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毕业设计说明书（论文）中文摘要随着生活结构的改变，煤渣所占生活垃圾的比例逐渐减少，食物垃圾成为生活垃圾的一个主要组成部分。由于我国垃圾尚未实行规范分类管理，所以厨房食物垃圾混合在城市生活垃圾中做一般常规处理。目前美国、日本等国家都已普遍使用厨房食物垃圾粉碎机。本文依据我国实际情况，研制适合本国的厨房食物垃圾预处理装置厨房食物垃圾粉碎机，使居民在家中可以直接时厨房垃圾进行初步处理。设计中首先对在我国使用厨房垃圾粉碎机进行可行性分析，然后研究其工作原理和工作特性，制定设计方案，进行关键零件的材料选择、密封件的选择和电机的选择。重点进行了粉碎刀盘的结构设计、尺寸计算以及强度校核，以及其他部分的结构设计，最后运用auto-cad软件绘制设计图纸。关键词：食物垃圾 永磁电机 单稳电路 组合刀盘毕业设计说明书（论文）外文摘要title food waste processorabstractas the structure change of living, food garbage has taken an important position of waste. because in our country, waste is mixed collection and garbage is not classified, so all refuse be disposed as general method. now, the developed countries such as usa、japan has make use of kitchen food garbage disposal commonly. according to the characters of food garbage, a new device-kitchen food garbage disposal was designed by the paper. the machine makes it become true that people can remove kitchen garbage at home. after discussed the significance of designing food garbage disposal, the feasibility of the device was analysed. then explained the theory and the characteristic of working, with contrasted of some different kinds of design project , the design project was constituted , and the material of key parts、seal components and electromotor was chosen, the control circuit was designed and the picture of circuitry was drawn by protel , the dynamic condition was analysed. the accounting of the measure and the structure of crush sword and checking of the intensity was stressed，then the other parts of the machine was designed, finally all designs was drawn by auto-cad.key words：food garbage permanent magnet motor single stabilization circuit combination cutters本科毕业设计说明书（论文） 第32页 共 30 页目录1绪论- 1 -1.1厨房食物垃圾处理的紧迫性- 1 -1.2厨房食物垃圾的特征及其危害- 2 -1.2.1厨房食物垃圾的特征- 2 -1.2.2厨房食物垃圾的危害- 3 -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 处理器的作用及发明灵感- 5-1.4.1处理器的作用- 5 -1.4.1处理器的应用现状- 5 -1.4.1处理器的发明灵感- 7 -1.5课题研究的意义- 7 -1.6厨房垃圾处理器面临的问题- 8-2厨房食物垃圾处理器的设计-9 -2.1外壳的材料选择- 9 -2.2密封件的选择- 9 -2.3方案的确定- 12-2.4粉碎刀盘以及刀具的设计- 12-2.4.1刀具基本尺寸的确定-12-2.4.2粉碎刀盘的力学分析- 12 -2.4.3粉碎刀盘的强度校核-14 -2.4.4刀片的强度校核- 17 -2.4.5粉碎刀盘的结构设计- 18 -2.5驱动电机的选择- 18 -2.5.1电动机种类的选择- 19 -2.6控制电路的设计- 22-2.6.1 电路系统实现的功能- 22 -2.6.2 驱动电路的系统原理- 22 -2.7处理器的结构设计- 24-2.8处理器的工作原理- 26-2.9处理器图纸的绘制- 26-2.10处理器的装配- 27 -3结论- 28-参 考 文 献- 29 -谢辞- 30 -321绪论1.1厨房食物垃圾处理的紧迫性随着生活条件的改善，人们面对越来越多的城市生活垃圾，这些垃圾意味着大量的浪费并污染土地以及地下水。这些严重破坏着环境和人类得健康。现在，随着生活结构的变化，一方面食物的浪费已经有着重要的地位，食品垃圾具有很高的水分，热值低，易腐烂。在另一方面，它含有丰富的营养元素，可以成为宝贵的资源。如加拿大，日本许多发达国家都采取了有效措施处理废物。我们的政府仍然在摸索，以达到管理垃圾和资源回收的目的减少浪费。我们国家的垃圾仍然不能分类处理，处理的首要方式还是垃圾填埋，它操作方便并且可以处理多种类型的废物，但它需要大量金钱并浪费很大一块土地，此外，垃圾的渗滤液会污染地下水，第二种方法就是焚烧垃圾，以高温燃烧垃圾。它可以迅速减少城市生活垃圾并且余热可以发电，提供热能，但在垃圾中有大量的食物垃圾，减少了燃烧的热值，因此也增加了成本。第三，施肥，这是处理食物垃圾的一个好方法，但是这有可能导致重金属进入有机肥内，如果粮食吸收了这种肥料，那么最终他将会损害人的健康，因为没有良好的卫生条件，会生出许多病菌，损害牲畜和人。所以这是个很紧迫的任务，找到一个合适的方法来处理食物垃圾。根据食品垃圾的特点，本文设计一种新设备-厨房食品垃圾处理器。这台机器的产生让人们可以轻松的处理厨房里产生的垃圾，更容易的处理垃圾。它具有经济效应和社会效应。这里讨论了食物垃圾处理器的意义并分析了该装置的可行性。在我国，垃圾处理主要采用填埋技术，但填埋的技术不过关，在耗费大量财力的同时产生垃圾的二次污染，严重影响着人们的正常生活环境。垃圾产量的迅速增长，己经制约了城市的发展，我国政府对垃圾处理问题高度重视，在不断的增大投资力度，加强垃圾的处理。同时，还制定了一系列相关政策及规范，提出了“以减量化为基础，以无害化为主体，以资源化为目标”的方针。目前，结合我国生活垃圾的特点，开发较为有效的处理技术已成为当务之急。近几年来，由于人们生活水平的提高，生活结构的改变，生活垃圾的成分也发生了很大变化。集中供热和煤气的广泛应用，使垃圾成分中煤灰的比例大为减少，而食物垃圾的数量越来越大，占城市生活垃圾总量的50%，并呈上升趋势。在上海，每天产生生活垃圾约1.3万吨，其中70%为食物垃圾，每年处理的总量达300万吨。在北京，每天产生的剩饭、剩菜就达1600多吨，每月回收馒头20吨左右，相当于140人一年的口粮，而且春节期间至少增加50%以上9。从环境卫生角度看，食物垃圾是一种污染，但从资源角度看，它也是一种再生资源，这些被丢弃的有机物可通过生物技术变为优质的有机肥，而去掉有机物的生活垃圾用来焚烧发电，可有效的缓解能源危机，具有生态环境效益和社会效益。1.2厨房食物垃圾的特征及其危害1.2.1厨房食物垃圾的特征食物垃圾主要是指在食物加工和饮食消费过程中产生的易腐烂、易生物降解的废弃物，是城市生活垃圾的主要组成部分10，在城市垃圾中所占比例北京37%，天津54%，上海59%，沈阳62%，深圳57%，广州57%，济南41%。与其他垃圾相比，具有含水量、有机物含量、油脂含量及盐分含量高，营养元素丰富等特点，具有很大的回收利用价值。一般在食品加工过程中产生的食物残余称为厨余，饮食消费后的食物残渣称为浴脚，从化学成分上看主要是淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。食物垃圾的来源比较集中，主要是城镇菜场垃圾、餐馆饮食垃圾、家庭厨房垃圾及各种市场的瓜果皮等城镇垃圾。我国食品结构复杂，食物垃圾呈现多、硬、杂、粗等特点。1.食物垃圾具有较低的发热值发热值又称发热量，是指1的垃圾完全燃烧后所释放出的热量，人们常用发热值来衡量或表示垃圾作为燃料的价值和能力。