家用垃圾處理器設(shè)計(jì)含8張CAD圖
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摘要
本設(shè)計(jì)依據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，研制適合家用的生活垃圾預(yù)處理裝置——生活垃圾處理器。該垃圾處理器分為兩部分，一部分用來(lái)處理各種不可回收的垃圾，如：廚房食物垃圾、衛(wèi)生間垃圾、廢渣、廢棄的塑料袋等等，將其粉碎并且導(dǎo)入下水道中；另一部分適用于處理各種可回收生活垃圾，如：易拉罐、廢報(bào)紙等等，該機(jī)構(gòu)將其壓扁回收，減少空間。
設(shè)計(jì)最后還對(duì)兩電機(jī)采用西門(mén)子PLC進(jìn)行控制，使設(shè)計(jì)變得更加理性話(huà)，更加實(shí)用。
關(guān)鍵詞：生活垃圾；垃圾處理；PLC
目錄
摘要 1
第一章 引言 4
1.1國(guó)外生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4
1.2我國(guó)生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.3課題的研究意義 9
第二章 生活垃圾處理器設(shè)計(jì) 11
2.1生活垃圾處理器的組成 11
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 11
2.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
2.3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定義 15
2.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特性及應(yīng)用 15
2.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
2.4.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力分析 18
2.4.2 曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 19
2.4.3 尺寸設(shè)計(jì) 21
第三章 電機(jī)的PLC控制 25
3.1 電機(jī)的控制原理 25
3.2 西門(mén)PLC簡(jiǎn)介 25
1、PLC的基本概念 25
2、PLC的基本結(jié)構(gòu) 25
3、PLC的工作原理 26
4、PLC內(nèi)部運(yùn)作方式 28
3.3 PLC的I/O分配 28
3.4 PLC梯形圖 29
3.5 PLC語(yǔ)句表 30
總結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 34
致謝 35
第一章 引言
城市生活垃圾的成分和特性受居民生活水平、能源結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化等因素的影響,使得垃圾組分具有復(fù)雜性、多變性和地域差異性等特點(diǎn)。其組分主要由煤灰、紙張、塑料、磚瓦、廚渣、毛骨等組成。由于生活垃圾成分復(fù)雜,又受到種種因素的制約,因而各國(guó)對(duì)生活垃圾的處理及其污染治理技術(shù)的發(fā)展一般是隨國(guó)情而異,往往一個(gè)國(guó)家的不同地區(qū)也采取不同的處理方法。
1.1國(guó)外生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
（一）現(xiàn)狀
1996年以前,奧地利、比利時(shí)、加拿大、丹麥、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、意大利、日本、盧森堡、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英國(guó)、美國(guó)和新加坡等一些國(guó)家的生活垃圾處理方法以填埋法為主。此后,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來(lái)越多的國(guó)家采用焚燒法。目前,日本、瑞士、比利時(shí)、丹麥、法國(guó)、盧森堡、瑞典、新加坡等國(guó)采用焚燒法處理垃圾的比例,都接近或超過(guò)填埋法,而堆肥法在國(guó)外已較少使用。對(duì)于生活垃圾中可利用物質(zhì)的回收利用率,在發(fā)達(dá)國(guó)家中平均為25%左右,有的高達(dá)50%以上。
1．填埋技術(shù)現(xiàn)狀
