畢業(yè)設計（論文）-家用垃圾處理器的設計

家用垃圾處理器摘要家用垃圾處理器的設計旨在解決目前社會存在的垃圾包圍城市，土地資源被大量占用和環(huán)境污染的現(xiàn)狀。本人借助CAD完成了對整體結構圖的設計，通過詢問工廠有經驗的師傅并在他的幫助下使設計的產品得以成型。該畢業(yè)設計首先對垃圾處理器的緊迫性和必要性做出闡述，其次對該垃圾處理器的可行性進行了分析，然后通過CAD著手準備垃圾處理器的設計圖紙最后就是裝配該產品。通過詢問當?shù)丨h(huán)保部門得知垃圾顆粒的密度只要不大于水，就不會阻塞管道，而且污水流速的最小值是每秒0.60m，垃圾顆?？梢员晃鬯畯S回收處理，最后通過網(wǎng)上得知國外也是如此。關鍵詞：產品開發(fā)的背景與意義現(xiàn)狀分析創(chuàng)新性未來的發(fā)展空間目錄1.1廚房垃圾處理的緊迫性----------------------------------------------------------------51.2廚房食物垃圾的危害-------------------------------------------------------------------51.3食物垃圾處理的方法-------------------------------------------------------------------61.4家用垃圾處理器發(fā)展史和現(xiàn)狀-------------------------------------------------------71.5課題目的和研究意義--------------------------------------------------------------------72家用垃圾處理器的設計 -------------------------------------------------------------92.1家用垃圾處理器的可行性分析--------------------------------------------------------92.2廚房食物垃圾處理器的工作原理及組成 -------------------------------------92.3具體方案-----------------------------------------------------------------------------------102.4成本比較和社會效益--------------------------------------------------------------------103結構設計--------------------------------------------------------------------------------------113.1水槽------------------------------------------------------------------------------------------113.2主體結構圖---------------------------------------------------------------------------------124控制電路的設計 ----------------------------------------------------------------------------124.1電路系統(tǒng)所能實現(xiàn)功能-----------------------------------------------------------------124.2粉碎刀盤和粉碎刀材料的選擇--------------------------------------------------------125驅動電路原理和電動機型號選擇-------------------------------------------------------125.1驅動電路原理 ----------------------------------------------------------------------------125.2電動機型號選擇 ---------------------------------------------------------------------136其它部分的設計 ----------------------------------------------------------------------------137家用垃圾處理器圖紙的繪制 ------------------------------------------------------------148家用垃圾處理器的使用方法 ------------------------------------------------------------169結論 -----------------------------------------------------------------------------------16參考文獻--------------------------------------------------------------------------------------161緒論1.1廚房垃圾處理的緊迫性2000年以后，垃圾包圍城鎮(zhèn)的現(xiàn)象日漸嚴重。全國城市近六成面臨被包圍的尷尬。這些污染物的產生速度遠大于處理和填埋速度。據(jù)政府公式報告，零一年我國生活類垃圾清理和運送量一億多噸，接近全世界的進三成，而且每年以一成的增長量增長。垃圾數(shù)量的猛增和處理能力的欠缺，給中國人民帶來了很大困擾。直至現(xiàn)在，我國的處理水平僅為垃圾制造量的一半，而另一半只能被不合理放置，比如：垃圾被放置于河流里、樹林中、街道旁、甚至隨處可見。這使得城市的空氣不再清新，城市環(huán)境不再美觀，居民也飽受惡劣環(huán)境而帶來的身體疾病的困擾。其實垃圾是一種被放錯了位置的資源，但為何這種資源很難被人們所利用。其實原因就在于垃圾分類這個問題很棘手，說白了就是大量的生活廚余垃圾使得垃圾不容易被垃圾場分類而造成了這類資源的嚴重浪費，當然這也和居民的意識有關，人們沒有養(yǎng)成一個很好的把垃圾分類的習慣。由于種種原因導致在我國對于垃圾的處理主要采用填埋，即使是填埋也沒完善的技術，畢竟中國是一個正在崛起的新型社會許多問題都很棘手。這就造成了因處理不當而造成的次生污染，這種次生污染和日益增長的垃圾產量反過來還會制約城市發(fā)展。所以急需一項新的前人沒有的技術而改變這種被動的格局。1.2廚房食物垃圾的危害1）垃圾長期隨意堆放無人處理會釋放有毒有害物體，已經對大氣環(huán)境造成了創(chuàng)傷，而且這種現(xiàn)象對于市容市貌無疑是沉重打擊。2）嚴重污染水體。因為垃圾含有的種類過于龐雜，在變質的過程中不可避免的滲入土壤，這就對地下水源帶來了污染，試想九十年代的時候很多河流水可以直接飲用而現(xiàn)在呢？這幾乎成為了一種奢望，那種藍天白云的甜美景象只能成為了回憶。3）生物性污染。變質的垃圾那真是微生物以及像蒼蠅、蟑螂和老鼠的天堂，長此以往各種疾病將給人類帶來沉重打擊。4）侵占大量土地。據(jù)有關部門調查，2003年全國668座城市中已有三分之二被垃圾帶所包圍全國垃圾存占地累計80萬畝。5）垃圾爆炸事故不斷發(fā)生。只經過簡單處理的垃圾很容易在厭氧的的環(huán)境下接觸丁點火源發(fā)生爆炸，有新聞報導：一個行人把未熄滅的煙頭丟于下水道中造成爆炸井蓋被炸飛，致使自身嚴重受傷。6）百分之六十以上的城市生活垃圾主要來源于小區(qū)居民的生活垃圾，小區(qū)生活垃圾的不斷增多是城市生活垃圾不斷增加的源頭。1.3食物垃圾處理的方法1.3.1衛(wèi)生填埋衛(wèi)生填埋是一個很簡單的方法被我國大量使用，但這種處理方法治標不治本，往往你填滿一個地方就得再換個地方，這就成了一個惡性循環(huán)。而且我國又是個人均土地資源匱乏的國家沒有那么多土地可以浪費，這就造成了人和垃圾爭地的局面。當下這種局面可能還會持續(xù)很長一段時間。舊的垃圾填埋場逐漸達到飽和，新的垃圾處理廠存在著廠址選址困難，而且隨著人們對環(huán)境標準的提高，一些不符合要求的勢必會被關停。我國的垃圾場今后十幾年后將會飽和，會被封場。