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南 京 理 工 大 學 紫 金 學 院
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學 生 姓 名：
學 號：
專 業(yè)：
機械工程及自動化
設(shè)計(論文)題目：
食物垃圾粉碎機設(shè)計與仿真
指 導 教 師:
2010年 3月 19日
開題報告填寫要求
1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見；
3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2007年3月15日”或“2007-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：
文 獻 綜 述
摘要 本文根據(jù)圖書館文獻資料，系統(tǒng)闡述了我國食物垃圾粉碎機的歷史，及國內(nèi)外現(xiàn)階段食物垃圾粉碎機發(fā)展狀況與市場調(diào)研情況，然后介紹食物垃圾粉碎機功能與設(shè)計，進而引出本研究課題食物垃圾粉碎機的功能與設(shè)計，與其需要解決的問題。
關(guān)鍵詞 粉碎機 生活垃圾 垃圾分類
1.食物垃圾粉碎機的發(fā)展史
1927年 第一臺食物垃圾粉碎機年機誕生于美國。??
1940年 食物垃圾粉碎機的作用被研究肯定，碎骨機成為環(huán)保新星。?
1955年 美國密執(zhí)安那州底特律市的建筑法規(guī)中規(guī)定：從１９５６年１月１日以后修建的，凡設(shè)計、安裝使用會導致食物垃圾產(chǎn)生的城市建筑物，都必須配備預先認可的食物垃圾處理設(shè)備，任何人如果使用了未配備此種設(shè)備的建筑物將構(gòu)成違法。?
1985年 美國加得福尼亞州安納海姆市市長W.J.Biu.Thom在政府工作報告中說：“食物垃圾粉碎機在我市的廣泛使用，使廣大市民受益匪淺”。?
1999年 紐約市政府組織專家對垃圾處理機項目對環(huán)境的影響進行評估，并得出結(jié)論：大規(guī)模安裝食物垃圾粉碎機，不會對環(huán)境造成負面影響。?
2003年 北京、上海、廣州三地的食物垃圾粉碎機的使用率分別達到了4.3％、3.8％、3.5％，分別比上年增長了124％、98％、107％。?
2004年 美國格萊達電氣進入中國。格萊達中國總部在在上海成立。格萊達在同行業(yè)成為首家同時擁有交直流驅(qū)動粉碎技術(shù)的家庭廚房碎渣機的專業(yè)生產(chǎn)廠家［1］。
2.食物垃圾粉碎機介紹
食物垃圾處理機由防腐研磨腔、全不銹鋼研磨錘、全不銹鋼研磨盤等組成。它利用高速旋轉(zhuǎn)的永磁電機帶動研磨腔中的轉(zhuǎn)盤，食物垃圾在離心力的作用下相互撞擊在極短的時間內(nèi)（約 10 秒左右的時間），將食物垃圾研磨成細小的顆粒順水流排出管道［2］。
3. 垃圾處理行業(yè)的前景分析
在城市化進程中，垃圾作為城市代謝的產(chǎn)物曾經(jīng)是城市發(fā)展的負擔，世界上許多城市均有過垃圾圍城的局面。而如今，垃圾被認為是最具開發(fā)潛力的、永不枯竭的“城市礦藏”，是“放錯地方的資源”。這既是對垃圾認識的深入和深化，也是城市發(fā)展的必然要求［3］。
中國垃圾處理行業(yè)起步晚，但通過近年來的發(fā)展，我國垃圾處理產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模，垃圾處理市場容量有了顯著增加，市場滲透率迅速提高，進入環(huán)衛(wèi)行業(yè)的企業(yè)數(shù)量也在迅猛增加?，F(xiàn)在我國的垃圾處理市場已經(jīng)從導入期進入到成長期，并正向成熟期邁進。
隨著環(huán)境問題逐漸被重視，節(jié)能、環(huán)保成為各國的發(fā)展主題，已經(jīng)開始為垃圾處理提供產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機會。全世界垃圾年均增長速度為8.42%，而中國垃圾增長率達到10%以上。全世界每年產(chǎn)生4.9億噸垃圾，僅中國每年就產(chǎn)生近1.5億噸城市垃圾。中國城市生活垃圾累積堆存量已達70億噸。在如此巨大的垃圾壓力下，有理由相信，垃圾處理產(chǎn)業(yè)會成為未來國內(nèi)的明星產(chǎn)業(yè)［4］。