由于食物垃圾的水分含量很高，所以其单位质量的低位热值在2100-3100左右，(当垃圾的平均低位热值高于3349时，焚烧过程不用添加任何助燃剂，高于4180时可进行余热利用如发电)故需加入燃油或煤等助燃，增加成本，同时要注意控制温度，防止灰尘、二恶英等有害物质产生。2.营养元素高，可实施资源化食物垃圾中营养元素含量高，干物料中粗脂肪约为29%，是大豆的1.5倍；粗蛋白约占20%，是玉米的2倍，有实验表明粗脂肪消化率为88.26%，粗蛋白消化率为89.63%，其消化率与常规饲料相近，是生产绿色饲料最理想的原料。但是由于我国垃圾不是分类处理，各种垃圾都混合在一起，导致大量营养元素的浪费。1.2.2厨房食物垃圾的危害未经处理的餐厨垃圾危害很大，其中可能含有口蹄疫、猪瘟病菌、弓形虫、沙门氏菌、旋毛虫、弯曲杆菌等，如果直接用以饲养畜禽，会对畜禽健康形成较大威胁，并可能通过畜禽体内毒素、有害物质的积累对人体健康带来危害，从而造成人畜之间的交叉感染，因此这种食物链衔接形式隐藏着巨大的病原体转移与扩散的威胁。厨房食物垃圾中含有大量易腐物质，而我国垃圾收集容器和运输车辆对其并不适宜，从而带来在垃圾收集和运输过程中的二次污染。同时，食物垃圾因其含水量大，又是垃圾填埋场的渗滤液的主要来源。由于食物垃圾易腐烂，产生臭气污染大气的同时还使苍蝇，嶂螂等害虫横行，传播疾病。加之人们环保意识比较薄弱，在一些城郊结合区，可以看见餐厨垃圾被随意倒入阴沟、路边，严重影响了市容环境卫生。再者，我国有把餐厨垃圾作为牲畜饲料的习惯，一些垃圾的细菌、重金属会通过牲畜的内脏危害人体的健康，更有甚者，有一些不法之徒为了谋求暴利，降低成本，甚至用“浴水油”提炼色拉油来加工食品，毒害百姓。厨房的食物垃圾易腐烂、有异味、滋生细菌、招引小虫，成为挥之不去的家庭污染源。食物垃圾占50%左右。解决食物垃圾对家庭的污染已成为提高家庭生活质量的标志之一。近几年，食物垃圾处理器在韩、日等国也得到了高速发展。在北京一些大批量高档精装修房已使用了食物垃圾处理器，业内人士表示，食物垃圾处理器与微波炉等家用电器一样，将成为家居厨房的标准配置。 1.3食物垃圾处理的方法由于我国垃圾没实行分类管理，所以厨房食物垃圾混合在城市生活垃圾中做一般常规处理。1.3.1卫生填埋将运送到填埋场的生活垃圾摊铺- 压实- 再摊铺- 再压实, 依次循环操作, 当天填埋作业结束后及时覆土, 在压实过程中根据实际情况进行消毒, 以抑制蚊蝇鼠害的繁衍。同时对垃圾填埋场在水平方向和垂直方向分别进行防渗处理, 并将垃圾渗滤液及填埋场产生的气体进行收集后集中处理。此方法处理城市生活垃圾技术成熟, 所需设备简单, 一次性投资相对较低, 作为垃圾大规模处理国内外一直占据很大比例, 缺点是没有将垃圾资源化, 而且填埋场占地面积较大。1.3.2焚烧利用高温使垃圾中的碳水化合物转化成二氧化碳和水, 同时在高温下杀灭垃圾中的细菌、病毒, 并对垃圾焚烧过程中产生的热能进行合理的利用, 对焚烧产生的烟气要进行严格的处理, 以防烟气中的二恶英等多氯苯物质对大气造成二次污染。垃圾焚烧处理对垃圾的热值要求很高, 要求每千克垃圾热值不宜低于4 000 千卡。在日本，垃圾焚烧量超过66%。其缺点是产生烟尘污染，投资大。我国引进的垃圾焚烧设备，若处理100垃圾，其建设成本接近1亿元人民币口，中等城市的财政难以承受。另外，我国的垃圾结构也不适合焚烧。1.3.3堆肥堆肥是对垃圾进行资源化利用的有效方式。在人工控制的厌氧、好氧条件下, 利用自然界中的各种微生物, 对垃圾中的各种动、植物性有机物质进行分解, 形成稳定的腐殖质, 同时杀灭垃圾中的多种致病微生物, 达到资源化和无害化的目的。堆肥处理垃圾在工艺上分为好氧法和厌氧法两种, 其区别在于微生物的种类和降解时所处的状态。好氧堆肥法是利用好氧微生物在有氧状态下对垃圾的有机成分进行分解达到稳定状态, 并利用微生物降解过程中放出的热量杀灭垃圾中的寄生虫及致病微生物。好氧堆肥法发酵周期短、灭菌彻底, 是目前垃圾堆肥的主要方式。厌氧堆肥由于其发酵周期长、堆温低等缺点较少采用。堆肥法处理城市生活垃圾通过前期分选对垃圾中的有用成分进行有效回收利用, 其堆肥可以作为土壤改良剂施用于农田, 也可以进一步加工成高效复合肥, 是目前较多采用的一种处理方式。但垃圾堆肥要求垃圾中有机物含量较高, 一般以不低于40%为宜。1.3.4作牲畜饲料由于食物垃圾中含有丰富的有机物质，长久以来，许多农民到各饭店、餐馆收集泔水，然后未经任何处理直接运回喂猪生产垃圾猪。另外，泔水在运输途中容易变质，严重的影响着人们以及牲畜的身体健康。欧洲在1997-1998年间就发生过因垃圾饲料引起的swine fever疾病，导致家畜集体死亡的事件。