0048-廚房食物垃圾處理機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套12張CAD圖】

0048-廚房食物垃圾處理機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套12張CAD圖】,全套12張CAD圖,廚房,食物,食品,垃圾,處理機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),全套,12,十二,cad 廚房食物垃圾處理機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)依據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，研制適合本國(guó)的廚房食物垃圾預(yù)處理裝置——食物垃圾處理器。垃圾處理器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤為機(jī)器的關(guān)健部分，直接影響機(jī)器的使用效果，所以本設(shè)計(jì)著重對(duì)粉碎刀盤和驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)論述。對(duì)于粉碎刀盤和刀片，先對(duì)工作載荷進(jìn)行力學(xué)分析，計(jì)算流體阻力，進(jìn)而選擇材料及對(duì)刀盤、刀片進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)我國(guó)食物垃圾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用組合刀盤式粉碎刀。設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作，其性能直接影響著廚房食物垃圾處理器質(zhì)量的好壞，本設(shè)計(jì)采用電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、出力大、效率高。此次設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器，避免了目前同類產(chǎn)品完全采用交流電機(jī)、選用昂貴材料的做法，使機(jī)器的制造和使用成本降低。 關(guān)鍵詞：食物；垃圾；刀盤；永磁電機(jī) II Abstract According to the characters of food garbage, the paper design a new device一kitchen food garbage disposal. For the kitchen food garbage disposal, the motor and cutters are crucial parts, so the paper mainly discusses them.Through analyzing mechanical, the article figures out liquid resistance and liquid pressure; we obtain resistance of trash when it be smashed. because the garbage in our country own different rigid and stickiness, so the cutter is made up by fasten-cutter, swing-cutter and rotation cutters .In this paper, electric machine has features that it star frequency and work intermittence. For it is crucial for the device, so it is important to choose a appropriate motor. Now, we decide to apply permanent magnet direct current motor, the magnetic pole of permanent magnet direct current motor is a permanent magnet material, it is excellent in simple structure: small volume, powerful output and high efficiency.In this paper, Compared to foreign machine, improve crush efficiency through alter the structure of combination cutters, then, decrease the cost . Keywords：Food； Garbage； Cutters； Permanent magnet motor III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 1 第1章 緒 論 3 1.1廚房食物垃圾處理的緊迫性 3 1.2廚房食物垃圾的特征及其危害 4 1.2.1廚房食物垃圾的特征 4 1.2.2廚房食物垃圾的危害 5 1.3食物垃圾處理的方法 5 1.3.1衛(wèi)生填埋 5 1.3.2焚燒 5 1.3.3堆肥 6 1.4食物垃圾處理器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 6 1.5課題目的和研究意義 7 1.5.1課題目的 7 1.5.2研究的意義 7 1.6方案論證 8 1.7本章小結(jié) 8 第2章 廚房食物垃圾處理器的設(shè)計(jì) 9 2.1廚房食物垃圾處理器的可行性分析 9 2.2　廚房食物垃圾處理器的工作原理及組成 10 2.2.1　廚房食物垃圾處理器的工作原理 10 2.2.2　廚房食物垃圾處理器的組成 11 2.3　粉碎刀盤組合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 2.3.1　刀具基本尺寸的確定 12 2.3.2　粉碎刀盤的力學(xué)分析及材料的選擇 12 2.3.3　粉碎刀盤的強(qiáng)度校核 15 2.3.5　粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 2.4　本章小結(jié) 18 第3章 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 3.1　驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 19 3.1.1電動(dòng)機(jī)種類的選擇 19 3.2其它部分設(shè)計(jì) 22 3.3廚房食物垃圾處理器的裝配 22 3.4本章小結(jié) 23 結(jié) 論 24 致 謝 25 參考文獻(xiàn) 26 第1章 緒 論 1.1廚房食物垃圾處理的緊迫性 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市生活水平的提高和人口的增長(zhǎng)，人們?cè)诓粩嗝阑邮业耐瑫r(shí)，也在追求廚房的整潔、衛(wèi)生和科學(xué)化。然而，人們?cè)趶N房精工細(xì)作時(shí)，往往會(huì)忽略一個(gè)嚴(yán)重的問題，即食物垃圾或下角料的處理，從而造成生活垃圾的排放量急劇增長(zhǎng)。據(jù)建設(shè)部調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2001年我國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為135億噸/年，占世界總量的四分之一以上，各種生活垃圾的排放量每年仍以8-10%的速度增加。