【JX17-03】垃圾分解分拣设备开发（二维+三维+论文）
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JX17-03
【JX17-03】垃圾分解分拣设备开发二维+三维+论文
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2017届本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称 垃圾降解分拣设备设计 专 业 过程装备与控制工程 专业方向 过程装备与控制工程 班 级 13102211 学 号 1010221216 学生姓名 李泽喜 指导教师 张慧敏 教研室 过程装备与控制 上海应用技术大学机械工程学院2016年11月1日1 本课题研究的目的和意义餐厨垃圾（俗称“泔水”）是指在食品加工过程中产生的食品废弃物、饮食完毕后的食物残余以及在清洗食物、洗刷餐具等过程中产生的食品残渣和污水。中国餐桌浪费惊人，每天产生巨量的餐厨垃圾。清华大学环境系固体废物污染控制及资源化研究所的统计数据表明，中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨，其中餐饮服务业和企业事业单位食堂产生的餐厨垃圾就占据60%以上1。专家认为，营养丰富的餐厨垃圾经过科学恰当的处理后是宝贵的可再生资源。但由于尚未引起重视，处置方法不当，它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源。虽然处置不当会产生严重的后果，但餐厨垃圾也并非一无是处。国家发改委环资司副司长何炳光指出，餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性，可以说是典型的放错了地方的资源。目前，市场上比较多见的餐厨垃圾处理设备均为小型设备，无法满足企业事业单位食堂、餐饮服务业等需要处理大量餐厨垃圾的场所。用这些设备处理大量餐厨垃圾的成本较高，效率较低，处理不充分，并且有废水流出，污染环境。所以，本课题要研究的就是针对企业事业单位食堂、餐饮服务业等垃圾产生量大、产生速度快、所含营养丰富等特点，设计一种垃圾处理设备，以达到餐厨垃圾高效率处理、无污染处理、资源再利用等目的，以适用于国内大部分餐厅及食堂的餐厨垃圾处理。其设计要求为：一次可以处理体积大约为2000L的餐厨垃圾，用时24小时，处理周期短，效率高。2 垃圾分解设备现状2.1 餐厨垃圾处理的主要工艺 目前餐厨垃圾的处理工艺主要包括有填埋、焚烧、分拣破碎、干燥杀菌、微生物降解等工艺。填埋是将收运来的餐厨垃圾与其他生活垃圾混杂在一起，直接进入填埋场直接填埋。这种工艺的优点是方法简单，运行的费用低廉，而且处理量巨大。缺点是占用大量土地资源，耗费大量的土地征用费用2。焚烧是指将垃圾中的可燃物燃烧后产生热量进行发电一种垃圾处理工艺。该工艺的优点是处理量大，垃圾的减量效果明显。缺点是焚烧工艺对垃圾的热值较高的要求，会极大地增加处理成本。同时由于不完全燃烧产生的气体固体产物排放后会危害人类的健康。分拣破碎是把餐厨垃圾分拣为上浮物、下沉物、污水。上浮物人工拣出，下浮物进行破碎，污水排出3。此工艺优点在于过程简单，方便快捷。缺点在于需要人工操作，并且不能把垃圾彻底处理。干燥杀菌处理工艺是把餐厨垃圾中的固体和液体分类、油脂和水分离，水作为污水排放，固体物质压缩干燥后进行高温灭菌、挤压、烘干粉碎造粒；油脂经过油水分离后可制成工业原料或生物柴油。此工艺优点在于资源化程度高，过程易控制。缺点在于对有害有机物及重金属等污染无法很好解决，无害化不彻底4。微生物降解工艺包括好氧堆肥和厌氧发酵。好氧堆肥是指有机物在有氧条件下，在好氧微生物（主要是菌类）的作用下，将高分子有机物降解成为无机物。该工艺的优点是技术比较简单，好氧处理后的产物可作为农产品使用，实现了垃圾的再利用。缺点是好氧堆肥占地面积较大，处理周期加长，增大运行成本。厌氧发酵是指垃圾中的有机物质在厌氧菌的作用下，由高分子物质降解成为小分子物质，最终转化为沼气的过程5。该工艺的优点是垃圾的减量化，资源化处理效果好。缺点是工艺流程复杂，处理周期长，不适用于企业餐饮服务业及企业、事业食堂。通过对工艺复杂性、垃圾处理最终结果、成本、适用范围等多方面综合对比考虑，为达到高效率处理、无污染处理、资源再利用等目的，本课题采用微生物降解工艺。2.2 微生物降解工艺的典型设备及分析总结2.2.1 微生物降解设备概述刘鸣一在微生物降解方面提出了利用加热层加热的方法，并且反应釜设计为圆筒型，以保证均匀受热6 设备简图：处理流程：将餐厨垃圾自餐厨垃圾入口11倒入，并经由餐厨垃圾通道141进入反应釜14中，电机15驱动皮带150带动搅拌棒144对倒入的垃圾与微生物进行混合搅拌，促使其反应，以降解餐厨垃圾。同时，反应釜14的底部发热层16发热，对反应釜14中的微生物与餐厨垃圾加热，促使降解反应，并产生气体物质，在加热的同时，反应釜中的热气流由热循环管道18实现循环散热，使反应釜14中的物质受热均匀。反应釜14中产生的气体经滤气装置13无毒化处理后滤出反应釜14。优点：餐厨垃圾有效降解、达到无害化处理目的，可大大减少厨房垃圾对环境的破坏，有助于现在提倡环保的理念。缺点：处理周期较长，生产效率低，这样就满足不了当前社会每天产生的大量厨房垃圾的处理。工艺流程：进料（菌种）搅拌降解气体排出蒋建平提出了多滚筒循环翻转降解的方法，利用多个滚筒循环翻转降解，能够保证每个滚筒在降解垃圾后被消毒的同时机器进行正常的运作7设备简图：处理流程：首先将垃圾从滑动门放入料筒13中，然后将料筒13从进料门2放入保温壳体1内的滑动轨道14上，并将料筒13通过挂轴悬挂于链条12的挂钩8上，开启鼓风机6，通过进风管11向保温壳体1内鼓风，需要翻动料筒13时，松开制动装置，料筒13在重力作用下沿滑动轨道14向下滚动，在此过程中料筒13内的垃圾翻动一次。料筒13每隔一段时间下降一个位置，处于最下端的料筒13已经是经过生物菌种数天的处理，完成了生物降解过程，此时将最下端的料筒13从料门7取出即可。取出的料筒13清空后可以进行消毒，将料筒内产生的有害微生物及时消灭，由于料筒13有多个且彼此互不影响，因此，每天的垃圾均在保温壳体1内生物降解相同的天数。优点：消毒过程不会影响正常的垃圾处理工作，大大增加生物菌种的利用效率。缺点：垃圾处理不够彻底，会产生一些不该出现的餐厨垃圾，并且处理周期较长。工艺流程：装料进料鼓风翻动降解取出料筒消毒刘玉德、绳以健、石文天等在搅拌方面提出了正、反两方向运转的方法。