英國(guó)最早于1930年,美國(guó)于1940年開(kāi)始采用生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)———即有控制的生活垃圾填埋技術(shù)。國(guó)外從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在垃圾填埋場(chǎng)防滲處理中使用人工合成材料作為襯底,逐步成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。通常采用約2 mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)作為襯底材料,其滲透系數(shù)可達(dá)10-12～10-13 cm/s。目前,人工合成襯底材料已形成了系列產(chǎn)品,并制定了相應(yīng)設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)。垃圾填埋場(chǎng)作業(yè)一般由垃圾推土機(jī)和垃圾壓實(shí)機(jī)操作,既可提高場(chǎng)地利用率,又可以減少雨水對(duì)垃圾的沖刷?，F(xiàn)代化大型生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)大多采用單元填埋法,并對(duì)垃圾進(jìn)行分層壓實(shí)和每日覆蓋控制填埋沼氣的自由轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散是填埋技術(shù)的一個(gè)組成部分,填埋沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。通常采取的方法一是通過(guò)石籠等形式將填埋沼氣導(dǎo)排;二是通過(guò)石籠和收集管將填埋沼氣導(dǎo)排并使其安全直燃;三是通過(guò)管網(wǎng)系統(tǒng)收集后經(jīng)過(guò)凈化處理作為能源回收利用。
2．堆肥技術(shù)現(xiàn)狀
對(duì)堆肥技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究始于20世紀(jì)20年代。而高溫好氧堆肥技術(shù)是從20世紀(jì)30年代開(kāi)始采用的。根據(jù)工藝流程和運(yùn)行狀況,高溫好氧堆肥處理技術(shù)可分為靜態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)、動(dòng)態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)和間歇式動(dòng)態(tài)好氧堆肥處理技術(shù)3種進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),動(dòng)態(tài)厭氧堆肥處理技術(shù)在一部分國(guó)家率先得到了應(yīng)用。早在20世紀(jì)的7080年代,許多發(fā)達(dá)國(guó)家曾建設(shè)了大批機(jī)械化程度較高的垃圾堆肥廠(chǎng),不少?lài)?guó)家還制定了垃圾堆肥產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),并依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)了多種用途的堆肥系列產(chǎn)品,以適應(yīng)不同作物、不同土壤和不同用肥途徑(如家庭養(yǎng)花、庭院苗圃、園林綠化、農(nóng)業(yè)種植等)的需求。同時(shí)也在提高垃圾堆肥產(chǎn)品質(zhì)量,擴(kuò)大垃圾堆肥產(chǎn)品銷(xiāo)售和拓展垃圾堆肥產(chǎn)品使用范圍等方面做了大量工作,有效地推動(dòng)了垃圾堆肥技術(shù)的推廣應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后期,發(fā)達(dá)國(guó)家的生活垃圾堆肥技術(shù)應(yīng)用陷入低谷,有不少?lài)?guó)家的許多規(guī)模較大且機(jī)械化程度較高的生活垃圾堆肥廠(chǎng)相繼倒閉。但即使在這種形勢(shì)下,一些國(guó)家或城市仍在堅(jiān)持不斷改進(jìn)垃圾堆肥技術(shù),提高垃圾堆肥產(chǎn)品質(zhì)量,穩(wěn)步發(fā)展著生活垃圾堆肥技術(shù)。目前,國(guó)外生活垃圾堆肥廠(chǎng)數(shù)量總體呈下降趨勢(shì),但垃圾堆肥技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有停頓。發(fā)展較快的有兩種堆肥方式:一是庭院垃圾堆肥;二是制造有機(jī)復(fù)合肥技術(shù)。
3．焚燒技術(shù)現(xiàn)狀
生活垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展歷史相對(duì)較短,大致經(jīng)歷了萌芽階段、發(fā)展階段和成熟階段。萌芽階段是從19世紀(jì)80年代開(kāi)始到20世紀(jì)初期。英國(guó)諾丁漢和美國(guó)紐約先后采用焚燒方法處理生活垃圾。德國(guó)漢堡和法國(guó)巴黎也先后建立了世界上最早的生活垃圾焚燒廠(chǎng)。二次世界大戰(zhàn)以后,經(jīng)濟(jì)發(fā)展非?？?城市居民的生活水平進(jìn)一步提高,垃圾中的可燃物和易燃物迅速上升,促進(jìn)了垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用。特別是在20世紀(jì)60年代的電子工業(yè)變革后,許多先進(jìn)技術(shù)在垃圾焚燒爐上得到了應(yīng)用,使垃圾焚燒爐得到了進(jìn)一步的完善。從20世紀(jì)70年代到90年代中期的20多年間,是垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期、幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家、中等發(fā)達(dá)國(guó)家都建有不同規(guī)模、不同數(shù)量的垃圾焚燒廠(chǎng),發(fā)展中國(guó)家已建有或正在籌建垃圾焚燒廠(chǎng)的也不在少數(shù),垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展方興未艾。垃圾焚燒法是一種比較有效的垃圾處理方法。它的減量化、資源化和無(wú)害化效果都比較理想。垃圾焚燒技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟,機(jī)械爐排焚燒爐的類(lèi)型已經(jīng)基本定型。制約垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展的主要因素是二次污染防治技術(shù)特別是廢氣處理技術(shù)的成敗。
