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1、 第 32 頁 共 32 頁 1 引言 1.1 廚房食物垃圾處理的緊迫性 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市生活水平的提高和人口的增長，生活立即的排放量急劇增長。據(jù)建設(shè)部調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2001年我國城市生活垃圾清運(yùn)量為1.35億噸/年，占世界總量的四分之一以上[1]，年增長率在8%左右。由于垃圾產(chǎn)量的快速增加和我國垃圾處理能力的不足，給人民生存環(huán)境和日常生活帶來危害。目前，我國生活垃圾日處理量僅占垃圾生存總量的45%，有近一半的生活垃圾不能及時處理而隨意堆置，從而造成細(xì)菌繁衍，老鼠橫行，污水橫流，臭氣熏天，嚴(yán)重影響著人們的生活環(huán)境和身體健康。同時中國的人均耕地面積不足0.13hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界

2、人均0.31 hm2的水平，可全國未處理而堆積的垃圾達(dá)60億噸，占用土地約為50萬hm2，在大量浪費(fèi)土地資源的同時也對土地產(chǎn)生污染。有資料表明，1節(jié)一號電池可使1平方米的土地失去其使用價值。在水資源方面，中國是世界上13個貧困水國之一，全國668座城市中有400多座城市缺水，其中110多座城市嚴(yán)重缺水，而歷年堆放垃圾中的重金屬以及在垃圾腐爛過程中產(chǎn)生的病原微生物，使一些城市的水源遭到污染。 在我國，垃圾處理主要采用填埋技術(shù)，但填埋技術(shù)不過關(guān)，在耗費(fèi)大量財(cái)力的同時造成垃圾的二次污染，嚴(yán)重影響著人們的正常生活環(huán)境。垃圾產(chǎn)量的迅速增長，已經(jīng)制約了城市的發(fā)展，我國政府對垃圾處理問的高度重視，在不斷增

3、大投資力度，加強(qiáng)垃圾的處理。同時，還制定了一系列相關(guān)政策及規(guī)范，提出了“以減量化為基礎(chǔ)，以無害化為主體，以資源化為目標(biāo)”的方針。目前 ，集合我國生活垃圾的特點(diǎn)，開發(fā)較為有效的處理技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。 近幾年來，由于人們的生活水平的提高，生活結(jié)構(gòu)的改變，生活垃圾的成分也發(fā)生了很大的變化。集中供應(yīng)熱合煤氣的廣泛應(yīng)用，使垃圾成分中煤灰的比例大為減少，而食物垃圾的數(shù)量越來越大，占城市生活垃圾總量的50%，并成上升趨勢。在上海，每天產(chǎn)生生活垃圾約為1.3萬噸，其中70%為生活垃圾，每年處理的總量約為300萬噸。在北京，每天產(chǎn)生的剩飯、剩菜就達(dá)1600噸，每月回收饅頭約為20噸左右，相當(dāng)于140人一年的

4、口糧，而春節(jié)期間至少增長50%以上[2]。從環(huán)境衛(wèi)生角度看，食物垃圾是一種污染，但總資源角度看，它也是一種再生資源，這些被丟棄的有機(jī)物可通過生物技術(shù)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，而去掉有機(jī)物的生活垃圾可用來焚燒發(fā)電，可有效的緩解能源危機(jī)，具有生態(tài)環(huán)境效益和社會效益[3]。 表1為上海市1988—2000年生活垃圾成分調(diào)查統(tǒng)計(jì)以及2005—2015年預(yù)測值[4]。 年份 產(chǎn)生量 有機(jī)垃圾(%) 無機(jī)垃圾(%) 紙類 塑料 竹子 布類 廚余 果類 金屬 玻璃 渣石 1988 240 4.3 2.99 1.94 1.68 70.61 10.94 1.02 2.91

5、 3.61 1990 301 4.26 4.19 1.44 1.14 70.05 12.04 0.95 3.74 2.19 1993 335 8.36 7.54 1.89 1.97 61.09 11.08 0.72 4.74 1.86 1995 372 6.5 11.21 1.47 2.17 56.66 11.99 0.91 3.81 2.29 1997 454 8.05 11.78 1.44 2.24 58.06 12.03 0.58 4 1.82 2000 641 8.02 13.93 1.

6、43 2.81 54.66 12.84 0.85 4.15 1.26 2005 709 10.83 13.21 1.93 3.21 62.37 0.83 5.45 2.7 2010 863 12.82 12.98 2.49 4.41 58.76 0.98 5.64 1.92 2015 1050 15.44 12.62 2.86 5.28 55.78 0.87 5.36 1.79 通過該表可見，在上海市的生活垃圾中，有機(jī)腐敗的垃圾成分（廚房垃圾）和可燃成分（紙張、塑料橡膠、織物等）占有很大比例，其中廚余位生活垃圾中有機(jī)垃圾

7、的主要成分，而無機(jī)垃圾的成分是在持續(xù)下降的。 1.2廚房食物垃圾特征及其危害 1.2.1 廚房危害垃圾的特征 食物垃圾主要生活指在食物加工和飲食消費(fèi)過程中產(chǎn)生的易腐爛、易生物降解的廢棄物。一半在食品加工過程中產(chǎn)生的食物殘余成為廚余，飲食消費(fèi)后的食物殘?jiān)Q為泔腳。從化學(xué)成分上看主要是淀粉、纖維蛋白脂類和無機(jī)鹽等。食物垃圾的來源比較集中，主要是城鎮(zhèn)菜場垃餐館飲食業(yè)垃圾、家庭廚房垃圾及各種市場的瓜果皮等城鎮(zhèn)垃圾。 （1） 食物垃圾具有較低的發(fā)熱值 發(fā)熱值又稱發(fā)熱量，是指1Kg的垃圾完全燃燒后所釋放出的熱量，人們常用發(fā)熱值來衡量或表示垃圾作為燃料的價值和能力。由于食物垃圾的水分含量很高，所以

8、其單位質(zhì)量的地位熱量在2100—3100kJ/kg左右，（當(dāng)垃圾的平均低位熱值高于3349KJ/kg時焚燒過程不用添加任何助燃劑，高于4180KJ/kg時可進(jìn)行余熱利用如發(fā)電）故需加入燃油或煤等燃助，使成本增加，同時要注意控制溫度，防止灰塵、二惡英等有害物質(zhì)產(chǎn)生[5]。 （2） 營養(yǎng)元素高，可實(shí)施資源化 食物垃圾中營養(yǎng)元素含量高，干物料中粗脂肪約為29%，是大豆的1.5倍；粗蛋白約占20%，是玉米的2倍，有實(shí)驗(yàn)不挨罵粗脂肪消化率為88.26%，粗蛋白消化率為89.63%，其消化率與常規(guī)飼料相近，是生產(chǎn)綠色飼料最理想的原料。但是由于我國垃圾不是分類處理，各種垃圾混合在一起，導(dǎo)致大量營養(yǎng)元素的

9、浪費(fèi)。 1.2.2 廚房食物垃圾的危害 廚房食物垃圾中含有大量易腐物質(zhì)，而我國垃圾收集容器和運(yùn)輸車輛對其并不適宜，從而帶來在垃圾收集和運(yùn)輸過程中的二次污染。同時，食物垃圾因其含水量大，又是垃圾填埋場的滲濾液的主要來源。由于食物垃圾易腐爛，產(chǎn)生臭氣污染大氣的同時還使蒼蠅、蟑螂等害蟲橫行，傳播疾病。加之人們環(huán)保意識較為單薄，在一些城郊結(jié)合區(qū)，可以看見餐廚垃圾被隨意倒入陰溝、路邊，嚴(yán)重影響了市容環(huán)境衛(wèi)生。再者，我國有把餐廚垃圾作為牲畜飼料的習(xí)慣，一些垃圾的細(xì)菌、重金屬會通過牲畜的內(nèi)臟危害人體的健康，更有甚者，有一些不法之徒為了謀求暴利，降低成本，甚者用“泔水油”提煉色拉油來加工食品，危害百姓。

