毕业设计（伦文）-家用厨余垃圾自动绞碎打包系统的设计

目录摘要 3Abstract 4第1章绪论 51.1前言 51.2垃圾处理技术的发展现状 51.3我国食品垃圾处理装置技术存在的问题 7第2章家用厨余垃圾自动绞碎机总体结构设计 82.1食品垃圾处理装置的工作流程 82.2食品垃圾处处理装置的结构及工作原理 82.3入料部分 92.4入料部分 92.5入料部分 92.6进出料口部分 102.7电机传动 102.8电机选择 102.9外壳设计 112.10家用厨余垃圾自动绞碎机的总体设计 11第3章家用厨余垃圾自动绞碎机的分析与计算 133.1家用厨余垃圾自动绞碎机的设计 133.1.1装置主要参数的确定 133.1.2设备结构 133.2刀杆计算分析 143.2.1键连接的强度分析 14第4章食品垃圾粉碎机的操作规程及注意事项 164.1 操作规程 164.2 适用范围 164.3 注意事项 16第5章家用厨余垃圾自动绞碎机的3D打印 175.1 建模软件介绍 175.2 部件3D建模 18第5章总结 21参考文献 22致谢 24

摘要食品垃圾处理技术是垃圾破碎的重要技术之一，它是一种将食物颗粒垃圾尺寸变小的加工技术，现生活垃圾随处可见，每隔家庭都离不开食品垃圾，食品垃圾处理不好，会造成管道堵塞和细菌病毒感等，可能造成经济或身体上的损失，因此人类利用科学技术和设备应对解决生活中问题，因此食品垃圾粉碎机走进人们的生活。随着人们生活水平的提高，人们对家庭生活的需求也在不断提高。目前，国内消费市场中家用粉碎机频频上市，功能新颖独特，它将成为家庭生活的好伴侣。本文主要论述了家用粉碎机的机械结构、外观及其设计。在这次设计过程中，利用三维建模软件进行了实体建模，突破二维空间，使其更加直观。在材料的选择上，刀片采用了不锈钢304材料，使粉碎机的健康得到保证。关键词：家用厨余垃圾自动绞碎机；机械结构；分析计算；三维软件AbstractFoodwastetreatmenttechnologyisoneoftheimportanttechnologyofgarbagebroken,itwillisakindoffoodparticlesgarbageprocessingtechnologytothesmallersize,livinggarbageeverywherenow,everyfamilycannotleavethefoodwaste,foodwasteisbad,cancauseblockageandbacteria,viruses,etc.,maycauseeconomicorphysicaldamage,sohumanuseofscienceandtechnologyandequipmenttosolvetheproblemoflife,sothefoodwastedisposerwalkedintopeople'slife.Withtheimprovementofpeople'slivingstandard,people'sdemandforfamilylifeisalsoincreasing.Atpresent,thedomesticconsumermarketinthehouseholdshredderfrequentlylisted,novelanduniquefunctions,itwillbecomeagoodpartnerforfamilylife.Thispapermainlydiscussesthemechanicalstructure,appearanceanddesignofthehouseholdpulverizer.Inthisdesignprocess,theuseofthree-dimensionalmodelingsoftwareforsolidmodeling,breakthroughthetwo-dimensionalspace,makeitmoreintuitive.Inthechoiceofmaterial,thebladeadoptsstainlesssteel304material,sothatthehealthofthecrushercanbeguaranteed.Keywords:foodwasteprocessor;Mechanicalstructure;Analysisandcalculation;3dsoftware

