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1、湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 THE DESIGN OF FOOD WASTE PROCESSING MACHINE FOR FERTILIZER 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)及班級： 2007級農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化（1）班 指導(dǎo)老師及職稱： 副教授 學(xué) 院：工學(xué)院 提交日期：2011 年 5月 目 錄 摘 要 1 關(guān)鍵詞 1 1 城市餐廚垃圾的產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀 1 1.1 餐廚垃圾的產(chǎn)生 2 1.2 餐廚垃圾特點 2 2 整機(jī)結(jié)構(gòu)

2、 4 3 工作原理和工作過程 4 4 機(jī)械系統(tǒng)的功能描述 5 5 機(jī)械系統(tǒng)功能分解并繪制功能樹圖 5 6 功能樹的求解 6 7 機(jī)械系統(tǒng)方案的選用 8 8 動力系統(tǒng)的確定和箱體的設(shè)計 8 8.1 電動機(jī)的選型 8 8.2 動力傳遞方式的確定 9 8.3 箱體的設(shè)計 9 9 鏈輪的設(shè)計、計算 12 9.1 鏈輪速度的確定 12 9.2 鏈輪的齒數(shù) 12 9.3 鏈條節(jié)數(shù) 12 9.4 計算功率 12 9.5 鏈條節(jié)距 12 9.6 實際中心距 13 9.7 驗算鏈速 13 9.8 選擇潤滑方式 13 9.9 鏈輪主要尺寸

3、 13 9.10 作用在軸上的壓力 13 10 執(zhí)行部件的設(shè)計 14 10.1 攪拌部件的設(shè)計 14 10.2 排料部件的設(shè)計 14 11 軸的設(shè)計和校核 15 11.1 軸的設(shè)計 15 11.2 軸的校核 16 12 支撐架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 13 本機(jī)的應(yīng)用前景和待解決的問題 18 13.1 應(yīng)用前景 18 13.2 待解決的問題 19 14 總結(jié) 19 參考文獻(xiàn) 19 致 謝 20 餐廚垃圾肥料加工機(jī)的設(shè)計 學(xué) 生：指導(dǎo)老師： 摘 要：隨著人們節(jié)約意識的提高，越來越多的人為了資源的再利用做著努力，而對餐

4、廚垃圾的處理則顯得力不從心。為了從根本上解決餐廚垃圾的再利用問題，本文介紹了一種餐廚垃圾肥料加工機(jī)，文中闡述了城市餐廚垃圾的產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀，給出了餐廚垃圾肥料加工機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程，確定并設(shè)計了動力系統(tǒng)和執(zhí)行部件，并闡述了餐廚垃圾肥料加工機(jī)的應(yīng)用前景和待解決的問題。 關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；肥料加工；機(jī)械設(shè)計 The Design of Food Waste Processing Machine for Fertilizer Student: Tutor (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Ch

5、angsha 410128, China) Abstract：With conservation awareness, more and more people are doing in order to re-use of resources, and the handling of food waste is appeared to be inadequate. In order to fundamentally solve the problem of food waste reuse, this paper, a food waste fertilizer processing

6、machines, this paper discusses the emergence of urban food waste and treatment status, given the whole food waste fertilizer processing machine Structure, working principle and process to identify and design and implementation of power system components, and described the food waste processing machi

7、ne of fertilizer application and the problem to be solved. Key words: Food waste; Fertilizer processing; Mechanical design 1 城市餐廚垃圾的產(chǎn)生及處理現(xiàn)狀 1.1 餐廚垃圾的產(chǎn)生 餐廚垃圾是城市垃圾的重要組成部分。居民區(qū)、餐飲服務(wù)行業(yè)及各種企事業(yè)單位食堂是產(chǎn)生餐廚垃圾的主要場所。一般在食品加工過程中產(chǎn)生的食物殘余成為廚余，成分主要為菜葉、果皮，其碳水化合物含量高；而在飲食消費后的食物殘余稱為“泔腳”，以淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪為主，同時還表現(xiàn)出含鹽量、游

8、離態(tài)脂肪含量高的特點，含水率高，易為微生物利用降解。 由于餐廚垃圾產(chǎn)量大，細(xì)菌、酵母菌等活菌含量高，極易變質(zhì)腐敗，孽生和招引蚊、蠅、鼠、蟑螂等害蟲，污染環(huán)境，必須進(jìn)行嚴(yán)格有效地正規(guī)處理。然而目前餐廚垃圾的處理并未進(jìn)入規(guī)范的處理渠道，一些非正規(guī)的餐廚垃圾處理存在很多薄弱環(huán)節(jié)，對人們的生活、健康和環(huán)境造成安全隱患，如圖1。 圖1.潲水油 Figure 1. Swill 餐廚垃圾的主要組成有糧食、蔬菜、植物油、動物油、骨肉及少量廢餐具、牙簽、餐紙等。主要化學(xué)成分有淀粉、維生素、蛋白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽等，同時含有少量氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵等微量元素[1]。 1.2 餐廚垃圾特點 1.高

