毕业设计（论文）-家用垃圾处理器的设计

家用垃圾处理器摘要家用垃圾处理器的设计旨在解决目前社会存在的垃圾包围城市，土地资源被大量占用和环境污染的现状。本人借助CAD完成了对整体结构图的设计，通过询问工厂有经验的师傅并在他的帮助下使设计的产品得以成型。该毕业设计首先对垃圾处理器的紧迫性和必要性做出阐述，其次对该垃圾处理器的可行性进行了分析，然后通过CAD着手准备垃圾处理器的设计图纸最后就是装配该产品。通过询问当地环保部门得知垃圾颗粒的密度只要不大于水，就不会阻塞管道，而且污水流速的最小值是每秒0.60m，垃圾颗粒可以被污水厂回收处理，最后通过网上得知国外也是如此。关键词：产品开发的背景与意义现状分析创新性未来的发展空间目录1.1厨房垃圾处理的紧迫性----------------------------------------------------------------51.2厨房食物垃圾的危害-------------------------------------------------------------------51.3食物垃圾处理的方法-------------------------------------------------------------------61.4家用垃圾处理器发展史和现状-------------------------------------------------------71.5课题目的和研究意义--------------------------------------------------------------------72家用垃圾处理器的设计 -------------------------------------------------------------92.1家用垃圾处理器的可行性分析--------------------------------------------------------92.2厨房食物垃圾处理器的工作原理及组成 -------------------------------------92.3具体方案-----------------------------------------------------------------------------------102.4成本比较和社会效益--------------------------------------------------------------------103结构设计--------------------------------------------------------------------------------------113.1水槽------------------------------------------------------------------------------------------113.2主体结构图---------------------------------------------------------------------------------124控制电路的设计 ----------------------------------------------------------------------------124.1电路系统所能实现功能-----------------------------------------------------------------124.2粉碎刀盘和粉碎刀材料的选择--------------------------------------------------------125驱动电路原理和电动机型号选择-------------------------------------------------------125.1驱动电路原理 ----------------------------------------------------------------------------125.2电动机型号选择 ---------------------------------------------------------------------136其它部分的设计 ----------------------------------------------------------------------------137家用垃圾处理器图纸的绘制 ------------------------------------------------------------148家用垃圾处理器的使用方法 ------------------------------------------------------------169结论 -----------------------------------------------------------------------------------16参考文献--------------------------------------------------------------------------------------161绪论1.1厨房垃圾处理的紧迫性2000年以后，垃圾包围城镇的现象日渐严重。全国城市近六成面临被包围的尴尬。这些污染物的产生速度远大于处理和填埋速度。据政府公式报告，零一年我国生活类垃圾清理和运送量一亿多吨，接近全世界的进三成，而且每年以一成的增长量增长。垃圾数量的猛增和处理能力的欠缺，给中国人民带来了很大困扰。直至现在，我国的处理水平仅为垃圾制造量的一半，而另一半只能被不合理放置，比如：垃圾被放置于河流里、树林中、街道旁、甚至随处可见。这使得城市的空气不再清新，城市环境不再美观，居民也饱受恶劣环境而带来的身体疾病的困扰。其实垃圾是一种被放错了位置的资源，但为何这种资源很难被人们所利用。其实原因就在于垃圾分类这个问题很棘手，说白了就是大量的生活厨余垃圾使得垃圾不容易被垃圾场分类而造成了这类资源的严重浪费，当然这也和居民的意识有关，人们没有养成一个很好的把垃圾分类的习惯。由于种种原因导致在我国对于垃圾的处理主要采用填埋，即使是填埋也没完善的技术，毕竟中国是一个正在崛起的新型社会许多问题都很棘手。这就造成了因处理不当而造成的次生污染，这种次生污染和日益增长的垃圾产量反过来还会制约城市发展。所以急需一项新的前人没有的技术而改变这种被动的格局。1.2厨房食物垃圾的危害1）垃圾长期随意堆放无人处理会释放有毒有害物体，已经对大气环境造成了创伤，而且这种现象对于市容市貌无疑是沉重打击。2）严重污染水体。因为垃圾含有的种类过于庞杂，在变质的过程中不可避免的渗入土壤，这就对地下水源带来了污染，试想九十年代的时候很多河流水可以直接饮用而现在呢？这几乎成为了一种奢望，那种蓝天白云的甜美景象只能成为了回忆。3）生物性污染。变质的垃圾那真是微生物以及像苍蝇、蟑螂和老鼠的天堂，长此以往各种疾病将给人类带来沉重打击。4）侵占大量土地。据有关部门调查，2003年全国668座城市中已有三分之二被垃圾带所包围全国垃圾存占地累计80万亩。5）垃圾爆炸事故不断发生。只经过简单处理的垃圾很容易在厌氧的的环境下接触丁点火源发生爆炸，有新闻报导：一个行人把未熄灭的烟头丢于下水道中造成爆炸井盖被炸飞，致使自身严重受伤。6）百分之六十以上的城市生活垃圾主要来源于小区居民的生活垃圾，小区生活垃圾的不断增多是城市生活垃圾不断增加的源头。1.3食物垃圾处理的方法1.3.1卫生填埋卫生填埋是一个很简单的方法被我国大量使用，但这种处理方法治标不治本，往往你填满一个地方就得再换个地方，这就成了一个恶性循环。而且我国又是个人均土地资源匮乏的国家没有那么多土地可以浪费，这就造成了人和垃圾争地的局面。当下这种局面可能还会持续很长一段时间。