但封場后的垃圾場周圍的土地大氣和水源由于長期受到污染，而且存在著填埋氣體可能會發(fā)生爆炸以及火災，必須要考慮安全。這就造成了這些垃圾處理廠用過的土地長期不能用于其它用途。所以必須要想出解決垃圾日益增多的新方法。其實這也是一種資源的嚴重浪費，畢竟根據(jù)能量守恒定律來說：食物垃圾含有很多有機的物質，很值得回收，但確被無奈的拋棄。所以，以人類的智慧這種笨拙的方法以后會慢慢變少。1.3.2焚燒高溫銷毀垃圾其目的在于減少它的占地體積，燃燒后的垃圾個頭之比原先小八到九成。貌似是一種很不錯的方法，但這種成本太大，對于地方小的國家是個可以實施的方法?？墒沁@并不能解決根本問題，在我國，若處理100噸垃圾其建設成本要一億元人民幣，中等城市的財政收入很難維系。另外我國的垃圾組成成分也制約了這種方法的實行，我國的垃圾成分過于龐雜，不適合采用此種焚燒的方法，此種方法有些雞肋。1.3.3堆肥垃圾堆肥有著悠久的歷史，而我國也有著比較成熟的經驗但這種方法具有局限性很難一勞永逸，只能作為處理垃圾的一種手段，而不能解決垃圾迅猛發(fā)展的大難題。堆肥適合食物垃圾，是日常生活中的常用方法，我國常采用厭氧堆肥，但周期較長，一般3~6個月，并受季節(jié)影響。由于垃圾混合堆積造成垃圾中重金屬含量超標，用這種肥種出的食物會對人體健康造成危害。另外化肥的低廉價格及廣泛使用。使堆肥前景并不樂觀。這種處理剩飯剩菜的方法不僅白白的浪費了這一資源還給人類身體健康帶來了麻煩，所以尋找其它較為合理的方法解決是一項艱巨而緊迫的任務。1.3.4作為飼養(yǎng)牲畜飼料在人們的固有觀念當中食物垃圾很適合對動物的飼養(yǎng)，因為這些食物殘羹中含有大量有營養(yǎng)的成分。所以會經?？吹饺藗冎苯佑檬澄锢桂B(yǎng)豬，狗等。其實此種方法不可取，因為在運輸中垃圾很容易變質餿掉，動物吃了會得病，人又吃了得病的動物，那么人們的身體健康就受到了嚴重影響。九八年就發(fā)生過因垃圾飼養(yǎng)動物引起的Swine疾病，導致牲畜大片死亡。所以我國的一些大城市嚴禁用泔水喂養(yǎng)家畜，比如上海和北京。1.4家用垃圾處理器發(fā)展史和現(xiàn)狀1.4.1家用垃圾處理器的發(fā)展史1927年第一臺于美國生產，這引起了自油煙機發(fā)明以來的又一次廚房革命，直到今天家用垃圾處理器在美國的占有率已達近九成，歐洲近七成，在韓國與日本幾乎新建的住房都會配備。1995年底特律（美國的一個城市）把自一九五六年以后建造的房屋全部配備垃圾處理器，否則將構成違法。1985年加得福尼亞州市長安納海姆在政府的報告中說道：“這種設備的廣泛使用，使廣大居民受益”。1999年紐約是政府對使用垃圾處理器的家庭進行調查和評估，得到結論大量使用此產品對環(huán)境沒有消極作用。2001年，我國建設部將此產品列為住房裝修重點項目。 2002年，我國建設部的科學實驗項目把家用垃圾處理器列為新型廚房必備產品。2005年，在深圳媒體報道了家用垃圾處理器試點小區(qū)，這也標志了家用垃圾處理器在我國正式進入了實際操作的階段。1.4.2家用垃圾處理器的現(xiàn)狀家用垃圾處理器是九十年代末進入中國的，但外國的產品并不適合我國的國情，像歐美家庭的水槽很厚，可以承受很大的力，可是中國的則大多偏薄，使用外國的垃圾處理器很容易把水槽搞壞。同事呢，機器運行過程中噪音很大嚴重擾民，另外國外的產品，購買的話價格很高，一般百姓不愿意也承受不了這個定價。像美國摯通這個企業(yè)生產的此類產品價格在千元靠上，甚至有的在兩千多元，如此高的價格想要在中國推廣簡直是天方夜譚。綜上所述，研制一款適合我國國情的家用垃圾處理器很有必要。1.5課題目的和研究意義 1.5.1課題目的我通過觀察生活中的攪拌機認為這也是一個處理家庭水槽垃圾的不錯選擇，原理就是利用刀具高速轉動把大的垃圾分為小顆粒（使垃圾顆粒小于4毫米）再通過水流沖入下水道中。刀是由3把互成120度的沒有利刃的刀片構成，在工作狀態(tài)下以每分鐘兩千到五千的轉速分為3個檔位對各種垃圾就行粉碎。1.5.2研究的意義1、對居民來說：①減少廚房尤其是存放垃圾桶的櫥柜內的臭味；②減少孳生蟑螂、細菌的可能；③使清理排放家庭垃圾成為一項輕松干凈的工作；④有利于保持樓梯間和居住小區(qū)的衛(wèi)生環(huán)境。