9、含水率。餐廚垃圾的含水率（75%左右），其收集、運輸和處理都有很大難度。而且由于餐廚垃圾的熱值在2100kJ/kg左右，不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的熱值要求，如果與其他垃圾一起焚燒會導(dǎo)致燃燒不充分而產(chǎn)生二惡英等物質(zhì)；而填埋則會產(chǎn)生大量沼氣及滲瀝液，滲瀝液可通地表徑流和滲流等作用污染地表水和地下水，對環(huán)境造成二次污染。 2.易腐爛。餐廚垃圾中有機(jī)物含量高（占干物質(zhì)質(zhì)量的93%左右），主要為淀粉類、食物纖維類、動物脂肪類等。又因其含水率高，易腐敗發(fā)臭,所以易孽生病菌，包括大量沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、肝炎病菌等多種致病微生物，造成多種疾病的傳播。 3.營養(yǎng)豐富。除了粗蛋白和粗纖維等有機(jī)物含量高外，餐

10、廚垃圾還含有豐富的氮、磷、鉀、鈣以及各種微量元素，具有營養(yǎng)素齊全、再利用價值高等特點。餐廚中的糖類含量極高，而泔腳則以蛋白質(zhì)、淀粉和動物脂肪類等為主要成分，且含鹽、油脂量高（可達(dá)泔腳總量的20%-30%，其中相當(dāng)部分是游離態(tài)），見表1。 表1.泔腳粗蛋白和粗脂肪消化率測定結(jié)果 單位 % Table 1. Hogwash digestibility of crude protein and crude fat results 消化率 標(biāo)準(zhǔn)差 粗蛋白 89.63 7.83 粗脂肪 88.26 2.83 目前國內(nèi)餐廚垃圾的處理辦法有4種。

11、（1）餐廚垃圾肥料加工機(jī)處理：餐廚垃圾肥料加工機(jī)是一種通過添加高效菌種并控制堆肥條件的動態(tài)快速有機(jī)垃圾堆肥機(jī)，此方法適于城市社區(qū)的的垃圾處理。（2）生化處理站處理：此時數(shù)臺大型生化處理機(jī)并聯(lián)運行，通常還有前處理裝置，集中對有機(jī)垃圾進(jìn)行處理；但是該技術(shù)的產(chǎn)品附加值低，也無能源回收。（3）堆肥化處理：該技術(shù)通過濕式分選和厭氧發(fā)酵裝置來處理有機(jī)垃圾，是一種工廠化處理，技術(shù)含量高，但不適合城市垃圾的就地處理；（4）飼料化處理：通過脫水、干化、粉碎處理后將餐廚垃圾變成飼料，此技術(shù)投資和運轉(zhuǎn)費用都很低，產(chǎn)品附加值高，銷路也好，在飼料安全的情況下，是處理餐廚垃圾的最佳方式，但目前存在的問題恰是飼料安全不易控

12、制[2]。 肥料加工機(jī)處理有好氧和厭氧兩種方法。其中好氧堆肥會產(chǎn)生臭氣和大量的CO2氣體，處理不當(dāng)會造成大氣污染；而且發(fā)酵周期長，對發(fā)酵物的含水量、碳氮比有嚴(yán)格要求。而厭氧發(fā)酵不會造成污染，并且節(jié)約空間，很適合城市餐廚垃圾的肥料加工機(jī)處理。發(fā)酵成的有機(jī)肥既可供給家庭花草的肥料需求，從而提高社區(qū)居民節(jié)約環(huán)保的積極性；又可以用于農(nóng)民蔬菜的種植，提高蔬菜的產(chǎn)品附加值。在食品安全日益受到人們重視的今天，發(fā)展這種技術(shù)尤其重要。 綜合餐廚垃圾和垃圾處理的相應(yīng)特點，設(shè)計一種適合大規(guī)模推廣的餐廚垃圾肥料加工機(jī)械會帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 2 整機(jī)結(jié)構(gòu) 該機(jī)主要有攪拌器、箱體、傳動機(jī)構(gòu)、