在我国，北京、上海等地也都先后明令禁止运用此类垃圾喂牲畜。由此可见，食物垃圾因其特有的性质以及传统的不合理的处理方法，给人们造成危害的同时也使资源白白的浪费，故找寻合适的处理食物垃圾方式是一项紧迫的任务。1.4处理器的作用、应用现状及发明灵感1.4.1处理器的作用食品垃圾处理器提出了一种新的理念，在处理垃圾的时候节约了电和水，它为餐馆和公共机构等餐饮服务处提供了废料一种新方法。商用的食品垃圾处理器，通过刀片粉碎处理食品垃圾，在使用的时候需要通水以冷却以及润滑，电机的控制电路能保证电机与供水阀门关联工作以保证最高的使用效率以节约水和电。食品垃圾处理器的控制电路采用电子定时器驱动多元开关。在运行过程中调节各控制继电器的运行周期以保证各继电器之间的配合。最好将控制继电器的运行周期调节一致，采用循环运作的方式以节约水电，不仅要优化各继电器的运行周期，而且电机的运作也是间接性的，在每个电机运行的周期内，确保提供水和电，在你按下开关后垃圾处理器就会处于工作状态直到你再次按下开关关闭处理器。由于垃圾处理器的工作是间接性的，所以刀片的磨损很低，而且也很节能。1.4.2处理器的应用现状（一）国外世界上有50个国家没有限制使用厨房垃圾（粉碎）处理机，包括美国、加拿大、墨西哥、澳洲、新西兰和许多欧洲国家。其中美国、丹麦、芬兰和挪威等国家要求新建住宅必需安装；而比利时、法国、德国、荷兰、卢森堡和葡萄牙，既不允许也不鼓励家庭安装使用。 美国作为厨房垃圾（粉碎）处理机的发明国，是应用最普遍的国家，至1997年已有上百万家庭安装使用，其中多数是住宅开发商和市民的自发行为。纽约市经过21个月的调查和评估后，推荐并立法要求安装厨房垃圾（粉碎）处理机。欧盟经过充分的论证，也于2003年要求15个成员国根据污水处理普及情况推广处理机。（二）国内 厨房垃圾（粉碎）处理机在国内的推广是从九十年代开始的，有十余个品牌的产品，外观和结构大同小异。由于一直没有政府的行政力量介入，加上市民接受新事物有一个过程，推广进程缓慢。九十年代末上海和北京市政府开始重视，加上各商品楼盘注重打造“绿色小区”、“环保小区”的卖点，目前已有数十个小区统一安装了厨房垃圾（粉碎）处理机，数量近万台。因居民使用后反映效果好，近年有日益增加的趋势。在广州市推广厨房垃圾（粉碎）处理机的可行性分析（一）技术层面（1）产品 厨房垃圾（粉碎）处理机有近80年的研发和使用历史，结构简单，技术成熟，质量稳定，产品标准化水平高。既有美国的ise、gladore，又有国内广东、上海、福建、浙江、等地的全箭、欧派美厨、埃尔利、碧腾、蚂蚁王、鼎荣、万家等品牌，产能和售后服务均跟得上。（2）排水管网 由于粉碎后的食物颗粒小于4毫米，使用厨房垃圾（粉碎）处理机不会对楼宇和小区管网直接造成堵塞，少量食物颗粒有可能沉积于城市下水道的沙井中，可在日常清理维护作业中清出。（3）污水处理 广州市人均用水量位居全国第一，污水中有机物含量偏低。使用厨房垃圾（粉碎）处理机可增加污水中易腐性有机物的含量，有利于污水处理厂的生化工艺。但对于未纳入污水处理厂服务区域的城区，考虑到污水直排水体的污染，不建议推广该处理机。（二）社会层面（1）居民 使用处理机需要改变居民排放垃圾的习惯，但这种改变是从难到易，从复杂污脏到简单卫生，因此在使用方面居民的接受程度比预想的要大得多。对已安装处理机的使用情况调查表明，居民反映良好，一是厨房里蟑螂少了，二是不再有厨余腐烂的气味，三是减少清洗垃圾桶的麻烦，四是不用再担心错过每天排放垃圾的时间。至于使用处理机每年多支出的数十元电费水费，多数居民认为微不足道，得大于失。对于未安装处理机的楼宇，由于部分洗菜盆无法加装，同时又有接电、装开关的麻烦，在未使用过的情况下说服居民自费安装比较困难。（2）新建住宅的开发商 在新建住宅统一配备安装处理机只占建房成本的极小部分，却可以由小见大体现出住宅的品味和档次，在销售上增加 “卖点”，因此开发商对此有积极性。目前已有上海、北京、深圳的数百个中高档楼盘统一安装了处理机，如北京的珠江帝景、奥林匹克花园；南京的碧水西湾、华堂苑、先锋国际；上海的东方美墅、古北风景园、汤臣别墅等。在上世纪九十年代末，食物垃圾处理器进入中国。现在，美国艾默生电气公司的工se系列、美国通用电器的dispose系列、美国挚通公司的u系列等几种品牌的食物垃圾处理器垄断中国，但中国自行研制的适合我国的食物垃圾处理器却仍为空白，相关资料很少。由于直接照搬国外产品，它不适合中国的住房特点和饮食结构。首先，国外机器采用交流电动机，交流电动机的特点是结构简单，转速范围广，维护方便，但它噪音大，体积大且笨重，欧美国家厨房的水槽偏厚，可以承受住大压力，可中国水槽薄，食物垃圾处理器很容易把水槽压坏。