1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 家用垃圾处理机挤出装置设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 生活垃圾日益增多，其中厨房垃圾占了很大的比重。该处理机主要收集厨房垃圾中的骨头。家用垃圾处理机的挤出装置是处理机的一部分，它 的设计是有相当意义的。第一步的工作是在图书馆和网络上收集与挤出机相关的最新信息。在综合很多有用的信息后，第二步的工作是提出总体设计方案。在总体参数确定后，利用 CAD绘制所有零件图和总装图。最后编写了设计说明书。采用突变型的单螺杆作为挤出机的挤出装置，在单螺杆与料筒之间的物料压力逐渐增加，在通过
2、机头后，物料以一定的紧实度被挤出，最后物料的形状是圆柱形的，这样基本达到预期的设计需求。 关键词 ：家用垃圾处理机，单螺杆， 挤出 II The Design of Extrusion Device for Home Waste Disposer Abstract Increasing the amount of garbage, kitchen waste which accounts for a large proportion. The processor mainly collects bones in the kitchen waste. The extrusion device o
3、f home waste disposer is as a part of the disposer, and its design is quite significant. First work is to collect the latest information related to extruder in the library and on the internet. In the combination of a lot of useful information, second work is to put forward overall design. After dete
4、rmining the overall parameters, third work is to use CAD to draw several part drawings and the assembly drawing. Last work is to write a certain length of the design specification. It uses a mutant single screw as the extrusion equipment of the disposer, the material pressure between the single scre
5、w and the barrel gradually increase. After being gone through the head, the materials are squeezed with a certain degree of compaction; the shape of the materials is cylindrical. So this can achieve the desired design requirements. Keywords: the household waste disposal machine, a single screw, extr
6、usion III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的来源 . 1 1.2课题的意义 . 2 1.3挤出装置的国内外发展现状 . 3 1.4课题研究的主要内容 . 5 2挤出装置方案设计与总体设计 . 6 2.1挤出装置的方案设计 . 6 2.2方案评价 . 6 2.3挤出装置的总体设计 . 7 3挤出装置的设计计算和校核 . 10 3.1 传动系统的计算与校核 . 10 3.2挤出装置总装图及工作原理 . 11 4挤出装置的设计说明 . 13 4.1齿轮计算 的说明 . 13 4.2齿轮的转速、效率、扭矩计算的说明 . 13 4.3螺杆尺寸计算的