10、 1.3 食物垃圾的出來方法 由于我國垃圾沒實(shí)行分類管理，所以廚房食物垃圾混合在城市生活中做一般常規(guī)處理。 1.3.1 衛(wèi)生填埋 此特點(diǎn)是操作簡單，可處理多種類型的垃圾，但投資大，占地多，垃圾處理沒有減量化和資源化。填埋場受容量的限制，有一定的使用期限，一個填埋后，又要重新征地新建，而我國耕地面積小，這樣據(jù)出現(xiàn)了“人與垃圾征地”的局面。另外，由于衛(wèi)生填埋產(chǎn)生的滲濾液能使周圍的地下水及土壤受到污染（美國就曾發(fā)生過花費(fèi)數(shù)百億美元治理被垃圾填埋場滲漏液污染的地下水事件），故國外一些國家規(guī)定填埋的垃圾中有機(jī)物含量不能超過5%。我國在有機(jī)垃圾的含量持續(xù)提高的同時，真正達(dá)到要求的填埋廠卻并不多，有關(guān)

11、部門對我國298個垃圾填埋場的濾液進(jìn)行檢測，有86個超標(biāo)，占81.4%，故我國垃圾填埋場附近的環(huán)境狀況并不樂觀[6]。垃圾填埋后，會釋放大量甲烷等溫室氣體，污染空氣產(chǎn)生溫室效應(yīng)的同時也易引起爆炸，威脅著周圍居民的安全。再者，根據(jù)物質(zhì)不滅和能量守恒定律，垃圾是物質(zhì)循環(huán)和能量流動的一種形式，其內(nèi)部蘊(yùn)藏著巨大的能量和價值。食物垃圾中含有更加豐富的有機(jī)物，可回收再利用的成分很高，卻裝直接的丟棄，造成能源的浪費(fèi)[7]。所以填埋雖然現(xiàn)在是垃圾處理的主要方法，但今后會不斷的減少。 1.3.2 焚燒 焚燒時在高溫下燃燒垃圾，達(dá)到大量消減固體的目的，能迅速實(shí)現(xiàn)垃圾的“減量化”焚燒后的體積僅為原來的5%—15

12、%[4]，同時焚燒產(chǎn)生的余熱還可以發(fā)電和供熱，對其土地面積較小的國家，此種方法受到青睞。咋日本，垃圾焚燒量超過66%。其缺點(diǎn)是產(chǎn)生煙塵污染，投資較大。我國引進(jìn)的垃圾焚燒設(shè)備，若處理100t/d垃圾，其減少成本接近1億元人民幣[8]，中等城市的財(cái)政難以承受。另外，我國的垃圾結(jié)構(gòu)也不合適焚燒，表2和表3為長春市主城區(qū)生活垃圾的三成分和垃圾各水分的含水率。 表2 生活垃圾成分的百分?jǐn)?shù)(%) 成分 朝陽區(qū) 二道區(qū) 平均值 含水率 68.5 63.2 65.85 可燃分 20.6 22.3 21.45 灰分 10.9 14.5 12.7 表3 垃圾各組成的含水率(%)

13、 含水率 朝陽區(qū) 二道區(qū) 平均值 紙 68.6 71.3 69.95 纖維 67.3 57.8 62.55 塑料 46.8 53.0 49.9 橡膠 20.6 48.9 34.75 廚余 71.5 76.2 73.85 金屬 0.0 0.0 0.0 通過表2和表3的分析可知：在長春市區(qū)內(nèi)的垃圾含水率較高，平均為65.85%，正是由于垃圾的含水量高，因而降低了垃圾的熱值，增加了垃圾的焚燒難度。在各種垃圾分組中，廚余垃圾的含水率最高，而且他的組分含量也最大，所以，影響生活垃圾焚燒效果的主要因素為廚余垃圾。因此，想要對垃圾采用焚燒的處理方式，

14、最好是首先把廚余垃圾處理好。 1.3.3 堆肥 堆肥適合于食物垃圾，我國采用傳統(tǒng)的厭氧堆肥，但其周期長，常為3—6個月，并受季節(jié)性影響。由于垃圾的混合收集，垃圾中的重金屬（Pb,Cd,Hg）等在雨水的作用下滲到有機(jī)肥中，用這種肥種出的食品其重金屬含量必定會超標(biāo)，危害人體健康。資料表明，1顆紐扣電池可以污染60萬升水[9]，1節(jié)1號電池可以使1m2的土地失去其使用價值[10]。所以，無法對重金屬含量進(jìn)行嚴(yán)格控制的堆肥必需慎用。另外，由于化肥的低廉價格及廣泛應(yīng)用，使堆肥的前景并不樂觀。 1.3.4 作牲畜飼料 由于食物垃圾中含有豐富的有機(jī)物，長久以來，許多農(nóng)民到飯店、餐館收集泔水，然后未經(jīng)

15、任何處理直接運(yùn)回喂豬生產(chǎn)垃圾豬。另外，泔水在運(yùn)輸途中容易變質(zhì)，嚴(yán)重的影響著人們以及牲畜的身體健康。歐洲在1997、1998年間就發(fā)生過因垃圾飼料引起的Swine Fever疾病，導(dǎo)致家畜集體死亡的事件[11]。在我國，上海、北京等地也都先后命令禁止運(yùn)用此類垃圾喂牲畜[12]。 由此可見，食物垃圾因其特有的性質(zhì)以及傳統(tǒng)的不合理的處理方法，給人民造成危害的同時也使資源白白浪費(fèi)，故找尋合適的處理食物垃圾方式是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。 1.4 食物垃圾粉碎機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[13-15] 目前，世界各國尋求的方法各不相同，在加拿大，政府向居民免費(fèi)或低價提供堆肥桶，鼓勵居民將廚房垃圾在自己家進(jìn)行處理，而美

16、國則鼓勵居民采用食物垃圾粉碎機(jī)，一種可以安裝在水槽下面的小型機(jī)器。廚房中產(chǎn)生的食物垃圾可以快速的粉碎為小顆粒，隨流水一起進(jìn)入排水管道。這種機(jī)器源于美國，上個世紀(jì)40年代，一名叫約翰海墨的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出世界上第一臺垃圾粉碎機(jī)，目的是為了減輕妻子的負(fù)擔(dān)，并且可以保護(hù)廚房環(huán)境。產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)非常簡單，只有一臺電機(jī)驅(qū)動的滾刀。在以后的幾十年，隨著機(jī)器被不斷的改進(jìn)，人們也開始逐步開始接受。為全面考察食物垃圾粉碎機(jī)可能造成的影響，20世界80年代紐約市政府曾聯(lián)合美國環(huán)保局、城市管道部門、國家衛(wèi)生部等多方面力量，進(jìn)行了一項(xiàng)為期三年的聯(lián)合調(diào)查，試圖從多角度來評估食物垃圾粉碎機(jī)對城市周圍水質(zhì)、城市管道、污水處理廠、