13、螺旋輸送器、機(jī)架及動力等部分組成，如圖2。 1.螺旋輸送器 2.攪拌器 3.箱體 4.機(jī)架 圖2.餐廚垃圾肥料加工機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu) Figure 2. Food waste processing machine whole structure of fertilizer 3 工作原理和工作過程 餐廚垃圾肥料加工機(jī)的工作過程如下： 1.垃圾收集：這一動作由人工完成，收集后的垃圾中的部分水及大部分油脂由排水網(wǎng)排出； 2.攪碎和干燥：通過攪拌器將垃圾充分?jǐn)囁椤⒒旌暇鶆?，并且利用箱體外壁的加熱板將垃圾干燥至含水率

14、為30%左右； 3.加料：加入發(fā)酵菌、除臭劑和調(diào)濕劑（鋸末、稻殼等），這一動作由人工完成； 4.發(fā)酵：發(fā)酵過程需要定時攪拌，并保證箱體內(nèi)溫度維持在70℃左右，這一過程由攪拌器和加熱板完成； 5.攪拌和干燥：將發(fā)酵成的有機(jī)肥再進(jìn)行攪拌干燥處理，使其含水率達(dá)到20%左右，并均勻混合； 6.排料：打開攪拌器箱體底部開口，肥料由攪拌器攪動全部進(jìn)入螺旋輸送器內(nèi)，撥動離合器將動力傳至輸送器，輸送器旋轉(zhuǎn)完成排料任務(wù)。 4 機(jī)械系統(tǒng)的功能描述 根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，可畫出餐廚垃圾肥料加工機(jī)的功能構(gòu)成圖，如圖3。

15、 圖3.餐廚垃圾肥料加工機(jī)的功能構(gòu)成 Figure 3.The function of food waste fertilizer composition machine 5 機(jī)械系統(tǒng)功能分解并繪制功能樹圖 由餐廚垃圾肥料加工機(jī)的設(shè)計任務(wù)可知，其總功能的技術(shù)原理是將集中起來的餐廚垃圾粉碎，然后進(jìn)行厭氧發(fā)酵，受發(fā)酵條件要求，發(fā)酵過程中要加熱，并在發(fā)酵前后對物料進(jìn)行干燥處理。為實現(xiàn)此功能，加工機(jī)必須具有粉碎功能；要有能在粉碎過程中承受各種作用力，保證幾何精度的功能；要有能在發(fā)酵過程中保證一定的密封性的功能；要有能在發(fā)酵過程中加熱和干燥的功能；要有能在發(fā)酵過程中檢測并指示發(fā)酵狀

16、態(tài)參數(shù)的功能。由此得到第一級分功能：粉碎功能（主功能）、動力功能、熱力功能、結(jié)構(gòu)功能以及控制功能。對于粉碎功能，它牽涉到固體垃圾、漂浮油脂和水三個部分，因此粉碎功能的分功能就是分別與固體垃圾、油脂和水相關(guān)的功能。對于固體垃圾，要求能夠用于發(fā)酵，對于油脂和水，要求排出機(jī)外。對于動力功能，它牽涉到垃圾的粉碎、發(fā)酵狀態(tài)的控制及輔助功能中排料、裝袋功能。對于排料、裝袋功能，它涉及到干燥后的肥料這一方面，因此下一級的分功能就與肥料有關(guān)。其它功能分解不再贅述，見圖4。 圖4.餐廚垃圾肥料加工機(jī)的功能樹 Figure 4. Food waste processing machine

17、 of the function tree fertilizer 6 功能樹的求解 1. 根據(jù)“功能樹中固體餐廚垃圾粉碎”這一項、參照“物料粉碎方法”，可形成如表2所示的三種方案[3]。 表2.物料粉碎形式、工作原理和特點 Table 2. Crush in the form of materials, working principle and characteristics 粉碎形式 錘片式 齒爪式 臥式混合 圖片 工

18、作原理 采用沖擊式粉碎方法，利用內(nèi)部六只高速運轉(zhuǎn)的活動錘體和四周固定齒圈的相對運動，使物料經(jīng)錘齒沖撞、摩擦，彼此間沖擊而獲得粉碎。粉碎好的物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)離心力作用，通過篩孔篩選后進(jìn)入捕集袋。 它利用活動齒盤和固定齒盤問的高速相對運動，使被粉碎物料經(jīng)齒沖擊、摩擦及物料彼此間沖擊等綜合作用獲得粉碎。結(jié)構(gòu)簡單、堅 固、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、粉碎效果良好，被粉碎物料可直接由主機(jī)磨腔中排出，粒度大小通過更換不同孔徑的網(wǎng)篩獲得。 臥式混合機(jī)由U形容器、螺帶攪拌葉片和傳動部件組成；U形的長體筒體結(jié)構(gòu)，保證了被混合物料（粉體、半流體）在筒體內(nèi)的小阻力運動。正反旋轉(zhuǎn)螺條安裝于同一水平軸上，形成一個低動力高效的混合環(huán)境，螺