4．回收及循環(huán)利用技術(shù)現(xiàn)狀
近年來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家把實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源化提高到了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度,垃圾資源化已經(jīng)成為各國(guó)謀求的垃圾治理目標(biāo)。發(fā)達(dá)國(guó)家在推進(jìn)生活垃圾資源化進(jìn)程中,都制定了符合本國(guó)國(guó)情的相關(guān)法律、規(guī)章和各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如德國(guó)制定了《關(guān)于容器包裝廢棄物的政府令》;法國(guó)制定了《容器包裝政府令》;丹麥制定了《再循環(huán)法》;日本制定了《再生資源利用促進(jìn)法》和《容器包裝再循環(huán)法》;奧地利制定了《包裝條例》等等。除法規(guī)保障外,發(fā)達(dá)國(guó)家還對(duì)廢棄物循環(huán)利用和再生利用予以政策上的支持。同時(shí)遵循“誰(shuí)污染誰(shuí)負(fù)擔(dān)”的原則,借助經(jīng)濟(jì)手段來(lái)保證有關(guān)舉措的實(shí)施,如采取課稅制度等。如美國(guó)紐約州對(duì)使用50%以上再生原料的企業(yè)實(shí)行減稅制度。加拿大的部分州實(shí)行在銷(xiāo)售過(guò)程中對(duì)易于再循環(huán)的產(chǎn)品課以小額度稅金,對(duì)不易再循環(huán)的產(chǎn)品課以大額度稅金。許多國(guó)家對(duì)城市居民均實(shí)行生活垃圾收費(fèi)制,不少?lài)?guó)家還在商品流通領(lǐng)域?qū)嵭械盅航鹬贫?。如德?guó)規(guī)定產(chǎn)品的銷(xiāo)售者有義務(wù)在一次性容器及包裝上加貼標(biāo)簽,并向消費(fèi)者收取抵押金。挪威規(guī)定消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)要繳一定數(shù)額抵押金,在汽車(chē)被回收時(shí)再連同利息一起返還。另外還有一些國(guó)家實(shí)行政府補(bǔ)貼和建立基金會(huì)等方式來(lái)鼓勵(lì)生活垃圾的資源化。如瑞士1996年起向建設(shè)和管理生活垃圾焚燒廠(chǎng)的企業(yè)增加補(bǔ)助金;英國(guó)政府給配電公司發(fā)放補(bǔ)貼用以購(gòu)買(mǎi)生活垃圾焚燒廠(chǎng)生產(chǎn)的電力;法國(guó)為推進(jìn)生活垃圾焚燒發(fā)電事業(yè)的發(fā)展,政府采取資金補(bǔ)貼的方式給予支持。
（二）發(fā)展趨勢(shì)
1．提倡分類(lèi)收集和回收利用
對(duì)生活垃圾盡可能進(jìn)行回收和循環(huán)利用,最有效的途徑是盡可能對(duì)生活垃圾實(shí)施分類(lèi)收集。這是發(fā)達(dá)國(guó)家在實(shí)踐中形成的共識(shí)。
2．鼓勵(lì)有機(jī)垃圾堆肥處理
可以預(yù)計(jì),垃圾堆肥技術(shù)將在世界范圍內(nèi)經(jīng)歷一次從量變到質(zhì)變的變化過(guò)程。但無(wú)論如何生活垃圾堆肥技術(shù)今后仍將在國(guó)外生活垃圾綜合處理體系中占有重要位置。
3．穩(wěn)步發(fā)展垃圾焚燒技術(shù)
垃圾焚燒處理已有100多年的歷史,但出現(xiàn)有控制的焚燒(煙氣處理、余熱利用等)只是近幾十年的事。它與垃圾填埋處理相比,具有占地面積小、選址較容易,處理快速、減量化顯著、無(wú)害化較徹底以及可回收焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn),在發(fā)達(dá)國(guó)家得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)將來(lái)垃圾焚燒技術(shù)仍會(huì)繼續(xù)得到發(fā)展。
4．填埋是垃圾處理的基本方式
雖然垃圾填埋處理率有下降的趨勢(shì),但填埋處理仍是垃圾處理的最終方式。垃圾填埋場(chǎng)的污染控制措施將不斷完善,垃圾填埋場(chǎng)將向大型化發(fā)展,進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的有機(jī)物含量將有所限制。
1.2我國(guó)生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
（一）現(xiàn)狀