17、耗水量和耗電量的影響，結(jié)果表明食物垃圾粉碎機(jī)的應(yīng)用對城市水質(zhì)沒有任何影響，城市管道不會被堵塞，增加污水處理的負(fù)擔(dān)，耗電量及耗水量有所增加，但可大大降低城市中食物垃圾數(shù)量。由于固體垃圾的處理費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢水的處理費(fèi)用，所以綜合全面因素進(jìn)行核算，應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)可以為國家節(jié)約成本。從此，食物垃圾粉碎機(jī)開始在美國批量銷售，不少城市甚至以法律形式強(qiáng)令使用。目前，這已機(jī)器在美國普及率在95%以上，據(jù)世界首位，并波及世界其他國家，象瑞典、澳大利亞、法國、日本等都相繼研究和應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)，其中日本普及率達(dá)到35%以上。 在世紀(jì)九十年代末，食物垃圾粉碎機(jī)進(jìn)入中國?，F(xiàn)在美國艾默生電器公司的ISE系列、美國

18、通用電器的Dispose系列、美國摯通公司的U系列等幾種品牌的食物垃圾粉碎機(jī)壟斷中國，但中國自行研制的適合我國的食物垃圾粉碎機(jī)卻仍很少，相關(guān)資料很少。由于直接照搬國外產(chǎn)品，它不適合中國的住房特點(diǎn)和飲食結(jié)構(gòu)。首先，國外機(jī)器采用交流電動機(jī)，交流電動機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)速范圍廣，維護(hù)方便，但它噪音大，體積大且笨重，歐美國家廚房的水槽偏厚，可以承受住大的壓力，可中國水槽薄，食物垃圾粉碎機(jī)很容易把水槽壓壞。同時，機(jī)器使用中產(chǎn)生的大噪音也是不容忽視的因素。另外，國外機(jī)器價格太高，一般百姓難以承受。像美國摯通泔水生產(chǎn)的U-308型食物垃圾粉碎機(jī)價格為1580元，而insinkerator公司生產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)

19、品價格竟為2500多元，如此高的價格為食物垃圾粉碎機(jī)在中國的廣泛推廣設(shè)置了障礙。 鑒于以上因素，研制一款適合我國國情的食物垃圾粉碎機(jī)十分重要。 1.5 課題目的和研究意義 1.5.1 課題目的 依據(jù)我國的實(shí)際情況，研制適合本國的廚房食物垃圾預(yù)處理裝置—廚房食物垃圾粉碎機(jī)，使居民在家中可以直接對廚房垃圾進(jìn)行初步處理，處理掉的食物垃圾通過下水管道排到陰井中。這樣就在源頭上避免了食物垃圾造成的污染，同時實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾的減量化之目的。 1.5.2 研究的意義 國外成功應(yīng)用食物垃圾粉碎機(jī)來減少食物垃圾的經(jīng)驗(yàn)，為我們吃力日益增加的食物垃圾開辟了一條新途徑，從而呼喚適合我國的食物垃圾粉碎機(jī)。

20、另外，從源頭解決處理廚房食物垃圾污染的研究還是有很多優(yōu)點(diǎn)： （1） 大量減少易腐垃圾數(shù)量，提高環(huán)境質(zhì)量 目前，國家對生活垃圾的處理原則是垃圾的減量化、無害化和資源化。而減量化位居第一位可見其重要性。廚房垃圾粉碎機(jī)為食物垃圾的破碎預(yù)處理裝置，可對廚房垃圾進(jìn)行初步處理，不但減少垃圾的堆放量，同時確保人民有一個健康、整潔的生活環(huán)境，進(jìn)而減少疾病的傳染。 （2） 易于垃圾的再處理 由于廚房垃圾含有大量的水分，給垃圾的粉碎帶來很大的困難，上海浦東垃圾焚燒廠現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進(jìn)行垃圾焚燒，這樣一方面增加垃圾成本，另一方面在能源緊缺的中國還造成能源大量浪費(fèi)。但是若把廚房垃圾在源頭切斷，則可

21、大大的提高生活垃圾的焚燒熱值，同時對垃圾填埋產(chǎn)生的滲漏問題也可大大改觀。 （3） 具有經(jīng)濟(jì)、社會效益 由于我國經(jīng)濟(jì)與科技水平還不十分發(fā)達(dá)，高額投入垃圾處理有較大的困難，許多固體垃圾處理廠在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)后，由于缺乏科學(xué)的管理和資金的支持，處于半停產(chǎn)狀態(tài)；一些小區(qū)雖然引進(jìn)廚房垃圾的生化處理機(jī)，但其使用成本太高，已經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。擬研制的食物垃圾粉碎機(jī)作為一種面向家庭、賓館及飯店的小型機(jī)器，使有體積小，成本低，經(jīng)濟(jì)耐用的特點(diǎn)，可以被人們接受。加上政府在政策和輿論打擊宣傳引導(dǎo)，實(shí)行鼓勵政策，一方面提高了百姓的婚嫁參與意思，充分調(diào)動社會力量保護(hù)環(huán)境。另一方面，政府還可把節(jié)省下來的大量開

22、支（例：二次污染治療費(fèi)、城市生活垃圾運(yùn)輸費(fèi)）用來研制、開發(fā)垃圾處理的新項(xiàng)目。 please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 2.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的可行性分析 固體垃圾的破碎裝置有碾磨、剪切、粉碎等多種方式，這是固體垃圾處理的預(yù)處理階段。本文所要設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾粉碎機(jī)就是利用方式、剪切等方法把廚房食物垃圾快速粉碎成3-5mm的顆粒狀，通過下水裝置排入污水管道系統(tǒng)。圖1為食物垃圾粉碎機(jī)的工藝流程圖。 排入污水管道

23、的垃圾，其顆粒越小或密度越接近于水的密度，可顆粒不會沉淀。據(jù)上海市環(huán)境研究所和美國賓夕法尼亞的環(huán)境工程研究院最近聯(lián)合調(diào)查顯示，經(jīng)美國摯通泔水的U系列食物垃圾粉碎機(jī)處理過的食物垃圾在點(diǎn)位體積內(nèi)的分子數(shù)平均低于水分子的含量，食物垃圾的沉淀量少。廢水由高處依靠重力作用以一定的流速流入污水管道系統(tǒng)。由于在進(jìn)行污水管道的力學(xué)設(shè)計(jì)時，其原則是：不沖刷、不淤積、不溢流、要通風(fēng)。所以在我國規(guī)定，污水溝道的最小流速為0.6m/s。被分散到一定的顆粒進(jìn)入下水道后，在此流速系下完全可隨水流沿城建管道送入生活污水處理廠進(jìn)行處理。荷蘭有研究人員在荷蘭選取一些老城區(qū)做的研究表明：在設(shè)計(jì)的城市管道容量下，不會堵塞排水管道，

24、而且我國現(xiàn)在正在增加城建管道的容量，廣泛使用塑料管道，增加管道的抗腐蝕性，加大污水廠的處理能力等各項(xiàng)措施，都有利于食物垃圾粉碎機(jī)進(jìn)入千家萬戶。但是，由于國外情況與我國并不完全相同而且食物垃圾粉碎機(jī)對人們來說還是一個新事物，所以它能否被人們所接受，大量使用后的狀況如何等問題還需要進(jìn)一步去驗(yàn)證。 廚房食物垃圾破碎后的顆粒在隨流水流動的過程中，有可能被管道上的淤泥所阻擋而滯留，這時有機(jī)顆粒依靠厭氧菌群和兼性菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵。由于參加反應(yīng)的微生物種類多，這一過程很復(fù)雜。一般可分為酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個階段。在酸性發(fā)酵的過程中，纖維素、淀粉等碳水化合物水解成甘油和脂肪酸，并進(jìn)一步降解形成各種低級的有機(jī)