7、说明 . 13 4.4螺杆的强度计算说明 . 13 5总结及展望 . 14 参考文献 . 15 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 16 家用垃圾处理机挤出装置设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 人们的生活水平普遍提高后，生活垃圾数量也随着越来越多，其中家庭产生的垃圾占了很大的比例。这样就使得垃圾后处理的问题越发的突出。 处理垃圾的主要方法有填埋、焚烧、填肥。但是垃圾数量的不断增多，使得使用填埋的办法出现了新的问题，因为我国土地资源是十分有限的。与此同时，填埋还会造成渗漏，破坏土地以后的使用；焚烧可以很快地减少垃圾的固体量，有关资料显示是原来垃圾量的 5%-15%。但是由于厨房垃圾所
8、 占的比重大，使得垃圾处理需要添加额外的油来助燃，增加了处理垃圾的成本。另外，只有部分的垃圾焚烧产生的热量达到了可以发电的标准，这对于资源的循环利用十分的不利。垃圾填肥大多时候会使得生长出来的蔬菜中重金属的含量超标，人们食入蔬菜以后对身体产生不利的影响。还有用厨房的垃圾来喂养家禽，家禽容易由此而得病。这样的不良家禽进入菜市场，对人的健康会产生间接危害。 这样家用垃圾处理机的推出就迫切了，该机器是起源于美国，上世纪四十年代，一名叫约翰 .海墨的设计师为减轻妻子厨房负担设计，也同时为了保持厨房的干净卫生。最初的设计 是十分简单的，只需要一个用电机驱动的滚刀。在这以后的几十年，处理机得到了不断地发展
9、，也慢慢得到更多人的接受。 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、国家卫生部等多个不同部门，进行一项为期 3 年的联合调查，综合评价垃圾处理机的使用对城市周围的水质、城市管道、污水处理厂、耗水量和耗电量的影响，垃圾处理器对城市周围水质没有任何不良影响，城市管道没有被堵塞，相对增加污水处理的负担，耗电量和耗水量有所增加，大大降低垃圾的数量，由于固体垃圾处理费用远高于废水处理费用，所以总地来说处理器推广使用可以为国家 整体节约成本。从此，垃圾处理机开始在美国进行批量销售，不少城市甚至以法律形式强制市民使用。现在，在美国，家用垃圾处理机普及率达到在 95%以上，居于世界第一。随
10、后，澳大利亚、日本、法国等国家都相继开始研究和使用垃圾处理器，日本处理机普及率达到了在 35%以上。在上个世纪的九十年代末，垃圾处理机开始进入中国。美国艾默生电气公司 ISE 系列、美国通用电器 Dispose 系列、美国挚通公司 U 系列等几种品牌的食物垃圾处理器垄断了中国市场。开始时，我国处理机设计直接照搬外国的处理机，使得生产得到的处理机不适合中国特定的厨房环 境。国外处理机是采用交流电动机，交流电动机的特点是结构相对 家用垃圾处理机挤出装置设计 2 简单，转速范围大，维护十分方便，但它运行同时产生的噪音大，体积庞大，重量大。国外生产的处理机的售价高，中国家庭一般难以承受他们的出售价。
11、垃圾处理机的挤出装置作为处理机后面的一部分，作为有用垃圾收集前的重要环节，它的设计是有相当意义的。 1.2 课题的意义 国外生产的垃圾处理机为处理生活垃圾提供了一条崭新的途径，我国也可以努力研发一系列垃圾处理机，同时垃圾处理机有以下优点： 1)大大缩小易腐烂生活垃圾数量，为提高生活环境质量作贡献 我们国家对生活垃 圾的处理原则是垃圾的减量化、无害化和资源化。减量化排在首位，说明它极其的重要。家用垃圾处理机可以对家庭里的垃圾进行初步处理，不但减少了垃圾的总体堆放量，同时还有利于保持生活环境整洁，有效地预防由细菌引起的各类疾病发生。 2)使得垃圾再处理更趋于简单化 家庭生活垃圾中水的含量是很高的，
12、对于垃圾焚烧十分不利。家用垃圾处理机把生活垃圾变成一颗颗小的颗粒，顺着下水道水流到达污水处理厂。可以有效提高生活垃圾中高热量垃圾的比重，这样的垃圾在火力发电站焚烧就可以有效用于发电，提高资源的再次利用率。当然，经过处理的垃圾拿来 填埋，也是可以大大减少垃圾液体渗漏，相对地延长了填埋场地的使用寿命。 3)给我们带来较大的经济和社会效益 1 我国经济和科技水平还不是很发达，把国家财政中相当部分投入到垃圾的处理是不现实的，国内的固体垃圾处理厂在早年引进国外先进技术，但是由于缺少科学管理和资金再投入，很多的都是已经处于半停产了。城市的一些社区虽然引进了家用垃圾生化处理机，但最后由于其使用成本太高，已经