再生資源成為資源循環(huán)的新起點，同時成為循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分。另外，在廢棄資源和廢舊材料回收利用加工過程中，不但解決了資源短缺問題，同時降低了垃圾排放，正可謂“一舉兩得”。我國不斷出臺政策支持垃圾處理行業(yè)的發(fā)展，各地政府領(lǐng)導也開始高度重視垃圾填埋場建設(shè)，加大了投入，可以預測垃圾處理行業(yè)的前景十分廣闊［5］。
4. 國內(nèi)外食物垃圾粉碎機發(fā)展現(xiàn)狀
目前,多數(shù)發(fā)達國家已經(jīng)把新建的房子安裝食物垃圾粉碎機已經(jīng)制定了法律，必須安裝。國外市場已經(jīng)趨于成熟，但是，在中國的市場還沒有開放，這主要是由于以下幾個原因造成的：
第一：垃圾粉碎機在歐美市場的普及程度非常高，在那里，一個偏低端的垃圾粉碎機也就賣約人民幣千元左右，按西方人的收入水平這個價格真的不算什么，但對于國人來說，這1000元可是近一個月收入了，其次，西方人的生活習慣是不喜歡存放食物，飯菜一般都會當天處理掉。因此，垃圾粉碎機在西方普及程度相當高也就不難理解。
第二：中國人有中國人的食用垃圾消納渠道，將一切準備扔的垃圾放入塑料袋內(nèi)，第二天上班時順手扔進樓下的大垃圾桶里，有專人負責清運這些垃圾，我交的物管費就是用來干這個的［6］。
5.目前國內(nèi)各家庭食物垃圾處理中存在的問題
(1) 每天吃剩的殘渣食物、瓜皮、果屑裝在塑料袋內(nèi)，置于室內(nèi)一角，待方便時帶出戶外。如若不及時或忘記帶出戶外，腐敗后散發(fā)之氣存留室內(nèi)將造成污染。
(2) 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(nèi)地板等物。
(3) 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。
(4) 小區(qū)內(nèi)的垃圾轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)備——食物垃圾粉碎機，便有效地解決了這一令很多人煩惱的問題［7］。
6.國內(nèi)食物垃圾粉碎機的技術(shù)原理和優(yōu)點
食物垃圾粉碎機是通過小型直流或交流電機驅(qū)動刀盤，利用離心力將粉碎腔內(nèi)的食物垃圾粉碎后排入下水道。粉碎腔具有過濾作用，自動攔截食物固體顆粒；刀盤設(shè)有兩個或者四個可360度回轉(zhuǎn)的沖擊頭，沒有利刃，安全、耐用、免維護。刀盤轉(zhuǎn)速（滿負載，工作狀態(tài)）交流電機約1450轉(zhuǎn)/分鐘-1750轉(zhuǎn)/分鐘。粉碎后的顆粒直徑小于4毫米，不會堵塞排水管和下水道［8］。
研究成功的意義：
國外成功的應用食物垃圾粉碎機來減少食物垃圾的經(jīng)驗，為我們處理日益增加的食物垃圾開辟了一條新途徑，從而呼喚適合我國的食物垃圾粉碎機。另外，從源頭解決處理廚房食物垃圾污染的研究還是有很多優(yōu)點:
（1） 大 量 減少易腐垃圾數(shù)量，提高環(huán)境質(zhì)量
目前 ，國家對生活垃圾的處理原則是垃圾的減量化、無害化和資源化。而減量化位居第一位，可見其重要性。廚房垃圾粉碎機為食物垃圾的破碎預處理裝置，可對廚房垃圾進行初步處理，不但減少垃圾的堆放量，同時確保人們有一個健康、整潔的生活環(huán)境，進而減少疾病的傳染［9］。
（2）易于垃圾的再處理
由于廚房垃圾含有大量的水分，給垃圾的焚燒帶來很大的困難，上海浦東垃圾焚燒廠現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進行垃圾焚燒，這樣一方面增加垃圾成本，另一方面在能源緊缺的中國還造成能源的大量浪費。但是若把廚房垃圾在源頭切斷，則可大大的提高生活垃圾的焚燒熱值，同時對垃圾填埋產(chǎn)生的滲漏問題也可大大改觀［10］。
（3）具有經(jīng)濟社會效益
由于我國經(jīng)濟與科技水平還不十分發(fā)達，高額投入垃圾處理有較大困難，許多固體垃圾處理廠在引進國外先進技術(shù)后，由于缺乏科學的管理和資金的支持，處于半停產(chǎn)狀態(tài);一些小區(qū)雖然引進廚房垃圾的生化處理機，但其使用成本太高，己經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。擬研制的食物垃圾粉碎機作為一種面向家庭、賓館及飯店的小型機器，突有體積小，成本底，經(jīng)濟耐用的特點，可以被人們所接受。加上政府在政策和輿論大力宣傳引導，實行鼓勵政策，一方面提高了百姓的環(huán)境參與意識，充分調(diào)動社會力量保護環(huán)境。另一方面，政府還可把節(jié)省下來的大量開支(例:二次污染治理費、城市生活垃圾運輸費)用來研制、開發(fā)垃圾處理的新項目［11］。
