家用垃圾处理器的设计

I家用垃圾处理器设计 II目 录摘要 .V第一章 绪论 .- 1 -1.1 食品垃圾处理的紧迫性 .- 1 -1.2 食品垃圾的特征及其危害 .- 1 -1.2.1 食品垃圾的特征 .- 1 -1.2.2 家用垃圾垃圾的危害 .- 2 -1.3 食物垃圾处理的方法 .- 3 -1.3.1 卫生填埋 .- 3 -1.3.2 焚烧 .- 3 -1.3.3 堆肥 .- 4 -1.3.4 作牲畜饲料 .- 4 -1.4 食物垃圾处理器的发展及应用现状 .- 4 -1.5 课题目的和研究意义 .- 5 -1.5.1 课题目的 .- 5 -1.5.2 研究的意义 .- 5 -1.6 方案论证 .- 6 -第二章 三维设计与受力分析 .- 7 -2.1 家用垃圾垃圾处理器的可行性分析 .- 7 -2.2 家用垃圾垃圾处理器的工作原理及组成 .- 8 -2.2.1 家用垃圾垃圾处理器的工作原理 .- 8 -2.2.2 家用垃圾垃圾处理器的组成 .- 9 -2.3 粉碎刀盘组合刀具结构设计 .- 10 -2.3.1 刀具基本尺寸的确定 .- 10 -2.3.2 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 -3.1 粉碎刀盘、粉碎刀材料的选择： .- 13 -3.2 粉碎刀盘的强度校核 .- 14 -III3.3 刀片的强度校核 .- 16 -3.3.1 solidworks 有限元分析 .- 16 -3.3.2 具体数据计算 .- 20 -3.4 粉碎刀盘的结构设计 .- 21 -第四章 电机选择与其他设计 .- 22 -4.1 电动机种类的选择 .- 22 -4.2 其它部分设计 .- 22 -4.3 家用垃圾垃圾处理器的装配设计 .- 23 -参 考 文 献 .- 25 -致谢 .- 28 -IV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，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- 1 -第一章 绪论1.1 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，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坏境。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 1.3 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。1.2 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馊味或是臭味，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、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- 2 -价值，它可以充分利用在家畜的喂养方面，这也反面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又广泛，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 1Kg 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 2100-3100KJKg 低热值的单位质量中。实验表明，当垃圾低位热值大于 3349KJKg，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 1.5 倍；其中蛋白质约 20%的，大概是玉米的 2 倍。同时实验表明，粗脂肪对家畜被消化率为 88.26%，而粗蛋白消化率为 89.63%，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- 3 -可谓是既恶心又毒害！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当其害。1.3 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百亿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 81.4%，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%。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。- 4 -表 1 生活垃圾成分的百分数（） 表 2 垃圾各组分的含水率（）成分 朝阳区 二道区 平均值 含水率 朝阳区 二道区 平均值含水率 68.5 63.2 65.85 纸 68.6 71.3 69.95可燃分 20.6 22.3 21.45 纤维 67.3 57.8 62.55灰分 10.9 14.5 12.7 塑料 46.8 53 49.9橡胶 20.6 48.9 34.75厨余 71.5 76.2 73.85金属 0 0 01.3.3 堆肥适用于食品垃圾堆肥，我国经常使用传统的厌氧堆肥，但周期长，通常为 3-6 个月，且受季节性影响较大。由垃圾收集的混合物，垃圾中的重金属（铅，镉，汞）等在雨水渗入有机肥的效果，与食品的重金属含量的脂肪势必超重，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 1m2 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，餐饮泔水收集，然后没有任何加工生产垃圾猪直接回喂猪。此外，在运输泔水容易变质，严重影响人畜健康。欧洲的 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。1.4 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。食物垃圾处理器起源于美国。据有关资料记载，- 5 -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 95%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。1.5 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。- 6 -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油垃圾焚烧，这样一方面增加垃圾的成本，另一方面在能源饥渴的中国造成了大量的浪费能源