由于垃圾產(chǎn)量的快速增加和我國(guó)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(guó)生活垃圾的每日處理量只占了生活垃圾生產(chǎn)總量的45%，有近一半的生活垃圾不能及時(shí)處理而隨意堆置，吃剩的食物殘?jiān)妥髁系瘸３５谷胂礈炫璧南滤軆?nèi)，如果不能及時(shí)處理這些，這些食物垃圾就會(huì)堵塞下水道，并且在下水道內(nèi)變質(zhì)，發(fā)出臭味，滋生病菌，會(huì)增加疾病傳播，還會(huì)引來老鼠、飛蟲等有害動(dòng)物，嚴(yán)重污染家庭和公共場(chǎng)所環(huán)境，給生活帶來許多麻煩，嚴(yán)重的影響著人類的身心健康和生活環(huán)境。同時(shí)，中國(guó)的人均耕地面積不足，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界人均耕地面積的水平，可是全國(guó)未處理就堆放的生活垃圾達(dá)到60億噸，占用土地約50萬hm2，嚴(yán)重的浪費(fèi)著寶貴的土地資源，也對(duì)土地有著極強(qiáng)的污染。在水資源方面，中國(guó)是世界上的缺水國(guó)家，全國(guó)六百多座城市中有四百多座城市缺水，其中一百一十座城市達(dá)到嚴(yán)重缺水的程度，每年，垃圾中的的重金屬含量和滋生的細(xì)菌病菌無時(shí)無刻不在污染著我國(guó)的水源。 在我國(guó)，對(duì)于生活垃圾地處理主要采用的技術(shù)是填埋技術(shù)，但是由于填埋的技術(shù)不過關(guān)，會(huì)在處理垃圾的過程中出現(xiàn)二次污染的現(xiàn)象，同時(shí)也耗費(fèi)這大量的資源和金錢，嚴(yán)重影響著人們的正常生活環(huán)境。由于垃圾產(chǎn)量的增長(zhǎng)，我國(guó)的城市發(fā)展已經(jīng)受到了影響，目前對(duì)于垃圾處理的問題，已經(jīng)引起了政府的高度重視，在不斷的增大投資力度，加強(qiáng)垃圾的處理。同時(shí)，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，根據(jù)我國(guó)的生活垃圾特性，研究開發(fā)出新的較為有效的處理技術(shù)已經(jīng)成為了重中之重。 近幾年來，由于人類生活水平的提高，生活垃圾的成分也產(chǎn)生了很大變化。集中供熱和煤氣的廣泛應(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)量卻越來越大，占城市生活垃圾總量的一半，并呈上升趨勢(shì)。在一線城市里，每日產(chǎn)生的食物垃圾(如剩菜剩飯)等已經(jīng)占據(jù)生活垃圾總量的一半以上。不過從不同角度來說，食物垃圾的性質(zhì)也有些不同，從環(huán)境保護(hù)方面來說，食物垃圾污染著我們的生活環(huán)境，是一種很強(qiáng)大的污染，但是若從資源角度來看，它卻是一種可再生資源，這些被丟棄的有機(jī)物可以通過生物技術(shù)變?yōu)閮?yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，清除有機(jī)物后，把它們進(jìn)行焚燒可以發(fā)電，對(duì)我國(guó)的電力資源是一種緩解。具有生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效。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(cè)。 表1 1988-2000年上海市生活垃圾成分調(diào)查統(tǒng)計(jì)及2005-2015年預(yù)測(cè)值 年份 產(chǎn)生量 有機(jī)垃圾（％） 無機(jī)垃圾（％） 紙類 塑料 竹木 布類 廚余 果類 金屬 玻璃 渣石 1988 240 4.30 2.99 1.94 1.68 70.61 10.94 1.02 2.91 3.61 1990 301 4.26 4.19 1.44 1.14 70.05 12.04 0.10 3.74 2.91 1993 335 8.36 7.54 1.89 1.97 61.09 11.08 0.72 4.74 1.86 1995 372 6.50 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 4.00 1.82 2000 641 8.02 13.93 1.43 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 2.70 2010 863 12.82 12.98 2.49 4.41 58.76 0.98 5.64 1.92 2015 1050 15.44 12.6 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)易腐敗的垃圾成分(廚房垃圾)和可燃成分(紙張、塑料橡膠、織物等)占有很大比重，其中廚房垃圾是生活垃圾中有機(jī)垃圾的主要成分，而無機(jī)垃圾成分是在持續(xù)下降的。 1.2廚房食物垃圾的特征及其危害 1.2.1廚房食物垃圾的特征 廚房垃圾是居民在生活消費(fèi)過程中形成的生活廢物，居民區(qū)、飯店、各種企事業(yè)單位的食堂是其集中排放的場(chǎng)所。盡管廚房垃圾的組成、性質(zhì)和產(chǎn)生量受社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、地區(qū)差異、居民生活習(xí)慣、飲食結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化的不同而有所差別，但具備如下總體特征： 1.高含水率： 廚房垃圾的含水率高(水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80%)，這給其收集、運(yùn)輸和處理都帶來很大的難度。垃圾滲濾水可通過地表徑流和滲透作用，污染地表水和地下水，而且由于廚房垃圾單位質(zhì)量的熱值在2100kJ/kg左右，不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的熱值要求。 2.易腐爛： 廚房垃圾中有機(jī)物含量高(約占干物質(zhì)質(zhì)量的95%以上)，易腐敗發(fā)臭，易滋生病菌，會(huì)造成疾病的傳播。 3.營(yíng)養(yǎng)豐富： 除了有機(jī)物含量高之外，廚房垃圾還富含氮、磷、鉀、鈣以及各種微量元素，具有營(yíng)養(yǎng)元素齊全、再利用價(jià)值高的特點(diǎn)。 廚房垃圾的以上特征表明，一方面具有較高的利用價(jià)值，另一方面必須對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艿玫缴鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。 食物垃圾的來源比較集中，主要是城鎮(zhèn)菜場(chǎng)垃圾、餐館飲食垃圾、家庭廚房垃圾及各種市場(chǎng)的瓜果皮等城鎮(zhèn)垃圾。我國(guó)食品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，食物垃圾呈現(xiàn)多、硬、雜、粗等特點(diǎn)。 1.2.2廚房食物垃圾的危害 食物垃圾對(duì)環(huán)境的危害可以說是相當(dāng)嚴(yán)重，長(zhǎng)期堆積會(huì)引來害蟲，老鼠等有害動(dòng)物，增加疾病傳播。一旦進(jìn)入水中，會(huì)污染江河湖海，會(huì)引起水中生物的死亡，破壞生態(tài)平衡。變質(zhì)后產(chǎn)生的氣體也會(huì)污染空氣，對(duì)人類的生活會(huì)造成各種不良影響。 食物垃圾也是威脅城市居民身體健康的重大病菌的產(chǎn)生源頭。