绪论1.1前言随着经济的发展及人民生活水平的提高,城市生活垃圾的排放量日益增加,大量的生活垃圾被堆放,占用大量土地的同时还污染地下水资源,给人们的生活环境及身体健康带来严重的影响。随着生活结构的改变,煤渣所占的比例逐渐减少,食物垃圾成为生活垃圾的一个主要组成部分。食物拉圾的发热值低、易腐烂、易滋生细菌,但另一方面它含有丰富的营养元素,来源固定,可实施资源化,这些特征越来越引起人们的注意。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。首先为填埋处理,此特点是操作简单,可处理多种类型的垃圾,但投资大,占地多,滤液渗漏,污染地下水,垃圾处理没有资源化;焚烧处理是在高温下燃烧垃圾,能迅速实现垃圾的“减量化”,同时焚烧产生的余热还可以发电和供热,由于我国的生活垃圾中含有大量的食物垃圾,垃圾的含水率高,降低了垃圾的热值,增加了垃圾的焚烧难度和成本。堆肥为处理食物垃圾的一个较好方法,但垃圾中的重金属易渗入有机肥中,用这种肥种出的食品危害人体健康;还有常用的方法为作饲料喂牲畜,但由于不具备合格的卫生条件,使牲畜受到伤害,从而危害人类。故找寻合适的处理食物垃圾方式是一项紧迫的任务。1.2垃圾处理技术的发展现状目前在美国处理食物垃圾主要使用厨房食物垃圾处理器,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。这种机器源于美国,为全面考察食物垃圾处理器可能造成的影响,纽约市政府曾联合多方面力量,进行了一项为期三年的联合调查,结果表明应用食物垃圾处理器可以为国家节约成本。目前,这一机器在美国家庭普及率为95%以上,并波及世界其他国家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。但在我国,此方面的研究仍为空白,国内的食物垃圾处理器都是直接照搬国外产品,它不适合中国的住房特点和饮食结构。所以研制一款适合我国国情的食物垃圾处理器十分必要。餐厨垃圾处理技术的发展可以追溯到食品粉碎。我国工业化粉碎设备制造始于上世纪80年代，我国开始生产食品粉碎机。随着我国经济的发展、城市生活水平的提高和人口的增长,生活垃圾的排放量急剧增长。据建设部调查统计,2001年我国城市生活垃圾清运量为1.35亿吨/年,占世界总量的四分之一以上1,年增长率在8%左右。由于垃圾产量的快速增加和我国垃圾处理能力的不足,给人民生存环境和日常生活带来危害。目前,我国生活垃圾日处理量仅占垃圾生产总量的45%,有近一半的生活垃圾不能及时处理而随意堆置,从而造成细菌繁衍,老鼠横行,污水横流,臭气熏天,严重的影响着人们的生活环境和身体健康。同时,中国的人均耕地面积不足0.13hm",远远低于世界人均0.31hm"的水平,可全国未经处理而堆存的垃圾达60亿吨,占用土地约50万hm,在大量浪费土地资源的同时也对土地产生污染。有资料表明,1节一号电池可使1平方米的土地失去其使用价值。在水资源方面,中国是世界上13个贫水国之一,全国668座城市中有400多座城市缺水,其中110座城市严重缺水,而历年堆放垃圾中的重金属以及在垃圾腐烂过程中产生的病原微生物,使一些城市的水源遭到污染。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,已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。据悉，上海某企业生产的餐厨垃圾粉碎机千瓦时产量仅为12.6kg/（千瓦）。H），远低于40公斤/（千瓦）。H）行业标准要求，比标准要求低68.5%。它将消耗超过标准的电能，不仅会给用户造成经济损失，还会给国家造成能源浪费。使用餐厨垃圾处理装置可以避免上述情况。从多个角度看，餐厨垃圾粉碎应用技术对周边水质、城市管道、污水处理、土地和土壤均无影响。它可以大大减少城市食物的浪费量。与现有条件相比，可以降低能耗，节约能源，保护环境。餐厨垃圾处理器的广泛使用，可以明显净化家庭环境和公共环境，有效缓解大量餐厨垃圾，减轻城市垃圾处理站的压力，餐厨垃圾处理不会显著提高污水处理厂的处理能力，对家庭和国家无害。目前，许多国家开始采取行动，甚至政府力量也开始使用，我国的环保也进入了高科技时期，大力推广食品粉碎设备，然而，这一领域的技术在我国还比较薄弱，需要进一步发展目前,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。