1、毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 家用垃圾处理机切块装置设计 1 家用垃圾处理机的背景、意义 我们的家庭每天都会产生不少生活垃圾，这其中厨房的食物垃圾是最多的。这些垃圾也让我们愈来愈头痛，尤其在炎热的夏天，食物垃圾易产生臭味，还容易滋生细菌吸引蚊子、昆虫等，对舒适的家庭生活造成不小的影响。很多人已经厌倦了那种每天清理完厨房的各种垃圾后，再拎着垃圾袋跑到楼下去扔垃圾的方式。在国外，人们是怎样解决这个问题的呢 ? 答案就是厨房垃圾处理机 ,一个几乎家家户户的厨房都装有的小电器。它能粉碎许多食物垃圾，让您足不出户 就能轻松处理。厨房垃圾处理机安装非常简单，只需装在水糟下面，使用时打开水笼头一按
2、开关，要处理的垃圾就被磨成粉末冲入下水道了 1。 食物垃圾处理器起源于美国。据有关资料记载 , 在上个世纪 30 年代 , 一位名叫约翰 海墨的 设计师在自己的地下室设计出了世界上第一台食物垃圾处理器 , 这一富于想象力的设计目的是为了减轻自己妻子厨房事务的负担 , 并且使厨房环境更干净一些。产品最初的设计十分简单。只有一台用电动机驱动的滚刀式粉碎机 ,随后的几十年 ,该产品得到了不断的改进和提高 ,逐步被消费者所接受 ,在上个世纪的 60 年代 ,开 始在美国市场上形成批量销售 ,之后 ,该产品的实用价值及其优点得到了政府和有关部门的认可 ,并通过倡导安装 ,实现了减少活垃圾及排放物 ,从源
3、头抓起的目的 ,进而达到了垃圾的减量化、资源化、无害化的效果。这种食物垃圾处理器目前在美国的家庭中使用率已很高 ,并由此波及至其他国家。 2 2 家用垃圾处理机切块装置的最新成果及动态 （ 1）国外餐厨垃圾处理概况 国外的餐厨垃圾处理装置大致分机械研磨型和生化处理型。 所谓机械研磨型其原理是通过高速运转的刀片将装在内胆里的各种食物垃圾切碎后再将搅拌物冲入下水道，这既解决了水道堵塞带 来的麻烦，又解决了因垃圾腐烂变质而带来的环境污染 3。 早在 20世纪 40年代，美国就成功地研制开发出家庭食物垃圾处理机，解决了倾倒家庭食物垃圾和存放的烦恼。如今美国 90%以上家庭使用这种机器，一些城市甚至强制
4、使用。在美国，餐厨垃圾产生量较大的单位设置垃圾粉碎机和油脂分离装置，餐厨垃圾经粉碎机粉碎后进入油脂分离装置，碎料排入下水道，油脂则送往相关加工厂 (如制皂厂 )加以利用；餐厨垃圾产生量较小的单位，则将其混入有机垃圾中进行处理 (前提是美国生活垃圾分类收集的比例很高。厨房垃圾必须分门别类放置：塑料制品、铁皮罐 头盒、铝罐饮料等扔入黄色垃圾桶；皮纸扔入蓝色垃圾桶；残羹剩饭等有机物倒入绿色的“生态桶”；剩下的才倒入黑色的普通垃圾桶 )，近时期的发展则是倾向于采用堆肥工艺制成肥料或加工成动物饲料进行资源化回收利用。 在日本，餐厨垃圾处理也达到了 35%以上，松下电子工业公司于 1993年研制MS-N4
5、0和 MS-N31两种厨房垃圾处理机， 34h可以处理 0.7Kg垃圾，机器内置臭氧除臭器，用以除去垃圾的多种气味。而日本精工公司 2000年 5月成功地开发出使用磁控管的食物垃圾处理装置。这种装置最大的特点是能将食物垃圾的水分蒸发掉， 经干燥后磨碎。这种装置由于采用微波处理，可同时杀灭垃圾中的细菌并防止产生有害气体，体积如同复印机大小，可放置在室内，底面有轮子可随意移动，因此对市区饮食店和小型超市尤为适用，具有广阔的市场。 近几年，国外蓬勃兴起了一种有机垃圾处理方式 生化处理型餐厨垃圾处理机。根据出料时间和出料量分为“消灭型”和“堆肥型”。消灭型重在垃圾的减量，适合于居住小区的有机垃圾就地消