國(guó)外權(quán)威微生物實(shí)驗(yàn)室對(duì)食物垃圾(泔水)中微生物進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果顯示，泔水中有沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌、結(jié)核桿菌等，這些細(xì)菌都是具有強(qiáng)烈感染性的致病菌，一旦在環(huán)境中擴(kuò)散傳播將對(duì)人體健康造成很大威脅。而一些農(nóng)村、城市郊區(qū)的飼養(yǎng)戶普遍用食物垃圾(泔水)飼養(yǎng)畜禽，這樣一來，食物垃圾中的致病菌等有害物質(zhì)會(huì)通過食物鏈轉(zhuǎn)移到人體，危害人體健康。 同時(shí)，食物垃圾中的油脂也是“地溝油”的主要來源。人們?cè)谑秤煤髸?huì)發(fā)生頭痛、嘔吐、腹部疼痛及腸胃道疾?。粡U棄食用油脂經(jīng)過反復(fù)油炸后，含有大量致癌物質(zhì)，如苯并芘、黃曲霉素等，長(zhǎng)期食用會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，容易患上肝癌、胃癌、腸癌等疾病。所以如果能夠從根源上有效處理和緩解食物垃圾不僅是保護(hù)了我們共同的家園，更重要的是保護(hù)我們自己及家人。 1.3食物垃圾處理的方法 由于我國(guó)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垃圾中做一般常規(guī)處理。 1.3.1衛(wèi)生填埋 衛(wèi)生填埋，是指對(duì)城市垃圾和廢物在衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行的填埋處置。為防止對(duì)環(huán)境造成污染，根據(jù)排放的環(huán)境條件，采取適當(dāng)而必要的防護(hù)措施，以達(dá)到被處置廢物與環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)最大限度的隔絕，稱為固體廢物“最終處置”或“無害化處置”。固體廢物最終處置途徑可歸納為兩種：陸地處置與海洋處置。經(jīng)驗(yàn)證明，陸地填埋處置是最終處置城市垃圾最經(jīng)濟(jì)有效的方法，這種處置方式是基于環(huán)境衛(wèi)生角度，因而又稱為“衛(wèi)生填埋”。 原理：為了防止填埋廢物與周圍環(huán)境接觸，尤其是防止地下水污染，在設(shè)計(jì)上除了必須嚴(yán)格選擇具有適宜的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和滿足其他條件的場(chǎng)址外，還要求在填埋場(chǎng)底部鋪有一定厚度的黏土層或高密度聚乙烯材料的襯層，并具有地表徑流控制、浸出液的收集和處理、沼氣的收集和處理、監(jiān)測(cè)井及適當(dāng)?shù)淖罱K覆蓋層的設(shè)計(jì)。 特點(diǎn)：在操作管理上必須嚴(yán)格限制危險(xiǎn)廢物入場(chǎng)處置，要對(duì)每天填埋的廢物進(jìn)行壓實(shí)覆蓋，并特別要注意封場(chǎng)后填埋場(chǎng)的維護(hù)和管理。 1.3.2焚燒 焚燒法是將垃圾置于高溫爐中，令其燃燒充分轉(zhuǎn)化為氧化物，燃燒產(chǎn)生的熱量還能加以利用，例如供暖，發(fā)電。目前較為先進(jìn)的垃圾轉(zhuǎn)化能源系統(tǒng)可將濕度較高垃圾干燥來焚燒，焚燒效率非常高，達(dá)到95%以上。同時(shí)，焚燒爐表面的高溫能將熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，用于各種方面。 焚燒的優(yōu)點(diǎn)是減量效果好，對(duì)垃圾的處理徹底，處理過程中還能對(duì)產(chǎn)生的能量進(jìn)行利用。不過缺點(diǎn)也很明顯，垃圾中含有的某些重金屬燃燒后具有毒性，會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行二次污染，并且采用焚燒的方法代價(jià)昂貴，必須使用助燃劑，而助燃劑也是一筆不小的費(fèi)用。所以，目前焚燒的方法在我國(guó)并非主流。 1.3.3堆肥 將生活垃圾堆積成堆，保溫至70℃儲(chǔ)存、發(fā)酵，借助垃圾中微生物分解的能力，將有機(jī)物分解成無機(jī)養(yǎng)分。經(jīng)過堆肥處理后，生活垃圾變成衛(wèi)生無味的腐殖質(zhì)。既解決垃圾的出路，又可達(dá)到再資源化的目的，但是生活垃圾堆肥量大，養(yǎng)分含量低，長(zhǎng)期使用易造成土壤板結(jié)和地下水質(zhì)變壞，所以，堆肥的規(guī)模不易太大。 發(fā)達(dá)國(guó)家的垃圾處理原則是這樣的：首先是盡可能進(jìn)行回收利用，其中包括盡可能對(duì)可生物降解的有機(jī)物進(jìn)行回收利用如堆肥處理和厭氧消化處理；其次是盡可能對(duì)可燃物進(jìn)行焚燒處理；最后是對(duì)不能進(jìn)行其他處理的垃圾進(jìn)行填埋。 原理：利用微生物對(duì)垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行代謝分解，在高溫下進(jìn)行無害化處理，并能產(chǎn)生有機(jī)肥料。 1.4食物垃圾處理器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，中國(guó)有13億的人口，飲食消費(fèi)數(shù)量巨大，加上傳統(tǒng)不良的飲食習(xí)慣，再伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，生活垃圾的數(shù)量急劇增長(zhǎng)，并以每年8%—10%的速度遞增。另一方面，中國(guó)垃圾無害化處理率卻不到6%，環(huán)衛(wèi)清運(yùn)能力僅達(dá)60%。大量的垃圾在城市郊區(qū)堆積如山，以致全國(guó)有三分之二的城市深陷垃圾圍城，而其中半數(shù)以上為食物垃圾。每年在餐桌上的浪費(fèi)驚人。以通常每萬人每天一噸的餐廚垃圾量計(jì)算，每天的餐廚垃圾就有13萬噸之多，一年就有5000萬噸餐廚垃圾白白地浪費(fèi)，也給垃圾處理行業(yè)帶來了巨大的壓力。為此，通過食物垃圾處理器處理廚余垃圾的方法逐漸走進(jìn)了人們的視野。 在國(guó)家不斷倡導(dǎo)節(jié)能減排、環(huán)保第一的口號(hào)下，垃圾處理行業(yè)迫切需要更給力的垃圾處理方式，這也意味著其中蘊(yùn)含了巨大商機(jī)。在中國(guó)各行各業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下，唯一市場(chǎng)硝煙稀少的垃圾處理行業(yè)，備受各類投資者關(guān)注。 3月1日，國(guó)內(nèi)首部以立法形式規(guī)范垃圾處理行為的地方性法規(guī)《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》正式實(shí)施，其中明確規(guī)定“本市鼓勵(lì)凈菜上市，提倡有條件的居住區(qū)、家庭安裝符合標(biāo)準(zhǔn)的廚余垃圾處理器。”同時(shí)，上海也出臺(tái)了《上海市城市生活垃圾分類設(shè)施設(shè)備配置導(dǎo)則(試行)》，旨在有效推進(jìn)生活垃圾分類，促進(jìn)生活垃圾源頭減量，鼓勵(lì)“在區(qū)域排污管道具備條件的地區(qū)，新建的全裝修住宅內(nèi)，應(yīng)配置廚余果皮(濕垃圾)粉碎機(jī)；其他具備條件的住宅，同時(shí)鼓勵(lì)安裝食物垃圾處理器?！? 應(yīng)用現(xiàn)狀：在國(guó)外，食物垃圾處理器已經(jīng)得到了較廣泛的使用，歐洲的普及率達(dá)到了70%，美國(guó)則高達(dá)90%以上，垃圾處理器幾乎成為廚房?jī)?nèi)必備的用品。