这种机器源于美国,上世纪40年代,一名叫约翰·海墨的设计师设计出世界上第一台垃圾处理器,目的是为了减轻妻子的厨房负担,并且可以保护厨房环境。产品最初设计十分简单,只有一台电机驱动的滚刀。在以后的几十年,随着机器被不断的改进,人们也开始逐步接受。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。从此,食物垃圾处理器开始在美国批量销售,不少城市甚至以法律形式强令使用。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,象瑞典、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。。1.3我国食品垃圾处理装置技术存在的问题1）餐厨垃圾处理装置在工作时需要与水、电接触，产品的密封非常重要。良好的密封性可以保证食品粉碎机工作时食品和水不会与电机等电器设备接触，从而保证使用者的人身安全，减少食品外溢。密封已成为机械工业领域的新突破。一般采用密封圈和密封胶进行密封。但由于实际环境的巨大变化和各种综合因素的影响，很难实现严格的密封，现有的密封技术也会长期泄漏。2）叶片间隙调节机构是食品粉碎机的主要调节机构。在正常操作中，只有保持固定片与动物片之间的合理间隙，并对食物施加适当的压力，研磨机才能有良好的研磨效果。在实际使用中，有些生活垃圾具有很高的硬度，如骨累、豆类等，而有些则具有很高的韧性，如白菜、红薯等纤维、油脂食品植物，这就对刀具的要求相对较高刀片与刀盘之间的安装距离也有很大的关系。大的距离导致小颗粒在中间不被切割。叶片距离过近，可能造成叶片轴向死角，导致叶片工作不正常，电机烧损严重。3）本产品主要用于家庭。根据现有条件，电机采用交流电机，调速范围宽，但一般噪音大，体积大，操作方便，水槽采用0.5-1.2铁板制作。承载力太小，容易损坏水槽。厚板水槽需要特制。成本很高，普通家庭不会选择。因此，设备推广的实用性较差。但我相信，在未来，国家会出台相应的法规，使餐厨垃圾处理的推广应用成为必然的发展趋势，也是新时代的进步。

家用厨余垃圾自动绞碎机总体结构设计2.1食品垃圾处理装置的工作流程设备已连接到池的端口。使用时，食物垃圾被放入水池中，以打开水源。废水和水从进料口进入内腔。滤网收集进入的碎屑。直径小于3mm的碎屑直接从滤网孔流出。较大的用直径小于3mm的刀片切碎。较大的一个被进一步压碎，直到所有的碎屑从过滤网中流出并流过排水管。图2-1家用厨余垃圾自动绞碎机工作原理流程图2.2食品垃圾处处理装置的结构及工作原理餐厨垃圾粉碎机的整体结构如下图2-2所示，由壳体、过滤器、导杆、叶片、电机等组成，根据设备的技术要求，设备的工作原理由电机驱动。电机启动后，带动刀杆旋转。电机和刀杆通过键连接。刀杆上装有粉碎垃圾的刀片。刀杆设计有台阶，防止刀杆轴向传递。刀杆的另一端固定有轴承，保证刀杆高速旋转为轴线，轴承采用防水密封标准件，提高设备的使用寿命。轴承上方设计有导套，用于压紧轴承，防止轴向传动。刀杆头部被引导并固定。刀片由一个特殊的螺钉压缩，并随刀杆旋转。壳体和滤网形成一个腔室。过滤网过滤垃圾和水，并流出外壳，从管道中排出。1-外壳体，2-滤网，3-刀杆，4-刀片，5-电机图2-2家用厨余垃圾自动绞碎机的结构2.3入料部分材料和水必须连续、均匀地供应到滤网内部。一般情况下，垃圾入池后，打开水源，同时打碎滤网过滤。由于切屑作用和水源是连续的，粉碎的物体可以连续排放到下水道中，以确保管道中不会出现淤积。2.4入料部分当垃圾进入滤网腔时，刀片开始粉碎物体，此时刀片和刀盘成剪切式运动，将物体剪碎，为防止硬度较高的物体进入间隙将刀片卡死，设计刀片和刀盘间隙约2mm，保证进入间隙的物体能从滤网眼流出2.5入料部分食品垃圾投入机器内，在刀片高速旋转时，与刀盘行程先对速度差，进行对垃圾的粉碎，食物在切削时，由于自重作用和离心力作用，食物会沉在底部，或沉淀在刀片盲区，导致刀片不能切削到，时间长久会导致滤网堵塞，和食物腐烂，刀盘设计流体导向，由于刀盘旋转时，会形成流层，沉淀物进过流层，在工作时物体从流体导向块处向上浮器，能把沉在底部角落的杂物旋浮到空中，刀片进一步把杂物切碎，直到切碎随有物体，从滤网流出2.6进出料口部分该食品粉碎机的进口端与水池连接，采用螺纹连接方式，出料口端与下水道口连接，采用螺纹连接，现市场螺纹规格多样，本设计采用市场使用相对较多螺纹规格。