毕业设计（论文）-一种餐厨垃圾减量化处理装备设计

一种餐厨垃圾减量化处理装备设计PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANI摘 要4mm的颗粒，然后随水一起流入下水道，此设备的设关键词：减量化；餐厨垃圾；研磨刀盘；驱动电机全套图纸加V信153893706或扣3346389411ABSTRACTtherapiddevelopmentofthethegeneralimprovementofpeople'slivingstandardsandtheaccelerationoftheurbanizationprocess,andtheproblemthatdomesticwastecannoteffectivelytreatedhasbecomeincreasinglyprominent;foodandkitchenwasteaccountsforaproportionofdomesticwaste,foodwastecannoteffectivelyhandledwillhaveaofharm,long-termstacking,notonlywillpollutetheenvironment,theappearanceofthebreedingbacteria,butalsoharmtoourhealth.Therefore,anurgentproblemtosolvereasonablythefoodwasteourBasedonthis,thispaperdesignsafoodwastereductionequipmenttoreducefoodwastefromthesource.Inthispaper,thedesignoffoodwastereductionequipment,theworkingprocesswhenfoodwastethegrindingroom,equipmentconnectedtothepowerdrivemotorstarttowork,drivethehigh-speedrotationofthecutter,foodwasteforfullgrinding,grinding,thedeviceisdesignedtoreducefoodwastesource,achievethereductionoffoodwastetreatment,therebybetterreducingpollution,andprotecttheenvironment,improvePeople'squalityoflife.Keywords：Decrement，Kitchenwaste，Grindingdisc，DriveMoto.PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 录摘要 IABSTRACT II第1章绪论 1课题研究背景及意义 1课题的研究现状 1课题的国内研究现状 1课题的国外研究现状 3当前现状与不足 4本课题研究内容 5第2章餐厨垃圾处理装备的整体设计 6餐厨垃圾处理装备的工作原理 6餐厨垃圾处理设备的组成 6餐厨垃圾处理设备送料口设计 7研磨仓的结构与材料选择 7设备的机身设计 7排污口的设计 7研磨刀盘的设计 8驱动电机的选择 8整体设计的结构图 82.3本章小结 9第3章刀盘的材料选择和力学分析 10研磨刀盘尺寸的确定和材料的选择 10研磨刀盘的力学分析 研磨刀盘的强度校核 14PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIV本章小结 16第4章研磨刀盘的设计分析与电机选型分析 18研磨刀盘设计分析 18五级研磨流程 18一级研磨结构设计分析 18二级研磨结构设计分析 18三级研磨结构的设计分析 19四级研磨结构的设计分析 19五级研磨结构设计分析 20电机的选型分析 20本章小结 20第5章总结与展望 225.1总结 225.2展望 22致谢 23参考文献 24附录一 24附录二 37PAGEPAGE27第1章绪论课题研究背景及意义142亿吨的垃圾。餐厨垃圾[1]是指“饭店、宾馆、企事业单位食堂、餐饮行业、食品加工[2]课题的研究现状课题的国内研究现状14亿的人口，每年都有大量的餐厨垃圾需要处理，为了更好的解[5]等对国内餐厨垃圾产业状况及（1餐厨垃圾概念不统一（2（3餐厨垃圾监管体（4）（5）餐厨垃圾重视度不强。[6]（1餐厨垃圾处理技术学者王耀军[7][8]基于我国餐厨垃圾处理现状及主要处理技术的研究，餐厨垃圾处理方法还有粉碎发法、餐厨垃圾处理机处理法、能源化处理法等。1.填埋堆放法由于不能实现资源化，会导致大量的资源浪费，不符合可持续发展方向。长期堆放不仅占用大量的土地资源，而且会影响周边的环境。2.高温焚烧法采用高温焚烧资源浪费严重、对技术的要求严格。3.厌氧发酵法厌氧发酵是利用微生物的新陈代谢功能，将餐厨垃圾中的有机质进行分解；微生物对餐厨垃圾分解不充分不完全现象，所以，该技术需不断探索和完善，达到安全可靠的标准。4.好氧堆肥法5.粉碎法6.餐厨垃圾处理机处理法7.能量化处理法课题的国外研究现状2018年我国餐厨垃圾超过1亿吨，而且呈现逐年增加的趋势，带来了严重的环境污染等一系列问题。现就国外对餐厨垃圾处理进行了解与学习，国外学者Iacovidou[9]等对英国家庭食物垃圾处理政策的研究，Bernstad[10]等对不同技术处当前现状与不足目前我国在餐厨处理上的现状为[12]：国家出台了很多政策，餐厨垃圾处理1）餐厨垃圾处理收集难度大。大多数餐厨垃圾被私人拉走，主要是养殖场2)3）管理方面存在问题。目前我国一部分民众环保意识不强，尤其对餐厨垃本课题研究内容第2章餐厨垃圾处理装备的整体设计餐厨垃圾处理装备的工作原理该论文所设计的餐厨垃圾减量化装备[17]360度高速旋转的锤头会产生的巨大离心力撞击、冲击，将餐厨垃圾快速敲成残渣、颗粒，紧接着，残渣、颗粒进入研磨仓，双层研磨盘将其再次切烂、打断，直至把垃圾打成小于4mm工作流程如图所示：图2.1设备工作流程图餐厨垃圾处理设备的组成图2.2整体结构设备处理餐厨垃圾的空间在研磨仓，在研磨仓内，通过研磨锤和研磨盘对餐厨垃圾进行粉碎，达到减量化目的。4mm的糊状，随水流一起流进下水道。餐厨垃圾处理设备送料口设计研磨仓的结构与材料选择设备的机身设计排污口的设计研磨刀盘的设计由于餐厨垃圾具有种类繁多、硬度大，粘度高等特点，处理起来相当困难。0.4mm的小孔，用以排出达到粉碎要求的垃圾。研磨盘底部有圆齿，圆齿锋利边缘与研磨盘底部击板相互作用对垃圾进行切割与剪裁。驱动电机的选择整体设计的结构图2.3本章小结