19、帶狀葉片一般做成雙層或三層，外層螺旋將物料從兩側(cè)向中央?yún)R集，內(nèi)層螺旋將物料從中央向兩側(cè)輸送，可使物料在流動中形成更多的渦流，加快了混合速度，提高混合均勻度 應(yīng)用特點 適宜粉碎化學(xué)物料、中藥材等干燥的脆性物料。 齒式粉碎機(jī)適用于醫(yī)藥、化工、農(nóng)藥、食品及糧食等行業(yè)，用途極為廣泛。 臥式混合機(jī)應(yīng)用于農(nóng)藥、獸藥、食品、化學(xué)品、生物、養(yǎng)殖業(yè)、陶瓷、耐火材料、塑膠、復(fù)合肥等固-固（即粉體與粉體）固-漿（即粉體與膠漿液）的混合，還特別適應(yīng)粘稠的物料混合。 2. 根據(jù)“可實現(xiàn)粉碎、排料功能”這一項，結(jié)合“物料輸送裝置的形式”，可形成如表3所示的兩種方案[4]。

20、 表3.輸送裝置的形式、工作原理及特點 Table 3. Conveying device in the form, the working principle and characteristics 輸送形式 螺旋式輸送 帶輸送 圖片 工作原理 旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行螺旋輸送機(jī)輸送，使物料不與螺旋輸送機(jī)葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)機(jī)殼對物料的摩擦阻力。螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上焊的螺旋葉片，葉片的面型根據(jù)輸送物料的不同有實體面型、帶式面型、葉片面型等型式。螺旋輸送機(jī)的螺旋軸在物料運動方向的終端有止推軸承以隨物料給螺

21、旋的軸向反力，在機(jī)長較長時，應(yīng)加中間吊掛軸承。 帶式輸送機(jī)是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送。除進(jìn)行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。 特點 螺旋輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，制做成本低，密封性強(qiáng)、操作安全方便等優(yōu)點，中間可多點裝、卸料。廣泛用于化工、 建材、冶金、糧食等部門，在傾角β＜ 20 的情況下，輸送粘度不大、不易變質(zhì)、不結(jié)

22、塊的粉狀、顆粒狀和小塊物料。 帶式輸送機(jī)主要特點是機(jī)身可以很方便的伸縮，設(shè)有儲帶倉，機(jī)尾可隨采煤工作面的推進(jìn)伸長或縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，可不設(shè)基礎(chǔ)，直接在巷道底板上鋪設(shè)，機(jī)架輕巧，拆裝十分方便。當(dāng)輸送能力和運距較大時，可配中間驅(qū)動裝置來滿足要求。 7 機(jī)械系統(tǒng)方案的選用 1.根據(jù)餐廚垃圾的組成成分復(fù)雜和粘度大這一特點，結(jié)合三種粉碎形式的特點，初步選用臥式混合機(jī)的粉碎混合原理和機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)設(shè)計。 2.根據(jù)可實現(xiàn)肥料的排出和裝袋這一要求，選用可對物料進(jìn)行混合和壓縮的螺旋輸送裝置完成有機(jī)肥的排料。 綜合以上執(zhí)行部件方案的選定，依據(jù)攪拌部件的特點，在實現(xiàn)干燥功能這方面依據(jù)箱體外壁安裝加熱

23、板實現(xiàn)。綜合起來便得到如章3所示的工作過程。 8 動力系統(tǒng)的確定和箱體的設(shè)計 8.1 電動機(jī)的選型 由于餐廚垃圾成分復(fù)雜、轉(zhuǎn)速與排料過程所需轉(zhuǎn)速不同以及處理收集來的粘性垃圾所需功率較大的特點，再加上本機(jī)只處于設(shè)計階段，需要對實體樣機(jī)進(jìn)行性能檢測實驗這一要求，參照相近處理能力的飼料混合機(jī)的功率，本加工機(jī)選用7.5kw YVF2160M-6型變頻調(diào)速電動機(jī)。 8.2 動力傳遞方式的確定 動力的常見傳動方式有鏈傳動、帶傳動和齒輪傳動，其原理和特點見表4[5]。 表4.傳動方式、工作原理和特點 Table 4. Transmi