正转时实现搅拌，用于为微生物提供氧气；反转时通过搅拌器将处理完成后的产品排出8设备简图：处理流程：首先通过人工方法去除餐厨垃圾中的一部分水分，然后将垃圾放入送料筒1，经运输轨道2通过粉碎入口4进入粉碎装置5进行粉碎。为了使大块的餐厨垃圾顺利进入到粉碎部件，宜采用对辊结构，辊子表面可以具有斜纹或齿形形状 可由 4 个相互对滚的辊子组成的粉碎装置，通过两级对挤方式实现粉碎。垃圾粉碎后进入发酵桶3，由电机8带动搅拌棒9进行搅拌。拌器的搅拌方向可以根据需要改变。当正转时，搅拌器带动餐厨垃圾翻滚，实现搅拌，用于为微生物提供氧气；当反转时，通过搅拌器将处理完成后的产品排出。其内装有温度传感器、湿度传感器、二氧化碳检测器、加热装置，可根据检测到的温湿度对容器内部进行调节。优点：大小型垃圾经过破碎后分解彻底，众所周知，生物质降解设备使用过程中，菌种的消耗是主要的成本，降低菌种消耗也就大大降低了设备的使用成本。缺点：每次都需要人工去水操作，实现不了设备的自动化运转，工人容易与细菌接触而有病害危险。工艺流程：餐厨垃圾固液分离粉碎微生物发酵降解杨晓岗提出了两根平行搅拌轴反向旋转的方法，并带有若干搅拌齿，能够保证垃圾分解更加充分9设备简图：处理流程：将餐厨垃圾放置在投料桶13中，投料桶13随升降装置20上升，上升到一定高度后，在自卸齿轮14的作用下，投料桶13将餐厨垃圾从垃圾倒入口2倾倒至搅拌箱1中，搅拌箱1中的两根旋转方向相反的搅拌轴4对垃圾进行循环搅拌，在搅拌的同时，搅拌箱1内的微生物菌形成菌床，对食物残渣进行发酵、降解，将餐厨垃圾转化为水和二氧化碳；搅拌箱1底部的均匀送风机构可对搅拌箱1中送风受热，使得处理更加充分，并且喷嘴的送风方向与搅拌轴4的旋转方向一致，避免食物堵塞也使分解更加充分；垃圾分解产生的气体进入除臭装置，除臭装置采用臭氧加活性炭的双重除臭方式，使得除臭更加彻底。优点：搅拌轴反向旋转，垃圾分解充分。缺点：但是该设备的适用范围局限大，并不适合一些大型的餐厨垃圾，无法实现大批量的处理。工艺流程：送料搅拌送风降解除臭刘永海、冯晓霞、魏富奎等在发酵装置方面提出了用多个发酵仓循环利用、共同发酵的方法。此方法可以增加机器循环效率，保证循环周期10设备简图：处理流程：餐厨垃圾由进料装置进入破碎装置，在破碎装置中把餐厨垃圾破碎后由储水装置里的废水经过三通阀加发酵菌后将其冲入发酵仓内进行发酵，总共有 6 个发酵仓，由电控控制步进电机工作，使发酵仓托盘旋转 60，使下一个发酵仓口正好与破碎装置的出料管对齐，确保破碎后的餐厨垃圾顺利进入发酵仓。装满餐厨垃圾的发酵仓由一机械式弹簧盖进行密封，确保餐厨垃圾在发酵仓内进行厌氧发酵。第一个发酵仓内的餐厨垃圾经过 5 天发酵，发酵仓托盘在步进电机的驱动 5 次后正好旋转到出料口，由人工打开出料仓盖取出发酵仓，将发酵好的餐厨垃圾倒出后放回设备的发酵仓托盘。优点：增加机器循环效率，保证循环周期缺点：完成一次餐厨垃圾的处理过程较长，过程较繁琐。工艺流程：进料破碎发酵取出发酵仓周思安根据垃圾降解所需时间的不同提出了利用多个降解桶降解的方法11设备简图：工作流程：将盛有餐厨垃圾的桶22置于入料口121内，并通过升降机31将其升降至破碎压榨机32开口处，将垃圾桶内餐厨垃圾倾倒至破碎机32内进行固液分离，液体垃圾随液体管道流入油水分离机4，而固体垃圾进入压榨机322进而从固体导管排出至降解桶52内，而降解桶52的数量至少为两个。优点：降解桶的数量可根据生物发酵利用的菌种发酵周期不同而增加，从而实现充分降解缺点：降解桶不稳、旋转装置易损坏工艺流程： 液体：油水分离进料固液分离 固体：降解2.2.2 分析总结综合以上各个微生物降解设备的优缺点，博采众长，我设计了一款新型的垃圾处理设备，该设备总体结构如下：设备处理流程：首先人工加入餐厨垃圾及菌种，然后通过电机带动板扎进行赶料与搅拌。处理物较为干燥或天气等其他原因时，可人工加水。餐厨垃圾在内箱体通过搅拌被充分降解。待降解结束以后，未能被降解的垃圾通过电机带动板扎反向运转到垂直于箱体顶面的位置，等电机停止运作后人工取出。之后人工加入垃圾或补充菌种，进行下一轮降解。优点：处理周期短，处理工艺简单快捷重难点：赶料和取料过程中板扎的选择和取放工艺流程：加料降解赶料取料补充菌种2.3 本课题所要设计的设备设备设计构想：设计内外箱体，外箱体底部为矩形，内箱体为圆筒形，箱内设计两旋转薄板，对箱内垃圾进行搅拌和赶料，内箱底部设计锯齿，用于割破垃圾袋和其他大型垃圾，箱体内部设计温度传感器，以监测控制箱体内部温度，设计电机，带动两旋转薄板进行赶料、搅拌。4 垃圾降解分拣设备总体设计4.1 内外箱体的设计由于处理的垃圾物品有腐蚀性，因此，我们采用不锈钢材料，为防止太薄而刚度不够、太厚而材料浪费，我们设计的材料厚度为3mm。内箱底部采用圆筒状，以便垃圾无死角降解。箱内顶部固定有喷水管，水管右端连接有电磁阀，且内箱与外箱底部之间设有支撑。外箱长1.6m,宽1.3m。此外，桶底部有一排锯齿，割破塑料袋释放垃圾。因为箱体的精度要求不高，所以采用焊接的方式连接，这样不但让产品的制造成本降低，而且可以使主体的稳定性更高。4.2 轴板的设计赶料过程采用厚度为1mm不锈钢板材质，取出大型垃圾处理物时，钢板选型为带有过滤孔直径为3cm钢板，以便大颗粒垃圾完全取出；取出菌种时，过滤孔较为细密的钢板。4.3轴承座的设计为了保证轴板不相互发生干涉，滑动轴承的设计至关重要。为此，采用偏置的固定方式，固定处向左偏移。由于轴承的工作环境恶劣，且又要满足偏心的要求，因此，采用滚动轴承嵌入轴承套内的组合。此轴承座设计的创新之处在于采用分体设计，并用螺栓固定，方便轴承的安装。由于轴承座在设备运转过程中承受较大的载荷，故材料选用45钢并调质处理。4.4 电机的设计对齿轮减速箱的设计要考虑到需要达到的转速要求，并对危险轴进行必要校核。设计中驱动电机启动频繁、时间短、断续工作。选择一款合适电机尤为必要。实际选取电机的功率为按正常载荷计算出来的功率的7-12倍，为此选择10倍功率。电机转速为4-5rpm。由于电机需要做间歇式运作，故此采用两级变速。加保护电路，以防止卡死时不会损坏电机。本次设计采用的电机选用蜗轮蜗杆减速电机，该类电机传动比大，体积小，适合在结构较紧凑的设备上使用。4.5 控制系统的设计4.5.1 电机的控制电机做间歇式运作，转速为4-5rpm。（控制：1小时转3次，一次10分钟，间歇转动）。4.5.2 温度的控制设备内部的温度保持在40-50内，据此在内箱插入10个温度传感器。温度传感器的位置设计为：内箱底部均匀放置3个；与轴承同一水平位置箱体前后各放置2个（共计4个）；箱体上顶面放置3个。