1、湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科生毕业设计 定稿.doc THE DESIGN OF FOOD WASTE PROCESSING MACHINE FOR FERTILIZER 学生姓名 ： 学 号： 年级专业及班级： 2007 级农业机械化及其自动化（ 1）班 指导老师及职称： 副教授 学 院： 工学院 提交日期： 2011 年 5 月 目 录 摘 要 . 1 关键词 . 1 1 城市餐厨垃圾的产生及处理现状 . 1 1.1 餐厨垃 圾的产生 . 1 1.2 餐厨垃圾特点 . 2 2 整机结构 . 4 3 工作原理和工作过程 . 4 4 机械系统的功能描述 . 5 5 机械系统功能分解并
2、绘制功能树图 . 5 6 功能树的求解 . 6 7 机械系统方案的选用 . 8 8 动力系统的确定和箱体的设计 . 8 8.1 电动机的选型 . 8 8.2 动力传递方式的确定 . 9 8.3 箱体的设计 . 9 9 链轮的设计、计算 .11 9.1 链轮速度的确定 .11 9.2 链轮的齿数 . 12 9.3 链条节数 . 12 9.4 计算功率 . 12 9.5 链条节距 . 12 9.6 实际中心距 . 12 9.7 验算链速 . 13 9.8 选择润滑方式 . 13 9.9 链轮主要尺寸 . 13 9.10 作用在轴上的压力 . 13 10 执行部件的设计 . 14 10.1 搅拌部件
3、的设计 . 14 10.2 排料部件的设计 . 14 11 轴的设计和校核 . 15 11.1 轴的设计 . 15 11.2 轴的校核 . 16 12 支撑架的结构设计 . 18 13 本机的应用前景和待解决的问题 . 18 13.1 应用前景 . 18 13.2 待解决的问题 . 19 14 总结 . 19 参考文献 . 19 致 谢 . 20 1 餐厨垃圾肥料加工机的设计 学 生：指导 老师： 摘 要 ： 随着人们节约意识的提高，越来越多的人为了资源的再利用做着努力，而对餐厨垃圾的处理则显得力不从心。为了从根本上解决餐厨垃圾的再利用问题，本文介绍了一种餐厨垃圾肥料加工机，文中阐述了城市餐厨
4、垃圾的产生及处理现状，给出了餐厨垃圾肥料加工机的整机结构、工作原理和工作过程，确定并设计了动力系统和执行部件，并阐述了餐厨垃圾肥料加工机的应用前景和待解决的问题。 关键词 ： 餐厨垃圾；肥料加工；机械设计 The Design of Food Waste Processing Machine for Fertilizer Student: Tutor (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract： With conservation awareness, more
5、 and more people are doing in order to re-use of resources, and the handling of food waste is appeared to be inadequate. In order to fundamentally solve the problem of food waste reuse, this paper, a food waste fertilizer processing machines, this paper discusses the emergence of urban food waste an
6、d treatment status, given the whole food waste fertilizer processing machine Structure, working principle and process to identify and design and implementation of power system components, and described the food waste processing machine of fertilizer application and the problem to be solved. Key word