24、ssion mode, the working principle and characteristics 傳動形式 帶傳動 鏈傳動 齒輪傳動 圖片 工作 原理 帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運動或動力傳遞的一種機(jī)械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。 鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機(jī)械傳動。 特點 帶傳動具有結(jié)構(gòu)

25、簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點，在近代機(jī)械傳動中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準(zhǔn)確（滑動率在2%以下）；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有 噪聲。 鏈傳動有許多優(yōu)點，與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強(qiáng)，相同工況下的傳動尺寸?。凰鑿埦o力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作。 鏈傳動的缺點主要有：僅能用于兩平行軸間的傳動。 齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長

26、，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。 8.3 箱體的設(shè)計 1.結(jié)構(gòu)的確定 因本加工機(jī)要先后完成攪拌、排料這兩大主要工作過程，故箱體由攪拌筒、排料筒和連接鋼板焊接而成，在這兩大工作過程中又要實現(xiàn)物料的加熱和干燥，依據(jù)這一要求，在箱體外壁加裝加熱板，通過與攪拌裝置的配合實現(xiàn)物料的均勻受熱和均勻干燥，箱體剖面結(jié)構(gòu)如圖5。 圖5.箱體結(jié)構(gòu)剖面圖 Figure 5. B

27、ox structure profile 1. 螺旋輸送器筒體 2. 箱體側(cè)板 3. 攪拌筒體 4.加熱板 5. 箱蓋 6. 攪拌筒排料蓋 7. 支撐螺旋閥 2.容積的確定 以城市社區(qū)的應(yīng)用為例，城市社區(qū)按平均每棟樓住40戶，每戶每天產(chǎn)餐廚垃圾1.5公斤，而此機(jī)械每周運轉(zhuǎn)一次計算，攪拌筒的容積大約為200L，排料筒接受干燥肥料，其容積約為50L。 3.高度的確定 工作位置和工作器具設(shè)計的人機(jī)關(guān)系指導(dǎo)原則： (1)工作空間要求：按人體尺寸確定的各項技術(shù)原則與工作空間，應(yīng)以人體活動的要求為依據(jù)； (2)操作姿勢要求：身體姿勢、體力和運動三者應(yīng)適

28、合操作并相互制約。 我國成年男子平均身高為H=166.3cm，肘高為0.625H，肩高為0.8333H。 綜合以上要求和數(shù)據(jù)，確定箱體高度在1200mm左右。 成人手部主要結(jié)構(gòu)尺寸：手掌正向時手寬88.39mm，手長193.80mm，據(jù)此選用d=100mm的閥。 4.螺旋支撐閥位置的確定 由圖6可知螺旋支撐閥O點的受力情況，其中F1為所受的重力，F(xiàn)2為支撐螺桿所受的分力。當(dāng)F2最小時，角α無限大，但此時螺桿為豎直放置；在角α的增加過程中，極限位置點B逐漸向上移動，從而導(dǎo)致物料排不出。綜合考慮上述情況，取α= 45，螺桿與箱體側(cè)板交點到輸送筒中心線的距離為280mm。

29、 圖6.螺旋支撐閥的受力圖 Figure 6. Spiral by trying to support the valve 5.箱蓋的設(shè)計 為利于干燥過程中水蒸氣的蒸發(fā)，應(yīng)將箱蓋面積設(shè)計得盡量大，其長寬=1000mm220mm。 6.排水網(wǎng)的設(shè)計 餐廚垃圾中粒徑最小的是米粒（φ4-φ6），故選用2mm2mm的方孔不銹鋼網(wǎng)，網(wǎng)與攪拌器兩側(cè)軸承端蓋焊接，借助端蓋上的螺栓固定。 7.材料的選擇 為使此機(jī)械的使用壽命長，工

30、作時安全可靠，必須保證箱體既耐腐蝕、不易生銹，又要滿足一定強(qiáng)度，最后還要考慮成本，故選取0Cr19Ni9不銹鋼作為箱體材料。 9 鏈輪的設(shè)計、計算 （說明：以下需表處都查自《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》） 9.1 鏈輪速度的確定 設(shè)計鏈輪之前，首先應(yīng)該確定傳動鏈兩端的轉(zhuǎn)速。 1.攪拌器轉(zhuǎn)速的確定 經(jīng)實驗測定，含水率為75%左右的泔腳無法進(jìn)行剪應(yīng)力測試實驗，即可知所需剪切力極小，可不予以考慮，對于泔腳中的骨頭、石塊、玻璃等堅硬物體，因?qū)ζ浞鬯橐峁┹^大轉(zhuǎn)速，而速度過大會造成垃圾中其它成分的過度粉碎，影響有機(jī)肥品質(zhì)，因此對堅硬成分也不予以考慮。 綜上，在確定攪拌轉(zhuǎn)速時，只要其轉(zhuǎn)速能將廚