4.5.3 安全开关的控制当门与箱体贴合时，会相互紧紧吸住，此时机器正常运作；当门与箱体分离时，机器断电，与此同时，还需在控制器上加上一个复位开关，使得赶料板回复到初始设定位置。4.5.4 控制面板设计Start键，用于控制设备运行。由于需要人工操作，具有危险系数，故设计Stop键，强行断电键，保护设备及人身安全。插片/取片键，用于人工插片。赶料键，进行人工取料。进料键，可人工进料。显示处理垃圾重量、温度传感器的数值。设置插片键、进料键、取料键、start键、stop键、安全锁按钮5 本课题研究的垃圾降解分拣设备的创新点该设备相比其他类似分选设备具有体积小，容量大，用时少的优点。在箱内设有两旋转薄板，对箱内垃圾进行搅拌和赶料、取料三位一体。能够将不能降解的垃圾分离和取出，同时保证菌种不被消耗。整体有称重系统，可读出加料的质量和分解完成后的质量。内箱底部设有锯齿，可割破垃圾袋和其他大型垃圾。6 完成本课题的进度计划查阅资料，攥写开题报告，翻译 第1周喷嘴选型确定与结构部设计 第2周画零件图和装配图 （草 图） 第3周画零件图和装配图 （正规图） 第4周画三维图 （正规图） 第5周利用ansys进行模拟仿真 第6周 利用ansys进行流场分析 第7周 攥写说明书 第8-9周整理数据准备答辩 第10-11周 答辩 第12周7 主要参考文献1谭燕宏. 餐厨垃圾处理工艺及资源化技术进展J. 绿色科技, 2012(3):177-179.2吴修文, 魏奎, 沙莎,等. 国内外餐厨垃圾处理现状及发展趋势J. 农业装备与车辆工程, 2011(12):49-52.3李勇, 王金华. Integrated restaurant-kitchen garbage treatment machine:, CN 102198345 AP. 2011.4陈学明. 高效无害化餐厨垃圾降解系统:, CN104984983AP. 2015.5Yuan S, Li M, Fu Y, et al. Progress of Reclamation Technology for Kitchen Garbage TreatmentJ. Guangdong Chemical Industry, 2013.6刘鸣一. 微生物处理餐厨垃圾用装置:, CN103191908AP. 2013.7蒋建平.餐厨垃圾处理装置:中国,CN201220170934.6P.2012-10-31.8刘玉德, 绳以健, 石文天,等. 餐厨垃圾处理设备研究J. 食品科学技术学报, 2011, 29(6):69-72.9杨晓岗. 餐厨垃圾处理设备:, CN103331293AP. 2013.10刘永海, 冯晓霞, 魏富奎. 家庭餐厨垃圾处理方法及设备的研究J. 机械研究与应用, 2012(3):9-10.11周思安. 一种餐厨垃圾处理设备:, CN203578347UP. 2014.机械工程学院毕业设计（论文）开题报告指导教师评语表 指导教师评语： 指导教师： 年 月 日 毕业设计（论文）指导小组意见 ： 审核人： 年 月 日餐厨垃圾降解分拣设备设计摘要：本设计是依据我国实际情况而设计的一种餐厨垃圾预处理装置餐厨垃圾降解分拣设备。该设备首先人工加入餐厨垃圾及菌种，然后通过电机带动板扎进行赶料与搅拌。处理物较为干燥或天气等其他原因时，可人工加水。餐厨垃圾在内箱体通过搅拌被菌种充分降解。待降解结束以后，未能被降解的垃圾通过电机带动板扎反向运转到垂直于箱体顶面的位置，等电机停止运作后人工取出。之后人工加入垃圾或补充菌种，进行下一轮降解。该机的特点是处理周期短，处理工艺简单快捷。关键词： 垃圾处理；降解；餐厨垃圾Language Learning Abstract：According to the actual situation of our country, the research on the pretreatment device of domestic refuse, which is based on the actual situation of our country, has been developed. The first artificial garbage disposal of kitchen garbage and then adding strain, driven by the motor plate bar are driven and mixing material. Treatment is more dry or weather and other reasons, can be added with water. The kitchen garbage box, was fully degraded by stirring. After the end of the degradation, the garbage can not be degraded through the motor to drive the board to run back to the top of the vertical position, such as the operation of the motor to stop after the operation. After the artificial addition of garbage or supplement bacteria, the next round of degradation. The machine is characterized by a short processing cycle, processing technology is simple and quick. KeyWords： Garbage processor; decomposition; kitchen waste26 目 录1 概述31.1 本课题研究的目的和意义31.2 国外餐厨垃圾处理技术的现状及发展趋势31.3 微生物降解的典型设备分析71.4 本课题设计内容 132 餐厨垃圾降解分拣设备总体结构设计 142.1 总体设计思路 142.2 总体方案设计 152.3 电机的设计 192.4 传动轴设计 222.5 其他结构设计 273 餐厨垃圾降解分拣设备控制系统设计 294 餐厨垃圾降解分拣设备主要部件建模 334.1 箱体建模 334.2 传动轴建模 344.3 轴承座建模 354.4 轴承建模 364.5 主轴轴承座建模 374.6 电机建模 385 餐厨垃圾降解分拣设备装配 405.1 基于SolidWorks的装配 405.2 二维装配图 416 总结 45致谢 45参考文献 471 概述1.1 本课题研究的目的和意义根据我国的实际情况，开发了垃圾预处理装置，方便学校食堂、企业食堂等对餐厨垃圾可以直接进行初步处理。