25、酸。產(chǎn)氫和產(chǎn)已酸菌群把上述水解發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)一步分解為乙酸、氫和二氧化碳。在產(chǎn)甲烷菌群的作用下，生成甲烷和二氧化碳，完成對廚房垃圾有機(jī)廢物顆粒的消化過程。流入生物污水處理廠的有機(jī)顆?？勺鳛闋I養(yǎng)元為污泥提供營養(yǎng)，也可提取作為肥料在利用，這里就不加以詳細(xì)論述。 圖1 食物垃圾粉碎機(jī)的工藝流程圖 2.2 廚房食物粉碎機(jī)的工作原理及組成 2.2.1 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的工作原理 廚房食物垃圾粉碎機(jī)就是把食物垃圾從投物口投到機(jī)器內(nèi)，在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時，被處理無與刀盤同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個速度差，加上離心力對被處理無的作用，使被處理物與刀盤的運(yùn)動不同向，這樣，依靠內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對被

26、處理物進(jìn)行破碎，撕拉等作用，是食物垃圾迅速變?yōu)?—5mm顆粒，在流水的作用下通過下水管道排走 2.2.2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的組成 設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾粉碎機(jī)由投入口、粉碎室、驅(qū)動電機(jī)和排污口四部分組成。見圖2所示。驅(qū)動電機(jī)為粉碎機(jī)提供動力來源，粉碎室內(nèi)裝有多重多向的粉碎刀組，是對事物垃圾進(jìn)行粉碎的主要元件。粉碎室上部與投入口相連，與洗滌盆相接，是垃圾開始投入的地方。粉碎室下部側(cè)壁設(shè)計(jì)有排污口，當(dāng)食物垃圾在粉碎室被粉碎刀盤粉碎后，在水流的作用下排走。其中驅(qū)動電機(jī)和粉碎刀盤為垃圾粉碎機(jī)的關(guān)鍵部分，他們的好壞直接影響食物垃圾粉碎機(jī)的使用效果。 圖2 廚房食物垃圾粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 2.3 粉

27、碎刀盤組合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3.1 刀具基本尺寸的確定 目前我國廚房洗滌盆下水口的結(jié)果尺寸基本上是統(tǒng)一的，直徑為114mm，只是在輪廓上有大小、深淺之分。因此參照此基本尺寸，初步確定刀盤直徑：d=114mm,刀盤厚度：t=3mm. 2.3.2 粉碎刀盤的力學(xué)分析及材料的選擇 2.3.2.1 粉碎刀盤工作的載荷 組合刀盤工作時需要克服助力，為確保刀盤有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)刀盤時首先應(yīng)對刀盤所承受的載荷進(jìn)行分析。我們把刀盤理想為一個繞中心軸旋轉(zhuǎn)的一塊薄板，在它上滿作用流體旋轉(zhuǎn)阻力矩以及破碎食物垃圾（削、撕、磨）時的阻力。 （1） 流體旋轉(zhuǎn)阻力矩 設(shè)一個半徑為R的圓盤，在本來靜止的

28、流體中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過圓盤中心前與圓盤垂直。由于圓盤旋轉(zhuǎn)時，緊靠圓盤的外緣處離開圓盤；而新的流體層則逼近圓盤，并依次外拋。這樣，經(jīng)過一個短暫的起始階段后，變建立一個定常流動，它對圓盤的旋轉(zhuǎn)施加了相當(dāng)大的阻力。 設(shè)：圓盤上單位體積的流體，切應(yīng)力的方向與圓盤成角。 切應(yīng)力的徑向分量 (1) 徑向動量的增長同被圓盤帶著轉(zhuǎn)動的流體的離心力平衡 (2) 為被帶著轉(zhuǎn)動的流體層的厚度的量度，為圓盤旋轉(zhuǎn)的角速度，r為圓盤半徑，故切應(yīng)力的徑向的徑向分量與成比例，即

29、 (3) 即 切應(yīng)力的軸向分量，而 (4) 切應(yīng)力的軸向分量 (5) 按其量級可表示為 (6) 圓盤的旋轉(zhuǎn)速度等于旋轉(zhuǎn)角速度乘以圓盤的半徑 (7) 所以： 把(3)代入(7)消去得： 由實(shí)驗(yàn)可知：與半徑無關(guān)，為一個常量

30、 (8) 根據(jù)運(yùn)動粘性系數(shù)定義： (9) 為運(yùn)動粘性系數(shù)定義，為粘性系數(shù)，為密度 把(9)代入(8)中： (10) 把(10)代入(3): 由于為常量，所以得 轉(zhuǎn)矩M與面積力臂成比例 M~ 對于半徑為r和周向速度為的圓盤，其系數(shù)為3.87/2，故阻力矩為 please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 由此可以得出，流體阻力矩M=0.1

31、103 NM 又因?yàn)椋? M= 故： =0.1103/0.057 =1.9N 所以流體阻力為： (2) 垃圾形成的阻力 由于食物垃圾為軟垃圾，焚燒時產(chǎn)生很小的阻力,在對食物垃圾（不包括玻璃、陶瓷、革制品、碎布、羽毛）中常見的魚剩菜等進(jìn)行破碎測試時得到阻力大約為 =11.5N 2.3.2.2 粉碎刀盤、粉碎刀材料的選擇 廚房食物垃圾粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一是組合刀盤及刀片。在材料的選擇上必須保證它耐腐蝕、不生銹、滿足一定的強(qiáng)度和剛度，同時要考慮其機(jī)械加工性和經(jīng)濟(jì)性。為此，我們在1Cr13和9Cr18兩種材料中參考表4進(jìn)行選擇。 表4 材料1Cr13、9

32、Cr18參數(shù)表 材料 性能 1Cr13 9Cr18 化學(xué)成分(質(zhì)量數(shù)%) C0.15 Cr11.50~13.50 C0.90~1.00 Cr17.00~19.00 密度 7.75 7.8 硬度(HBS) 159 255 屈服強(qiáng)度 345 — 抗拉強(qiáng)度 540 — 加工性能 普通材料，稍難加工 難加工材料 價格(千元/噸) 5 5 用途 具有良好的耐腐蝕性，機(jī)械加工性，一半用在刃具制造上 一般用作不銹切片、機(jī)械刃具、剪切道具、手術(shù)刀片及高耐磨設(shè)備零件 (1)材料中C的含量越高，其耐腐蝕性越差 （2）在鋼種加入

33、Cr能顯著體改鋼的抗氧化作用，增加鋼的抗腐蝕能力，并能提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性，從而性能顯著提高鋼的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，因而在各種用途的鋼種普遍加入數(shù)量不等的Cr。但由于我國Cr資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。 根據(jù)表2.1的分析可以看出，在滿足使用要求的前提下，1Cr13比9Cr18易加工，C、Cr的含量低，價位大體相當(dāng)，所以，本文機(jī)器的刀盤及旋轉(zhuǎn)刀片選用1Cr13作為材料來加工。 2.3.3 粉碎刀盤的強(qiáng)度校核 粉碎刀盤受到循環(huán)載荷的作用，能發(fā)生疲勞破壞。刀盤時決定粉碎機(jī)壽命長短的因素之一，因此，按無限壽命設(shè)計(jì)，即要求各部件在工作載荷作用下具有無限長的疲勞壽命。金屬