7. 社會層面對食物垃圾粉碎機反饋
（1）居民
使用處理機需要改變居民排放垃圾的習慣，但這種改變是從難到易，從復雜污臟到簡單衛(wèi)生，因此在使用方面居民的接受程度比預想的要大得多。對已安裝粉碎機的使用情況調(diào)查表明，居民反映良好：
A 廚房里蟑螂、飛蟲少了；
B 不再有廚余腐爛的氣味；
C 減少清洗地板、地磚、垃圾桶的麻煩；
D 廚房工作時省心、省勁；
E 不用再擔心錯過每天排放垃圾的時間［12］。
（2）房產(chǎn)開發(fā)商：
打造環(huán)保無污染住宅區(qū)，增加房產(chǎn)賣點，增強房產(chǎn)市場競爭力，并有利有今后物業(yè)對園區(qū)的清潔工作［13］。
8．食物垃圾粉碎的類型
按處理方式分,
（1）粉碎型：將食物垃圾經(jīng)過研磨,粉碎后與水混合成液態(tài)狀直接沖入下水道。
（2）甩干型：將食物垃圾水分與固態(tài)物質(zhì)分離后從水盆下水排走水分,留下固太物質(zhì)壓縮成塊狀方便保存及處理。
按電機類型分：
直流型：空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較高,(約2800轉(zhuǎn)/分)，一般來說效率及扭力要大于交流型電機，但負荷工作（有食物垃圾進入時）轉(zhuǎn)數(shù)在1000轉(zhuǎn)左右/分，噪音也會隨之增大，多用在例如家用吸塵器、攪拌機等小型電器中，使用壽命約1~2年，但成本很低，所以直流型電機的食物垃圾粉碎機價格都很低，一般只有交流型電機產(chǎn)品價格的一半以下，是經(jīng)濟人士的首選。
交流型：空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較低,(約1800轉(zhuǎn)/分)，但負荷工作（有食物垃圾進入時）轉(zhuǎn)數(shù)和噪音都不會發(fā)生任何變化，多用在例如洗衣機、工業(yè)用吸塵器等動力強勁型電器中，使用壽命約5~8年，但由于制造成本較高，所以整機價格也較高，是時尚、專業(yè)人士的選擇［14］。
9. 一般粉碎機設(shè)計應具有五個設(shè)計要素：
（1）粉碎機作為產(chǎn)品設(shè)計的一種也必然具有產(chǎn)品功能性的特點，其功能性指粉碎機所具備的使用價值他通過針對不同的住宅需求，在考慮完整因素的影響功能，利用粉碎能力、外形、消耗指數(shù)、使用壽命來設(shè)計。
（2）安全性是消費者在選擇粉碎機是考慮比較多的一個因素，使用時是否會造成漏電，有無可能對人造成其他的傷害。
（3）噪音也是消費者考慮的相對較多的因素，在中國，多數(shù)具名都居住在套間里，相對應國外的別墅，空間比較小，噪音影響相對較大，還有部分家庭家里有小孩和老人，這也是消費者選擇粉碎機的一個重要因素。
（4）安裝的可行性，由于現(xiàn)在各個住宅小區(qū)使用的下水道水管的型號不一，可能會導致粉碎機的接口與其不匹配，從而導致無法安裝。
（5）消耗指數(shù)，現(xiàn)在全國上下都提倡節(jié)約，主要考慮電和水的消耗。
（6）使用壽命，消費者的消費觀念已經(jīng)從價格的高低到質(zhì)量的好壞轉(zhuǎn)變，壽命是衡量質(zhì)量高低的一個重要指標。粉碎機的使用壽命主要體現(xiàn)在刀具上，刀具的好壞直接決定了粉碎機的使用壽命［15］。
因此，粉碎機的設(shè)計要與市場相符合，由于消費者的消費觀念和消費能力不同。造成需求的多元化。設(shè)計師及企業(yè)應認真進行市場調(diào)查，分析，研究不同的消費需求，不斷調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，積極滿足不同層次消費者買你的消費需求。
參考文獻
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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和準備采用的研究手段（途徑）：
設(shè)計中首先對在我國使用廚房食物垃級粉碎機的可行性進行了分析，提出能否堵塞下水道的問題。通過有關(guān)部門所做的實驗顯示，被粉碎的顆粒密度小于水的密度，顆粒不會沉淀，由于污水流動的最小速度為0.6m/s,顆粗可以隨流水進入污水處理廠，國外的實踐經(jīng)驗也證明應用垃級粉碎機不會堵塞下水管道。但由于具體的國情不同，在我國它能否被人們所接受，大量使用后的狀況如何等問題還需要進一步去驗證。