这样既可以避免餐厨垃圾造成的污染，同时能够达到减少餐厨垃圾量的目的。此前，有许多利用垃圾处理设备来减少餐厨垃圾污染的成功经验，这对我们应对日益增加的餐厨垃圾处理创造了先例。另外，从源头上来看，解决餐厨垃圾的污染很有必要：1 减少垃圾的数量，提高环境质量现在，很多餐厨垃圾处理的原则都是减量化、无害化、资源化。一个好的餐厨垃圾处理设备，不仅可以减少餐厨垃圾的数量，减少垃圾的堆积，并且可以将餐厨垃圾经过处理后的产物用于各种途径，于此同时能够保证人们有一个健康、清洁的生活环境，从而减少疾病的传播。2 对于焚烧处理的意义由于餐厨垃圾中含有大量的水份，这对垃圾焚烧处理带来了很大的困难。例如，上海是靠增加石油等垃圾作为焚烧辅助燃料，从而降低废物垃圾焚烧的成本。另一方面，能源短缺也是焚烧处理的一个问题所在。但是，如果餐厨垃圾在源头上切割，它可以大大降低城市餐厨垃圾焚烧的热值，而填埋场造成的泄漏问题也可以得到很大的改善。3有经济和社会效益厨房里的食物浪费，腐烂的气味和细菌，吸引虫，成为一个挥之不去的污染源，其中餐厨垃圾占约50%。近年来，韩国、日本、美国等国家对于餐厨垃圾处理设备的研究已有一定成果。但由于中国的经济和技术水平还不是很发达，高投资的废物处理由于缺乏科学的管理和资金支持，处于半停工状态。虽然有些小餐厨垃圾生化处理机的介绍，但成本太高，不适用于大多数学校食堂和企业单位。本文所设计的餐厨垃圾处理设备主旨便是适用于学校食堂、企业单位等。而此设备具有体积小、成本低、处理周期短、经济耐用的特点，可以广泛为人们所接受。1.2 国内外餐厨垃圾处理技术的现状及发展趋势（一）现状1996年之前，在奥地利、比利时、加拿大、法国、德国、意大利、日本、荷兰、挪威、瑞典、瑞士、英国等国家，对餐厨垃圾主要是通过填埋来处理，以美国和新加坡尤为突出。之后随着经济的发展，越来越多的国家采用了焚烧的方法。目前，日本、瑞士、比利时、丹麦、法国、瑞典、新加坡和其他国家的垃圾处理方法均以焚烧和堆肥为主，填埋技术在国外已较少使用。对于废物的回收利用，在发达国家平均约为25%，部分国家高达50%。在国内，纵观国内餐厨垃圾处理技术的理论研究和工程实践，成熟并且常用的餐厨垃圾处理技术主要有填埋、堆肥、焚烧3种。回收利用技术目前仅在少数几个城市中进行试点工作，应用实例尚不多。1 填埋技术现状早在1930年，英国、美国等国家就开始采用垃圾填埋技术。从20世纪80年代起，利用人工合成材料作为基质在填埋场渗控处理逐渐成为一项成熟的技术已被广泛应用。通常以约2毫米厚的高密度聚乙烯（HDPE）作为基体材料，其渗透系数可达到10-13cm/s。垃圾填埋场运行一般由垃圾推土机和垃圾压实机操作，不仅提高了场地的利用率，而且减少了垃圾的侵蚀。大型现代垃圾填埋场主要是通过垃圾压实和日常覆盖控制，垃圾填埋场的甲烷自由转移或扩散是垃圾填埋场的主要组成部分，垃圾填埋气是甲烷和二氧化碳，通过系统收集和净化处理后作为能源回收。在我国，填埋技术作为一种传统的和最终的垃圾处理技术，仍然是解决我国大多数城市餐厨垃圾最主要的方式，约占全部垃圾处理的95%左右。根据环境保护措施（包括底防渗、分层压实、日覆盖、垃圾渗滤液处理的废气排放、病虫害防治等）可判断是否满足环境标准。垃圾填埋场在中国可以分为3个层次：一般填埋场（非卫生填埋场，控制卫生填埋场，填埋场）、严格按照标准建设和经营的卫生填埋场、一些城市，特别是在经济欠发达地区或的简单垃圾填埋场。2 堆肥技术现状早在20世纪20年代，便有国家开始了垃圾堆肥技术的研究，并于20世纪30年代开始应用高温好氧堆肥技术。根据工艺流程和操作条件，高温好氧堆肥可以分为静态好氧堆肥、动态好氧堆肥和间歇动态好氧堆肥。上世纪90年代开始，我国首次应用动态厌氧堆肥技术。而在第20世纪70年代，许多发达国家就已经具备了相应的堆肥厂。许多国家还制定了垃圾堆肥产品的技术标准，并根据各种堆肥产品使用相关的技术进行生产，以适应不同作物、不同土壤施肥方式（如家庭支持花卉、苗圃、园林绿化、农业种植等）的需求。同时也进行相应的处理以提高产品质量、扩大营销和垃圾堆肥产品的使用范围，有效地促进垃圾堆肥技术的推广和应用。在20世纪80年代后期，发达国家的餐厨垃圾堆肥技术应用到一个低谷，许多国家都有大量的大型机械化垃圾堆肥厂被关闭。但即使在这种情况下，一些国家或城市仍然坚持垃圾堆肥技术的不断改进，提高垃圾堆肥产品的质量，垃圾堆肥技术稳步发展。目前，国外的垃圾堆肥厂的数量总体呈下降趋势，但垃圾堆肥技术的发展并没有止步。我国对于堆肥技术有悠久的历史，但堆肥处理率不高。目前，我国只有约5%的餐厨垃圾经过堆肥技术处理。国内堆肥技术可以分为两类：简易高温堆肥技术、机械化高温堆肥技术。3 焚烧技术现状垃圾焚烧技术的主要有三几个阶段：萌芽阶段、发展阶段和成熟阶段。初始阶段是从19世纪80年代至第二十世纪初。美国纽约首次利用焚烧处理法来处理垃圾。德国和法国巴黎还建立了世界上第一个垃圾焚烧厂。二战后，经济发展很快，城市居民的生活水平进一步提高，可燃物和易燃材料的迅速崛起促进了垃圾焚烧技术的快速发展。特别是在20世纪60年代的电子工业改革后，许多先进的技术在垃圾焚烧炉中得到应用，使垃圾焚烧技术得到了进一步的改进。上世纪70年代至90年代中期是发展最快的时期，几乎所有的发达国家都建有不同规模的垃圾焚烧厂，发展中国家已经建立或建设垃圾焚烧厂的也不在少数。垃圾焚烧是处理垃圾的有效途径，减少垃圾数量，使得资源化和无害化的效果更理想。在我国，上世纪80年代中期对于垃圾的焚烧处理技术已经开始起步，且“85”被列为国家科技计划项目，目前只有深圳、上海等城市采用焚烧技术，但仍处于起步阶段。4 回收及循环利用技术现状近年来，发达国家实现了废物资源的可持续发展的战略高度，垃圾资源化已成为垃圾处理的主要目标。发达国家在促进国内废物资源的过程中，已经制定了符合本国国情的有关法律、法规和各种标准。如德国制造的“对废物利用的规定”；丹麦制定的“回收法”；日本制定的“可再生资源法”等。除了法律和法规，发达国家也支持废物回收和再利用的政策。同时遵循“谁污染谁负担”的原则，借助经济手段，确保有关措施的实施，如税收制度等。在美国，有50%的企业使用实行可再生资源减税制度。加拿大的一部分城市在实施销售过程中对可回收的产品征收少量的税收。