34、材料在交變應(yīng)力下的強(qiáng)度常用-N曲線或疲勞極限來衡量，見圖3 對于剛才來說，-N曲線有一條水平漸近線，這意味著時，試件經(jīng)受有限循環(huán)會發(fā)生疲勞破壞；當(dāng)時，試件則能經(jīng)受無限次循環(huán)而不發(fā)生破壞。為此，設(shè)計(jì)時應(yīng)力水平應(yīng)該很低，以便有足夠的應(yīng)力儲備。 疲勞極限與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系如下： 0.25

35、 =135 M 即：的最小值為135 M 計(jì)算 設(shè)在距圓心為處取一微面積dA,其上內(nèi)力dA對x軸之矩為dA，將所有內(nèi)力矩求和即得到截面上的力矩： dA (13) 圖4 截面上的力矩圖 其中A為截面面積 根據(jù)虎克定律： (14) 將(14)代入(13)得： dA 將常數(shù)G、提至積分外得 dA 是與圓截面有關(guān)的一個幾何量，以及慣矩表示，所以 (15) 將(15)代入(14)得： 圓盤上最大的應(yīng)

36、力在截面周圍周邊個點(diǎn)，故代入： (16) = = = =7.85 =13.5N =13.5+11.5+1.9cos =25N 代入(16)得： = = =32 =13.2M 即 依據(jù)-N曲線，當(dāng)時

37、，試件則能經(jīng)受無限次循環(huán)而不發(fā)生破壞，設(shè)計(jì)中到盤滿足強(qiáng)度要求。 2.3.4 粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)我國食物力矩種類多，硬度、粘性差別大的特點(diǎn)，采用組合刀盤式粉碎刀，由固定刀組和擺動刀組組成，結(jié)構(gòu)為： 旋轉(zhuǎn)刀組由刀盤和擺動刀片組成。刀盤為組合刀盤，上面有尖形塊、直徑為3mm和4mm的小孔，實(shí)現(xiàn)垃圾粉碎及排出。擺動刀片可繞固定軸作90擺動。旋轉(zhuǎn)刀片和組合刀盤分為上下兩層，在電動機(jī)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)；粉碎室內(nèi)壁四周嵌有套裝成一體的內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)作為固定刀組，內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)與粉碎刀盤有一間隙，利用間隙對食物垃圾進(jìn)行切、撕、磨等破碎操作。 組合刀盤式粉碎刀具有以下作用： ① 對于硬度較小、粘性

38、較大的食物垃圾，在可隨電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的刀盤上設(shè)置兩個擺動刀和刀片，與粉碎室內(nèi)部的端齒環(huán)共同作用，實(shí)現(xiàn)對食物垃圾進(jìn)行剪切和機(jī)械撕裂破碎功能。 ② 對于硬度較大的、粘性較小的食物垃圾在轉(zhuǎn)盤上設(shè)置了兩個尖形固定刀，在離心力的作用下，食物垃圾很容易運(yùn)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)盤的邊緣，為此，在粉碎室內(nèi)壁四周設(shè)置了平齒環(huán)。平齒環(huán)和端齒環(huán)共同作用，對于食物垃圾進(jìn)行切、撕、磨等破碎操作。 ③ 在旋轉(zhuǎn)刀盤上分布著許多直徑為3mm和4mm的小孔，這些小孔一方面用來排泄破碎后的顆粒和污水，另一方面可以保證轉(zhuǎn)盤足夠強(qiáng)度時減輕自重。 刀盤的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸見附錄。 2.4 驅(qū)動電機(jī)的選擇 驅(qū)動電機(jī)是食物垃圾粉碎機(jī)工作能量的提

39、供源，也使關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響著廚房食物垃圾粉碎機(jī)質(zhì)量的好壞。在設(shè)計(jì)中，電動機(jī)運(yùn)行特征為時間短，啟動頻繁，斷續(xù)工作。 2.4.1 電動機(jī)的工作基本原理及結(jié)構(gòu) 2.4.1.1 基本原理 變化的磁場會產(chǎn)生電場，使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電動機(jī)就是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械性能的機(jī)器。在電機(jī)中，電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是導(dǎo)線與磁場有相對運(yùn)動，導(dǎo)線切割磁場時，導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢；另一方面是線圈的磁通變化時，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 2.4.1.2 電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及分類 電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為定子與轉(zhuǎn)子兩大部分，定制的主要作用是建立磁場和機(jī)械支撐，轉(zhuǎn)

40、子的作用是感應(yīng)電勢，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)能力轉(zhuǎn)換。 電動機(jī)分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為同步電機(jī)、異步電機(jī)。 2.4.2 電動機(jī)的選擇 2.4.2.1 電動機(jī)種類的選擇 目前，電動機(jī)的種類繁多，價格、性能差別比較大，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的指導(dǎo)思想對電動機(jī)類型和型號進(jìn)行優(yōu)化選擇是十分重要的。 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機(jī)的啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求選擇電動機(jī)的類型，直流電動機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；具有過載能力大、能承受頻繁的沖擊負(fù)載，優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速平滑、精確、方便和范圍廣等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中，食物垃圾處理器電動機(jī)的特征為頻繁短時運(yùn)行、快速啟動，無調(diào)

41、速要求。依據(jù)直流電動機(jī)具有的特點(diǎn)和表5與表6，設(shè)計(jì)選取電機(jī)類型為直流電動機(jī)。 在直流電動機(jī)中，有一種電機(jī)的磁極是用永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動機(jī)所需要的勵磁源，從而代替了電磁式直流電動機(jī)中的線圈式磁極。這種電機(jī)為永磁直流電動機(jī)。由于無需勵磁線圈，故耗電省且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)精心選擇設(shè)計(jì)，使電動機(jī)過載能力強(qiáng)、相應(yīng)速度快、噪聲低及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)?；谏显V特點(diǎn)，設(shè)計(jì)者選用永磁直流電動機(jī)。 永磁材料的種類很多，有鋁鈷鎳系列磁鋼、鐵氧體永磁、稀土永磁等。表征永磁材料性能的主要因素：矯頑力HCB剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、最大磁能面積（BH）max以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求（BH）max最大，溫度系數(shù)小，磁

42、穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對于永磁直流電動機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動機(jī)壽命短。 外界因素能引起磁性能不可逆變化，影響磁穩(wěn)定性因素有： ① 內(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鈷鉻等不會發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各項(xiàng)異性外，都會產(chǎn)生磁后效，它們對時間的退磁率隨時間的對數(shù)變化。 ② 外因包括溫度、干擾磁場、機(jī)械力、接觸強(qiáng)磁性物質(zhì)、高能粒子輻照等。使磁能變化。 表5 電動機(jī)類型選擇參考表 負(fù)載類別 選用電動機(jī)類型 恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性的機(jī)械 選用機(jī)械特性為硬性的電動機(jī)較為適宜 恒功率負(fù)載特性的機(jī)械 選用調(diào)勵

43、磁的變速直流電機(jī)或帶有機(jī)械變速的交流異步電機(jī) 無調(diào)速要求的機(jī)械 負(fù)載平穩(wěn)，對啟動、制動無特殊要求的長期運(yùn)行的機(jī)械 小功率 普通籠型電動機(jī) 大功率 采用同步電動機(jī) 帶周期性變動負(fù)載的機(jī)械(如飛輪)或啟動條件沉重 大功率 采用繞線型電動機(jī) 小功率警告過負(fù)載能力和啟動條件校驗(yàn)通過的 采用高轉(zhuǎn)差率電動機(jī) 某些斷續(xù)運(yùn)行機(jī)械，采用交流電動機(jī)在啟動、發(fā)熱、制動等發(fā)面不能滿足技術(shù)要求或經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)過低 采用直流電動機(jī) a 由于溫度可引起永磁體的材質(zhì)和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退磁性質(zhì)的永磁體時，應(yīng)使永磁體在最低使用溫度下工作。在尺寸比相同的情況下，各種永磁體的退磁率隨外磁場增