旧的垃圾填埋场逐渐达到饱和，新的垃圾处理厂存在着厂址选址困难，而且随着人们对环境标准的提高，一些不符合要求的势必会被关停。我国的垃圾场今后十几年后将会饱和，会被封场。但封场后的垃圾场周围的土地大气和水源由于长期受到污染，而且存在着填埋气体可能会发生爆炸以及火灾，必须要考虑安全。这就造成了这些垃圾处理厂用过的土地长期不能用于其它用途。所以必须要想出解决垃圾日益增多的新方法。其实这也是一种资源的严重浪费，毕竟根据能量守恒定律来说：食物垃圾含有很多有机的物质，很值得回收，但确被无奈的抛弃。所以，以人类的智慧这种笨拙的方法以后会慢慢变少。1.3.2焚烧高温销毁垃圾其目的在于减少它的占地体积，燃烧后的垃圾个头之比原先小八到九成。貌似是一种很不错的方法，但这种成本太大，对于地方小的国家是个可以实施的方法。可是这并不能解决根本问题，在我国，若处理100吨垃圾其建设成本要一亿元人民币，中等城市的财政收入很难维系。另外我国的垃圾组成成分也制约了这种方法的实行，我国的垃圾成分过于庞杂，不适合采用此种焚烧的方法，此种方法有些鸡肋。1.3.3堆肥垃圾堆肥有着悠久的历史，而我国也有着比较成熟的经验但这种方法具有局限性很难一劳永逸，只能作为处理垃圾的一种手段，而不能解决垃圾迅猛发展的大难题。堆肥适合食物垃圾，是日常生活中的常用方法，我国常采用厌氧堆肥，但周期较长，一般3~6个月，并受季节影响。由于垃圾混合堆积造成垃圾中重金属含量超标，用这种肥种出的食物会对人体健康造成危害。另外化肥的低廉价格及广泛使用。使堆肥前景并不乐观。这种处理剩饭剩菜的方法不仅白白的浪费了这一资源还给人类身体健康带来了麻烦，所以寻找其它较为合理的方法解决是一项艰巨而紧迫的任务。1.3.4作为饲养牲畜饲料在人们的固有观念当中食物垃圾很适合对动物的饲养，因为这些食物残羹中含有大量有营养的成分。所以会经常看到人们直接用食物垃圾喂养猪，狗等。其实此种方法不可取，因为在运输中垃圾很容易变质馊掉，动物吃了会得病，人又吃了得病的动物，那么人们的身体健康就受到了严重影响。九八年就发生过因垃圾饲养动物引起的Swine疾病，导致牲畜大片死亡。所以我国的一些大城市严禁用泔水喂养家畜，比如上海和北京。1.4家用垃圾处理器发展史和现状1.4.1家用垃圾处理器的发展史1927年第一台于美国生产，这引起了自油烟机发明以来的又一次厨房革命，直到今天家用垃圾处理器在美国的占有率已达近九成，欧洲近七成，在韩国与日本几乎新建的住房都会配备。1995年底特律（美国的一个城市）把自一九五六年以后建造的房屋全部配备垃圾处理器，否则将构成违法。1985年加得福尼亚州市长安纳海姆在政府的报告中说道：“这种设备的广泛使用，使广大居民受益”。1999年纽约是政府对使用垃圾处理器的家庭进行调查和评估，得到结论大量使用此产品对环境没有消极作用。2001年，我国建设部将此产品列为住房装修重点项目。 2002年，我国建设部的科学实验项目把家用垃圾处理器列为新型厨房必备产品。2005年，在深圳媒体报道了家用垃圾处理器试点小区，这也标志了家用垃圾处理器在我国正式进入了实际操作的阶段。1.4.2家用垃圾处理器的现状家用垃圾处理器是九十年代末进入中国的，但外国的产品并不适合我国的国情，像欧美家庭的水槽很厚，可以承受很大的力，可是中国的则大多偏薄，使用外国的垃圾处理器很容易把水槽搞坏。同事呢，机器运行过程中噪音很大严重扰民，另外国外的产品，购买的话价格很高，一般百姓不愿意也承受不了这个定价。像美国挚通这个企业生产的此类产品价格在千元靠上，甚至有的在两千多元，如此高的价格想要在中国推广简直是天方夜谭。综上所述，研制一款适合我国国情的家用垃圾处理器很有必要。1.5课题目的和研究意义 1.5.1课题目的我通过观察生活中的搅拌机认为这也是一个处理家庭水槽垃圾的不错选择，原理就是利用刀具高速转动把大的垃圾分为小颗粒（使垃圾颗粒小于4毫米）再通过水流冲入下水道中。刀是由3把互成120度的没有利刃的刀片构成，在工作状态下以每分钟两千到五千的转速分为3个档位对各种垃圾就行粉碎。