许多国家对城市居民产生的垃圾进行收费，部分国家在商品流通领域实施抵押贷款制度。在挪威，消费者在购买车辆支付一定数额的抵押贷款后，汽车被收回时连同利息返还。此外，还有一些国家实施政府补贴和建立基金会等方式鼓励垃圾资源回收利用。如对瑞士1996垃圾焚烧发电厂企业的建设进行管理并增加补贴；英国政府给配电公司购买垃圾焚烧发电厂进行补贴；法国政府对垃圾焚烧发电产业的发展给于支持。（二）发展趋势1 主分类收集和回收当前餐厨垃圾的处理有许多方式，但其中最有效的方法是尽可能地进行餐厨垃圾的分类和收集，并进行相应的处理，实现资源化、无害化。这是发达国家在实践中形成的共识。2 鼓励有机垃圾堆肥垃圾堆肥技术将经历一个从量到质的变化的过程。在不久的将来，垃圾堆肥技术将继续在国内外垃圾综合处理系统中占有重要的地位。好氧堆肥技术在发达国家的应用比较广泛，并在某些项目的示范中取得了一定成果。在我国，某些大城市逐步倡导餐厨垃圾的回收和堆肥，机械化水平和垃圾堆肥厂的质量有了明显改善；在堆肥产品中破碎的玻璃和其他杂质重金属含量得到了有效控制。国内的有机复合肥生产技术和设备将进一步提高。餐厨垃圾堆肥厂生产的有机复合肥和籽粒肥料的比例将逐步增加。由于能够很好的对垃圾资源进行利用和处理，餐厨垃圾堆肥技术将受到更多的关注，餐厨垃圾堆肥的比例将逐步增加。3 垃圾焚烧技术的稳步发展垃圾焚烧处理技术已经有超过100年的历史，但依然有许多问题（如烟气处理、余热利用等控制）一直未得到有效改善。焚烧技术与垃圾填埋处理相比，具有占地面积小、场地简单、减量化、无害化程度较高和可循环利用等优点，且已在发达国家得到广泛应用。我国垃圾焚烧技术已经取得了一定成果，并在稳步提升中。国内新一代垃圾焚烧设备的研发为焚烧技术开辟了一个新的道路。零污染垃圾焚烧厂尤其是废气净化技术的突破，使人们所关注的二恶英和其他污染物增加的问题得到改善。并且，垃圾焚烧厂和垃圾焚烧技术的开发将继续得到政策和税收方面的支持。垃圾焚烧技术将稳步发展，餐厨垃圾焚烧处理的比例将逐步增加，未来几年有望在一些城市建立国外标准的餐厨垃圾焚烧厂。但我国垃圾焚烧技术综合开发的条件还没有得到有效的推广。4 垃圾填埋技术的发展填埋场填埋气体排水技术被广泛应用和不断完善，而垃圾填埋气回收技术得到不断扩大的研究范围；大城市垃圾填埋场基本上每天都可以做到填埋气的回收。除了粘土，新的替代材料的发展也取得了一定进展，并在部分垃圾填埋场试点得以应用。在此基础上，开发了新一代垃圾填埋场专用机和设备，开发了国内垃圾填埋场的专用设备。在我国垃圾填埋区的主导地位在未来很长一段时间都不会改变，但垃圾填埋场的比例将稳步下降，而卫生填埋场的比例将明显上升。虽然垃圾填埋处理率有所下降，但垃圾填埋处理仍然是垃圾处理的最常用方式。垃圾填埋场的污染控制措施将继续改进，垃圾填埋场将大规模发展，并使垃圾填埋更加资源化、无害化、有机化。1.3 微生物降解的典型设备分析1 刘鸣一在微生物降解方面提出了利用加热层加热的方法，并且反应釜设计为圆筒型，以保证均匀受热（图1.1）。图1.1 微生物降解设备此设备处理流程为，首先将餐厨垃圾从餐厨垃圾入口倒入，经由餐厨垃圾通道进入反应釜中，然后通过电机驱动皮带来带动搅拌棒对倒入的垃圾与微生物进行混合搅拌，促使其反应。与此同时，反应釜底部的发热层开始发热，对反应釜进行加热，微生物与餐厨垃圾被加热后促使降解反应，并产生气体物质。反应釜中的热气流由热循环管道实现循环散热，使反应釜中的物质受热均匀。反应釜中产生的气体经滤气装置无毒化处理后滤出反应釜。此设备的优点在于，能够使餐厨垃圾有效降解、达到无害化处理目的，可大大减少餐厨垃圾对环境的破坏，有助于现在提倡环保的理念。但也存在以下缺点，例如处理周期较长，生产效率低，这样就满足不了当前社会每天产生的大量餐厨垃圾的处理需求。工艺流程：进料（菌种）搅拌降解气体排出2 蒋建平提出了多滚筒循环翻转降解的方法，利用多个滚筒循环翻转降解，能够保证每个滚筒在降解垃圾后被消毒的同时机器进行正常的运作（图1.2）图1.2 滚筒式餐厨垃圾降解设备此设备处理流程为，首先将垃圾从放入料筒中，然后将料筒从进料门放入保温壳体内的滑动轨道上，并将料筒通过挂轴悬挂于链条上的挂钩上。然后开启鼓风机，通过进风管向保温壳体内鼓风。一段时间后，松开制动装置，料筒在重力作用下沿滑动轨道向下滚动，在此过程中料筒内的垃圾经过一次翻动。每隔一段时间松开制动装置一次，料筒下降一个位置。多次翻动后，处于最下端的料筒已经是经过数天的降解处理。此时将最下端的料筒从料门取出即可。取出的料筒经过清空处理后可以进行消毒，将料筒内产生的有害微生物及时消灭。由于料筒有多个且彼此互不影响，所以每天的垃圾均在保温壳体1内生物降解相同的天数。此设备的优点在于，消毒过程不会影响正常的垃圾处理工作，大大增加生物菌种的利用效率。缺点是，垃圾处理不够彻底，会产生一些不该出现的餐厨垃圾，并且处理周期较长。工艺流程：装料进料鼓风翻动降解取出料筒消毒3 刘玉德、绳以健、石文天在搅拌方面提出了正、反两方向运转的方法。正转时实现搅拌，用于为微生物提供氧气；反转时通过搅拌器将处理完成后的产品排出（图1.3）。图1.3 小型餐厨垃圾处理设备此设备处理流程为，首先人工去除餐厨垃圾中的一部分水分，然后将垃圾放入送料筒，经轨道运输至粉碎入口，而后进入粉碎装置进行粉碎。为了使大块的餐厨垃圾顺利进行降解，粉碎装置采用具有斜纹或齿形形状的对滚装置，通过对挤方式实现粉碎。垃圾粉碎后进入发酵桶，由电机带动搅拌棒进行搅拌。搅拌器的搅拌方向根据需要而改变，正转时起搅拌作用，同时提供氧气；反转用来排出处理完成后的产物。设备内装有温度传感器、湿度传感器、二氧化碳检测器、加热装置，可根据检测到的温湿度对容器内部进行调节。此设备的优点在于能够将大小型垃圾经过破碎后分解彻底，众所周知，生物质降解设备使用过程中，菌种的消耗是主要的成本，降低菌种消耗也就大大降低了设备的使用成本。而缺点是，每次都需要人工去水操作，实现不了设备的自动化运转，工人容易与细菌接触而有病害危险。工艺流程：餐厨垃圾固液分离粉碎微生物发酵降解4 杨晓岗提出了两根平行搅拌轴反向旋转的方法，并带有若干搅拌齿，能够保证垃圾分解更加充分（图1.4）。图1.4 餐厨垃圾处理设备此设备处理流程为，餐厨垃圾通过投料桶随升降装置上升，然后在自卸齿轮的作用下将餐厨垃圾从垃圾到入口倾倒至搅拌箱中。搅拌箱中有的两根旋转方向相反的搅拌轴，对垃圾进行循环搅拌，在搅拌的同时，搅拌箱底部的均匀送风机构对搅拌箱中送风受热，搅拌箱内的微生物与食物残渣进行反应，实现发酵、降解，将餐厨垃圾转化为水和二氧化碳；在此过程中，送风机构喷嘴的送风方向与搅拌轴的旋转方向一致，既能避免食物堵塞，也能使分解更加充分。