6、纳，消除臭味，避免蚊蝇的滋生，减少收集运输过程中的环境污染问题。其原理是将催化剂掺进垃圾中，搅拌使分解垃圾的细菌活性化，经过数小时的搅拌后垃圾被分解 成水和二氧化碳。其分解使用的催化剂大多为各公司开发的技术。如日本三洋公司推出的餐厨垃圾处理机，采用微生物来分解垃圾，使垃圾转化为水和二氧化碳，其产品更适合于城市家庭。堆肥型处理机则是兼顾了餐厨垃圾的减量化和资源化，是一种添加了高效菌种并控制堆肥条件的动态快速有机垃圾堆肥器 4。用餐厨垃圾制作有机肥，其基本技术可分为好氧发酵堆肥法和厌氧发酵消化法。并且根据对通风、湿度、搅拌、温度的不同控制以及菌种和菌种添加方法的不同，可以演变为多种工艺流程。垃圾堆
7、应该设在堆肥房内，用塑料膜覆盖。无论是室内堆肥或室外覆盖堆肥 ，都应该减少人员接触垃圾的机会，保护工作人员的身心健康。经过堆肥后的垃圾肥效高、肥效快、肥效稳定、体积少和致病菌少等优点。该方法的不足之处是必须将垃圾堆进行翻堆，这样才能增加厌氧菌种和垃圾的接触机会，提高垃圾厌氧发酵的速度和确保垃圾处理的效果，尤其是对致病菌的去除效率。该法的堆肥时间应该在23周以上才能使厌氧反应较彻底 【 5】 。 （ 2）国内餐厨垃圾处理的状况 在国内最早推行餐厨垃圾处理机的厂商有美国的艾默生电气和通用公司，由于进入市场较早，十年来的市场运作给这两个品牌的餐厨垃圾处理机带来了极为可观的市场占有 率；之后又有美国擎
8、通集团垃圾处理机介入，其市场份额现已位居第一。同时国内一些厂家也开始研发各自的产品，如江苏省某制造有限公司自行研制开发生产的厨房垃圾粉碎机，主要利用锤头在高速旋转时产生的惯性力将垃圾击碎，再通过齿板、齿田的相对运动进行再次切割、研磨，粉碎后的垃圾随下水道冲走，处理技术的成熟度还有待于提高 6。又如中国万家电器集团有限公司研制的万家 SLC370型食物垃圾处理机，采用湿法厌氧发酵处理垃圾，将餐厨的食物垃圾粉碎成极小颗粒，进入排水系统，经短期发酵后形成淤泥状肥料。该方法仅局限于家庭内就地处理食 物性垃圾，所以处理规模小 7。 3 家用垃圾处理机切块装置的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究
9、难点及预期达到的目标 3.1家用垃圾处理机切块装置的研究内容 本设计的家用垃圾处理机切块装置是对普通家用垃圾处理机的改进。它把研磨机构、挤出机构和切块机构有机地结合起来应用于厨房垃圾的处理中。研磨部分将众多的食物垃圾磨成细小的颗粒或者粉末。挤出装置将研磨后食物颗粒挤成条状或大块状，同时也将其中的水分挤掉。切块装置便是将条状的食物垃圾再进行切块，以便回收利用。这样做提高了垃圾的回收利用，同时也避免了经研磨 后的垃圾直接排入水体而造成水体的污染。切块装置内，通过刀具的移动或转动，将挤出后的垃圾迅速切割掉。设计的基本内容包括市场调研、文献综述、外文翻译、开题报告、切块装置总体方案设计和参数计算、切块
10、装置结构设计及相关的强度校核、切块装置的运动分析、绘制家用垃圾处理机切块装置的整体装配图、传动部分部件装配图、关键件的零件图、完成不少于 10000字的设计说明书等。 (1)切块装置的设计方案 1)切块装置的技术参数 刀具的切割力为 50N，考虑到所切割的是颗粒垃圾，故所需的切割力不用太多，但同时也要保证切割的力度。 切割的速度控制在 40 60r/min, 并能根据实际要求实现转速的调整。 切割下来的块状垃圾控制在 50g左右 2)方案分析与比较 目前，投入研究的家用垃圾处理方法种类繁多，各种新型垃圾处理机也不断研制成功并陆续投入生产。本设计要将切块装置引入垃圾处理机的研制。因此，设计处理机