图2.3整体结构设计图皖江工学院本科毕业设计（论文）皖江工学院本科毕业设计（论文）第3章刀盘的材料选择和力学分析研磨刀盘尺寸的确定和材料的选择根据市场调研发现，目前生活当中水槽下水接头尺寸各不相同，一般的通用90mm140mm110mmn3500r/min，刀盘厚度为：t=4mm。对于餐厨垃圾粉碎设备，研磨刀盘的设计至关重要，研磨刀盘会因长时间磨碎而失去效能，它和驱动电机直接决定整个设备使用寿命和性能，以及影响餐厨垃圾的粉碎程度。因此，研磨盘必须具有耐磨性、耐腐蚀性，并且满足使用的强度、刚度等条件。所以对研磨刀盘进行选材时，必须满足这些条件。表3.11Cr13、30Cr13、15CrMov材料特性性能材料1Cr1330Cr1315CrMov组成成分（质量分C：?0.150.16 0.250.12 0.18数%）Cr：11.50 13.0012.0 14.08.0 密度（g/cm3）7.757.757.85硬度（HB）?159223?179价格（千元/吨）555.5抗压强度(MPa)217206210屈服强度(MPa)?345?440?295抗拉强度(MPa)?540?635?440具有较高硬度、韧性、具有一定耐磨性及抗具有较高的热强行和材料特点耐腐蚀性和减震性。腐蚀性，硬度高抗氧化性。可以用作刀刃、机械适合用作耐磨耐腐蚀材料用途部件和餐具。的塑料模具。广泛，加工性能好查阅有关资料得知，C、Cr元素的含量对材料性能影响很大。C：一方面碳是稳定奥氏体的元素，在不锈钢材料中作用很大；另一方面碳和铬有很强的亲和力，可以形成一系列复杂的化合物。材料中C的相对含量越高，其材料的强度越高、耐腐蚀性越好。现就密度、硬度、抗拉强度、抗压强度、组成成分、价格、材料特点、材料1Cr13、30Cr13、15CrMov三种材料进行比较，根据表中的参数综合分析，可以得出，1Cr131Cr13最合适。研磨刀盘的力学分析研磨刀盘在工作时，由于高速旋转会产生很大的阻力，因此，需要对刀盘进行受力分析，保证有足够的强度。由设计的刀盘结构可知，刀盘工作时的阻力主要来自对垃圾的切削、撞击、啃咬、捶打、剪切的作用和流体阻力[18]。（1）流体阻力：指的是垃圾与刀盘器壁摩擦产生的阻力。（2）阻力带动一起做圆周运动，由于高速旋转，刀盘会产生很大的离心惯性力，受离心惯性力作用，流体层会向外侧流，在圆盘的外缘离开圆盘；在一段时间内，新形成的流层会依次重复着上述的这个过程，因此，就形成了定常流动，产生极大的阻力。表3.2符号说明符号说明r刀盘的半径s切应力j夹角w研磨盘的旋转角速度r流体的密度d流体层厚度m粘性系数G运动粘性系数M转矩设研磨刀盘的半径为r，切应力为s，切应力与圆盘的夹角为j，离心力公式推导。由：可知离心力：