而目前，在國(guó)內(nèi)，隨著消費(fèi)者生活習(xí)慣的改變，消費(fèi)者正在接受食物垃圾處理器。且如今，80后對(duì)新鮮事物的接受程度越來越高。 據(jù)在中國(guó)27個(gè)大中城市的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，有84.3%的被訪者對(duì)自家餐桌的食品安全表示擔(dān)心，同時(shí)更有92%的被訪者愿意付出額外的代價(jià)換取家庭環(huán)境的健康保障，更有高達(dá)99%的被訪者愿意付出額外的代價(jià)解決每天下樓丟棄垃圾的煩惱，這也是當(dāng)前食物垃圾處理器市場(chǎng)火爆的原因。 廚房食物垃圾處理器是一種現(xiàn)代化的家用電器，能夠快速解決掉易腐爛變質(zhì)的餐廚垃圾，從而改善消費(fèi)者的生活方式。食物垃圾處理器它能夠采用全新的方法來處理現(xiàn)代家庭中的食物垃圾：殘羹剩飯、肉魚骨刺、蔬菜、瓜皮果殼、蛋殼、茶葉渣、咖啡渣、小塊玉米棒芯、禽畜小骨等，避免食物垃圾因儲(chǔ)存而滋生病菌、蚊蟲、蟑螂，減少廚房異味，從而有效促進(jìn)家人健康、優(yōu)化家居環(huán)境，并徹底解決下水道容易堵塞的問題。食物垃圾處理器之后，下水道油脂積累情況會(huì)得到明顯改善，垃圾袋的使用量也會(huì)明顯減少，同時(shí)也因?yàn)閹砀鍧嵭l(wèi)生的廚房環(huán)境讓消費(fèi)者的健康更有保障。 事實(shí)上，通過廣泛使用食物垃圾處理器，還有更大的好處：能明顯凈化居家環(huán)境與公眾環(huán)境；能有效緩解大量食物垃圾減少城市垃圾處理站的壓力；來自食物垃圾處理器的處理物不會(huì)明顯增加污水處理廠的處理量。這些都讓食物垃圾處理器的普及應(yīng)用成為一種發(fā)展的必然，也是時(shí)代的一種進(jìn)步。 1.5課題目的和研究意義 1.5.1課題目的 依據(jù)我國(guó)目前情況來看，研制廚房垃圾預(yù)處理裝置——廚房食物垃圾處理器，可以使人們?cè)诩抑屑纯蓪?duì)廚余垃圾進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，減少廚房垃圾對(duì)人類的危害，對(duì)生活環(huán)境的影響也將大大減小，也實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾的減量化。 1.5.2研究的意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們的飲食水平在不斷地提高，但與此同時(shí)到來了就是食物垃圾問題，食物垃圾不僅破壞環(huán)境，還對(duì)人們的身心健康有害。因此，廚房食物垃圾處理器就顯得尤為重要。它不僅能快速干凈的處理掉食物垃圾，還能產(chǎn)生大量寶貴的可再生能源。目前，它已經(jīng)成了家家戶戶必不可少的家用電器。 在越來越快的科技以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展下，人們的生活發(fā)生了質(zhì)變的發(fā)展，同樣的，在文明發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境問題的困擾也日益嚴(yán)重，許多城市漸漸出現(xiàn)了垃圾圍城的狀況，那么面對(duì)越來越多的垃問題，我們應(yīng)該如何來解決經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背后，從而導(dǎo)致的這些一連串的垃圾圍城的問題。 在城市化進(jìn)程中，垃圾作為城市代謝的產(chǎn)物曾經(jīng)是城市發(fā)展的負(fù)擔(dān)，垃圾圍城的現(xiàn)象曾在世界上許多的城市發(fā)生。而如今，垃圾卻成為了最具潛力的能源，被稱為“放錯(cuò)地方的資源”。這既是對(duì)垃圾認(rèn)識(shí)的深入和深化，也是城市發(fā)展的必然要求。其體積小巧，適于安裝在水槽之下，不會(huì)造成任何妨礙。它不同于粉碎機(jī)，里頭有高速的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可將食物垃圾研磨成細(xì)小的顆粒，隨同自來水通過排水溝管道進(jìn)入下水道，使用多年也不用疏通下水管道。 隨著環(huán)境問題逐漸被重視，節(jié)能、環(huán)保成為各國(guó)的發(fā)展主題，已經(jīng)開始為垃圾處理提供產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)。全世界垃圾年均增長(zhǎng)速度為8.42%，而中國(guó)垃圾增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，僅中國(guó)每年就產(chǎn)生近1.5億噸城市垃圾。中國(guó)的垃圾量占全世界總值的五分之一。在如此情況下，很明顯可以看出，廚房食物垃圾處理器的前景將非常的好，目前我國(guó)的垃圾處理市場(chǎng)正在走向成熟期，相信在眾多方面的努力下，將會(huì)越來越好。 1.6方案論證 方案一：設(shè)計(jì)的機(jī)器利用活動(dòng)齒盤和固定齒盤間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使被粉碎物經(jīng)齒沖擊、磨擦及物料彼此間沖擊等綜合作用獲得粉碎。這種機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、粉碎效率良好，被粉碎物可直接由主機(jī)磨腔中排出，粒度大小通過更換不同孔徑的篩網(wǎng)獲得。機(jī)殼內(nèi)壁全部經(jīng)機(jī)加工達(dá)到表面平整光滑，改變了老機(jī)型內(nèi)壁粗糙、粉塵堆積的現(xiàn)象，但是作為食物垃圾處理器我們需要的是占地面積小，便于連接，同時(shí)耗電量能被一般家庭所接受。 方案二：設(shè)計(jì)的機(jī)器工作原理在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，被處理物不會(huì)與刀盤同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個(gè)速度差，加上離心力對(duì)被處理物的作用，使被處理物與刀盤的運(yùn)動(dòng)又不同向，這樣，依靠?jī)?nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)刀共同對(duì)被處理物的破碎，撕拉等作用，使食物垃圾迅速變?yōu)?—5mm顆粒。垃圾處理器由投入口、粉碎室、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和排污口四部分組，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為處理器提供動(dòng)力來源，粉碎室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的粉碎刀盤，是食物垃圾進(jìn)行粉碎的場(chǎng)所，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤是垃圾處理器的關(guān)鍵部分，直接影響垃圾處理器的使用效果，這種機(jī)器更加適合我國(guó)的食物結(jié)構(gòu)和住宅特點(diǎn)。避免了目前同類產(chǎn)品完全采用交流電機(jī)、國(guó)外進(jìn)口電機(jī)、選用昂貴材料的做法，使機(jī)器的制造和使用成本降低，滿足一般家庭的使用需要。因此，我們決定采用第二個(gè)方案。 1.7本章小結(jié) 本章通過介紹廚房垃圾處理的緊迫性，分析了廚房食物垃圾的特征及其危害，研究出食物垃圾處理的方法以及處理器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀，領(lǐng)會(huì)課題目的和研究意義并列舉出方案進(jìn)行論證。 