1.5.2研究的意义1、对居民来说：①减少厨房尤其是存放垃圾桶的橱柜内的臭味；②减少孳生蟑螂、细菌的可能；③使清理排放家庭垃圾成为一项轻松干净的工作；④有利于保持楼梯间和居住小区的卫生环境。2、对政府环境部门和小区物业来说：①改善环卫作业环境；②有效减少垃圾产量；③减少垃圾收运过程的二次污染；④减少垃圾收运处理的难度和成本（这点尤其重要）。3、对于污水厂和相关部门：①经过处理的细小颗粒增加了污水中的有机物含量，方便了污水厂进行加工生产；②减少垃圾车的数量和垃圾污水滴漏对路面的污染。4、对于资源的回收来说：提高了回收效率，利于可持续发展5、择菜、洗菜、洗碗后将残菜、剩渣从池中用手捞出装进垃圾袋。这其中不免有部分漏入下水道中造成堵塞清理也相当麻烦同时如果垃圾袋破漏污水还将污染室内地板等物。6、每天吃剩的残渣食物、瓜皮、果屑装在塑料袋内置于室内一角待方便时带出户外。如若不及时或忘记带出户腐败后散发之气存留室内将造成污染。7、小区内的垃圾转运站是异味气体、蚊蝇滋生之地在何处建垃圾站如何减少垃圾站的污染是建设者和物业管理公司都感到麻烦的问题。通过引进一种新的厨房设备——食物垃圾处理器便有效地解决了这一令很多人烦恼的问题8、带出户外的垃圾堆放在楼道角落多数高层住户如此垃圾桶垃圾站散发出各种异味炎热的夏天更是如此。物业管理公司必须安排大量的清洁工将其及时清运出小区在整个处理过程中污染无处不在。9.家人健康：厨房的食物垃圾得到及时的处理，减少蚊虫的滋生。特别是夏季炎热家人在外忙碌了一天的身体晚上需要更好的睡眠。便于妻子和父母的厨房整理，使打扫卫生变得简单，杜绝懒惰的心里。夏天全国各地气温都在37°左右，食物垃圾容易散发出致癌的有害气体。2家用垃圾处理器的设计2.1家用垃圾处理器的可行性分析图2.1处理流程图排入管道的垃圾，其颗粒密度小于或接近水的密度，则颗粒不会沉淀。我国规定污水管道的最小流速是0.6m/s。这样做的好处就是可以让垃圾颗粒随污水流入污水厂，而且还不会阻塞管道，这样就很利于该产品的推广，为进入千家万户打下基础。2.2厨房食物垃圾处理器的工作原理及组成2.2.1厨房食物垃圾处理器的工作原理简单地说就是先把残渣投入粉碎仓，让后电源接通，刀片飞速运转，被处理的残渣在无法和刀片同步旋转的同时产生了一个速度差，而且又有离心力的作用，很快残渣就得到粉碎，变为三到五毫米左右，通过水流送入下水道。2.2.2厨房食物垃圾处理器的组成本设计方案分为：水槽、入料部分、主体部分、出料部分四个部分。对于像厨房，何有垃圾产生有水槽的地方很适用。什么骨头块、苹果皮，香蕉皮等都能很有效处理，这就在很大程度上减少了垃圾的排放量。具有结构合理、使用方便、省力低耗等优点。具体结构如下图：图2.2设计原理图2.3具体方案1.水槽（1）下水口直径为60到150毫米，将其增大，克服垃圾不易脱落的缺点。当处理垃圾时下水口出有一隔板（2），不用时可以盖住。2.主体部分主要由过滤网对应7那个位置，螺帽在8那里，刀架在10那里，防水电机在7那里和绞刀在9那里。过滤网呈圆筒形上部固定3那里投料部分的内壁处，其底下要焊接一个圆盘，其次防水电机外壳要与圆盘用螺丝固定成为一个圆柱体内，防水电机轴要从圆盘中间口贯穿而出，刀架10那里要安装在轴与孔的间隙上，与防水电机的齿轮连接并用螺帽将其固定。刀架的设计是在同一把刀架上固定三把刀，组成一个刀群，刀与刀之间要互成一百二十度夹角，使其像一个螺旋桨，这样在刀片高速旋转时就像电钻的钻头那样充分粉粹残渣，再利用其旋转时产生的离心率把垃圾从过滤网中滤出，如果残渣颗粒较大则继续粉粹直到完成工作。2.4成本比较和社会效益2.4.1成本比较经过询问了相关技术人员，估计设计的产品成本为200到400元，虽然在一定程度上增加了家庭负担，但是如果像家电下乡那样得到政府补贴和对企业进行税收优惠措施进行推广使用还是可行的。2.4.2社会效益采用该方法可以减少百分之八十的生活垃圾，减少了环卫工人的工作量和垃圾处理的成本，还能换来环境的改善和人们生活健康水平的提高，为我国社会可持续发展做出贡献，具有重要意义3结构设计3.1水槽图3.1水槽水槽的设计为了确保大体积食物垃圾比如骨头残渣，菜叶和鱼头等能顺利进入粉碎室，所以需要重新安装使其接口尺寸和垃圾处理器的入口尺寸保持一致或略小于入口尺寸。