同时，机器使用中产生的大噪音也是不容忽视的因素。另外，国外机器价格太高，一般百姓难以承担。像美国挚通公司生产的u-308型食物垃圾处理器价格为1580元，而insinkerator公司生产的同规格产品价格竟为2500多元，如此高的价格为食物垃圾处理器在中国的广泛推广设置了障碍。鉴于以上因素，研制一款适合我国国情的食物垃圾处理器十分必要。1.4.3 处理器的发明灵感这个发明是一种全新的处理废弃物的发明，特别是食品垃圾，在将垃圾排出去之前先研磨粉碎，然后再冲进下水道。在这个系统中有着自动控制装置可以节约电能节约用水，减少磨损，一般用于类似于食品加工厂等地方。1.5课题研究的意义 国外成功的应用食物垃圾处理器来减少食物垃圾的经验，为我们处理日益增加的食物垃圾开辟了一条新途径，从而呼唤适合我国的食物垃圾处理器。另外，从源头解决处理厨房食物垃圾污染的研究还是有很多优点：（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、无害化和资源化。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）于垃圾的再处理由于厨房垃圾含有大量的水分，给垃圾的焚烧带来很大的困难，上海浦东垃圾焚烧厂现在就是依靠添加辅助燃料如油进行垃圾焚烧，这样一方面增加垃圾成本，另一方面在能源紧缺的中国还造成能源的大量浪费。但是若把厨房垃圾在源头切断，则可大大的提高生活垃圾的焚烧热值，同时对垃圾填埋产生的渗漏问题也可大大改观。（三）有经济、社会效益由于我国经济与科技水平还不十分发达，高额投入垃圾处理有较大困难，许多固体垃圾处理厂在引进国外先进技术后，由于缺乏科学的管理和资金的支持，处于半停产状态；一些小区虽然引进厨房垃圾的生化处理机，但其使用成本太高，己经超出百姓的支付能力范围。拟研制的食物垃圾处理器作为一种面向家庭、宾馆及饭店的小型机器，突有体积小，成本底，经济耐用的特点，可以被人们所接受。加上政府在政策和舆论大力宣传引导，实行鼓励政策，一方面提高了百姓的环境参与意识，充分调动社会力量保护环境。另一方面，政府还可把节省下来的大量开支(例：二次污染治理费、城市生活垃圾运输费)用来研制、开发垃圾处理的新项目。厨房的食物垃圾易腐烂、有异味、滋生细菌、招引小虫，成为挥之不去的家庭污染源。食物垃圾占50%左右。解决食物垃圾对家庭的污染已成为提高家庭生活质量的标志之一。近几年，食物垃圾处理器在韩、日等国也得到了高速发展。在北京一些大批量高档精装修房已使用了食物垃圾处理器，业内人士表示，食物垃圾处理器与微波炉等家用电器一样，将成为家居厨房的标准配置。 食物垃圾处理器是一种现代化的厨房电器，通过改变食物垃圾的形态来进行及时的食物垃圾无害化处理，能够将食物垃圾粉碎成浆状液体或极小颗粒直接从下水管道排出，可轻松实现即时、方便、快捷的厨房清洁，避免食物垃圾因储存而滋生病菌、蚊虫和异味，从而有效优化家居环境，并彻底解决下水道容易堵塞的问题。 家庭食物垃圾处理器可以解决家庭垃圾的烦恼-轻松处理食物残渣、剩余物，让厨房生活更轻松;使家庭环境得到改善-解决垃圾变质引发的环境污染，让家庭和社区不再存放食物垃圾;由此让家庭告别脏、乱的垃圾环境，远离病菌、蚊虫、蟑螂的困扰。 食物垃圾处理器在欧美国家使用率非常高，一些国家已经立法推广。这种设备给家庭带来了舒适健康的生活空间。食物垃圾通过处理后排放，不会对下水管道产生影响，更不会堵塞下水道。其带来的社会效益和经济效益惊人，前景十分看好。 1.6 厨房垃圾处理器面临的问题在欧美市场，食品垃圾处理器已经成为一种必备的家用电器，50以上的家庭都会安装。如果人口众多的中国市场也能如此，食品垃圾处理器厂商们简直可以点钱点到手抽筋。但理想与现实总是相距太远，要说服家庭为此买单，太难了。在家居建材购物中心居然之家的北四环店里，即使销售人员一遍又一遍地介绍这个产品的好处，比如用普通型号的垃圾处理器，一般家庭一天的电费才5分钱；几块钱买一吨水，至少能冲一个月。虽然说得口干舌燥，但是他们依然无法让垃圾处理器像其他厨房电器一样受到欢迎。“零售市场太难做了。”方庆如是感叹。他曾任国内一家食品处理器生产厂家北京九次方公司的销售经理，在过去的两年中，一直从事该产品的推广。“中国的食品垃圾里有大量的骨头，而在中国出售的产品，大多都按国外的标准生产，大骨头根本打不碎。”方庆说，更糟糕的是，食品垃圾处理器要卡在厨房水槽下面，约3公斤重的处理器高速旋转起来，会对水槽产生巨大压力，而中国家庭的水槽大多不符合标准，长期使用会损坏水槽。此外，中国小区的下水管道宽度也不够，容易堵塞。即使产品卖出去，也会面临大量售后问题。