設(shè)計時，首先對其原理進行闡述，在刀盤高速旋轉(zhuǎn)時，被處理物不會與刀盤同步旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生一個速度差，加上離心力對被處理物的作用，使被處理物與刀盤的運動又不同向，這樣，依靠內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對被處理物的破碎，撕拉等作用，使食物垃圾迅速變?yōu)?mm-5mm顆粒。垃圾粉碎機由投入口、粉碎室、驅(qū)動電機和排污口四部分組，驅(qū)動電機為粉碎機提供動力來源，粉碎室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的粉碎刀盤，是食物垃圾進行粉碎的場所，驅(qū)動電機和粉碎刀盤為垃圾粉碎機的關(guān)健部分，直接影響垃級粉碎機的使用效果。
對于粉碎刀盤和刀片，先對工作載荷進行力學分析。利用流體力學的知識計算流體阻力，通過實驗獲取垃圾破碎時的阻力，進而選擇材料及對刀盤、刀片進行強度校核。設(shè)計中選用的材料為1Crl3，比國外同類產(chǎn)品所用材料9Crl8在滿足使用要求的條件下經(jīng)濟、易加工，符合我國的實際情況。根據(jù)我國食物垃圾種類多，硬度、粘性差別大的特點，我們設(shè)計的組合刀盤式粉碎刀共由幾個部分組成:固定刀、擺動刀、刀片和旋轉(zhuǎn)刀盤，在它們共同作用下，食物垃圾被迅速粉碎。
設(shè)計中驅(qū)動電機運行特征為時間短，啟動頻繁，斷續(xù)工作，其性能直接影響著廚房食物垃圾粉碎機質(zhì)量的好壞，所以選擇一款合適的電機尤為必要。本設(shè)計選取電機類型為立式封閉永磁直流電動機，電機型號為：ZYT104/12，技術(shù)數(shù)據(jù)為:轉(zhuǎn)速為3000r/min功率為390W，電壓為220V，重量為3Xg。此為國產(chǎn)電機，價格較低，適合我國國情。設(shè)計中還首次增加一套控制電路系統(tǒng)。其目的是為了克服同類產(chǎn)品的不足，提高機器的安全性、方便性。該電路要實現(xiàn)的功能是按動啟動按鈕，使廚房垃圾粉碎機開始運轉(zhuǎn)，進行垃圾的粉碎工作，工作1-3分鐘后能夠自動的切斷電源使機器停止工作。工作模式中依據(jù)控制機器運轉(zhuǎn)時間的不同可分為1, 2, 3這三個檔位，用戶在使用時根據(jù)不同的垃圾量和垃圾成分來選擇擋位。該拉制電路的實現(xiàn)主要采用CH7555構(gòu)成單穩(wěn)定時電路。其中主要元件型號:繼電器J選用JQX-13型中的12V, 50051小型中功率繼電器；變壓器選用220V, 50Hz,輸出交流12V；整流橋選用的型號為PB206M。
此次設(shè)計食物垃圾粉碎機，更加適合我國的食物結(jié)構(gòu)和住宅特點。增加的一套控制電路為同類產(chǎn)品的先例，可更好的滿足用戶的使用。避免了目前同類產(chǎn)品完全采用交流電機、國外進口電機、選用昂貴祠琳的做法，使機器的制造和使用成本降低。
食物垃圾粉碎機為新事物，它進入千家萬戶還需政府的大力支持，但隨著居民環(huán)保意識的增強，參與性的提高，其利用前景仍很廣闊。
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告
指導教師意見：
1． 對“文獻綜述”的評語：
該同學查閱了大量的資料，綜述了有關(guān)食品垃圾粉碎機的發(fā)展史、功能及其種類、存在問題、研究方向和研究手段，以及設(shè)計食品垃圾粉碎機的注意事項，這些資料可供畢業(yè)設(shè)計時參考。文獻資料詳實，組織有序。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預測：
本課題要求設(shè)計一款新型的食品垃圾粉碎機，計算食品垃圾粉碎機主要零件的尺寸，并且利用計算機輔助設(shè)計軟件，制作食品垃圾粉碎機的實體模型，進行機構(gòu)運動仿真，和進行關(guān)鍵零件的強度校核。課題具有一定的深度和廣度，工作量飽滿。只要學生在課題設(shè)計期間抓緊時間，預期能夠完成規(guī)定的任務(wù)。
指導教師：
2010 年 03 月 25 日
所在專業(yè)審查意見：
負責人：
年 月 日