縱觀(guān)國(guó)內(nèi)生活垃圾處理技術(shù)的理論研究和工程實(shí)踐,成熟且常用的生活垃圾處理技術(shù)主要有填埋、堆肥、焚燒3種?；厥绽眉夹g(shù)目前僅在少數(shù)幾個(gè)城市中進(jìn)行試點(diǎn)工作,應(yīng)用實(shí)例尚不多。
1.填埋技術(shù)現(xiàn)狀
填埋技術(shù)作為生活垃圾的傳統(tǒng)和最終處理方法,目前仍然是我國(guó)大多數(shù)城市解決生活垃圾出路的最主要方法,約占處理總量的95%左右。根據(jù)環(huán)保措施(主要有場(chǎng)底防滲、分層壓實(shí)、每天覆蓋、填埋導(dǎo)排氣管、滲瀝水處理、蟲(chóng)害防治等)是否齊全、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)能否滿(mǎn)足來(lái)判斷,我國(guó)的生活垃圾填埋場(chǎng)可分為3個(gè)等級(jí):簡(jiǎn)易填埋場(chǎng)(非衛(wèi)生填埋場(chǎng))、受控填埋場(chǎng)(準(zhǔn)衛(wèi)生填埋場(chǎng))、衛(wèi)生填埋場(chǎng)。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的衛(wèi)生填埋場(chǎng)數(shù)量較少,部分城市特別是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)還是簡(jiǎn)易填埋。
2．堆肥技術(shù)現(xiàn)狀
我國(guó)具有傳統(tǒng)堆肥技術(shù)的悠久歷史,但堆肥處理率并不高。目前只有5%左右,在我國(guó)常用的生活垃圾堆肥技術(shù)可分為兩類(lèi);簡(jiǎn)易高溫堆肥技術(shù)、機(jī)械化高溫堆肥技術(shù)。
3．焚燒技術(shù)現(xiàn)狀
我國(guó)生活垃圾焚燒技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)80年代中期?！鞍宋濉逼陂g被列為國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目,目前僅有深圳、上海等少數(shù)城市采用了焚燒技術(shù),尚處于起步階段。
（二）技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1．填埋技術(shù)展望
填埋氣體導(dǎo)排技術(shù)在生活垃圾填埋場(chǎng)得以普遍采用并不斷完善,同時(shí)填埋氣體回收利用技術(shù)在取得經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)大試驗(yàn)范圍;大中城市的生活垃圾填埋場(chǎng)基本上能做到每天覆蓋。覆蓋材料除粘土外,新型替代覆蓋材料的研制工作也取得進(jìn)展,并在部分缺少覆蓋土源的生活垃圾填埋場(chǎng)試點(diǎn)應(yīng)用。在引進(jìn)、消化的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出壓實(shí)機(jī)等新一代的國(guó)產(chǎn)化填埋專(zhuān)用機(jī)具,用于生活垃圾填埋場(chǎng)并取得較好效果。填埋技術(shù)在我國(guó)生活垃圾處理領(lǐng)域的主導(dǎo)地位,在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變,但生活垃圾填埋處理的比例將穩(wěn)步下降,而填埋場(chǎng)中衛(wèi)生填埋場(chǎng)的比例將明顯上升。
2．堆肥技術(shù)展望
發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的好氧堆肥技術(shù),在部分示范工程中率先得到應(yīng)用;在大城市中將逐步提倡經(jīng)回收利用和堆肥、焚燒等方法處理后的生活垃圾殘余物進(jìn)填埋場(chǎng)作最終處理,生活垃圾堆肥廠(chǎng)的機(jī)械化水平和堆肥質(zhì)量有明顯提高;堆肥產(chǎn)品中的重金屬含量和碎玻璃等雜質(zhì)得到有效控制。國(guó)產(chǎn)化有機(jī)復(fù)合肥成套生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備進(jìn)一步完善,生活垃圾堆肥廠(chǎng)生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥和顆粒肥的比例將逐步提
高。由于具有良好的減量化和資源化效果,生活垃圾堆肥技術(shù)將重新得到重視,生活垃圾堆肥處理的比例將逐步增加。但如何進(jìn)一步開(kāi)拓堆肥產(chǎn)品市場(chǎng)仍有許多工作要做。
3．焚燒技術(shù)展望
我國(guó)城市生活垃圾的低位熱值穩(wěn)步提高,低熱值生活垃圾焚燒技術(shù)的工藝研究進(jìn)一步完善;新一代國(guó)產(chǎn)化成套生活垃圾焚燒設(shè)備的開(kāi)發(fā)取得成功,并在部分中小型城市形成一定的市場(chǎng),單臺(tái)處理能力200 t/d以下的生活垃圾焚燒設(shè)備將以國(guó)產(chǎn)化為主。生活垃圾焚燒廠(chǎng)的二次污染特別是尾氣凈化技術(shù)取得突破,同時(shí)人們對(duì)二惡英等污染物的關(guān)注程度愈加提高;生活垃圾焚燒余熱綜合利用技術(shù)得到提高,發(fā)電上網(wǎng)等將繼續(xù)得到政策和稅收方面的支持。生活垃圾焚燒技術(shù)將穩(wěn)步發(fā)展,生活垃圾焚燒處理的比例將逐步上升,未來(lái)幾年內(nèi)在部分城市中將建成若干個(gè)和國(guó)外接軌的生活垃圾焚燒廠(chǎng)。但生活垃圾焚燒技術(shù)在我國(guó)全面推廣的條件目前尚不具備。