44、大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點(diǎn)選在膝點(diǎn)之上，則守外磁場的影響很小。 b 機(jī)械振動和沖擊力引得退磁率一般不大，磁體尺寸越大、矯頑力提高。顯著的退磁一般發(fā)生在多次沖擊和較長時間振動的初期，以后趨于穩(wěn)定。 為使永磁材料在使用時磁性穩(wěn)定，對材料必須預(yù)先進(jìn)行穩(wěn)定化處理；高溫或低溫退磁，不同溫度范圍的溫度循環(huán)強(qiáng)制退磁、交流或直流退磁等。 表6 電動機(jī)類型選擇參考表 序號 負(fù)載性質(zhì) 生產(chǎn)機(jī)械工作狀態(tài) 選用電動機(jī)類型 平穩(wěn) 沖擊 長期 短期 斷續(xù) 調(diào)速 飛輪儲能 異步電機(jī) 同步電機(jī) 直流電機(jī) 籠型 繞線型 他勵 直勵

45、1 ② ① 2 3 4 5 6 ③ ④ 7 ③ ③ 注： 1、表示可選；2、①對于小功率機(jī)械或啟動次數(shù)較多而電網(wǎng)容量不大易受沖擊時，不推薦選用同步電動機(jī)；3、②對于大中型機(jī)械，當(dāng)電網(wǎng)容量不大時，不用籠型電動機(jī)，而選擇繞型電動機(jī)；4、③異步電動機(jī)帶調(diào)速裝置；5、

46、④需要啟動轉(zhuǎn)矩大的機(jī)械（如電車），采用直流電動機(jī) 2.4.2.2 電動機(jī)安裝、防護(hù)方式的選擇 電動機(jī)的安裝形式根據(jù)安裝時的位置不同，分為臥式和立式兩種。臥式電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸安裝后為水平位置，立式的轉(zhuǎn)抽為垂直地面的位置，立式的價格較高，但占用空間小。 電動機(jī)常見的防護(hù)方式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式四種。根據(jù)不同的使用環(huán)境和使用要求選擇不同方式。 開啟式：這種電機(jī)具有防水滴、鐵屑等雜物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)的供呢個，但不能防止潮氣和灰塵入侵，應(yīng)安裝在干燥、無塵、無腐蝕性和爆炸性環(huán)境中。 封閉式：分為自冷式、自扇冷式、管道通風(fēng)式及密封式等。這種方式，電機(jī)外的灰塵和潮氣不不易進(jìn)入電機(jī)，用于潮濕、多塵土

47、、有腐蝕性氣體、易受風(fēng)雨等較惡劣的環(huán)境，其中密閉式的電機(jī)還可浸在液體中使用。 防爆式電動機(jī)是在封閉式后的基礎(chǔ)上制成隔爆形式，機(jī)殼有足夠的強(qiáng)度，用于易燃、易爆氣體的場所。 設(shè)計(jì)時根據(jù)上述特點(diǎn)，考慮到盡量占用小的空間，避免潮濕，采用封閉式永磁直流電動機(jī)。 2.4.2.3 電動機(jī)型號的選擇 選擇電動機(jī)時，應(yīng)在電動機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理的選擇電動機(jī)的功率。若功率選得過大，設(shè)備投資過大，造成浪費(fèi)，且電動機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率較低；反之，功率選得過小，電動機(jī)將過載運(yùn)行，造成電動機(jī)的過早損壞。為此，選擇電動機(jī)容量應(yīng)進(jìn)行一些必要的分析和計(jì)算，具體可按以下三個步驟進(jìn)行： ①

48、計(jì)算負(fù)載功率Pw ② 根據(jù)負(fù)載功率Pw預(yù)選電動機(jī)的功率Pd，使Pd≥Pw，盡量接近Pw ③ 校驗(yàn)預(yù)選電動機(jī)的發(fā)熱、過載能力和啟動能力。校驗(yàn)的方法較多，工作量很大，而且準(zhǔn)確度也很難把握 在實(shí)際工作中長采用統(tǒng)計(jì)分析法和類比法。類比法就是在調(diào)查同類機(jī)械所采用電機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而確定電動機(jī)所采用的容量。本次論文設(shè)計(jì)就采用此方法。 根據(jù)前面計(jì)算，粉碎刀盤在工作時，需要克服的阻力為： F=F1+F2+F3=1.9+11.5+4.5=17.9N 刀盤的線速度 V=ΩR=2πn/60R=23.1430000.057/60=17.9m/s 負(fù)載功率：Pw=F V=

49、17.917.9=320.41W 電動機(jī)的額定功率Pd：Pd≥Pw，且留有余量取Pd=1.2 Pw Pd=1.2320.41=384W 按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取的電機(jī)型號為：95ZYT147。技術(shù)數(shù)據(jù)如下：轉(zhuǎn)速：3000r/min 功率：400W 電壓：220V 電流：2.4A 轉(zhuǎn)矩：1275mN.m 重量：3Kg ZYT系列微型永磁直流電動機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的化學(xué)組成用MOnFe2O3表示，其中M為Ba、Sr、Pb中的一種或兩種以上的二價金屬離子，n≈5.0～6.0，材料分為各向同性和各向異性兩類。它的矯頑力高，時效變化少，不含鎳、鈷等元素，價廉，原材料

50、豐富。 ZYT系列微型永磁直流電動機(jī)設(shè)計(jì)時采用了一些特殊技術(shù)： ① 磁鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應(yīng)能力。 ② 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極間削角來保證對負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線性度并降低功耗。 ③ 電機(jī)槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合已達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動、噪聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行。 本系列電機(jī)體積小，重量輕，壽命長，噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)，系封閉自冷式。我國就可生產(chǎn)，而目前在市場上的同類產(chǎn)品都為國外進(jìn)口電動機(jī)，不僅價格昂貴，而且零部件配套難，維修困哪，給顧客的使用帶來不便。 2.4.2.3永磁直流電動機(jī)的整流

51、和過載 在日常生活中，我們使用220V的交流電源，但是垃圾處理器需要直流電源才能運(yùn)轉(zhuǎn)，為此，需要增加一個整流電路，使交流電變?yōu)橹绷?，供直流電機(jī)使用。設(shè)計(jì)中采用橋式整流電路來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 永磁電機(jī)在運(yùn)行中，可能發(fā)生由于食物垃圾的堵塞，使電機(jī)的負(fù)載增加，由于電機(jī)本身有一定的過載能力，若過載不大，電機(jī)不超過允許的溫升，這種過載時允許的；但過載時間長，溫升超過允許值，將會減低電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重時會燒毀永磁電機(jī)。為保證電機(jī)正常啟動和運(yùn)轉(zhuǎn)，在電機(jī)發(fā)生較長時間過載時能自動切斷電路，防止電動機(jī)過熱而燒毀。 圖5 電機(jī)整流及過載保護(hù) 2.5控制電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目前，同類產(chǎn)品的垃圾處理器具有使用時