7、s: Food waste; Fertilizer processing; Mechanical design 1 城市餐厨垃圾的产生及处理现状 1.1 餐厨垃圾的产生 餐厨垃圾是城市垃圾的重要组成部分。居民区、餐饮服务行业及各种企事业单位2 食堂是产生餐厨垃圾的主要场所。一般在食品加工过程中产生的食物残余成为厨余，成分主要为菜叶、果皮，其碳水化合物含量高；而在饮食消费后的食物残余称为“泔脚”，以淀粉、蛋白质、脂肪为主，同时还表现出含盐量、游离态脂肪含量高的特点，含水率高，易为微生物利用降解。 由于餐厨垃圾产量大，细菌、酵母菌等活菌含量高 ，极易变质腐败，孽生和招引蚊、蝇、鼠、蟑螂等害虫，污染
8、环境，必须进行严格有效地正规处理。然而目前餐厨垃圾的处理并未进入规范的处理渠道，一些非正规的餐厨垃圾处理存在很多薄弱环节，对人们的生活、健康和环境造成安全隐患，如图 1。 图 1.潲水油 Figure 1. Swill 餐厨垃圾的主要组成有粮食、蔬菜、植物油、动物油、骨肉及少量废餐具、牙签、餐纸等。主要化学成分有淀粉、维生素、蛋白质、脂类和无机盐等，同时含有少量氮、磷、钾、钙、镁、铁等微量元素 1。 1.2 餐厨垃圾特点 1.高含水率。餐厨垃圾的含水 率（ 75%左右），其收集、运输和处理都有很大难度。而且由于餐厨垃圾的热值在 2100kJ/kg 左右，不能满足垃圾焚烧发电的热值要求，如果与其
9、他垃圾一起焚烧会导致燃烧不充分而产生二恶英等物质；而填埋则会产生大量3 沼气及渗沥液，渗沥液可通地表径流和渗流等作用污染地表水和地下水，对环境造成二次污染。 2.易腐烂。餐厨垃圾中有机物含量高（占干物质质量的 93%左右），主要为淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等。又因其含水率高，易腐败发臭 ,所以易孽生病菌，包括大量沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肝炎病菌等多种致病微生物，造成多种疾病 的传播。 3.营养丰富。除了粗蛋白和粗纤维等有机物含量高外，餐厨垃圾还含有丰富的氮、磷、钾、钙以及各种微量元素，具有营养素齐全、再利用价值高等特点。餐厨中的糖类含量极高，而泔脚则以蛋白质、淀粉和动物脂肪类等为主要成分
10、，且含盐、油脂量高（可达泔脚总量的 20%-30%，其中相当部分是游离态），见表 1。 表 1.泔脚粗蛋白和粗脂肪消化率测定结果 单位 % Table 1. Hogwash digestibility of crude protein and crude fat results 消化率 标准差 粗蛋白 89.63 7.83 粗脂肪 88.26 2.83 目前国内餐厨垃圾的处理办法有 4 种。（ 1）餐厨垃圾肥料加工机处理：餐厨垃圾肥料加工机是一种通过添加高效菌种并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥机，此方法适于城市社区的的垃圾处理。（ 2）生化处理站处理：此时数台大型生化处理机并联运行，通常还
11、有前处理装置，集中对有机垃圾进行处理；但是该技术的产品附加值低，也无能源回收。（ 3）堆肥化处理：该技术通过湿式分选和厌氧发酵装置来处理有机垃圾，是一种工厂化处理，技术含量高，但不 适合城市垃圾的就地处理；（ 4）饲料化处理：通过脱水、干化、粉碎处理后将餐厨垃圾变成饲料，此技术投资和运转费用都很低，产品附加值高，销路也好，在饲料安全的情况下，是处理餐厨垃圾的最佳方式，但目前存在的问题恰是饲料安全不易控制 2。 肥料加工机处理有好氧和厌氧两种方法。其中好氧堆肥会产生臭气和大量的 CO2气体，处理不当会造成大气污染；而且发酵周期长，对发酵物的含水量、碳氮比有严格要求。而厌氧发酵不会造成污染，并且节
12、约空间，很适合城市餐厨垃圾的肥料加工机处理。发酵成的有机肥既可供给家庭花草的肥料需求，从而提高社 区居民节约环保的积极性；又可以用于农民蔬菜的种植，提高蔬菜的产品附加值。在食品安全日益受到人们重视的今天，发展这种技术尤其重要。 综合餐厨垃圾和垃圾处理的相应特点，设计一种适合大规模推广的餐厨垃圾肥料加工机械会带来巨大的社会效益和经济效益。 4 2 整机结构 该机主要有搅拌器、箱体、传动机构、螺旋输送器、机架及动力等部分组成，如图 2。 1.螺旋输送器 2.搅拌器 3.箱体 4.机 架 图 2.餐厨垃圾肥料加工机整机结构 Figure 2. Food waste processing machin