1.3課題的研究意義
依據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，研制適合本國(guó)的生活垃圾預(yù)處理裝置——生活垃圾處理器，使居民在家中可以直接對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理，處理掉的食物垃圾通過(guò)下水管路排到陰井中。這樣就在源頭上避免了食物垃圾造成的污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾的減量化之目的。
國(guó)外成功的應(yīng)用食物垃圾處理器來(lái)減少食物垃圾的經(jīng)驗(yàn)，為我們處理日益增加的食物垃圾開(kāi)辟了一條新途徑，從而呼喚適合我國(guó)的食物垃圾處理器。另外，從源頭解決處理生活垃圾污染的研究還是有很多優(yōu)點(diǎn)：
1 減少易腐垃圾數(shù)量，提高環(huán)境質(zhì)量
目前，國(guó)家對(duì)生活垃圾的處理原則是垃圾的減量化、無(wú)害化和資源化。而減量化位居第一位，可見(jiàn)其重要性。廚房垃圾處理器為食物垃圾的破碎預(yù)處理裝置，可對(duì)廚房垃圾進(jìn)行初步處理，不但減少垃圾的堆放量，同時(shí)確保人們有一個(gè)健康、整潔的生活環(huán)境，進(jìn)而減少疾病的傳染。
2 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(lái)很大的困難，上海浦東垃圾焚燒廠(chǎng)現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進(jìn)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(guó)還造成能源的大量浪費(fèi)。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(shí)對(duì)垃圾填埋產(chǎn)生的滲漏問(wèn)題也可大大改觀(guān)。
3 有經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益
由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技水平還不十分發(fā)達(dá)，高額投入垃圾處理有較大困難，許多固體垃圾處理廠(chǎng)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)后，由于缺乏科學(xué)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(jìn)廚房垃圾的生化處理機(jī)，但其使用成本太高，己經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。擬研制的食物垃圾處理器作為一種面向家庭、賓館及飯店的小型機(jī)器，突有體積小，成本底，經(jīng)濟(jì)耐用的特點(diǎn)，可以被人們所接受。加上政府在政策和輿論大力宣傳引導(dǎo)，實(shí)行鼓勵(lì)政策，一方面提高了百姓的環(huán)境參與意識(shí)，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)力量保護(hù)環(huán)境。另一方面，政府還可把節(jié)省下來(lái)的大量開(kāi)支(例：二次污染治理費(fèi)、城市生活垃圾運(yùn)輸費(fèi))用來(lái)研制、開(kāi)發(fā)垃圾處理的新項(xiàng)目。
廚房的食物垃圾易腐爛、有異味、滋生細(xì)菌、招引小蟲(chóng)，成為揮之不去的家庭污染源。食物垃圾占50%左右。解決食物垃圾對(duì)家庭的污染已成為提高家庭生活質(zhì)量的標(biāo)志之一。近幾年，食物垃圾處理器在韓、日等國(guó)也得到了高速發(fā)展。在北京一些大批量高檔精裝修房已使用了食物垃圾處理器，業(yè)內(nèi)人士表示，食物垃圾處理器與微波爐等家用電器一樣，將成為家居廚房的標(biāo)準(zhǔn)配置。
食物垃圾處理器是一種現(xiàn)代化的廚房電器，通過(guò)改變食物垃圾的形態(tài)來(lái)進(jìn)行及時(shí)的食物垃圾無(wú)害化處理，能夠?qū)⑹澄锢鬯槌蓾{狀液體或極小顆粒直接從下水管道排出，可輕松實(shí)現(xiàn)即時(shí)、方便、快捷的廚房清潔，避免食物垃圾因儲(chǔ)存而滋生病菌、蚊蟲(chóng)和異味，從而有效優(yōu)化家居環(huán)境，并徹底解決下水道容易堵塞的問(wèn)題。
家庭食物垃圾處理器可以解決家庭垃圾的煩惱--輕松處理食物殘?jiān)?、剩余物，讓廚房生活更輕松;使家庭環(huán)境得到改善--解決垃圾變質(zhì)引發(fā)的環(huán)境污染，讓家庭和社區(qū)不再存放食物垃圾;由此讓家庭告別臟、亂的垃圾環(huán)境，遠(yuǎn)離病菌、蚊蟲(chóng)、蟑螂的困擾。
食物垃圾處理器在歐美國(guó)家使用率非常高，一些國(guó)家已經(jīng)立法推廣。這種設(shè)備給家庭帶來(lái)了舒適健康的生活空間。食物垃圾通過(guò)處理后排放，不會(huì)對(duì)下水管道產(chǎn)生影響，更不會(huì)堵塞下水道。其帶來(lái)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益驚人，前景十分看好。