31、余中的果皮、菜葉等切碎即可。參照水稻無支撐切割所需速度為10-20m/s這一數(shù)據(jù)，再依據(jù)水稻莖稈較菜葉、果皮的韌性為大，初步估計攪拌速度為10m/s，即攪拌轉(zhuǎn)速為480r/min。 2.螺旋輸送器轉(zhuǎn)速的確定 螺旋輸送器轉(zhuǎn)速對生產(chǎn)率有重要影響，目前用下列經(jīng)驗公式計算輸送器最大許用轉(zhuǎn)速：nmax=AD ,式中A為物料特性系數(shù)，取A=70， 輸送器轉(zhuǎn)速在滿足輸送量的情況下不宜選的過高，更不能超過最大許用轉(zhuǎn)速。根據(jù)經(jīng)驗取n=120r/min。 9.2 鏈輪的齒數(shù) 傳動比 i= 480?120=4 假設(shè)鏈速為3.0-8.0m/s，根據(jù)表11-11選取Z1=21，則Z2=84。

32、9.3 鏈條節(jié)數(shù) 初選中心距40P,由Lp= 取Lp=102（節(jié)） 9.4 計算功率 由表11-10查得工作情況系數(shù)KA=1.3，故Pc=KAP=1.37.5=9.75(kw) 9.5 鏈條節(jié)距 由表11-13得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.11,采用雙排鏈，由表11-12得多排鏈系數(shù)Kp=1.7 由P0≥PcKzKp=9.751.111.7=5.17(kw） 根據(jù)P0≥5.17（kw)，n1=480r/min,由表11-31查得選用16A型雙排滾子鏈，由表11-9查得節(jié)距P=25.40mm。 9.6 實際中心距 Pt=P4 Lp-Z

33、1+Z22+Lp-Z1+Z222+8Z2-Z12π2 =24.541O2-21+842+102-21+8422+884-212π2 =571mm 取Pt=571(mm) 9.7 驗算鏈速 由v=n1Z1P601000=4802125.4601000=4.27m/s 與原假設(shè)相符。 9.8 選擇潤滑方式 根據(jù)鏈速v、節(jié)距P，由表11-32查得采用油浴飛濺潤滑。 9.9 鏈輪主要尺寸 1.分度圓直徑 d1=Psin180Z1=25.4sin18021≈170(mm) d2=Psin180Z2=25.4sin18084≈686(mm)

34、 2.齒頂圓直徑 da1=P(0.54+cot180z1)=P(0.54+cot18021)≈186(mm) da2=P(0.54+cot180z2)=P(0.54+cot18084)≈700(mm) 3.齒根圓直徑 df1=d1-dr=170-14=156(mm) df2=d2-dr=686-14=672(mm) 9.10 作用在軸上的壓力 1.有效拉力 F=1000Pv=10007.54.27=1756.44N 2.軸上載荷 Fp=1.2KAF=1.21.31756.44=2740.05(N) 10 執(zhí)

35、行部件的設(shè)計 10.1 攪拌部件的設(shè)計 由于在（2）攪碎和干燥過程中，垃圾含水率較高，易與高溫箱體內(nèi)壁粘結(jié)，故在雙螺旋刀外徑處設(shè)置兩條鋼帶刮板，如圖7。 圖7.攪拌部件結(jié)構(gòu) Figure 7. Mixing component structure 依據(jù)處理能力要求，確定此部件長L=1500mm,螺旋攪刀外徑D=400mm,采用0Cr19Ni9不銹鋼空心軸，軸上焊接內(nèi)外3組螺旋刀片，刀片由穿過空心軸的實心鋼支撐，內(nèi)、外螺旋刀片寬B=10mm,厚C=2mm,內(nèi)外螺旋螺距均為S=375mm,n內(nèi)螺旋外徑d=220mm。 10.2

36、排料部件的設(shè)計 考慮到此機(jī)械在輸送肥料后要將肥料裝袋，為節(jié)約肥料占袋空間，采用具有壓縮功能的螺旋式輸送部件完成排料功能。 參照谷物聯(lián)合收割機(jī)螺旋輸送器尺寸系列標(biāo)準(zhǔn),采用SH9-004型號螺旋輸送器，并加以改進(jìn)設(shè)計，將原有35mm實心軸改為外徑D=75mm、內(nèi)徑d=55mm的空心軸，將原有螺旋葉片外徑160mm擴(kuò)大至200mm，螺距調(diào)節(jié)為S=200mm。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)尺寸如圖8。 圖8.螺旋輸送部件結(jié)構(gòu) Figure 8. Structure of screw conveyor components 11 軸的設(shè)計和校核 11.