第2章 廚房食物垃圾處理器的設(shè)計(jì) 2.1廚房食物垃圾處理器的可行性分析 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)的廚房食物垃圾處理器就是利用粉碎、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)。 排入污水管道的垃圾，其顆粒越小或密度越接近于水的密度，則顆粒不會(huì)沉淀。據(jù)上海市環(huán)境研究所和美國(guó)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(guó)摯通公司的U系列食物垃圾處理器處理過的食物垃圾在單位體積內(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)行污水管道的水力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，其原則是：不沖刷、不淤積、不溢流、要通風(fēng)。所以在我國(guó)規(guī)定，污水溝道的最小流速為0.6m/s。被粉碎到一定粒度的顆粒進(jìn)入下水道后，在此流速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。食物垃圾處理器的工藝流程圖如圖2-1所示： 220V 交流電源 水 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 食物垃圾 食物垃圾處理器粉碎室 粉碎刀 組 ≤5㎜的 顆粒流入 下水道 污水處理廠 圖2-1 食物垃圾處理器的工藝流程圖 荷蘭有人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(huì)堵塞排水管道，而目前，我國(guó)現(xiàn)在正在增加城建管道的容量，廣泛使用塑料管道，增加了管道的耐腐蝕性，加大污水廠的處理能力等各項(xiàng)措施，都有利于食物垃圾處理器進(jìn)入千家萬戶。但是，由于國(guó)外情況與我國(guó)并不完全相同而且食物垃圾處理器對(duì)人們來說還是一個(gè)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。 廚房食物垃圾經(jīng)過處理器后會(huì)變?yōu)槠扑闋?，破碎后的顆粒隨水流動(dòng)，在此過程中，有可能被管道上的障礙(如污泥，石子等)所阻擋而滯留，這時(shí)有機(jī)顆粒依靠厭氧菌群和兼性菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵。這一過程極為復(fù)雜，原因在于參加此反應(yīng)的微生物過多所致。一般可分為兩個(gè)階段，堿性發(fā)酵和酸性發(fā)酵。其中在酸性發(fā)酵的過程中，淀粉、纖維素等碳水化合物遇水分解，成為單糖，蛋白質(zhì)水解成氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用形成有機(jī)酸和氨。脂肪水解后形成脂肪酸和甘油，并進(jìn)一步分解形成各種低級(jí)的有機(jī)酸。產(chǎn)氫和產(chǎn)乙酸菌群把上述水解發(fā)酵產(chǎn)物又再一次分解為氫、乙酸和二氧化碳。在產(chǎn)甲烷菌群的作用下，生成二氧化碳和甲烷，最終完成對(duì)有機(jī)廢物顆粒的消化過程。其中流入生活污水處理廠的有機(jī)顆?？勺鳛闋I(yíng)養(yǎng)元素作為肥料，亦能對(duì)污泥進(jìn)行提供營(yíng)養(yǎng)。 2.2　廚房食物垃圾處理器的工作原理及組成 2.2.1　廚房食物垃圾處理器的工作原理 廚房食物垃圾處理器就是把廢棄食物倒入水池，隨水流下，落入粉碎室內(nèi)腔的轉(zhuǎn)盤1上。盤中短柱軸2上裝有兩只可動(dòng)破碎角爪3，盤上下各有一把三角形粉碎切刀4，其根部相連。前部短片呈齒爪狀，位于垂直方向有夾角的個(gè)平面內(nèi)。盤上可動(dòng)破碎角爪與盤下粉碎刀組成旋轉(zhuǎn)刀組如圖2-2所示。粉碎室內(nèi)壁由兩個(gè)半圓圈組合成一體，并且包裹住轉(zhuǎn)盤，但留有一定的間隙。它與轉(zhuǎn)盤之間有一定間隙。半圓圈如圖2-3所示。 圖2-2 旋轉(zhuǎn)刀組圖 A-A 圖2-3 半圓圈圖 轉(zhuǎn)盤由下部高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，依靠?jī)?nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對(duì)被處理物進(jìn)行破碎，撕拉等作用，通過固定刀組與旋轉(zhuǎn)刀組實(shí)現(xiàn)多重多向粉碎功能。落入粉碎室的水果皮、魚肉碎骨、果殼、蛋殼、剩飯、剩菜、蔬菜皮、咖啡渣、茶葉等廢棄物通過切、敲、磨、搗、撕等多重機(jī)械粉碎迅速變成微小顆粒,與水混合成糊狀漿液，使食物垃圾迅速變?yōu)?—5mm顆粒，隨水流沖入下水道。這種垃圾處理方式不會(huì)阻塞化糞池，使食物殘?jiān)菀浊謇恚瑥N房環(huán)境更加清潔。 2.2.2　廚房食物垃圾處理器的組成 設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾處理器主要有入口部分、粉碎室、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和排污管組成，食物垃圾處理器工作原理如圖2-4所示。 圖2-4 食物垃圾處理器工作原理圖 粉碎室下部側(cè)壁設(shè)有排污管(出水彎管)，室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的固定刀組和旋轉(zhuǎn)刀組，旋轉(zhuǎn)刀組由安裝在帶孔轉(zhuǎn)盤上下兩面的粉碎刀組成。 當(dāng)水池內(nèi)的食物垃圾，經(jīng)入口進(jìn)入粉碎室，隨水流下，便落入粉碎室內(nèi)腔的轉(zhuǎn)盤上盤中短軸上裝有兩只可動(dòng)錐形破碎角爪，盤上有菱形粉碎刀，盤上可動(dòng)破碎角爪與固定粉碎刀組成旋轉(zhuǎn)刀組。粉碎室內(nèi)壁四周嵌有套裝成一體的由內(nèi)齒環(huán)和端齒圈組成，作為固定刀組的齒形碾磨環(huán)，它與轉(zhuǎn)盤之間有一間隙，轉(zhuǎn)盤由永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，通過固定刀組與旋轉(zhuǎn)刀組實(shí)現(xiàn)多重多向粉碎功能。 落入粉碎室的水果皮、魚刺、碎骨、蛋殼、剩飯菜等廢物通過切、撕、磨等多種刀具粉碎迅速變成小于5mm的微小顆粒，隨水流沖入下水管，這樣就避免了下水管的堵塞。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤為垃圾處理器的關(guān)鍵部分，它們的好壞直接影響食物垃圾處理器的使用效果。 2.3　粉碎刀盤組合刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3.1　刀具基本尺寸的確定 食物垃圾處理機(jī)的最關(guān)鍵部件就是粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于它獨(dú)特的位置和功能,在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證它既耐腐蝕、不容易生銹，又要滿足一定的強(qiáng)度和剛度，根據(jù)這些特點(diǎn)，我們選取1Cr13不銹鋼材料，其材料參數(shù)為：彈性模量E=200GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8t/m3。 