此设备的优点在于，搅拌轴能够正反两向旋转，能够使垃圾分解更加充分。缺点在于该设备的适用范围局限大，并不适合一些大型的餐厨垃圾，无法实现大批量的处理。工艺流程：送料搅拌送风降解除臭5 刘永海、冯晓霞、魏富奎在发酵方面提出了用多个发酵仓循环利用、共同发酵的方法。此方法可以增加机器循环效率，保证循环周期（图1.5）。图1.5 多发酵仓降解餐厨垃圾设备此设备的处理流程为，首先将餐厨垃圾通过进料装置送入设备，然后通过破碎装置将其破碎。被破碎的餐厨垃圾进入发酵系统，于此同时水阀加入水与菌种。发酵系统内共有 6 个发酵仓，在用到相应的发酵仓时，通过电机带动旋转，使发酵仓口对齐破碎装置的出料口。装满被破碎的餐厨垃圾的发酵仓经被密封，确保餐厨垃圾被充分降解。经过几天的发酵后，电机带动发酵仓旋转至出口，然后人工打开发酵仓，倒出发酵完成后的产物，将发酵仓清洗后再放入设备中。此设备的有点是，能够增加机器循环效率，保证循环周期，确保在一个周期内餐厨垃圾被降解完成，以便进行下一轮的降解。缺点是，完成一次餐厨垃圾的处理过程较长，过程较繁琐。工艺流程：进料破碎发酵取出发酵仓6 周思安根据垃圾降解所需时间的不同提出了利用多个降解桶降解的方法（图1.6）。此设备处理流程为，将盛有餐厨垃圾的桶置于入料口内，并通过升降机将其升降至破碎压榨机开口处，将垃圾桶内餐厨垃圾倾倒至破碎机内进行固液分离，液体垃圾随液体管道流入油水分离机，而固体垃圾进入压榨机进而从固体导管排出至降解桶内，而降解桶的数量至少为两个。此设备的优点在于，降解桶的数量可根据生物发酵利用的菌种发酵周期不同而增加，从而实现充分降解。而缺点在于，在机器运作时降解桶由于运动而产生摇晃，旋转装置易损坏。工艺流程： 液体：油水分离进料固液分离 固体：降解以上设备在加热方、处理周期、降解、搅拌以及效率等方面分别进行了创新，分别存在许多优点以及值得参考的地方。但存在的问题依然明显，其中最突出的就是处理周期都比较长，而且一次性处理的容量都不是很多。对此，本课题在以上设备优点方面进行相应的采用，并加以改进。1.4 本课题设计内容设计一台餐厨垃圾降解分拣设备，其内部容积尺寸为：直径1.3米，长度1.6米，内有加热系统，能够控制箱体内部温度在40-50之间。电机间歇式工作，轴板每小时转速4-5rpm，内部温度较低时，在设备运行过程中，可人工加水。整体有称重系统，可读出加料的质量和分解完成后的质量。在箱体内设置有两旋转薄板，对箱体内垃圾进行搅拌和赶料。内箱底部设有锯齿，用于割破垃圾袋和其他大型垃圾，由控制器对箱内的温度进行合理的控制。设备设计构想：设计内外箱体，外箱体底部为矩形，内箱体为圆筒形，以保证餐厨垃圾无死角降解。箱内设计两旋转薄板，对箱内垃圾进行搅拌和赶料，并且待降级完成，机器停止运作后用于取出未被降解的垃圾，保证菌种的利用。内箱底部设计锯齿，用于割破垃圾袋和其他大型垃圾。箱体内部设计温度传感器，以监测控制箱体内部温度，以便控制设备内部温度。设备处理流程：首先人工加入餐厨垃圾及菌种，然后通过电机带动板扎进行赶料与搅拌。处理物较为干燥或天气等其他原因时，可人工加水。餐厨垃圾在内箱体通过搅拌被充分降解。待降解结束以后，未能被降解的垃圾通过电机带动板扎反向运转到垂直于箱体顶面的位置，等电机停止运作后人工取出。之后人工加入垃圾或补充菌种，进行下一轮降解。此设备与其他设备相比以下优点在于，此设备处理周期短，并且处理工艺简单快捷。但重难点在于赶料和取料过程中板扎的选择和取放，如何利用板扎来有效进行赶料与取料。工艺流程：加料降解赶料取料补充菌种。2 餐厨垃圾降解分拣设备总体结构设计2.1 总体设计思路要求该设备一次可以处理体积大约为2000L的餐厨垃圾，用时24小时，处理周期短，效率高，国内尚无此类设备，其难点在于如何将不能降解的垃圾分离和取出，同时保证菌种不被消耗。整个工艺过程可简化为：加料降解赶料取料补充菌种 五个部分。1 加料：采用人工加料的方式进行加料，根据要求设备一次可以处理体积大约为2000L的餐厨垃圾，加料不可超过加料警戒线。由此，可以人为的控制加料的量。2 降解：（1）降解过程中，抽去两板扎中的钢板。（2）在降解过程中，菌种适宜温度为40-50度，温差2-3度降解速率正常；加入的菌种量与处理物的体积比为1:1。（3）温度系统：根据要求必须将设备内部的温度保持在40-50度内，据此可以在内箱安置10个温度传感器（其主要位置有三处：1）位置一：温度传感器的位置为内箱底部均匀放置3个，此处传感器的控制要求：若温度低于35度时，加热；2）位置二：与轴承同一水平位置箱体前后各放置2个，此处传感器的控制要求：显示板显示温度，当温度显示为40度（上下2度）为正常；3）位置三：箱体上顶面放置3个，此处传感器的控制要求：温度大于45度时，报警，并且停止加热。当位置一温度低于35度时，温度传感器将信号传递给控制器，而通过均匀安置在内箱底部8条加热条加热。（4）加水控制：当处理物较为干燥或天气等其它原因，可人工加水。3 赶料：电机做间歇式运作，通过固定在转动轴上的板扎1（黄色）和利用滑动轴承套在转动轴上的板扎2（红色）顺时针一起做赶料的动作。控制面板有插片，取料和进料按钮。24小时降解完成后，打开盖子，按插片按钮，两板扎返回至进料口，此时，可人工对两板扎进行插片。板扎2插上钢板2，利用钢板2上的钩子在运转时自动勾在箱体预设好的挂杆上；而后，按赶料按钮，此时，板1反向回转到垂直于顶面的位置（电机有自锁功能），此时可以取料；取料完成后，按插片按钮，板1正向回转至进料口，人工取出两钢板；完成取板后，按进料按钮，板扎1反向回转至箱体底部，与此同时，板扎2也回到箱体的底部，而后，人工进行加料，继续下一轮降解。箱内底部设有锯齿，赶料的过程中，可将塑料袋和大块的垃圾割破，便于菌种降解。4 取料：待转轴停止运动后，可人工取出为未解掉的大件垃圾。再次加入新的垃圾和菌种进行降解。5 补充菌种：设备中菌种的数量随着时间的推移，其数量是不断减少的。菌种补充降解容器菌种应周期添加，菌种补充降解容器菌种应10天补充新的菌种（人工）。加入新的菌种时，人工换上过滤孔细密钢板将菌种取出。2.2 总体方案设计本此设计的垃圾分解分拣装置总体结构如图2.1所示：图2.1 垃圾分解分拣装置总体结构图1 内外箱体的设计出于对餐厨垃圾的腐蚀性、设备材料刚度、成本的节省等考虑，我们决定采用厚度为2mm的不锈钢材料。为保证外箱体的稳定性，我们设计为矩形，长1.6m，宽1.3m。为保证餐厨垃圾被充分降解，我们决定内箱底部采用圆筒状，且内箱与外箱底部之间设有支撑。