n=wrF=w2r

（3.1）（3.2）单位体积流体的离心力：

轴F=rd2r轴

（3.3）切应力的径向分力：

径F =s径

sin

（3.4）切应力的轴向力：

轴F=s轴

cs

（3.5）切应力的轴向力也可以表示为：F轴即： F

=（dm/y=mn/d

（3.6）（3.7）轴把式（3—1）代入式(3—7)，得：F轴

=mwr/d

（3.8）由力的平衡可知，径向分力与圆盘转动的离心力平衡，即：切应力的径向分力与单位体积离心力成正比，由等式可得：osinj=

rdr

（3.9）即： s

rd2r/sin

（3.10）n=wr代入式（3—7，得：o=

rdn/sin

（3.11）把式（3—10代入式（3—5，得：轴F=/sinj轴

（3.12）结合式（3—8和式（3—12，得：d2=m/rw

（3.13）由运动粘度系数定义可知：G=m/r?1?10-6 （3.14）20度，水的粘性系数m1?10-3m2/s，r为水的密度。把式（3—13）代入式（3—12，得：d2=把式（3—14）代入式（3—9，因为角度j为常量，得：o=wr(Gw)1/2

（3.15）（3.16）由力矩公式推导可知，力矩与切应力、刀盘面积、力臂之积成正比。即： M=prw4

（3.17）由w=2pn/60，根据设计可知，n=3500r/min，得：w?366rad/s再由n=wr，得：n=32.94m/s设半径r为116mm的圆盘，系数为k，所以，M=kprw4(Gw)1/比例系数k取为1.935，得：M=1.935rwr4(Gw)1/2=1.935?103?366?0.094(10-6?366)1/2?0.88N/m

（3.18）流体力矩为M，因为转矩M力?F=M/r得，流体阻力为：F1=9.8N查阅有关资料得到，一般食物垃圾实验阻力为：F2=11.5N所以研磨刀盘的强度校核

=+21.3N研磨刀盘的直接决定餐厨垃圾处理设备的寿命，所以，需要对研磨刀盘进行强度校核，保证其正常工作的时间。研磨刀盘的强度校核是指校核刀盘在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力，强度校核有多种方法，包括对弯曲强度、拉伸强度、抗剪强度的校核，现就对刀盘的抗拉强度进行校核。S-N曲线S-N曲线如图所示图3.1S-N曲线由S-N曲线可以得出，当周期应力的大小低于或趋向于一特定值时，金属材料就可以承受无限次的应力循环，而且不会造成疲劳破坏，保证材料具有无限长的使用寿命。从上图可以知道，smax=s-1为一条水平渐近线，当smax>s-1时，研磨刀盘smax<s（（1）计算最小抗拉应力根据力学相关知识，疲劳极限s-1与抗拉强度sLA的关系为：0.25<s-1/sLA<0.5由表可以得到，金属材料1Cr13的抗拉强度sLA?540MPa，为满足条件，选择540MPa代入计算，s-1=0.25?sLA=0.25?540MRa=135MRa所以，疲劳极限的最小值为135MRa。（2）计算最大抗拉应力设研磨刀盘所受最大应力为smax。首先，利用微元法求力矩M，在距离圆心l处取面积dSX轴方向上求力矩为ldS所选位置到圆心距离，整个圆盘力矩为：图3.2力矩图M=?sldSG常数：