就因为这些，方庆最终选择了转行。这也是大多数食品垃圾处理器生产厂商面临的问题。2厨房食物垃圾处理器的设计2.1处理器外壳的材料选择 （一）外壳材料的选择根据厨房食物垃圾粉碎机独特的安装位置(在洗涤盆下，空间狭小且潮湿)和安装形式(必须采用立式、卧式达不到理想的效果)。因此外壳必须选用耐腐蚀、不生锈、重量轻的材料。满足要求的首选材料是塑料，但塑料成型时，必须先制造模具，由于模具造价较高，制造模具相应地提高了磨碎机的成本；因此，可以选用不锈钢做成一个法兰筒，套住电机，上盖可以采用尼龙材料棒以减轻重量，这样不但外观美丽，而且也非常安全，同时又保护了电机。2.2密封件的选择（一）密封原理机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。机械密封中流体可能泄漏的途径有a、b、c、d四个通道。c、d泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。b通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶o形圈或聚四氟乙烯v形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。a通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。机械密封与软填料密封比较，有如下优点：密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；使用寿命长在油、水类介质中一般可达12年或更长时间，在化工介质中通常也能达半年以上；摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%50%（二）密封件及密封装置的设计或选用原则（1）在工作压力下，应具有零号的密封性能，并随着压力的增加能自动提高其密封性能，即泄漏在高压下没有明显的增加；（2）密封件长期在流体介质中工作，必须保持材质特性的稳定；（3）密封的动、静摩擦阻力要小，摩擦系数要稳定，不能出现运动偶合件卡住或运动不均匀等现象；（4）磨损小，使用寿命长；（5）制造简单，拆装方便，成本低廉。（三）影响密封性能的因素：（1）运动速度 运动速度很低（0.8m/s）时，起润滑作用的油膜可能被破坏，油封因得不到很好的润滑而摩擦发热，导致寿命大大降低。建议橡塑复合rp在0.3m/s1.2m/s速度范围内工作比较适宜。 （2）温度 低温会使橡塑复合rp油封弹性降低，造成泄漏，甚至整个油封变得发硬发脆。高温会使油封体积膨胀、变软，造成运动时油封摩擦阻力迅速增加和耐压能力降低。建议橡塑复合rp油封连续工作温度范围-10+80。 （3）工作压力 1、油封有最低启动压力要求。低压工作须选用低摩擦性能、启动阻力小的油封。在2.5mpa以下，橡塑复合rp油封并不合适；高压时要考虑油封受压情况，需用防挤出挡圈，沟槽加工方面也有特殊要求。 2、不同材质的油封具有不同的最佳工作压力范围。对于橡塑复合rp油封的最佳工作压力范围为2.531.5mpa。 （4）工作介质 除了严格按照生产厂家的推荐意见选取工作介质外，保持工作介质的清洁至关重要。油液的老化或污染不仅会使系统中的元件发生故障，加快油封的老化和磨损，而且其中的脏物可能划伤或嵌入油封，使密封失效。因此，必须定期地检查油液品质及其清洁度，并按设备的维护规范更换滤油器或油液。在油缸里油液中残留空气经高压压缩会产生高温使油封烧坏，甚至炭化。（5）侧向负载 活塞上一般必须装支撑环，以保证油缸能承受较大的负载。密封件和支承环起完全不同的作用，密封件不能代替支承环负载。有侧向力的液压缸，必须加承载能力强的支承环，（重载时可用金属环），以防油封在偏心的条件下工作引起泄漏和异样磨损。密封件的选择密封垫片是用于机械、管道等设备密封的一类备件。密封垫片的种类极多，按照使用的场合、制造的材料等不同可分为数十个种类，能够适应不同机械使用的需要。考虑到厨房食物垃圾粉碎机采用立式安装，多在潮湿、有腐蚀性、通电的环境下工作，工作时粉碎机内部的粉碎刀具高速旋转，根据以上原则和各种密封垫片的特性，密封件选用石棉密封垫片和橡胶密封垫片。1.石棉密封垫片石棉密封垫片是密封垫片家族中重要的一员，它采用石棉布和其他辅助材料模压制而成，具有极好的耐腐蚀性和耐高温能力，能够在1000的高温中工作，多用于反应釜、反应罐、人孔、手孔等部位。2.橡胶密封垫片橡胶密封垫片的主要制造材料是胶质弹性聚合物，具有耐高温、耐老化、耐真空、耐润滑油、耐氧化剂及绝缘性好等多重有点，因此橡胶密封垫片在国防工业和民用工业中有着极其广泛的应用。