13、超出了普通百姓的支付能力范围。现在将要研制的家用垃圾处理机将会成为一种面向普通家庭、饭店和宾馆的小型机器，与国外同类产品相比，具有体积小，成 本低和经济耐用的一些特点。加上在政府相关政策引导和鼓励下，一方面可以唤起大众的环境保护意识，充分依靠大家来保护我们赖以生存的环境；另一方面，政府可以把节省下来的大量开支（城市生活垃圾的运输费等）来开发垃圾处理项目的新产品。 4)减少厨房尤其是存放垃圾桶的橱柜内的臭气。 家用垃圾处理机挤出装置设计 3 5)使清除家庭垃圾成为一项轻松的工作。 6)对于市政和交管来说，增加污水中易腐性有机物含量，有利于污水处理厂的生化工艺，减少垃圾车数量和垃圾污水渗漏对地面产
14、生的影响。 7)对于开发商来说：可以增加楼盘的卖点，将减少小区物业管理环境卫生工作，提 高小区生活品质，美化小区的环境。 8)可作为“分类收集”的配套设施，为分类收集的深入开展提供突破口，从而进一步提高垃圾处理水平，提高城市形象。 家用垃圾处理机挤出装置作为处理机中的一个部分，它位于经过处理后垃圾的出口。其中将符合小于一定毫米的垃圾有效排出是重要的，这样可以再在处理器的入口处加入生活垃圾。 1.3 挤出装置的国内外发展现状 螺杆挤出机不仅能够用于树脂的加工和造粒，还能用于分离树脂中未经过反应的单体、水分和溶剂，包括聚合后的干燥工程，使过程趋于简单化 2。 挤出工艺对机头的要求，机头需要对胶料产
15、 生一定的后坐力，使胶料能够在这里翻转，然后融合。机头温度要能够进行有效的控制。机头内表面要保持光滑，需要呈流线型 3。 双菱牌系列橡胶挤出机是由沈阳橡胶机械厂生产的。可以把产品分为：热喂料橡胶挤出机、冷喂料橡胶挤出机和销钉式冷喂料橡胶挤出机三种机型，共计 9种规格。热喂料橡胶挤出机有 XJ的三种不同规格，用于挤压制造内胎、胎面、垫带等一系列的橡胶半成品，螺杆及衬套是用氮化钢制成的，它们有足够的强度和耐磨性。减速机齿轮要平稳，这样产生的噪声小，经过国家质量监测中心好几次检测其主要技术性能指标，它们均符合国家标准 GB10481-10482-89与 GB95012-89相关的技术要求。 在公伯峡
16、大坝施工 GB填料挤出机实际应用中，配置用于施工的平台车，有利于高陡边坡的施工，从而降低了施工风险。 锥形双螺杆塑料挤出机机筒的内孔表面进行处理，对氮化钢进行氮化，深度不得小于 0.4mm，硬度不得低于 700HV，但脆性不得大于 2级。各管路应密封良好，总装后应应该进行水压试验，使管路没有渗漏 4。 双轴搅拌挤出机应该有良好的接地装置和明显的接地标志，设备安装完毕应进行检测，接地电阻值应该不大于 4。操纵机构应便于实现远距离控制 5。 家用垃圾处理机挤出装置设计 4 在动态三螺杆挤出机机组中，为了强化反应的效果，将由电磁场引起的振动力场引入到反应挤出的全过程，从而达到控制交联反应过程、反应生
17、成物的凝聚态结构和反应制品物理化学性能的目的。强化振动的引入使高分子多相体系物料加工中的高分子链及链段可以产生周期性、多方向瞬时的负压冲量与扩散，强化了相之间的传质与传热，使能量的有效利用率得到提高。 新型橡胶挤出机与普通橡胶挤出机相比较是采用了检测器，有利于自动化的控制 6。 往复式阻尼型单螺杆挤出机和双螺杆挤出机的特点进行比较，单螺杆挤出机的螺杆长径比是比较小的；单螺杆挤 出机螺杆截面螺纹形状是矩形的；单螺杆挤出机的功率消耗和双螺杆挤出机的比较是小的；前者的螺杆温度控制是容易的；单螺杆挤出机的设备自清洗能力很好，而双螺杆挤出机的是较好；换色和换涂料品种的方便程度是单螺杆挤出机的好；双螺杆挤
18、出机设备维修是容易的；单螺杆挤出机对物料中金属异物是比较敏感的 7。 挤出成型具有下面的特点：生产过程是连续的，因而其产品也一般是连续的；生产效率高，应用范围广：投资少，见效快。挤出成型的产品广泛应用于农业、建筑业、石油化工业、机械制造业、国防工业。 螺杆挤出机的工作原理 -固体物料进入 螺杆挤出机后，随着螺杆回转，被螺纹强制向前推进，逐步被压缩、熔融、混合、均化，最后从螺杆头部挤出。螺杆工作部分按其作用不同，分为进料段、压缩段和计量段 8。各段的工作特点如下：进料段的螺槽体积是不变的，其功能是对物料进行输送、压实和预热。物料在此段是呈固体状态向前输送的。压缩段主要作用是将进料段送来的物料进行