11、时，参考以往家用垃圾处理机设计的成功经验，在此基础上进行了多个方案的设计比较，现选择 2个方案加以分析。 方案一：采用如同面包切块机的切割装置，垃圾的切割由吸入、充填、排出三部分组成。 吸入：图 1(1)所示，在曲轴作用下，摇杆 6带动阀 4向右移动，面斗与大缸体 8的通路被打开。这寸摇杆 7带动大活塞 3也向右移动，使大缸体 8左腔形成瞬时真空。于是面团 12在外界大气压力和自身重力作用下，进入大缸体 8的左腔，完成吸入过程。 充填：完成真空吸入面团以后，摇杆 6带动阀 4向左移动，将漏斗与大缸体8的通路关闭，使颗粒垃圾与漏斗的颗粒分离。随后摇杆 7带动大活塞 3向左移动，同时卸料挡块 1也
12、向左移动。大缸体左腔的面田由此被推入小缸体 2中，带动小活塞 10左移，完成充填过程，见图 1(2)所示。 排出：充填过程完成以后，小缸体 2、小活塞 f0同时下移，以使小缸体 2内 的垃圾与大缸体左腔的垃圾分离，随之小缸体 2端口被打开。这时，摇杆 l推动小活塞 10向右移动，将块状垃圾推出缸体。而后，小缸体向上移动，块状垃圾被大缸体 8下刮刀从小活塞 10的端面上刮掉，并由刮板 9将其打落在传送带 11上，转入收纳盒内。至此垃圾切块的一个工作循环结束。下一周期相继进行，见图 1(3)所示。 8 图 1真空吸入式切块原理图 (1)吸入 (2)充填 (3)排出 1.卸料挡块 2.小缸体 3.大
13、活塞 4.阀 5.调节手轮 6.摇杆 7.摇杆 8.大缸体 9.刮板 10.小活塞 11.传送带 12.面团 此机构若用于垃圾处理器的切块机构上，则结构过于复杂，会增大垃圾处理器的体积。 方案二：采用如同面条且切断机的切割装置 从挤出装置中输出的条状垃圾块被送到一对装有切断刀的滚轮间，滚轮每回转一周，垃圾被切成一定长度。其下方的引 导定位滚轮夹持着切断的垃圾块继续向下，等下降到长度的一半时，向右运动的往复折叠导板与垃圾接触，推向分路传送带，垃圾块在引导定位滚轮和传送带间的间隔里折叠成双层块。 此切块装置原本是用来切断面条的，面条是条状的，而我们所要切成的是块状的，并且挤出后的食物垃圾显然要比面
14、条体积更大，质地更坚硬，所以原模原样的用此机构来作为切块装置显然是不合理的，故如要采用此机构，需对其进行一定的改进。 9 (2)设计方案的具体内容 制作切割装置刀具的主要材料为 304不锈钢，因为它耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好，且深冲 压、弯曲等常温加工性能也较好，故非常适合用来切割有机物。 1)刀具的转速与功率 影响切块作用大小的因素主要有刀具的转速或移动速度、刀具的直径 D与长度 L的比值、垃圾条的大小、内部结构、传动比大小等。刀具的的工作转速为临界转速的 0.20 0.36倍。可根据不同的食物垃圾选用适当的快、慢两挡转速，并且根据垃圾条的挤出速度计算出刀具的速度，才能选择电机
15、。 2)传动及调速系统 传动及调速系统控制了整个装置的运作。主要设计有： a.各装置的分布位置 b.补强的计算 3)与齿轮连接的轴的设计 此轴直接安接在内齿轮上，当启 动电机，通过此轴带动齿轮转动，实现刀具的移动。主要设计有： a.轴的直径 b.轴的结构设计 c.轴的强度校核 d.套筒的设计 e.密封圈的设计 f.轴端挡圈的设计 4)传动齿轮 传动齿轮主要设计有： a.齿轮位置的确定 b.齿轮的的模数与齿数等参数 c.传动齿轮的强度校核 d.滑动轴承的设计 5)切块装置机架 本设切块装置的机架由托架和底架组成。托架起电动机的作用；底架主要起支撑作用。主要设计有： a.托架和底架各杆的尺寸计算