2.3方案的确定当刀具在高速旋转的时候，在同一时间垃圾是静止的。然后引起速度差，将废物从不同的方向切割，之后食物垃圾就变成3-5mm的垃圾颗粒。粉碎腔，电机和排污口构成了垃圾处理器。在粉碎腔，有各种刀具进行粉碎工作，厨房提供电机的电能，电动机和刀具是整个处理器的关键部位。这种机器更加适合我国的食物结构和住宅特点。避免了目前同类产品完全采用交流电机、国外进口电机、选用昂贵材料的做法，使机器的制造和使用成本降低，满足一般家庭的使用需要。图2.1食物垃圾处理器工作原理图设计的厨房食物垃圾处理器主要有入口部分、粉碎室、驱动电机和排污管组成，食物垃圾处理器工作原理如图4所示。入口部分是装在水池下面的，将食品垃圾和水一起冲入入口部分，之后进入粉碎室，粉碎室是整个设计的核心部分，是对食品垃圾进行处理的主要场所，里面有刀盘刀组等部件，工作时电机驱动刀盘转动达到3000r/min，将食品垃圾粉碎成3mm-5mm的颗粒，在水的冲击力下将颗粒通过排污管排除处理器。2.4粉碎刀盘组合刀具的结构设计2.4. 刀具基本尺寸的确定目前我国厨房洗涤盆下水口的结构尺寸基本上是统一的，直径为114mm，只是在轮廓上有大小、深浅之分。因此参照此基本尺寸，初步确定刀盘直径:d=114 mm，刀盘的厚度:t=3 mm.2.4.2粉碎刀盘的力学分析粉碎刀盘的工作载荷：组合刀盘工作时需克服阻力，为确保刀盘有足够的强度，设计刀盘时首先应对刀盘所承受的载荷进行分析。我们把刀盘理想为一个绕中心轴旋转的一块薄板，在它上面作用流体旋转阻力矩以及破碎食物垃圾(削、撕、磨)时的阻力。 流体旋转阻力矩设一个半径为r的圆盘，在本来静止的流体中旋转，转轴通过圆盘的中心且与圆盘垂直。由于圆盘旋转时，紧靠圆盘的流体层被圆盘上的摩擦阻力带动作圆周运动，受惯性力的作用流体层向外流，并在圆盘的外缘处离开圆盘;而新的流体层则逼近圆盘，并依次外抛。这样，经过一个短暂的起始阶段后，便建立了一个定常流动，它对圆盘的旋转施加了相当大的阻力。设: 圆盘上单位体积的流体，切应力bi的方向与圆盘成角。则 切应力的径向分量 （2.1）径向动量的增加跟被圆盘带着转动的流体的离心力相平衡，有 （2.2）为被带着转动的流体层的厚度，为圆盘旋转的角速度，r为圆盘的半径，故，切应力的径向分量与成比例，即： （2.3）即 切应力的周向分量 而 （2.4）切应力的周向分量 （2.5）按其量级可表示为 （2.6）圆盘的旋转速度为 （2.7）所以：把（2.3）代入（2.7）消去得：由实验可知：与半径无关，是一个常量 （2.8）根据运动粘性系数定义： （2.9）r为运动粘性系数，为粘性系数，为密度把（2.9）代入（2.8）中得： （2.10） 把（2.10）代入（2.3）得：由于为常量，所以得： 转矩m与bi还有面积、力臂成比例 对于半径为r和周向速度为v的圆盘，其系数为3.87/2，故阻力矩为 且 ，代入： （2.11）依据食物垃圾迅速变为35 mm颗粒的设计结果要求，设计选取刀盘的转速为n=3000转/分而 = =23.1430000.057/60=17.90米/秒使用计算旋转圆盘上流体阻力矩的公式： =3.870.05730.51.010317.9(110-6/17.90.057)1/2 =3.871.810-41.61050.9910-3 =0.1103 nm由此可以得出，流体阻力矩m=0.1103 nm又因为：m=f1r故：f1=m/r=0.1103/0.057=1.9 n所以流体阻力矩为：f1=1.9 n 垃圾形成的阻力由于食物垃圾为软垃圾，粉碎时产生很小的阻力，在对食物垃圾中常见的鱼刺、剩菜等进行破碎测试时（引用文献）得到的阻力大约为f2=11.5 n。2.4.3粉碎刀盘的强度校核粉碎刀盘受到循环载荷的作用，能发生疲劳破坏。刀盘是决定粉碎机寿命长短的因素之一，因此，按无限寿命设计，即要求各部件在工坐载荷作用下具有无限长的疲劳寿命。金属材料在交变应力下的强度常用曲线或疲劳极限来衡量。曲线如图5所示。图2.2-n曲线对于钢材来说，曲线有一条水平渐近线，这意味着当时，试件经受有限循环会发生疲劳破坏；当时，试件则能经受无限次循环而不发生破坏。为此，设计时应力水平应该很低，以便有足够的应力储备。疲劳极限与抗拉强度之间的关系如下：材料1cr13的抗拉强度进行保守估计，我们取的下限： 即：的最小值为计算：设在距圆心为处取一微面积，其上内力对x轴之矩为，将所有内力矩求和即得到截面上的力矩： (2.12)图5横截面应力示意图其中a为横截面面积。