 每种理论每种方法都作深入的研究，因此，以下部分内容仍须进一步研究。参考文献1中国环境状况公报.国家环境保护局JL 2003.2杨先海，吕传毅,褚金奎.城市生活垃圾预处理和资源化研究J.再生资源研究,2003, 1:31-33.3裴成虎.北京市城市生活垃圾管理对策研究J.城市管理与科技,2003,5(2) ： 47- 00.4郑泽厚.中国生态环境问题及对策J.湖北大学学报，1994, 16(3)324-328.5席俊清，蒋火华,汪志国.我国城市生