16、b.机架的强度校核 3.2 家用垃圾处理机切块装置的研究方法 在市场调研 的基础上，查阅国内外食物垃圾处理机器的最新动态和相关成果，进行文献综述，明确具体的研究方法，提出设计思路，并进行课题的可行性分析。提出不同的切块装置结构设计方案，对其切块部件、传动机构进行详细地分析，在对不同设计方案进行比较的基础上确定并完善具体的结构设计方案。具体步骤为： a.做市场调研报告，写文献综述； b.在不同的设计方案基础上确定总体设计方案； c.根据实际需要，进行真空转鼓结构设计，确定各部件的尺寸； d.画出整体装配图及部分零件图。 3.3 家用垃圾处理机切块装置研究的难点 作为一项新产品的设计 ，其中包含许
17、多需要解决的难点，主要有： a.作为家用的垃圾处理机，其体积应是越小越好，但增加了切块部分，无疑会增加其体积，这就给设计带来了不少的难题。 b.切块机构与上一步机构的完美连接。 c.切块部分造价应尽量低，以此来降低整体的价格，才能被更多的消费者所接受。 3.4 家用垃圾处理机切块装置研究的预期目标 本课题根据目前厨房食物垃圾和相应切块装置结构及传动设计的现状与存在的问题，针对家用垃圾处理机切块装置的设计要求，设计出可以满足家庭生活需要、符合制造工艺要求、结构合理可行的食物垃圾切块装置。 3.5 家用垃圾处理机切块装置研究的创新点 以前的食物垃圾处理器仅有一个研磨装置，随着食物被研磨成细小颗粒或
18、者粉末而被排入水体，这样不仅污染了水体，还造成了资源的浪费。此食物垃圾处理器能够的对食物垃圾进行回收处理，并加以利用，是对能源的一种合理利用。 4 研究工作详细工作进度和安排 1.在 2010 年 12 月 20 日前完成市场调研，并完成文献综述初稿。 2.在 2010 年 12 月 31 日前完成相关外文资料的翻译（翻译每篇 2000 单词以上的相关外文资料两篇）、开题报告初稿。 3.在 2011 年 1 月 12 日前完成外文资料翻译、文献综 述、开题报告。 4.在 2011 年 2 月 28 日前确定切块装置总体设计方案草图。 5.在 2011 年 3 月 14 日前完成切块装置各部分结
19、构设计及相关强度校核。 6.在 2011 年 3 月 28 日前优化并确定切块装置总体设计方案，完成计算机绘制的总体结构装配图草图（含传动部分）。 7.在 2011年 4月 11日前完成计算机绘制的总体结构装配图定稿，完成实习报告。 8.在 2011 年 4 月 18 日前完成切块装置传动装置关键件的零件图。 9.在 2011 年 4 月 25 日前完成传动装置关键件的零件图。 10.在 2011 年 5 月 9 日前完成设 计说明书初稿。 11.在 2011 年 5 月 16 日前完成设计说明书定稿。 12.在 2011 年 5 月 22 日前完成毕业设计答辩幻灯资料，准备毕业设计答辩。 5
20、 参考文献 1谢芳，徐亮 . 质量与生活 厨房垃圾处理机，您的家庭需要吗 J.中国检验免疫 ,2005(7):62 2程秀林 .浅谈食物垃圾处理器 J.家用电器 (11):21 3耿土锁 .食物性有机垃圾资源化方法 J. 贵州环保科技 ,2002(12):15-18 4敬言 .关于普及食物垃圾处理器的思考 J.家用电器， 2003(1)86-87 5夏越青，周迎艳 .上海市餐厨垃圾的管理 J.环境卫生工程， 2003(1):43-45 6卢明 ( 厨房垃圾下水道粉碎机 J中国食品， 1999(11):39-39 7王向会，李广魏，孟虹等 .国内外餐厨垃圾处理状况概述 J.环境卫生工程2005， 23（ 1）： 41 43 8程凌敏等 .面糖食品厂工艺设计 M. 农业出版社 ,1988. 9张裕中主编 .食品加工技术装备 M.中国轻工业出版社 ,2000.