接口及刀盤尺寸的確定是參考我國(guó)廚房洗滌盆下水口的結(jié)構(gòu)尺寸及食物垃圾多、硬、雜、粗等特點(diǎn)，目前我國(guó)廚房洗滌盆下水口的結(jié)構(gòu)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。經(jīng)計(jì)算確定了刀盤的直徑：d=114mm，厚度：t=3mm。 2.3.2　粉碎刀盤的力學(xué)分析及材料的選擇 １.粉碎刀盤工作的載荷： 組合刀盤工作時(shí)需克服阻力，為確保刀盤有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)刀盤時(shí)首先應(yīng)對(duì)刀盤所承受的載荷進(jìn)行分析。我們把刀盤理想為一個(gè)繞中心軸旋轉(zhuǎn)的一塊薄板，在它上面作用流體旋轉(zhuǎn)阻力矩以及破碎食物垃圾(削、撕、磨)時(shí)的阻力。 (1) 流體旋轉(zhuǎn)阻力矩 設(shè)一個(gè)半徑為R的圓盤，在本來靜止的流體中旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸通過圓盤的中心且與圓盤垂直。由于圓盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，緊靠圓盤的流體層被圓盤上的摩擦阻力帶動(dòng)作圓周運(yùn)動(dòng)，受慣性力的作用流體層往外流，并在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(gè)短暫的起始階段后，便建立了一個(gè)定常流動(dòng)，它對(duì)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τbi的方向與圓盤成φ角。F徑向=τbisinφ 切應(yīng)力的徑向分量 F徑向=τbisinφ (2-1) 徑向動(dòng)量的增長(zhǎng)同被圓盤帶著轉(zhuǎn)動(dòng)的流體的離心力相平衡， F離=ρω2δr (2-2) 為被帶著轉(zhuǎn)動(dòng)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)力的徑向分量與ρω2δr成比例，即： τbisinφ=ρω2δr (2-3) 即： τbi=ρω2 δr/sinφ 應(yīng)力的周向分量 F切周=τbicosφ (2-4) 按其量級(jí)可表示為 τbicosφ = μν/δ (2-5) 圓盤的旋轉(zhuǎn)速度等于旋轉(zhuǎn)角速度乘以圓盤的半徑 ν=ωr 所以 τbicosφ=μωr/δ (2-6) 將式(2-3)代入式(2-6)得： ρω2 δrcosφ/sinφ=μωr/δ 由實(shí)驗(yàn)可知：φ與半徑無關(guān)，為一個(gè)常量，則化簡(jiǎn)上式得： δ2=μ/ρr (2-7) 根據(jù)運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)定義： Γ=μ/ρ (2-8) Γ為運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，μ為粘性系數(shù)，ρ為密度 將式(2-8)代入式(2-7)得： δ2=Γ/ω δ=(Γ/ω)1/2 (2-9) 將式(2-9)代入式(2-3)得： τbisinφ=ρω2 δr 由于φ為常量，所以 τbi=(Γ/ω)1/2r τbi=ρωr(Γ/ω)1/2 轉(zhuǎn)矩M與τbi×面積×力臂成比例 M=πρr4ω(Γ/ω)1/2 對(duì)于半徑為r和周向速度為V的圓盤，其系數(shù)為3.87/2，且ω=ν/r，故阻力矩為 M=3.87/2×ρν4ω(Γ/ω)1/2 =3.87r3×1/2ρv2/r(Γ/vr)1/2 依據(jù)食物垃圾迅速變?yōu)?-5mm顆粒的設(shè)計(jì)結(jié)果要求。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)中選取刀盤的轉(zhuǎn)速為 n=3000r/min ν=ωr =2πn/60×r =2×3.14×3000×0.057/60 =17.90m/s 使用計(jì)算旋轉(zhuǎn)圓盤上流體阻力矩的公式： M=3.87r3×1/2ρv2/r(Γ/vr)1/2 (2-1) =3.87×0.573×1.0×103×1.792(1×106/17.9×0.57)1/2 =0.1103N·M 由此可以得出，流體阻力矩 M=0.1103N·M 由公式 M=Fr (2-11) 得： F1=M/r =0.1103/0.057 =1.9N 所以流體阻力為： F1=1.9N (2) 垃圾形成的阻力 由于食物垃圾為軟垃圾，粉碎時(shí)產(chǎn)生很小的阻力，在對(duì)食物垃圾(不包括玻璃、陶瓷、革制品、碎布、羽毛)中常見的魚刺、剩菜等進(jìn)行破碎測(cè)試時(shí)得到阻力大約為 F2=11.5N ２.粉碎刀盤、粉碎刀材料的選擇： 前面我們已經(jīng)就材料作出選擇，下面我們就材料的選擇過程進(jìn)行描述：廚房食物垃圾處理器的關(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既耐腐蝕、不生銹、滿足一定的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要考慮其機(jī)械加工性和經(jīng)濟(jì)性。為此，我們?cè)?Cr13和9Cr18兩種材料中參考表2-1進(jìn)行選擇。 (1) 材料中C的含量越高，其耐腐蝕性越差； (2) 在鋼中加入Cr能顯著提高鋼的抗氧化作用，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中普遍加入數(shù)量不等的Cr。但由于我國(guó)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(jià)位大體相當(dāng)，所以，本文所用機(jī)器的刀盤及刀片選用1Cr13作為材料來加工。 表2-1材料1Cr13，9Cr18參數(shù)表 參數(shù)名稱 1Cr13 9Cr18 化學(xué)成分（質(zhì)量數(shù)%） C≦0.15 Cr≦11.50～13.50 C≦0.90～1.00 Cr≦17.00～19.00 密度(t/m3) 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，稍難切削 難加工材料 價(jià)格(千元/噸) 5 5 用途 具有良好的耐腐蝕性，機(jī)械加工性，一般用在刃具制造上 一般用作不銹切片、機(jī)械刃具、剪切刀具、手術(shù)刀片及高耐磨設(shè)備零件 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。刀盤是決定粉碎機(jī)壽命長(zhǎng)短的因素之一，因此，按無限壽命設(shè)計(jì)，即要求各部件在工坐載荷作用下具有無限長(zhǎng)的疲勞壽命。 金屬材料在交變應(yīng)力下的強(qiáng)度常用σ-N曲線或疲勞極限來衡量。σ-N曲線如圖2-5 所示。 圖2-5 -N曲線 對(duì)于鋼材來說，σ-N曲線有一條水平漸近線σmax=σR，這意味著當(dāng)ρ>σR時(shí)，試件經(jīng)受有限循環(huán)會(huì)發(fā)生疲勞破壞；當(dāng)σmax<σR時(shí)，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(shí)應(yīng)力水平應(yīng)該很低，以便有足夠的應(yīng)力儲(chǔ)備。 疲勞極限與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系如下： 0.25<σR/σLA<0.5 材料1Cr13的抗拉強(qiáng)度σLA=540MPa， 進(jìn)行保守估計(jì)，我們?nèi)〉摩襌下限： σR=0.25σLA =0.25×540 =135MPa 即：σR的最小值為135MPa 計(jì)算σ盤max： 設(shè)在距圓心為ρ處取一微面積dA，其上內(nèi)力dA對(duì)X軸之矩為，將所有內(nèi)力矩求和即得到截面上的力矩： (2-12) 圖2-5 橫截面應(yīng)力示意圖 其中A為橫截面面積。 