3.2主体结构图图3.2整体结构图整体结构图是在原理图的基础上通过cad设、设计产品定型。该产品分为投入口，粉碎室，驱动电机和排污口。非关键部分均采用市面上通用的成熟的零件加以组装，目的是为了使产品快速成型的同时还能节约成本。4控制电路的设计4.1电路系统所能实现功能该电路要做到当垃圾投入粉碎仓时启动电源，分为三个档位，其目的在于对于较容易处理的垃圾采用一档并处理四十秒，对于处理稍硬的垃圾采用二挡并处理八十秒，对于较难处理采用三挡并处理一百二十秒。这就实现了对于这种垃圾的处理，而不会存在阻塞管道的低级问题。4.2粉碎刀盘和粉碎刀材料的选择这两个部件是该产品的重要部位，刀盘和刀的选择要具有不生锈、不变形而且要方便大量加工。也就是成本要合理，这利于产品竞争和推广。5驱动电路原理和电动机型号选择5.1驱动电路原理采用市场上成熟的用于构成单稳电路，也就是CH7555型，其优点在于功耗小，阻抗高，输入电流小，利于高阻值工作，而且物美价廉，所以在定时电路中采用该元件可以保证产品性能稳定。5.2电动机型号选择选择电动机首先考虑能胜任机械负载最划算的电动机，因为太大浪费太小会影响产品正常工作。如何才能正确选择呢，还得通过计算得知，具体要分三个步骤如下：1.计算负载功率P。2.根据负载功率P，预选电动机的额定功率P。，使Pj≥P。尽量接近P．3.校验预选电动机的发热、过载能力和启动能力。这里会有很大的工作量，原因在于先检验的方法多种多样精准度很难掌握。在实际工作中就用统计和类比两种确定电机采用容量。我就用这种方法，那么根据这些，刀盘工作时需克服阻力为：F=F。+F2=1．9+11．5+4．5=17．9N刀盘的线速度v=(I)R=2JIn／60×R=2×3．14x3000×0．057／60=17．9m／s负载功率：P，=FV=17．9×17．9=320．41W电动机的额定功率Pd：P。≥PT，且留有余量取Pd_1．2RPd_l_2×320．41=384W按以上参数的选择，最终选取的电机型号为：ZYTl04／12，技术数据如下：转速：3000r／min功率：390w电压：220V电流：2．4A重量：3KgZYT系列微型永磁直流电动机的设计优点：a．钢径、轴向聚磁以加大极弧面来提高气隙磁密，从而提高出力及快速响应能力。b．可以降低功耗c.体积轻便，使用时间长久，噪音分贝低，零部件可以方便从市场上购买。可以让产品在竞争力上远胜于那些昂贵的且坏了不好修的外国产品。6其它部分的设计至于其它部分均为该设计的次要部分，我采用的方法是直接用现在市场上成熟的零部件进行组装。由于此产品还处于研发和设计阶段，为了不增加难度和设计的进度，其实也是因为没有这个能力对于非主要部件和产品整体美观性的设计，所以就采用市场上较为成熟的标准对该产品进行非主要部件的加工。其它部分包括入口部分和出口部分。出口部分包括排水管，排水管为了保证其不泄露所以要配置橡胶密闭圈，以防止残渣外溢，主要起密封作用。入口部分包括装配环、防溢罩子防止投入的垃圾从投入口喷射也是为了安全性和可操作性、支撑部件防止产品在使用过程中发生脱落损坏和水槽的贴合部件。7家用垃圾处理器图纸的绘制全部设计通过2010版CAD完成，CAD适用于所有需要的二维图纸的场合。也是目前我所掌握的最熟练的最实用的方法，运用它具有以下的特点：灵活方便的操作系统；方便高效的参数量化图库。\图8装配图纸8家用垃圾处理器的使用方法家用垃圾处理器的使用方法其实很简单易于上手，也就是先打开水管开关，再打开家用垃圾处理器的开关按钮，然后把用餐过后产生的各种垃圾放进投料区中，让机器工作40秒左右也就是一档，然后断水断电这时的垃圾已经被处理到理想状态，让后用水冲走，如果发现还有较大颗粒的垃圾残块那么就用二挡或三挡，因为该产品的功耗很低所以居民不必担心用电量问题。当然这只是该产品的第一阶段的研发不能把所有的用户感受考虑在内，不