2.7电机传动电机是整个设备的动力源，电机与刀杆通过键电连接，刀杆端部固定刀片，用螺栓紧固，刀杆导向套和轴承起到定位刀杆作用，保证刀杆旋转时，能平稳运行，电机采用立式装夹方式连接，和壳体连接时，通过用电机连接过渡做连接。2.8电机选择该设备用于食品垃圾粉碎，电压22V，安装到水池下面，工作环境潮湿且易被水淋到，我选择220V电压，防水IP44型封闭式电机，根据空间结构，选择采用电机V19立式安装方式异步电机与其它类电机比较，性能能稳定，维护方便，市场价格便宜，本设备对电机工作方式、旋转方式和精度没有要求，所以我选择异步电机，转速2800r/min，功率1.5kW电机型号YH-90S-2,其中YH表示异步电机，90表示电机基座型号规格，S表示短级，2表示电机极数是2，可满足设计要求。根据资料可查得粉碎机主轴的转速在800-4000r/min，按一般日常食品粉碎条件，可参照现有豆浆机参数确定，日常豆浆机转速约2800r/min，功率是1.5kW。符合这一范围的同步电动机型号有以下三种，根据设计空间结构和连接方式，由《机械设计通用手册》查出三种适宜的电动机型号，因此有三种不同的对比方案，如表1：表1电动机型号及技术参数方案电动机型号额定功率电动机转速重量1YH-90S-21.52800162YG-90L-41.52800183YS-108S-61.5280023综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及转速，可知方案1比较适合。因此选定电动机型号为YH-90S-2。所选电动机的额定功率Pd=1.5kw，满载转速=2800r／min，总传动比适中，传动装置结构合适。表2电动机的主要外型和安装尺寸中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸90φ115×100φ105φ6.5φ24×208×182.9外壳设计设备壳体是承载整个设备重量的载体，也是构成水室的主要部件。壳体分为上壳体和下壳体两部分。上壳主要与水池连接，下壳主要承载设备的核心部件，如滤网、电机等，电机不能直接与下壳连接。电机连接座设计，加工连接座时通过连接座的过渡与下壳体连接，严格控制连接座上下平面的平整度，确保安装后电机中心与刀杆中心重合。上下壳体通过法兰连接，连接后形成水室，使过滤网中的颗粒和水进入水室，从出水管流出。因为设备是在厨房里用来接触食物的，厨房里上下水管的环境潮湿，有水工作，这关系到食物的健康。机构内腔采用食品不锈钢材料304，具有耐高温、加工性能好、韧性高、耐腐蚀性强等特点。食品不锈钢依据中华人民共和国国家标准/不锈钢餐具容器卫生标准gb9684—不锈钢与普通不锈钢的区别在于，食品不锈钢中对人体有害的元素控制在一定范围内，以保证不产生有害物质对人类健康的影响。该材料适用于压力锅、刀具等相关加工器具，连接标准件均采用普通不锈钢，螺栓等级为8.8级。2.10家用厨余垃圾自动绞碎机的总体设计为了优化食品粉碎机的型号和结构设计，在粉碎机的设计中采用了电驱动，电机也很节能。杂物随进水进入滤网，在自重和离心力的作用下，进入滤网，由出水口进入下水道。本设计将电机安装在食品粉碎机的下部，壳体分为上下两部分，便于装配和维修，结构合理。粉碎机的设计是从进料到粉碎，最后将粉碎后的食物排出体外，这是由粉碎机的设计完成的。该破碎机结构简单，安全性能高，效率高，耐久性强，结构简单，维修和储存方便。实际效果图如图2-5所示。图2-4食品粉碎机实效剖视图

家用厨余垃圾自动绞碎机的分析与计算3.1家用厨余垃圾自动绞碎机的设计3.1.1装置主要参数的确定叶片的布置不仅影响餐厨垃圾破碎机的质量，而且影响餐厨垃圾破碎机的平衡。在这种设计中，研磨刀具均匀地分布在刀片的圆周方向上。本发明的设计具有以下优点：粉碎器轴向分布均匀，径向分布等角，粉碎器空载转动时载荷均匀，粉碎器不产生离心力。粉磨刀片转速的选择直接影响到食品废弃物的粉碎效果。过高的磨削速度会增加磨机的能耗、不平衡和噪声。破碎叶片转速过低，影响了餐厨垃圾破碎机的破碎质量和生产效率。磨刀的回转半径直接影响机床的工作效果和磨刀的平衡。当刀片转速固定时，刀片旋转半径的增大将增大磨床的整体尺寸。结合实验室试验和理论计算，本文设计的食品粉碎机刀片直径为100mm，厚度为2mm，“螺旋桨式”刀片由于其质量大，会产生很大的惯性力，对食品物料具有良好的粉碎效果。