13、e whole structure of fertilizer 3 工作原理和工作过程 餐厨垃圾肥料加工机的工作过程如下： 1.垃圾收集：这一动作由人工完成，收集后的垃圾中的部分水及大部分油脂由排水网排出； 2.搅碎和干燥：通过搅拌器将垃圾充分搅碎、混合均匀，并且利用箱体外壁的加热板将垃圾干燥至含水率为 30%左右； 3.加料：加入发酵菌、除臭剂和调湿剂（锯末、稻壳等），这一动作由人工完成； 4.发酵：发酵过程需要定时搅拌，并保证箱体内温度 维持在 70左右，这一过程由搅拌器和加热板完成； 5.搅拌和干燥：将发酵成的有机肥再进行搅拌干燥处理，使其含水率达到 20%左右，并均匀混合； 5 6.排
14、料：打开搅拌器箱体底部开口，肥料由搅拌器搅动全部进入螺旋输送器内，拨动离合器将动力传至输送器，输送器旋转完成排料任务。 4 机械系统的功能描述 根据设计任务的要求，可画出餐厨垃圾肥料加工机的功能构成图，如图 3。 图 3.餐厨垃圾肥料加工机的功能构成 Figure 3.The function of food waste fertilizer composition machine 5 机械系统功能分解并绘制功能树图 由餐厨垃圾肥料加工机的设计任务可知，其总功能的技术原理是将集中起来的餐厨垃圾粉碎，然后进行厌氧发酵，受发酵条件要求，发酵过程中要加热，并在发酵前后对物料进行干燥处理。为实现此功能
15、，加工机必须具有粉碎功能；要有能在粉碎过程中承受各种作用力，保证几何精度的功能；要有能在发酵过程中保证一定的密封性的功能；要有能在发酵过程中加热和干燥的功能；要有能在发酵过程中检测并指示发酵状态参数的功 能。由此得到第一级分功能：粉碎功能（主功能）、动力功能、热力功能、结构功能以及控制功能。对于粉碎功能，它牵涉到固体垃圾、漂浮油脂和水三个部分，因此粉碎功能的分功能就是分别与固体垃圾、油脂和水相关的功能。对于固体垃圾，要求能够用于发酵，对于油脂和水，要求排出机外。对于动力功能，它牵涉到垃圾的粉碎、发酵状态的控制及辅助功能中排料、装袋功能。对于排料、装袋功能，6 它涉及到干燥后的肥料这一方面，因此
16、下一级的分功能就与肥料有关。其它功能分解不再赘述，见图 4。 图 4.餐厨垃圾肥料加工机的功能树 Figure 4. Food waste processing machine of the function tree fertilizer 6 功能树的求解 1.根据“功能树中固体餐厨垃圾粉碎”这一项、参照“物料粉碎方法”，可形成如表 2所示的三种方案 3。 表 2.物料粉碎形式、工作原理和特点 Table 2. Crush in the form of materials, working principle and characteristics 7 粉碎形式 锤片式 齿爪式 卧式混合 图
17、片 工作原理 采用冲击式粉碎方法，利用内部六只高速运转的活动锤体和四周固定齿圈的相对运动，使物料经锤齿冲撞、摩擦，彼此间冲击而获得粉碎。粉碎好的物料经旋转离心力作用，通过筛孔筛选后进入捕集袋。 它利用活动齿盘和固定齿盘问的高速相对运动，使被 粉碎物 料 经齿冲击、摩擦及物 料 彼此间冲击等综合作用获得粉碎。结构简单、坚 固、运转平稳、粉碎效果良好，被粉碎物 料 可直接由主机磨腔中排出，粒度大小通过更换不同孔径的网筛获得。 卧式混合机由 U 形容器、螺带搅拌叶片和传动部件组成； U 形的长体筒体结构，保证了被混合物料（粉体、半流体）在筒体内的小阻力运动。正反旋转螺条安装于同一水平轴上，形成一个低
18、动力高效的混合环境，螺带状叶片一般做成双层或三层，外层螺旋将物料从两侧向中央汇集，内层螺旋将物料从中央向两侧输送，可使物料在流动中形成更多的涡流，加快了混合速度，提高混合均匀度 应用特点 适宜粉碎化学物料、中药材等干燥的脆性物料。 齿式粉碎机适用于医药、化工、农药、食品及粮食等行业，用途极为广泛。 卧式混合机应用于农药、兽药、食品、化学品、生物、养殖业、陶瓷、耐火材料、塑胶、复合肥等固 -固（即粉体与粉体）固 -浆（即粉体与胶浆液）的混合，还特别适应粘稠的物料混合。 2.根据“可实现粉碎、排料功能”这一项，结合“物料输送装置的形式”，可形成如表 3 所示的两种方案 4。 表 3.输送装置的形式、工作原理及特点 Table 3. Conveying device in the form, the working principle and characteristics