根據(jù)虎克定律： (2-13) 將式(2-13)代入式(2-12)中，并注意到為常數(shù)，于是有 其中是與圓截面有關(guān)的一個(gè)幾何量，以極慣性矩Iρ表示，所以 (2-14) 將式(2-14)代入式(2-13)得： σmax=τmax=Mxρ/Iρ 圓盤上最大的應(yīng)力應(yīng)在截面周邊各點(diǎn)，故ρ=ρmax代入： σ盤max=Mxρmax/Iρ (2-15) 根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，對(duì)于實(shí)心圓軸的極慣性矩：Iρ=πd4/32 其中d為圓軸橫截面的直徑。 F離=mω2R =ρπd2/4h(2πn/60)2R =7.75×3.14×0.0572×0.15×(19.7/0.057)2×0.057 =66.67N F合=F離+F2+Fcos90° 　　　 =66.67+11.5+1.9cos90° =78.2N 將公式 Mx=F合×R (2-16) 代入式(2-15)得： σ盤max=Mxρmax/Iρ =F合R2/πd4/32 =32×16×78.2/3.14×0.05732 =41.4MPa 可見 41.4<135 即 σ盤<σR 依據(jù)σ-N曲線，當(dāng)σ盤max<σR，時(shí)，試件則能經(jīng)受無限次循環(huán)而不發(fā)生破壞，設(shè)計(jì)中刀盤滿足強(qiáng)度要求。 2.3.4　刀片的強(qiáng)度校核 由于刀片與刀盤都繞固定軸旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)形式相同，所以校核方法相同。依據(jù)σ-N曲線，只要當(dāng)?shù)镀摩冶Pmax<σR時(shí)，刀片滿足強(qiáng)度要求。 設(shè)計(jì)中，刀片的半徑 r=0.035m 速度 v刀片=ωr =2πn/60×r =2×3.14×300×0.035/60 =11m/s 則依據(jù)公式(2-10) M刀片=3.87r3×1/2ρv2(Γ/vr)1/2 =3.87×0.0353×0.5×1.0×103×112(1×10-6/11×0.035)1/2 =0.0158N·M 因?yàn)椋? M刀片=F刀片r 故流體對(duì)刀片阻力： F刀片=M刀片/r=0.158/0.035=4.5N 又因?yàn)椋? F離=mω2r =ρπd2/4h(2πn/60)2r 　　　　　　　　　　　 =15.42N F合=F離+F2+Fcos90° =26.92N 將公式 Mx=F合×r 代入式(2-15)得： 因?yàn)? 35.3<135 所以 σ刀片max<σR 可見，設(shè)計(jì)中刀片滿足強(qiáng)度要求。 2.3.5　粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)我國(guó)食物垃圾種類多，硬度、粘性差別大的特點(diǎn)，采用組合刀盤式粉碎刀，由固定刀組和旋轉(zhuǎn)刀組組成，結(jié)構(gòu)為： 旋轉(zhuǎn)刀組由刀盤組成。刀盤為組合刀盤，上面有菱形塊、擺動(dòng)刀及直徑為3mm的小孔，擺動(dòng)刀可繞固定軸做90°的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)粉碎垃圾。組合刀盤在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)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(duì)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(duì)于硬度較小、粘性較大的食物垃圾，在可隨電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的刀盤上設(shè)置兩個(gè)擺動(dòng)刀，與粉碎室內(nèi)部的端齒環(huán)共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)食物垃圾進(jìn)行剪切和機(jī)械撕裂破碎功能。 2.對(duì)于硬度較大、粘性較小的食物垃圾在轉(zhuǎn)盤上設(shè)置了兩個(gè)棱形固定刀，在離心力的作用下，食物垃圾很容易運(yùn)動(dòng)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(duì)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，另一方面可以在保證轉(zhuǎn)盤足夠強(qiáng)度時(shí)減輕自重。 2.4　本章小結(jié) 本章主要介紹了廚房食物垃圾處理機(jī)的工作原理及組成，對(duì)食物垃圾處理器作出可行性的分析，并對(duì)廚房食物垃圾處理機(jī)的刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇，并計(jì)算出刀具的各項(xiàng)參數(shù)，包括刀片強(qiáng)度的校核、刀盤強(qiáng)度的校核等。最后，對(duì)粉碎刀盤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，成功設(shè)計(jì)出組合式粉碎刀盤。 第3章 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1　驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是食物垃圾處理器工作能量的提供源，也是關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響著廚房食物垃圾處理器質(zhì)量的好壞。在設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作。圖3-1為永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 我們選用永磁電機(jī),因?yàn)槠涠ㄗ訛橛来配搫?lì)磁無需勵(lì)磁線圈，即省電又不發(fā)熱。磁路結(jié)構(gòu)經(jīng)精心選擇，使電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、嘈聲低及轉(zhuǎn)動(dòng)平衡等特點(diǎn)，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)。但是本次設(shè)計(jì)所用的電機(jī)是自己設(shè)計(jì)制造的。 1.磁鋼徑向、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力和快速響應(yīng)能力。 2.采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來保證對(duì)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.利用電機(jī)槽和換向片及極弧寬度和齒槽的合理配合達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、嘈聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行要求。 