2、對政府環(huán)境部門和小區(qū)物業(yè)來說：①改善環(huán)衛(wèi)作業(yè)環(huán)境；②有效減少垃圾產量；③減少垃圾收運過程的二次污染；④減少垃圾收運處理的難度和成本（這點尤其重要）。3、對于污水廠和相關部門：①經過處理的細小顆粒增加了污水中的有機物含量，方便了污水廠進行加工生產；②減少垃圾車的數(shù)量和垃圾污水滴漏對路面的污染。4、對于資源的回收來說：提高了回收效率，利于可持續(xù)發(fā)展5、擇菜、洗菜、洗碗后將殘菜、剩渣從池中用手撈出裝進垃圾袋。這其中不免有部分漏入下水道中造成堵塞清理也相當麻煩同時如果垃圾袋破漏污水還將污染室內地板等物。6、每天吃剩的殘渣食物、瓜皮、果屑裝在塑料袋內置于室內一角待方便時帶出戶外。如若不及時或忘記帶出戶腐敗后散發(fā)之氣存留室內將造成污染。7、小區(qū)內的垃圾轉運站是異味氣體、蚊蠅滋生之地在何處建垃圾站如何減少垃圾站的污染是建設者和物業(yè)管理公司都感到麻煩的問題。通過引進一種新的廚房設備——食物垃圾處理器便有效地解決了這一令很多人煩惱的問題8、帶出戶外的垃圾堆放在樓道角落多數(shù)高層住戶如此垃圾桶垃圾站散發(fā)出各種異味炎熱的夏天更是如此。物業(yè)管理公司必須安排大量的清潔工將其及時清運出小區(qū)在整個處理過程中污染無處不在。9.家人健康：廚房的食物垃圾得到及時的處理，減少蚊蟲的滋生。特別是夏季炎熱家人在外忙碌了一天的身體晚上需要更好的睡眠。便于妻子和父母的廚房整理，使打掃衛(wèi)生變得簡單，杜絕懶惰的心里。夏天全國各地氣溫都在37°左右，食物垃圾容易散發(fā)出致癌的有害氣體。2家用垃圾處理器的設計2.1家用垃圾處理器的可行性分析圖2.1處理流程圖排入管道的垃圾，其顆粒密度小于或接近水的密度，則顆粒不會沉淀。我國規(guī)定污水管道的最小流速是0.6m/s。這樣做的好處就是可以讓垃圾顆粒隨污水流入污水廠，而且還不會阻塞管道，這樣就很利于該產品的推廣，為進入千家萬戶打下基礎。2.2廚房食物垃圾處理器的工作原理及組成2.2.1廚房食物垃圾處理器的工作原理簡單地說就是先把殘渣投入粉碎倉，讓后電源接通，刀片飛速運轉，被處理的殘渣在無法和刀片同步旋轉的同時產生了一個速度差，而且又有離心力的作用，很快殘渣就得到粉碎，變?yōu)槿轿搴撩鬃笥?，通過水流送入下水道。2.2.2廚房食物垃圾處理器的組成本設計方案分為：水槽、入料部分、主體部分、出料部分四個部分。對于像廚房，何有垃圾產生有水槽的地方很適用。什么骨頭塊、蘋果皮，香蕉皮等都能很有效處理，這就在很大程度上減少了垃圾的排放量。具有結構合理、使用方便、省力低耗等優(yōu)點。具體結構如下圖：圖2.2設計原理圖2.3具體方案1.水槽（1）下水口直徑為60到150毫米，將其增大，克服垃圾不易脫落的缺點。當處理垃圾時下水口出有一隔板（2），不用時可以蓋住。2.主體部分主要由過濾網(wǎng)對應7那個位置，螺帽在8那里，刀架在10那里，防水電機在7那里和絞刀在9那里。過濾網(wǎng)呈圓筒形上部固定3那里投料部分的內壁處，其底下要焊接一個圓盤，其次防水電機外殼要與圓盤用螺絲固定成為一個圓柱體內，防水電機軸要從圓盤中間口貫穿而出，刀架10那里要安裝在軸與孔的間隙上，與防水電機的齒輪連接并用螺帽將其固定。刀架的設計是在同一把刀架上固定三把刀，組成一個刀群，刀與刀之間要互成一百二十度夾角，使其像一個螺旋槳，這樣在刀片高速旋轉時就像電鉆的鉆頭那樣充分粉粹殘渣，再利用其旋轉時產生的離心率把垃圾從過濾網(wǎng)中濾出，如果殘渣顆粒較大則繼續(xù)粉粹直到完成工作。2.4成本比較和社會效益2.4.1成本比較經過詢問了相關技術人員，估計設計的產品成本為200到400元，雖然在一定程度上增加了家庭負擔，但是如果像家電下鄉(xiāng)那樣得到政府補貼和對企業(yè)進行稅收優(yōu)惠措施進行推廣使用還是可行的。2.4.2社會效益采用該方法可以減少百分之八十的生活垃圾，減少了環(huán)衛(wèi)工人的工作量和垃圾處理的成本，還能換來環(huán)境的改善和人們生活健康水平的提高，為我國社會可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，具有重要意義3結構設計3.1水槽圖3.1水槽水槽的設計為了確保大體積食物垃圾比如骨頭殘渣，菜葉和魚頭等能順利進入粉碎室，所以需要重新安裝使其接口尺寸和垃圾處理器的入口尺寸保持一致或略小于入口尺寸。