（3.19）t=Gg=Gldjdx即o=

（3.20）（3.21）把（3—20）代入（3—18）得：M=aG?sl2S

（3.22）Ip极惯性矩。由Ip=?l2dS，代入上式，得：M=aGIpa=G

（3.23）（3.24）把式（3—22）代入（3—20）得：o=/

（3.25）研磨刀盘最大应力在圆盘边缘处取得，即当l取为r时，可得：smax=Mr/Ip

（3.26）式中：d—研磨刀盘的直径。根据材料力学知识，实心轴的极惯性矩的计算公式为：Ip=pd4/3

（3.27）研磨刀盘在高速旋转还会受到离心力作用，离心力计算公式为：离F=mw2r离

（3.28）研磨刀盘的质量：m=rpr2tt研磨刀盘的厚度。

=?0.092?0.004?0.788kg离心力为：

w=n/=2?3.14?3500?60?/s离F=mw2r=0.788?3662?0.09=9379.6N离刀盘所受合为：F=F离+F阻=21.3+9379.6=9379.6N根据力矩公式M=F?r，得：smax=Mr/Ip=32Fr2/pd

=7.4MRa通过计算可知，smax s-1结合S-N曲线研磨刀盘承受无数次应力循环不会受到破坏，满足刀盘强度要求，保证设备使用寿命。本章小结本章首先根据刀盘的工作环境、工作特点，对刀盘的尺寸和材料进行初步选择；由理论力学、材料力学知识对刀盘进行了受力分析，通过计算得出刀盘工作所受的阻力，进而对刀盘进行了强度校核，由工作时刀盘所受最大抗拉强度远小于材料本身能承受的抗拉强度，得到所选刀盘的材料满足刀盘强度要求，符合工作要求。第4章研磨刀盘的设计分析与电机选型分析研磨刀盘设计分析研磨刀盘的设计[19]极为重要。根据餐厨垃圾种类多、成分复杂，并且有难处理的纤维、饭粒、骨头等，现将设计的五级研磨机构进行如下分析：五级研磨流程五级研磨，经过五级研磨结构设计[20]，实现餐厨垃圾充分研磨，达到顺利流入下水道的要求。一级研磨结构设计分析二级研磨结构设计分析

图4.1刮刀片与研磨锤三级研磨结构的设计分析

图4.2研磨环三级研磨结构为研磨刀盘，研磨盘上均匀分布着直径为4mm、5mm和少量6mm的小孔，经过一、二两级研磨结构的餐厨垃圾，当直径符合要求时，会通过研磨刀盘，完成对餐厨垃圾的三级研磨。四级研磨结构的设计分析

图4.3研磨盘图4.4撕裂器五级研磨结构设计分析4mm，能够顺利流如下水管道，不会堵塞。电机的选型分析现采用类比法对其进行设计：（1）五级研磨结构采用增压回流技术，实现对餐厨垃圾高效、充分处理，使得餐厨垃圾处理后的直径小于4mm，能够顺利流如下水管道，不会堵塞。通过刀盘工作时需克服的阻力计算负载功率RW。（2）由计算出的负载功率确定电机额定功率Rd，且保证RW?Rd由上面对研磨刀盘的受力分析可知，研磨刀盘在工作时，需克服的阻力为：=+=21.3N刀盘速度为：负载功率:

n=wr=366?0.09=32.94m/s电机的额定功率：

RWI=

=32.94?21.3?701.6WRd=1.2RW=841.9W850Wn3500r/min，电流I2.4A4Kg，此电机具有质量轻、体积小、结构简单、效率高、噪音低、寿命超长等优点。本章小结第5章总结与展望总结论文主要对该餐厨垃圾减量化装备的进料口、出料口、研磨仓、研磨刀本论文设计的餐厨垃圾减量化处理装备，能实现减少垃圾总量，减少污染，进而保护我们的生存环境。展望致 谢参考文献[1]刘增革.餐厨垃圾的处理技术[J].科技创新与应用，2019(35):155-156.刘敬武.[J].30(06):240-241..[J].广东化工，2019，46(19):158-159..[J].01（02）:87-90.路风辉.[C《环境工程》编委会、工业建筑杂志社有限公司.2018年全国学术年会论文集（中册）.《环境工程》编委会、工业建筑杂志社有限公司:《环境工程》编辑部，2018:231-235..[J].16（14）:4575-45