圖3-1 永磁電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)分布 3.1.1電動(dòng)機(jī)種類的選擇 目前，電動(dòng)機(jī)的種類繁多，價(jià)格、性能差別比較大，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的指導(dǎo)思想對(duì)電動(dòng)機(jī)類型及型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇是十分重要的。選擇電動(dòng)機(jī)種類應(yīng)在滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)性能的要求下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行順利可靠、便于維護(hù)同時(shí)價(jià)格又不貴的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)種類選擇時(shí)應(yīng)考慮以下內(nèi)容： 1.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)與所拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性相匹配； 2.電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能(調(diào)速范圍、調(diào)速的平滑性、經(jīng)濟(jì)性)應(yīng)該滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。對(duì)調(diào)速性能的要求在很大程度上決定了電動(dòng)機(jī)的種類、調(diào)速方法以及相應(yīng)的控制方法； 3.電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的要求，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能主要是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，同時(shí)還應(yīng)注意電網(wǎng)容量對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的限制； 4.電源種類在滿足性能的前提下應(yīng)優(yōu)先采用交流電動(dòng)機(jī)； 5.經(jīng)濟(jì)性一是電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)設(shè)備(如：?jiǎn)?dòng)設(shè)備、調(diào)速設(shè)備等)的經(jīng)濟(jì)性；二是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，主要是要效率高，節(jié)省電能。 根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求選擇電動(dòng)機(jī)的類型。直流電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)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)。 電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境是由生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境決定的。在很多情況下，電動(dòng)機(jī)工作場(chǎng)所的空氣中含有不同分量的灰塵和水分，有的還含有腐蝕性氣體甚至含有易燃易爆氣體；有的電動(dòng)機(jī)則要在水中或其他液體中工作?；覊m會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組黏結(jié)上污垢而妨礙散熱；水分、瓦斯、腐蝕性氣體等會(huì)使電動(dòng)機(jī)的絕緣材料性能退化，甚至?xí)耆珕适Ы^緣能力；易燃、易爆氣體與電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的電火花接觸時(shí)將有發(fā)生燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。因此，為了保證電動(dòng)機(jī)能夠在其工作環(huán)境中長(zhǎng)期安全運(yùn)行，必須根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件合理地選擇電動(dòng)機(jī)的防護(hù)方式。電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)方式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式幾種。 設(shè)計(jì)中，食物垃圾處理器電動(dòng)機(jī)的特征為頻繁短時(shí)運(yùn)行、快速啟動(dòng)，無調(diào)速要求。依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)具有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選取電機(jī)類型為直流電動(dòng)機(jī)。 在直流電動(dòng)機(jī)中，有一種電機(jī)的磁極需要用到永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動(dòng)機(jī)所需要的勵(lì)磁源，從而取代了電磁式直流電動(dòng)機(jī)中的線圈式磁極。這種電動(dòng)機(jī)稱為永磁直流電動(dòng)機(jī)。由于沒有勵(lì)磁線圈，故省電且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)經(jīng)過認(rèn)真設(shè)計(jì)，使電動(dòng)機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，例如轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、噪聲低、響應(yīng)速度快及過載能力強(qiáng)。根據(jù)這些特點(diǎn)，選用的是永磁直流電動(dòng)機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。 永磁材料的種類繁多，有鋁鎳鉆系列磁鋼、稀土永磁、鐵氧體永磁等。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，磁穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動(dòng)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)定性的因素有： 1.內(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鉻鉆等不會(huì)發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各向異性外，都會(huì)產(chǎn)生磁后效，它們對(duì)時(shí)間的退磁率隨時(shí)間的對(duì)數(shù)變化。 2.外因包括溫度、干擾磁場(chǎng)、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。 (1) 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(shí)，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(chǎng)增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若