37、1 軸的設(shè)計 1.選擇攪拌軸的材料并確定許用應(yīng)力 選用0Cr19Ni9不銹鋼淬火處理，由表14-1查得強(qiáng)度極限σ≥520MPa,由表14-5查得其許用彎曲應(yīng)力為σ0.2≥206MPa 2.確定攪拌軸的動力輸入端直徑 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸動力輸入端直徑，由表14-2取C=110，則 考慮到軸上有鍵槽和固定螺孔，將軸的直徑適當(dāng)增大，則d=27.71+0.4=39.2(mm)，此段軸的直徑和長度應(yīng)與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器選用WH7型十字滑塊聯(lián)軸器，其軸孔直徑為40mm，與軸配合部分長度為112mm，故軸的動力輸入端取40mm。 3.攪拌軸的各段長度和直徑

38、 Ⅰ段軸的直徑為d1=40mm，該段要安裝聯(lián)軸器及小鏈輪，綜合考慮確定長度L1=185mm，此處采用A型平鍵實現(xiàn)周向固定。 Ⅱ段軸要安裝SN209型滾動軸承座，依據(jù)軸承座標(biāo)準(zhǔn)尺寸確定軸徑d2=45mm，考慮到此段長度應(yīng)使大小鏈輪配合，取L2=219mm。 Ⅲ段軸徑依據(jù)軸承座標(biāo)準(zhǔn)尺寸取d3=55mm，此段要安裝攪拌筒密封蓋板、軸承端蓋、6211型深溝球軸承及與攪拌空心軸連接，取L3=426mm。 Ⅳ段軸為空心軸，其外徑D4=75mm，內(nèi)徑d4=55mm，L4=1500mm，材料為熱軋鋼管。 Ⅴ段上安裝與Ⅲ段相對應(yīng)零部件，故取d5=55mm，L5=271mm。 Ⅵ段安裝與Ⅱ段相對應(yīng)的

39、軸承座，取d6=45mm，L6=59mm。 攪拌軸的結(jié)構(gòu)、尺寸如圖9。 圖9.攪拌軸結(jié)構(gòu) Figure 9. Stirring shaft structure 4.選擇輸送軸的材料并確定許用應(yīng)力 為保證改進(jìn)后的輸送軸的強(qiáng)度，選輸送軸材料為0Cr19Ni9不銹鋼淬火處理，查表14-1強(qiáng)度極限為σ≥520MPa,，查表14-5得許用彎曲應(yīng)力σ0.2≥206MPa。 5.輸送軸的各段長度和直徑 Ⅰ段連接離合器，離合器軸徑為35mm，故此段軸徑d1=35mm，參照離合器長度尺寸，確定L1=15

40、5mm，周向固定采用A型平鍵。 Ⅱ段安裝SN209型滾動軸承座，根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)尺寸，確定該段軸徑d2=45mm，長度L2=69mm。 Ⅲ段依據(jù)軸承座標(biāo)準(zhǔn)尺寸取d3=55mm，軸上要分別安裝51211型推力球軸承、軸承蓋板、密封蓋板并與輸送空心軸連接，故其長度取L3=26mm。 Ⅳ段為輸送器空心軸，外徑D4=75mm，內(nèi)徑d4=55mm，長度L4=1500mm。 Ⅴ段安裝與Ⅲ段對應(yīng)的零部件，故d5=55mm，L5=246mm。 Ⅵ段段安裝與Ⅱ段相對應(yīng)的軸承座，取d6=45mm，L6=59mm。 輸送軸的結(jié)構(gòu)、尺寸如圖10。 圖10.輸送軸的結(jié)構(gòu) Figure 10.