52、沒有二級電源控制，需要回?fù)芸傠娫?，通電后不能離開等缺點(diǎn)，這不符合中國的生活習(xí)慣。目前，隨著競爭的激烈，年輕人都在外忙于工作，家里常常只要老人和孩子，在洗滌盆處來回?fù)茈娫?，存在不安全隱患，為此，在設(shè)計(jì)中增加一套自動控制電路系統(tǒng)，目的是克服以上的不足，避免撥總電源，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，人可以離開，機(jī)器運(yùn)行一段時間后可自行停止。 2.5.1電路系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能 該電路所要實(shí)現(xiàn)的功能是啟動機(jī)器，使廚房垃圾處理器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，對垃圾進(jìn)行預(yù)處理，工作1—2分鐘后能夠自動地切斷電源使機(jī)器停止工作，按處理時間的不同，可分為1、2、3三個工作模式。1、2、3檔工作時間分別為45s、90s、150s。在使用時，若垃圾

53、量不多（如一餐垃圾），且沒有較硬垃圾，則應(yīng)用1檔，若垃圾量大（如多餐垃圾）或含少量硬度較大垃圾，則應(yīng)用2檔，若垃圾主要成分硬度較大的食物垃圾，則應(yīng)用3檔。 2.5.2 驅(qū)動電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理 圖6 CH7555引腳排列圖 驅(qū)動電路采用CH75555構(gòu)成單穩(wěn)定時電路，CH7555是一種典型的CMOS集成定時器，CH7555是在555型基礎(chǔ)上涌CMOS工藝制程的RC式時間集成電路,也稱為CMOS555。由于CH7555型時間集成電路也是使用CMOS工藝制成，故其電路結(jié)構(gòu)和工作原理與555雙極性集成定時器沒有本質(zhì)區(qū)別，只是在電氣性能中有些參數(shù)有區(qū)別。首先死CH7555的工作電源電壓范圍寬：

54、最小值是2v，最大值是18v，其次是功耗小，如靜態(tài)空載電源電流僅數(shù)百微安；但負(fù)載能力也小，如輸出電流數(shù)毫安。另外還有阻抗高、輸入漏電流小的優(yōu)點(diǎn)，適用于高值電阻工作?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，所以在定時電路的設(shè)計(jì)上采用性能穩(wěn)定、性價比優(yōu)廉的CH7555集成電子元件。圖6是CH7555的頂視引腳排列圖，共有8個引腳，每個引腳的功能見表7的說明。 表7 CH7555引出端功能說明 引腳 符號 功能 引腳 符號 功能 1 GND 地 5 C-V 控制電壓 2 TRIG 低觸發(fā)端 6 TH 高觸發(fā)端 3 OUT 輸出 7 DIS 放電端 4 R 復(fù)位 8

55、V 電源 如果將CH7555的高觸發(fā)端TH（引腳6）與低觸發(fā)端TRIG（引腳2）連接起來就構(gòu)成了了施密特觸發(fā)器。施密特觸發(fā)器一個最重要的特點(diǎn)就是能夠把變化分廠緩慢的輸入脈沖波形，整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖，而且由于具有回差電壓，所以抗干擾能力也強(qiáng)作為RC振蕩時間電路，CH7555具有較高精度和穩(wěn)定性。單穩(wěn)定時初始精度在計(jì)算值的1％之內(nèi)，電源電壓變化引起的漂移可達(dá)微不足道的0.1％V，溫度變化引起的漂移也僅為0.005％C左右。驅(qū)動電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是采用就是采用CH7555為主要的電子元件構(gòu)成的電路系統(tǒng)。其原理圖見圖7所示 圖7 控制電路系統(tǒng)電路原理圖 電路系統(tǒng)的原理圖7

56、是利用Protel99的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)繪制的一張電路原理圖。Protel199這一軟件是目前進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與制版的最新的優(yōu)秀軟件，具有豐富多樣的編輯功能、強(qiáng)大便捷的自動化設(shè)計(jì)能力。最主要的兩大特點(diǎn)就是：一是原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)。用于電路原理圖的設(shè)計(jì)，為印制電路板的設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)；二是印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。用于印制電路板的設(shè)計(jì)。 2.6其他部分設(shè)計(jì) 食物垃圾處理器其他部分的設(shè)計(jì)為非主要部件，主要包括：投入口、排污口等。由于我們目前為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，沒有自行加工模具生產(chǎn)的能力和必要，所以非主要部件的制作主要選用標(biāo)準(zhǔn)件。 排污口由排水彎管、彎管法蘭和橡膠密封圈組成。彎管法蘭把排水彎管固定在處理器上，橡膠密封圈防

57、止水分及垃圾殘?jiān)庖?，其密封作用? 食物垃圾是由投入口進(jìn)入垃圾粉碎機(jī)的。它主要由裝配壞、支撐環(huán)、水槽凸緣件、防濺罩等幾部分。裝配壞、支撐環(huán)、水槽凸緣鉚合件相接。水槽凸緣件的上半部分卡在洗滌盆下口，水槽凸緣鉚合件的下半部分與支撐環(huán)通過螺紋相連，裝配換的卡槽與垃圾處理器的卡鎖連接。在銜接中分別有橡膠密封墊圈、石棉墊圈和墊圈，起密封作用。為了防止食物垃圾在粉碎時濺出，故加一個防濺罩。 在設(shè)計(jì)固定刀架時，我是采用的兩個小半圓，殼I內(nèi)圓直徑為114mm，而固定刀架的外徑為118mm,所以裝配是柔性裝配，裝配后固定刀架的外徑為114mm。在外殼的內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩個小卡口，卡住固定刀架，放置移位。（由于學(xué)生

58、我pro/e的水平有限，所以并不能在運(yùn)動仿真中體現(xiàn)出來。） 圖8洗碗機(jī)排水接頭平面圖 另外，在粉碎機(jī)的上蓋外壁處設(shè)計(jì)了個洗碗機(jī)排水接頭，這樣可以廢水利用，節(jié)約用水，但也有很多家庭沒有洗碗機(jī)，還是手洗，所以這一功能有時用不到。所以我們在設(shè)計(jì)這款產(chǎn)品時其殼我們不打通，可以讓用戶自行選擇是否需要打通。此處的壁厚比其他地方的壁厚較薄，便于用戶打通。若需要打通，打通方法很簡單，只需一把小錘子和一個尖銳器(如螺絲刀等)將塑料塞子敲開，并且使開口光滑。如圖8、9所示。如敲開的塑料落入粉碎機(jī)，既可以把它取出，也可以留在粉碎機(jī)內(nèi)，粉碎機(jī)會將它碾碎而不受損，但要花些時間。 圖9 洗碗機(jī)排水接

59、頭示意圖 2.7廚房食物垃圾處理器圖紙的繪制 全部設(shè)計(jì)圖紙是在CAD上設(shè)計(jì)的，三維圖是在pro/e上設(shè)計(jì)的。CAD已經(jīng)在機(jī)械、電子、航天航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，它適合于所有需要二維繪圖的場合。利用它可以進(jìn)行零件圖設(shè)計(jì)、裝配圖設(shè)計(jì)零件圖組裝裝配圖、工藝圖表設(shè)計(jì)等。應(yīng)用它進(jìn)行繪制圖紙具有以下特點(diǎn)：具有友好的用戶界面，靈活方便的操作方式；系統(tǒng)提供強(qiáng)大的智能化工程標(biāo)注方式系統(tǒng)具有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的圖框、標(biāo)題欄等供選用；還提供方便高效的參數(shù)量化圖庫，方便使用。圖10為繪圖軟件的操作界面。整機(jī)詳細(xì)圖紙間附錄。在圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行零部件的加工。 圖10 CAD繪圖界面 2.8廚房食物垃圾處理器的裝配