根据虎克定律： (2.13)将式(2.13)代入式(2.12)中，并注意到为常数，于是有其中是与圆截面有关的一个几何量，以极惯性矩表示，所以 (2.14)将式(2.14)代入式(2.13)得：圆盘上最大的应力应在截面周边各点，故代入： (2.15)根据材料力学知识，对于实心圆轴的极惯性矩：其中为圆轴横截面的直径。 将公式 (2.16)代入式(2.15)得： 可见 即 依据曲线，当，时，试件则能经受无限次循环而不发生破坏，设计刀盘满足强度要求。图2.3处理刀片示意图2.4.4刀片的强度校核由于刀片与刀盘都绕固定轴旋转，运动形式相同，所以校核方法相同。依据曲线，只要当刀片的时，刀片满足强度要求。设计中，刀片的半径 速度 则依据公式(2.10) 因为： 故流体对刀片阻力： 又因为： 将公式 代入式(2.15)得： 因为 所以 可见，设计中刀片满足强度要求。2.4.5粉碎刀盘的结构设计根据我国食物垃圾种类多，硬度、粘性差别大的特点，采用组合刀盘式粉碎刀，由固定刀组和旋转刀组组成，结构为：旋转刀组由刀盘组成。刀盘为组合刀盘，上面有菱形块、摆动刀及直径为3mm的小孔，摆动刀可绕固定轴做的摆动，实现粉碎垃圾。组合刀盘在电动机的带动下高速旋转；粉碎室内壁四周嵌有套装成一体的内齿环和端齿环作为固定刀组，内齿环和端齿环与粉碎刀盘有一间隙，利用间隙对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。组合刀盘式粉碎刀具有以下作用：(1) 对于硬度较小、粘性较大的食物垃圾，在可随电机高速旋转的刀盘上设置两个摆动刀，与粉碎室内部的端齿环共同作用，实现对食物垃圾进行剪切和机械撕裂破碎功能。(2) 对于硬度较大、粘性较小的食物垃圾在转盘上设置了两个棱形固定刀，在离心力的作用下，食物垃圾很容易运动到转盘的边缘，为此，在粉碎室内壁四周设置了平齿环。平齿环和端齿环共同作用，对食物垃圾进行切、撕、磨等破碎操作。(3) 在旋转刀盘上分布着许多直径为3mm的小孔，这些小孔一方面用来排泄破碎后的颗粒和污水，另一方面可以在保证转盘足够强度时减轻自重。2.5驱动电机的选择驱动电机是食物垃圾处理器工作能量的提供源，也是关键部件之一，其性能直接影响着厨房食物垃圾处理器质量的好坏。在设计中，电动机运行特征为时间短，启动频繁，断续工作。我们选用永磁电机,因为其定子为永磁钢励磁无需励磁线圈，即省电又不发热。磁路结构经精心选择，使电机具有启动转矩大，过载能力强、响应速度快、嘈声低及转动平衡等特点，电机设计时采用了一些特殊技术。但是本次设计所用的电机是自己设计制造的。(1) 磁钢径向、轴向聚磁以加大极弧面来提高气隙磁密，从而提高出力和快速响应能力。(2) 采用不均匀气隙设计和磁钢极尖削角来保证对负载电流引起的电枢反应有良好的抑制作用，提高线性度并降低功耗。(3) 利用电机槽和换向片及极弧宽度和齿槽的合理配合达到减小转矩波动、嘈声，保证平稳运行要求。2.5.1电动机种类的选择（一）电动机 种类的选择目前，电动机的种类繁多，价格。性能差别很大，本着经济。实用的原则对电动机类型及型号进行优化选择。根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要求选择电动机的类型。直流电动机可以实现快速频繁的无极快速启动、制动和反转；具有过载能力大，能承受频繁的冲击负载，调速性能优良，调速平滑、精确、方便、范围广。设计中，食物垃圾粉碎机电动机的特征为频繁的短时运行、快速启动，无调速要求。根据直流电动机的特点（见表5和表26），设计选取电机类型为直流电动机。表2.4 电动机类型选择参考表负载类别选用电动机类型恒转矩和通风机负载特性的机械选用机械特性为硬性的电动机较适宜恒功率负载特性的机械选用可调励磁的变速直流电机或带有机械变速的交流异步电机无调速要求的机械负载平稳对启动、制动无特殊要求长期运行的机械小功率普通笼型电动机大功率采用同步电动机带周期性变动负载的机械（如飞轮）或启动条件沉重大中功率采用绕线型电动机小功率，有过载能力，通过启动条件校验采用高转差率电动机某些断续运行的机械，采用交流电机在发热、启动、制动特性等方面不能满足要求或技术经济指标过低采用直流电动机表2.5 电动机类型选择参考表序号负载性质生产机械工作状态选用电机类型平稳冲击长期短期断续调速飞轮储能异步电机同步电机直流电动机笼型绕线型他励直励1234567注：1. 表示可选2.表示小功率机械或启动次数较多而电网容量不大易受冲击时，不推荐选用同步电机3.对于大中型机械，当电网容量不大时，不用笼型电机，而选用绕线型电机4.异步电机带调速装置5.需要启动转矩大的机械（如电车），采用直流电动机在直流电动机中，永磁直流电动机是一种磁极为永磁材料提供电动机所需励磁源，以代替电磁式直流电动机中的线圈式磁极