另外，我们在内箱体底部设有锯齿，用于割破塑料袋释放垃圾（表2.1）。表2.1 内外箱体设计主要零部件材料体积质量外箱304钢28296cm3226364.45 g内筒304钢23701cm3189604.46 g转轴45号钢4296 cm333720.04 g从动板架304钢1038 cm38303.89 g2 轴板的设计 机器在赶料过程中抽走钢丝网板，而在取料和补充菌种时需要安装钢丝网板。钢钢丝网的材质：采用直径为1.5mm的钢丝，边框为厚5mm,宽为10mm的钢片。钢丝网板的使用方式为：（1）当设备运转时，可根据需要每个板扎不加或只加一块或两块钢丝网（即：1/3或1/2的赶料面）进行搅拌的动作；（2）取出大型垃圾处理物时，钢板选型为带有过滤孔为30mm的钢丝网；（3）取出菌种时，过滤孔较为细密的钢丝网板。旋转薄板上留给锯齿的间距为3cm；当薄板旋转到箱体的底部时，薄板的顶端与箱体的底部间隙小于3cm。如图2.2所示。图2.2 钢板与板扎之间的装配图3 内动轴承的设计 为了保证轴板不相互发生干涉，滑动轴承的设计至关重要。为此，采用偏置的固定方式，固定处向左偏移10mm。由于轴承的工作环境恶劣，且又要满足偏心的要求，因此，采用聚四氟乙烯滑动轴承嵌入内轴承座的固定方式。选型为MB456020。图2.3 轴承座设计图滑动轴承规格图：图2.4 轴承选型图轴上各部分零件装22配图如下： 图2.5 轴上各零件装配图4 重力感应器整体有称重系统，可读出加料的质量和分解完成后的质量。磅秤的称重范围为1-3t。共四个重力感应器，分别位于设备底部的四个角的位置，选型为M4x35。图2.6 重力感应系统图2.7 重力感应器选型图2.3 电机设计驱动电机是餐厨垃圾处理设备的关键部件，其性能直接影响着餐厨垃圾处理设备质量的好坏与处理效率。在设计中，电动机运行特征为：启动频繁，连续工作，间歇性运作。电动机种类的选择电机型号的选择应在生产机械中以满足阻力性能的要求，优先选用结构简单、运行可靠、维修方便、价格低廉的电机。选择电机型号时应考虑的主要内容：（1）电机的机械特性应与生产机械的机械特性相匹配；（2）电机调速的范围、调速的平顺性、经济性等（统称为调速性能）应满足生产机械的要求。调速性能的要求很大程度上决定了电机的类型、速度控制方法和相应的控制方法；（3）电动机起动性能应满足电机起动性能要求，起动性能是电动机起动转矩的主要起动转矩，也应注意电动机起动电流的限制；（4）在满足性能的前提下，在交流电机的使用情况下，优先使用交流电机；（5）一是电机及其相关设备（如：启动设备、调速设备等）的经济性；二是电机驱动系统运行的经济性，主要以高效率、节能。根据电机的机械性能和生产过程中的起动、制动、反转、速度等要求来选择电机的类型。直流电机可以实现快速启动和无级快速频繁制动和反转；具有过载能力，能承受频繁冲击载荷，良好的速度性能特点，速度平稳，准确，方便和广泛。在许多情况下，工作场所空气中含有灰尘和水分等，部分场所含有腐蚀性气体或含有易燃气体，一些电机必须工作在水或其他物体中。灰尘会使电机绕组污垢和防止热粘合；水、气体、腐蚀性气体，绝缘材料将电机性能下降，甚至完全丧失绝缘能力；接触电火花产生的易燃易爆气体，电机将在燃烧和爆炸的危险。因此，为了保证电机在工作环境中的安全、长时间运行，有必要根据实际情况选择电机的保护方式。电机外壳的保护方式为开放式、保护式、封闭式和防爆型。电机的选择，电机应该能够在生产机械负载要求的前提下，最经济，最合理的电机功率的选择。如果选用功率过大的电机，则对于设备的投资也会大大增加，难免造成浪费。相反，如果选择功率太小的电机，则会造成电机过载，导致电机损坏。为此，选择电机时应进行一些必要的分析和计算，具体可按以下三个步骤进行： 计算负载功率 根据负载功率，预选电动机的额定功率，使，尽量接近 检查预选择电机的加热、过载能力和启动能力。实际工作中经常使用的方法有两种，即统计分析法和类比法。类比法是基于对同类机械中使用的电机容量的调查，根据模拟的主要参数和工作条件，从而确定电机的容量。本次论文设计就采用此方法。垃圾比重：120L-100kg，垃圾重以1.8t计算扭矩，；则电机功率实际选取电机的功率为按正常载荷计算出来的功率的7-12倍。在此设备中为保证工作效率且考虑到不必要的浪费，我们选取10倍。电机转速：4-5rpm。（控制：1小时转30分钟，每小时为3次，一次转10分钟，两次间隔10分钟。）采用两级变速。电机需要加保护电路，以防止卡死时不会损坏电机。电机选型：图2.7 电机外形图图2.8 电机选型表2.4 传动轴设计（1） 已知条件：电机传递的功率，转矩，转速。 （2） 选择轴的材料因传递的功率不大，并对和重量及结构尺寸无特殊要求。故选用常用的材料45钢，调质处理。（3） 初算轴径 查机械设计P.275表13.3得，取值，则 轴与电机连接，有一个键槽，轴径应增大7%，轴端最细处直径 （4） 结构设计轴承部件的结构设计：为方便轴承部件的装拆，轴承采用两端固定方式。按轴上零件的安装顺序，从最细处开始设计。轴端I：轴段I上与减速电机相连，此段设计应与减速电机的选择设计同步进行。由于前面选择的减速电机孔径为40mm，故相应的轴段I的直径。其长度根据安装结构要求，取。a. 轴承与轴段II和IV的设计：在确定轴段II的轴径时，应考虑轴承的轴向固定及密封圈的尺寸。选用深沟球轴承，初选轴承6209，由表9-9得轴承内径，外径，宽度，内圈定位直径，外径定位直径，故。取。通常一根轴上的两个轴承取相同的型号，则，取。b. 轴段III的设计：该轴段为旋转轴板提供定位作用，故取该段直径为轴承定位轴肩直径，即。轴端III的长度 轴段III的长度与该轴的悬臂长度有关。取。（5） 键连接减速电机与轴段I间采用A型普通平键连接，查表8-31取其型号为键10110。（6） 轴的受力分析a. 画轴的受力简图轴的受力简图如图所示b. 计算支撑反力，在水平面上为在垂直平面上为轴承1的总支撑反力为轴承2的总支撑反力为c. 画弯矩图 弯矩图如图所示在水平面上，a-a剖面为 b-b剖面左侧为在垂直平面上为合成弯矩a-a剖面为 b-b剖面左侧为d. 画转矩图 转矩图如图所示，（7） 校核轴的强度 因a-a剖面弯矩大，同时作用有转矩，a-a剖面为危险面，其抗弯截面系数为抗扭截面系数为弯曲应力为扭剪应力为按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数，则当量应力为由表8-26查得45钢调质处理抗拉强度极限，则由表8-32查得轴的许用弯曲应力，强度满足要求。