60、依據(jù)圖紙，對加工后的零件進(jìn)行裝配。其中，電機(jī)與刀盤相連，電機(jī)電源從殼體2底部引出。組合式刀盤上有高低不同的短軸柱，分別裝有粉碎刀片和擺動刀，放入粉碎腔中，在粉碎腔內(nèi)壁裝配有端齒環(huán)和內(nèi)齒環(huán)。殼體1和殼體2用螺釘連接。排水彎管套上墊圈和彎管法蘭用螺釘固定在排污口出。支撐環(huán)套在裝配環(huán)中與水槽凸緣鉚合件用螺紋連接，水槽凸緣鉚合件內(nèi)安上防濺罩和堵塞。控制電路中的電器元件依照電路圖在電路板上焊接，固定在垃圾處理器上。如圖11。 圖11 食物垃圾安裝示意圖 安裝時需注意： ① 在安裝裝配環(huán)和支撐環(huán)之間的彈性墊圈時，需提起裝配環(huán)，將彈性墊圈（大頭向下）的內(nèi)槽和水槽凸緣底部圖邊卡住。手指沿彈性墊圈邊緣

61、輕輕壓下，不要太用力。彈性墊圈裝好后，可將裝配環(huán)放下，蓋住彈性墊圈并可以輕松的轉(zhuǎn)動。 ② 裝配環(huán)與處理器相連時，先將處理器對準(zhǔn)固定裝置的下端，再將處理器的卡鎖插入裝配環(huán)中，向右轉(zhuǎn)動大約6毫米，使處理器暫時卡住，轉(zhuǎn)動裝配壞和處理器，直至處理器的排污口和排水管道對準(zhǔn)，向右轉(zhuǎn)動裝配環(huán)，直到擰緊，處理器的卡鎖擰入裝配環(huán)最左端的卡鎖槽內(nèi)。 ③ 在與洗滌盆相連時，先順時針擰動裝配環(huán)，使裝配環(huán)與處理器分離。將裝配環(huán)與處理器分離。將裝配環(huán)升至水槽圖緣，移出彈性墊圈，再取出裝配環(huán)，將螺口支撐環(huán)從水槽凸緣擰下，再取下纖維墊圈，將剩下的水槽凸緣何橡膠墊圈插入水池的排水口中，最后，從水池下面滑上纖維墊圈和螺口支撐

62、環(huán)擰緊。 結(jié) 論 目前，雖然國內(nèi)此方面的研究很少，相關(guān)資料也不是很多，但通過實(shí)驗(yàn)來看，本次設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的要求。此次設(shè)計(jì)包含了大量的工作，所跨學(xué)科范圍很廣包括流體力學(xué)、材料力學(xué)、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境化學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)原理、刀具設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械加工、電機(jī)學(xué)、電子學(xué)及計(jì)算機(jī)CAD、proe軟件的應(yīng)用等各學(xué)科的內(nèi)容。 首先，在理論方面，對刀盤和刀片進(jìn)行了工作荷載的力學(xué)分析、選擇材料并校核，確保刀盤和刀片具有足夠強(qiáng)度。在電氣方面，在滿足使用要求的前提下，選擇合適電機(jī)，同時，設(shè)計(jì)一套控制電路，增加機(jī)器的安裝性能。在機(jī)械方面，首先進(jìn)行刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)組合式粉碎刀組來快速完成垃圾的粉碎

63、，然后應(yīng)用CAD電子圖板繪制圖紙，加工出各零部件，最后為各零部件的組裝并驗(yàn)證機(jī)器。 設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器具有以下特點(diǎn)： ① 相對于其他同類產(chǎn)品，此次設(shè)計(jì)中首次增加了一套控制電路。其目的是為了提高安全性和方便性。設(shè)計(jì)控制電源，從而避免來回?fù)芸偪刂齐娫炊鸬牟话踩Ａ硗?，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，人不必守在旁邊。可以離開，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時間后可以自行停止。在電路中有三個可選檔位，用來控制機(jī)器的不同的運(yùn)轉(zhuǎn)時間，使用時，可根據(jù)不同的垃圾量和垃圾成分來選擇。 ② 在驅(qū)動部件—電機(jī)的選擇上，成功選用國產(chǎn)直流永磁電動機(jī)。目前進(jìn)入我國的食物垃圾處理器，由于照搬國外產(chǎn)品，主要采用交流電動機(jī)。但其體積、笨重，不適合我國住

64、宅的實(shí)際情況。雖然美國摯通公司針對我國現(xiàn)狀把交流電機(jī)改為直流電機(jī)，但由于采用的是國外進(jìn)口電機(jī)，使其成本提高，百姓難以承擔(dān) ③ 在主要部件組合刀盤和刀片材料選擇上有所改變。組合式刀盤的設(shè)計(jì)更適合我國國情的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)時所使用的材料為1Cr13,而國外產(chǎn)品選用的材料為9Cr18，二者都可以滿足使用要求，價格相當(dāng)，但從加工難以程度而言，9Cr18為難加工材料，1Cr13為普通材料；另外，從資源上看，我國的Cr資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。 圖12 為食物垃圾處理器裝配完成后的外觀圖 ④ 機(jī)器的制造和使用成本降低。由于完全國產(chǎn)化，使食物垃圾處理器的成本大大降低，整臺機(jī)器的成本約為

65、400元左右，相對于國外上千元的價格，更容易被百姓接受，而且使用中的投入也很低，每個家庭每月為之付出0.65元，每年的支出費(fèi)用為7.76元。 在本次設(shè)計(jì)中，雖然接觸了許多先進(jìn)的理論和方法，但由于經(jīng)驗(yàn)有限，時間倉促，不能對每種理論每種方法都作深入的研究，因此，以下部分內(nèi)容仍需進(jìn)一步研究： 由于食物垃圾處理器是將食物垃圾粉碎成小顆粒，并未將其徹底分解，粉碎后的小顆粒與未粉碎時的原始狀態(tài)相比，在最終處理的速率上有多少變化的問題仍需進(jìn)一步研究。 2010上海世博會在已經(jīng)召開，展現(xiàn)給全世界一個干凈、整潔的城市容貌是全國人民的希望，而食物垃圾易腐、易滋生細(xì)菌的特點(diǎn)使我們必須對其重視起來。食物垃圾處理

66、器就是把廚房垃圾從源頭消滅的一種方法，但它進(jìn)入千家萬戶還須政府的大力支持。政府在進(jìn)行廣泛教育宣傳的基礎(chǔ)之上，提高居民環(huán)境保護(hù)意識；同時，還應(yīng)運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)和行政干預(yù)等手段，鼓勵社會的廣泛參與，充分發(fā)揮社會力量。政府也可以向居民提供此類產(chǎn)品或給予政策性傾斜，從而全民兼參與，共同保護(hù)我們生存的環(huán)境。please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 致 謝 please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings 參 考 文 獻(xiàn) [1] 2003年中國環(huán)境狀況公報(bào)。貨架環(huán)境保護(hù)局 [2] 任連海，曹栩然。飲食也有機(jī)垃圾的產(chǎn)生顯著及處理技術(shù)研究。北京工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2005,21（2）：14-21 [3] 汪群惠。固體廢物處理及資源化?；瘜W(xué)工業(yè)出版社 [4] 呂凡