3.2主體結構圖圖3.2整體結構圖整體結構圖是在原理圖的基礎上通過cad設、設計產品定型。該產品分為投入口，粉碎室，驅動電機和排污口。非關鍵部分均采用市面上通用的成熟的零件加以組裝，目的是為了使產品快速成型的同時還能節(jié)約成本。4控制電路的設計4.1電路系統(tǒng)所能實現(xiàn)功能該電路要做到當垃圾投入粉碎倉時啟動電源，分為三個檔位，其目的在于對于較容易處理的垃圾采用一檔并處理四十秒，對于處理稍硬的垃圾采用二擋并處理八十秒，對于較難處理采用三擋并處理一百二十秒。這就實現(xiàn)了對于這種垃圾的處理，而不會存在阻塞管道的低級問題。4.2粉碎刀盤和粉碎刀材料的選擇這兩個部件是該產品的重要部位，刀盤和刀的選擇要具有不生銹、不變形而且要方便大量加工。也就是成本要合理，這利于產品競爭和推廣。5驅動電路原理和電動機型號選擇5.1驅動電路原理采用市場上成熟的用于構成單穩(wěn)電路，也就是CH7555型，其優(yōu)點在于功耗小，阻抗高，輸入電流小，利于高阻值工作，而且物美價廉，所以在定時電路中采用該元件可以保證產品性能穩(wěn)定。5.2電動機型號選擇選擇電動機首先考慮能勝任機械負載最劃算的電動機，因為太大浪費太小會影響產品正常工作。如何才能正確選擇呢，還得通過計算得知，具體要分三個步驟如下：1.計算負載功率P。2.根據(jù)負載功率P，預選電動機的額定功率P。，使Pj≥P。盡量接近P．3.校驗預選電動機的發(fā)熱、過載能力和啟動能力。這里會有很大的工作量，原因在于先檢驗的方法多種多樣精準度很難掌握。在實際工作中就用統(tǒng)計和類比兩種確定電機采用容量。我就用這種方法，那么根據(jù)這些，刀盤工作時需克服阻力為：F=F。+F2=1．9+11．5+4．5=17．9N刀盤的線速度v=(I)R=2JIn／60×R=2×3．14x3000×0．057／60=17．9m／s負載功率：P，=FV=17．9×17．9=320．41W電動機的額定功率Pd：P?！軵T，且留有余量取Pd_1．2RPd_l_2×320．41=384W按以上參數(shù)的選擇，最終選取的電機型號為：ZYTl04／12，技術數(shù)據(jù)如下：轉速：3000r／min功率：390w電壓：220V電流：2．4A重量：3KgZYT系列微型永磁直流電動機的設計優(yōu)點：a．鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應能力。b．可以降低功耗c.體積輕便，使用時間長久，噪音分貝低，零部件可以方便從市場上購買?？梢宰尞a品在競爭力上遠勝于那些昂貴的且壞了不好修的外國產品。6其它部分的設計至于其它部分均為該設計的次要部分，我采用的方法是直接用現(xiàn)在市場上成熟的零部件進行組裝。由于此產品還處于研發(fā)和設計階段，為了不增加難度和設計的進度，其實也是因為沒有這個能力對于非主要部件和產品整體美觀性的設計，所以就采用市場上較為成熟的標準對該產品進行非主要部件的加工。其它部分包括入口部分和出口部分。出口部分包括排水管，排水管為了保證其不泄露所以要配置橡膠密閉圈，以防止殘渣外溢，主要起密封作用。入口部分包括裝配環(huán)、防溢罩子防止投入的垃圾從投入口噴射也是為了安全性和可操作性、支撐部件防止產品在使用過程中發(fā)生脫落損壞和水槽的貼合部件。7家用垃圾處理器圖紙的繪制全部設計通過2010版CAD完成，CAD適用于所有需要的二維圖紙的場合。也是目前我所掌握的最熟練的最實用的方法，運用它具有以下的特點：靈活方便的操作系統(tǒng)；方便高效的參數(shù)量化圖庫。\圖8裝配圖紙8家用垃圾處理器的使用方法家用垃圾處理器的使用方法其實很簡單易于上手，也就是先打開水管開關，再打開家用垃圾處理器的開關按鈕，然后把用餐過后產生的各種垃圾放進投料區(qū)中，讓機器工作40秒左右也就是一檔，然后斷水斷電這時的垃圾已經被處理到理想狀態(tài)，讓后用水沖走，如果發(fā)現(xiàn)還有較大顆粒的垃圾殘塊那么就用二擋或三擋，因為該產品的功耗很低所以居民不必擔心用電量問題。當然這只是該產品的第一階段的研發(fā)不能把所有的用戶感受考慮在內，不