（8） 校核键连接的强度联轴器处键连接的挤压应力为 键连接的挤压应力为取键、轴的材料都为钢，由表8-33查得，强度足够。（9） 校核轴承寿命a. 计算轴承的轴向力， 由表9-9查6209轴承得，。由表9-10查得6209轴承内部轴向力计算公式，则轴承1、2的内部轴向力分别为 外部轴向力，各轴向力方向如图所示，则 则两轴承的轴向力分别为 b. 计算当量动载荷，因为，轴承1的当量动载荷因为，轴承2的当量动载荷为因，故只需校核轴承2，。轴承在100以下工作，查表8-34得，得载荷系数c. 校核轴承寿命 轴承2的寿命为预期寿命为，故轴承寿命足够。47垃圾分解分拣装置设计 2.5 其他结构设计图2.9 主轴结构图图2.10 主轴轴承座图2.11 电机罩图2.12 轴套473 餐厨垃圾降解分拣设备控制系统设计(1) 电机的控制：电机做间歇式运作，转速为4-5rpm。（控制：1小时转3次，一次10分钟，间歇转动）。(2) 电机控制电路为：图3.1 电机控制电路示意图控制要求：（1） 安全开关：当盖板闭合时，设备可以运行；当盖板打开时，设备停止运作。（2） Start键：当盖板闭合以后，按下start键可以使设备继续运行。（3） Stop键：此键为强行断电键，可以保护设备及人身安全。（4） 插片/取片键：在打开盖板时，按下此键，可以使两板回转至出料口，进行人工插片（即插入钢板）。（5） 赶料键：插片后，按下此键，板1反向回转至垂直于上顶面的位置，进行人工取料。（6） 进料键：在完成取片的动作以后，按下此键，板扎1回转至垂直于箱体的底部（板扎2由于没有挂钩，与板扎1一起回转到箱子底部），此时，可人工进料。 （2）温度控制：根据要求必须将设备内部的温度保持在40-50内，据此可以在内箱插入10个温度传感器。温度控制线路图为：图3.2 温度控制电路示意图温度传感器的主要位置及其作用：1）位置一：温度传感器的位置为内箱底部均匀放置3个（其在图中的序号为8-9），控制器设置为：若温度低于35时，温度传感器将信号传递给控制器，各温度传感器测得的温度取平均值，而后，控制器通过控制均匀安置在内箱底部8条一起加热条对内箱进行加热；图3-3 位置一温度传感器示意图 2）位置二：与轴承同一水平位置箱体前后各放置2个，共计4个温度传感器（其在图中的序号为4-7）。温度若为40-45之间，则PLC通过温度感测器所得到的信号，从而控制图中的a，b，c，d四个加热片加热维持在菌种适宜的温度。控制器设置为：显示板显示4，5，6，7四个温度传感器的温度数值；图3.4 位置二温度传感器示意图 3）位置三：箱体上顶面放置3个温度传感器（其在图中的序号为1-3），控制器设置为：若温度大于45时，温度传感器将信号传递给控制器(各温度传感器测得的温度取平均值)，控制器控制加热条停止加热。图3.5 位置三温度传感器示意图（3）安全开关控制：当门与箱体贴合时，会相互紧紧吸住，此时机器正常运作；当门与箱体分离时，机器断电，与此同时，还需在控制器上加上一个复位开关，使得赶料板回复到初始设定位置。图3.6 安全开关示意图（4） 控制面板显示器及控制按钮：显示器：显示处理垃圾重量（总重量-设备重量=处理垃圾重量）。显示位置二中的4个温度传感器的数值。控制按钮： 插片键 进料键 取料键。 start键 stop键 安全锁按钮。图3.7 控制面板4 餐厨垃圾降解分拣设备主要部件的建模Solidworks是参数化技术的先驱，参数化是其最突出特点。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内汽车行业、工程机械行业和产品设计领域占据不可替代位置。本论文运用solidworks软件对餐厨垃圾降解分拣设备各零件进行建模，然后进行装配。其中在对轴承及其它标准件的建模时通过solidworks软件的数化设计来输入各零件的参数完成对零件的建模。通过solidworks的建模清楚、形象、直观地表达垃圾分解设备各部分的特点。4.1 箱体建模箱体采用不锈钢材料，厚度为3mm。内箱底部采用圆筒状，箱内顶部固定有喷水管，水管右端连接有电磁阀，且内箱与外箱底部之间设有支撑。外箱长1.6m，宽1.3m。箱体的建模主要主要运用到SolidWorks软件里面的拉伸，切除，抽壳等命令。首先绘制箱体的外形图，然后进行抽壳命令，对箱体进行厚度为3mm的抽壳，最后运用拉伸、切除等命令对箱体的其他结构进行绘制。绘制完成后的箱体如图4.1所示：图4.1 箱体三维图4.2 传动轴建模传动轴是整个垃圾分解分拣机的重要零件，起着连接或装配各项配件而可移动或转动的圆形物体配件，一般均使用轻而抗扭性佳的材料制成。通过“旋转”生成部分的轴，然后运用“拉伸”命令生成键槽等。低速轴的三维模型如图4.2所示。图4.2 传动轴三维图4.3 轴承座建模为了保证轴板不相互发生干涉，滑动轴承的设计至关重要。为此，采用偏置的固定方式，固定处向左偏移10mm。由于轴承的工作环境恶劣，且又要满足偏心的要求，因此，采用滚动轴承嵌入轴承套内的组合。由于轴承座采用了分体结构，必须对分体的轴承座分别建模，然后将两者进行装配。轴承座建模主要运用了SolidWorks的拉伸切除命令。完成后的轴承座如图4.3所示：图4.3 轴承座三维图4.4 轴承建模轴承采用分步建模然后在装配，分别使用“旋转”命令生成轴承内圈、外圈和滚子，然后装配完成轴承的建模，轴承的三维模型如图4.4所示。 图4.4 轴承的三维模型4.5 主轴轴承座建模主轴轴承座承担了整个传动部分的支撑作用，该轴承座材料采用HT150，具有良好的切削加工性能。轴承座建模主要运用了SolidWorks的拉伸切除命令，并运用标准孔特征画出轴承盖螺孔，完成后的轴承座如图4.5所示：图4.5 主轴轴承座的三维模型4.6 电机座建模驱动电机是餐厨垃圾处理设备工作能量的提供源，也是关键部件之一，其性能直接影响着餐厨垃圾处理设备质量的好坏。在设计中，电动机运行特征为时间短，启动频繁，断续工作。由前面设计得知，最终电机选择了传动比大的蜗轮蜗杆减速电机。该电机建模较复杂，首先参考网上的电机外形图片，然后运用拉伸、切除、旋转等各种命令，将电机完成建模。电机外形如图4.6所示：图4-6 电机的三维模型5 餐厨垃圾降解分拣设备的装配5.1 基于SolidWorks的装配SolidWorks的三维装配将使设计好的各零件的装配关系直观地展现在人们面前，同时在装配过程中可以意识到设计中各个零部件的尺寸是否正确，外观是否美观等。（1）主传动轴的装配在solidworks组件坏境下调用建模好的各个零
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