41、Conveying the structure axis 11.2 軸的校核 選攪拌軸進(jìn)行校核：已知A點所受圓周力為Ft=1756N，徑向力Fr=2740N,軸向力太小忽略不計；C點所受圓周力Ft=4435N，徑向力、軸向力較小可忽略不計。 1.分別求出B、D點所受的周向力和徑向力并繪制受力圖，如圖b 由FrBAB=FrDAD FrA+FrD=FrB 求得FrD=315N FrB=3055N 由FtBAB+FtCAC=FtDAD FtA+FtC=FtB+FtD 求得FtB=3255N FtD=2936N 2.分別求出水平面、垂直面彎矩，并繪制彎矩圖，如圖c、d 由

42、MBH=FtAAB=1756219=3.8105N?mm MCH=FtCAC-FtBBC=44351245-32551026=2.2106N?mm 由MBV=FrAAB=2740219=6.0106 N?mm MCV=FrCAC-FrBBC=-30551026=-3.1106N?mm 3.分別求合成彎矩并繪制合成彎矩圖，如圖e MB=MBH2+MBV2=3.81052+6.01052=7.1105N?mm MC=MCH2+MCV2=2.21062+-31.1062=3.8106N?mm 4.求C點轉(zhuǎn)矩并繪制轉(zhuǎn)矩圖，如圖f 由T=FtCd2=44354102=9.1105 N?

43、mm 5.求C點當(dāng)量彎矩 由MCe=MC2+αT2=3.81062+0.69.11052=3.8106N?mm。此處可將軸的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力應(yīng)看做脈動循環(huán)，取α=0.6。 6.校核危險截面處的強(qiáng)度 由圖分析危險截面在B、C點處，對該兩點進(jìn)行校核 B截面：δeB=MBWB=7.11050.1453=77.9MPa≤206MPa C截面：δeC=MCeWC=3.81060.1753=90MPa≤206MPa 故軸的強(qiáng)度足夠。 圖11.軸的強(qiáng)度計算 Figure 11. Axis Strength 12 機(jī)

44、架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為保證該機(jī)械在工作過程中不發(fā)生穩(wěn)定性的問題，采用60方鋼焊接框架進(jìn)行支撐，并在較大受力處焊接加強(qiáng)肋板。 13 本機(jī)的應(yīng)用前景和待解決的問題 13.1 應(yīng)用前景 保護(hù)環(huán)境是我國的一項基本國策。隨著能源的緊張和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，對餐廚垃圾的再利用逐漸為人們所認(rèn)識，妥善處理餐廚垃圾已成為當(dāng)務(wù)之急。從20世紀(jì)70年代起，一些國家便著手進(jìn)行餐廚垃圾的再利用研究。我國的餐廚垃圾再利用研究剛剛起步，但前景樂觀。我國有豐富的餐廚垃圾資源，有極大的潛在效益。而餐廚垃圾肥料加工機(jī)可在城市餐廳，食堂以及社區(qū)進(jìn)行大規(guī)模推廣，在源頭解決餐廚垃圾帶來的各種問題，讓消費者吃上放心食品；所

45、產(chǎn)生的有機(jī)肥料具有巨大附加值，為和諧社會的建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。由此可見，餐廚垃圾肥料加工機(jī)有相當(dāng)可觀的應(yīng)用前景。 13.2 待解決的問題 由于本機(jī)暫處于理論設(shè)計階段，在機(jī)械性能方面還有待檢測完善，突出表現(xiàn)在以下幾個方面： 1.機(jī)械的穩(wěn)定性：由于支撐架是由60方鋼及加強(qiáng)肋板制作，而整機(jī)的相對較高，所以機(jī)械穩(wěn)定性方面有待加強(qiáng)改進(jìn)。 2.機(jī)械各個功能的協(xié)調(diào)性優(yōu)化：因本機(jī)兼具攪拌、干燥、發(fā)酵等功能，所以需要對這些功能的協(xié)調(diào)性進(jìn)行優(yōu)化，例如：攪拌速度與干燥加熱溫度的確定，發(fā)酵過程中濕度、PH值、溫度的調(diào)節(jié)等。 14 總結(jié) 通過近兩個月的畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)歷了方案提出——理論論證——結(jié)構(gòu)設(shè)計——繪

46、制圖紙——編寫說明書這幾個過程，尤其在結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制圖紙階段，將四年所學(xué)的知識進(jìn)行了大匯總，復(fù)習(xí)并鞏固了知識內(nèi)容，梳理了知識框架。感覺收獲頗豐，從中初步體會到了設(shè)計者的辛苦和樂趣，雖然這次設(shè)計只是設(shè)計人生的起步，但我相信自己會在這條路上走的越來越遠(yuǎn)。 參考文獻(xiàn)： [1] 王丹陽，弓愛君等.北京市餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2010.2. [2] 劉會友，王俊輝等. 厭氧消化處理餐廚垃圾的工藝研究［J］.能源技術(shù)，2005.8. [3] 李長河.農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械使用技術(shù)問答［M］.人民交通出版社，2001. [4] 吳守一.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)［M］.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社

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