刀片安装部分设计为“d”型结构，保证刀片与刀杆同步旋转，机械能最大化，零件弯曲强度为345，抗拉强度为540，满足设计要求3.1.2设备结构该设备是用电机传动工作原理，电机和刀杆通过键连接，刀杆设计台阶，防止轴向传动，刀杆另一端有轴承固定，保证刀杆高速旋转时能平稳运行，轴承用防水密封轴承标准件，增加设备使用周期，轴承上方设计导向套，用于压住轴承防止轴向传动，对刀杆头部进行导向固定，使刀片旋转平稳，刀片用特制螺钉压紧和刀杆一起旋转工作。粉碎刀片的主动轴与电机动力传出轴相连工作。食品物料进入粉碎装置中，粉碎刀片以2800r/min高速转动，刀片对食品垃圾产生很大的冲击力。使食品物料打断成颗粒。最后这些颗粒通过排料口排出。3.2刀杆计算分析轴径的扭转强度计算和按扭转刚度计算：d—轴端直径（mm）；T—轴所传递的扭矩（N·m），T=9550(P/n)；P—轴所传递的功率（kW），由电机功率知p=1.5kW；n—轴的工作转速（r/min），由电机转速知n=2800r/min；τp—许用扭转剪应力（MPa），A—对应取值，刀杆材料属于不锈钢材料，所以查表A值取最大值A=135；φp—许用扭转角（°/m），BA—对应取值,转动属于要求不高的转动，查表锝B取值82.7按扭转强度计算的轴的直径d值12>10.94，满足设计要求按扭转刚度计算的轴的直径d值设计要求d=12mm扭转强度计算值10.94和扭转刚度计算值11.72都小于设计值所以满足设计要求。3.2.1键连接的强度分析T—轴的转矩（N·mm），计算得T=5120;D—轴的直径（mm），已知轴经D=40mm;K—键的受力接触高度（mm），平键k=h/2=3.5mm;l—键的工作长度(mm)，只取键接触部位，本设计用半圆键l=总长-半圆半径=18-8=14;b—键的宽度mm,取b=8;ρpp—静连接许用挤压应力,查表得100-200;τp—许用剪应力,查表得90;键工作时的应力；键的剪切力计算：键的强度符合设计要求，满足设计3.4.3计算轴承的额定动载荷计算轴承的设计考虑空间结构,载荷大小和工作环境,保证使用寿命,C—基本额定动载荷计算值(N);P—当量动载荷（N），查表计算得P=0.18fh—寿命因素，查表得2.7；fn—转速因素，查表得0.106；fm—力矩载荷因素，查表得1.5；fd—冲击载荷因素，查表得1；fT—冲击载荷因素，查表得1；Cr—径向额定动载荷，查表得2.9；轴承的额定动载荷计算：轴承的载荷符合设计要求，满足设计

食品垃圾粉碎机的操作规程及注意事项操作规程（1）运行前，应检查设备各部分装配是否完整准确，进料斗及粉碎机腔内是否有铁屑等杂物，如有需除去，保持检查粉碎机内干净整洁；对于外形较大的不适宜用设备粉碎的需除去，增加设备使用寿命。（2）检查电源和水源否正常；检查设备连接部位是否牢固；（3）检查接料构件安装是否正确、牢固；适用范围（1）本机适用于粉碎日常生活食品垃圾；（2）不适用粉碎硬度大或外形大的物体。该控制注意事项（1）工作时保证有持续的水源（2）使用过程中发现刀片有裂纹应及时更换刀片，避免造成事故；（3）成品由粉碎室经滤网过筛后的排出，粉碎完毕比后用水冲洗内腔，保证腔内无残留物；（4）该设备只限大人使用，10岁以下儿童禁止使用；（5）操作完毕后按清洁规程对设备进行清洁；（6）物料粉碎前必须经过检查，不允许有金属杂物进入粉碎室内（7）工作结束后关闭水源，关闭电源，盖好水池盖，表面清理干净。

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总结家用厨余垃圾自动绞碎机的设计是一个结合实际、实用性很强的一个设计，日常生活中也很常见，当我看到这个题目的时候，我觉得这个设计其实并不难，装置的道理还是挺简单的，用的构件也很少，做起来应该很容易。但是到实际去做设计的时候，并不是想象的那样简单。从接到课题开始，我就开始着手去准备我的毕业设计，通过上网查资料，去市场了解相关材料数据，我把查的资料全部存到电脑上，开始研究课题和资料，从设计方案的选择开始，我就开始上网、去书店查资料书也得出了好几种设计方案，我也去了外边一些五金电器店铺去看了别人的食品垃圾处理装置的机器，经过近半年的备战，我最终选择开始绘制简易图，计算数据，去画solidworks图，这个时候我才明白前期的计算数据是多么的重要，因为有时候的数据是自定义的，导致了后来装配的时候出现装配不上的问题，然后再回头反复计算、修改。在通过这次设计中，我也学到了很多。我想会对以后自己独立设计打下一个很好的基础的。

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