19、加热、压缩、排气和熔融。当物料进入压缩段后随着物料的继续向前输送，同时由于螺杆螺槽的逐渐变小以及过滤网、分流板和机头的阻碍作用，物料逐渐形成高压，并进一步被压实。同时，物料受到来自机筒外部加热和螺杆与 机筒的强烈搅拌、混合和剪切作用，料温不断升高，熔融物料量不断增加，至压缩段末端，物料已经全部或绝大部分熔融而转变成黏流态。计算段的主要作用是将压缩段送来的熔融物料进一步塑化和均化，并使之压实、定量和恒温的从机头挤出。 挤出机趋向高效专业化 -随着成本竞争日益加剧，高效挤出机的需求量猛增，在提高挤出机的生产效率中，采用缩减生产步骤的技术，例如将混炼造粒和挤出成型工序合二为一的“一步挤出工艺”发展非
20、常迅速 9。挤出机螺杆转速高速化也带来了难点，例如物料在螺杆内的停留时间缩短会导致物料混炼不均，物料经受过度剪 切可能造成其急剧升温和热分解。挤出机的专业化，一方家用垃圾处理机挤出装置设计 5 面体现在机型向大型化、精密化方向发展。精密化可以提高产品的含金量，如多层共挤复合薄膜需要精密挤出，得到用户的青睐。另一方面体现在生产过程中，即实现模块化和智能化生产。模块化生产可以适应不同用户的特殊要求，缩短新产品的研发周期，争取更大的市场份额，可以将挤出成型设备的各个系统模块部件安排定点生产，甚至进行全球采购，这对保证质量、降低成本、加速资金周转都非常有利。在智能化方面，发达国家生产的挤出机已经普遍采
21、用现代电子和计算机控制技术，对整个挤出过程的工艺参数如熔 体压力及温度、各段机身温度、主螺杆和喂料螺杆转速、喂料量、各种原料配比、电机电流和电压等进行在线检测，并采用微机闭环控制。 在我国塑料加工工业中，几乎 1/3 的塑料制品是通过挤出成型来完成。挤出成型机组的产量和销售额约占塑料机械的 20%-25%，其生产厂家分布在机械、轻工、化工、石化、建材、军工等行业，在地域上多集中在塑料加工业发达地区，如江浙、辽宁、山东、广东等东南沿海地区。大部分企业只能生产低档次的老产品，难以达到经济规模，尤其在控制水平、效率和成套性方面与发达国家相比差距较大。由于专业水平和产品技术含量 低，决定了产品的附加值
22、低，从而使企业的整体效益不高，在国际竞争中处于劣势。 近几年，我国塑料机械产业年增速在 30%左右，机型齐全，我国已经成为全国最大的塑料机械生产国。改革开放后，许多企业通过与国外同类企业进行合资和购买生产许可证等方式，使得我国塑料机械产业有了一个明显的跃升。 1.4 课题研究的主要内容 课题的研究内容是家用垃圾处理机挤出装置设计 : 1)本课题将会采用单螺杆挤出机构。 2)突变型的螺杆有较短的压缩段，会对物料产生巨大的剪切，适用于粘度低的物料，而厨房垃圾的粘度相对较低，故这个设计选用突变型螺 杆。 3)采用整体料筒，这样可以简化装配工作。整体料筒是在整体坯料上加工出来的。料筒内壁的耐磨性要好，
23、减少料筒的更换周期。 4)挤出机构传动系统采用交流整流子电机 -齿轮减速箱。该传动系统的力首先由电机传到皮带，然后传递到减速箱，再由减速箱传到齿轮，齿轮与螺杆固结在一起，这样减速器的输出轴就和螺杆拥有相等的转矩。 5)与挤出机相连的前进部分是机头，该设计将采用直通式挤棒机头。该机头的平直部分的直径较小，利于增加机头的压力。机头出口处的扩张角为 45度，便于棒中心区快速补料。 家用垃圾处理机挤出装置设计 6 2 挤出装置方案设计与总体设计 2.1 挤出装置的方案设计 单螺杆类型有渐变型螺杆和突变型螺杆。突变 型螺杆适用于黏度低的物料。骨头物料的黏度低，故螺杆采用突变型螺杆。 单螺杆是先从一边装入料筒，然后靠轴肩处的螺纹连接把整根螺杆组合在一起 。减速器的齿轮采用直齿轮。 图 2-1 装置总体 设计方案 2.2 方案评价 因为皮带可以缓冲吸振，过载保护，适用于高速的场合，所以高速的电机轴段与皮带相连接，然后通过减速器减速，力就传递到齿轮，齿轮和螺杆是固结在一起的，只要控制好齿数就可以获得螺杆需要的转速。减速器通过两级直齿轮传动可以获得合适的转速。齿轮放在最后，可以保证相对精准的转速。齿轮和螺杆的连接通过两个半联轴器。半联轴器的连接是靠铰制孔螺栓。铰制孔螺栓和联轴器的接触可以抵抗剪切和扭转。这种传动系统运转可靠，性能稳定，控制、维修都简单。