第二章 生活垃圾處理器設(shè)計(jì)
2.1生活垃圾處理器的組成
本次設(shè)計(jì)的生活垃圾處理器有兩部分組成，一部分是不可回收垃圾的粉碎，另一部分是可回收垃圾的壓扁
不可回收垃圾的粉碎部分組要結(jié)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、中心軸、箱體、過(guò)濾板、刀具、墊圈、螺母、螺釘?shù)冉Y(jié)構(gòu)組成。另外還有一些傳感器，如：液位傳感器。
可回收垃圾的壓扁部分組要結(jié)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、帶輪、V帶、軸、支架、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、壓塊、垃圾簍、抽板等
2.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
驅(qū)動(dòng)電機(jī)是食物垃圾處理器工作能量的提供源，也是關(guān)鍵部件之一，其性能直接影響著生活垃圾處理器質(zhì)量的好壞。在設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特征為時(shí)間短，啟動(dòng)頻繁，斷續(xù)工作。圖2-1為永磁電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
我們選用永磁電機(jī),因?yàn)槠涠ㄗ訛橛来配搫?lì)磁無(wú)需勵(lì)磁線(xiàn)圈，即省電又不發(fā)熱。磁路結(jié)構(gòu)經(jīng)精心選擇，使電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、嘈聲低及轉(zhuǎn)動(dòng)平衡等特點(diǎn)，電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)。但是本次設(shè)計(jì)所用的電機(jī)是自己設(shè)計(jì)制造的。
(1) 磁鋼徑向、軸向聚磁以加大極弧面來(lái)提高氣隙磁密，從而提高出力和快速響應(yīng)能力。
(2) 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來(lái)保證對(duì)負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線(xiàn)性度并降低功耗。
(3) 利用電機(jī)槽和換向片及極弧寬度和齒槽的合理配合達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、嘈聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行要求。
(a)
(b)
圖2-1 永磁電機(jī)的磁路結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)分布
電動(dòng)機(jī)種類(lèi)的選擇
目前，電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)繁多，價(jià)格、性能差別比較大，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的指導(dǎo)思想對(duì)電動(dòng)機(jī)類(lèi)型及型號(hào)進(jìn)行優(yōu)化選擇是十分重要的。選擇電動(dòng)機(jī)種類(lèi)應(yīng)在滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)拖動(dòng)性能的要求下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)種類(lèi)選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要內(nèi)容有：
（1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)與所拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性相匹配；
（2）電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能（調(diào)速范圍、調(diào)速的平滑性、經(jīng)濟(jì)性）應(yīng)該滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械的要求。對(duì)調(diào)速性能的要求在很大程度上決定了電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、調(diào)速方法以及相應(yīng)的控制方法；
（3）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的要求，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能主要是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小，同時(shí)還應(yīng)注意電網(wǎng)容量對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的限制；
（4）電源種類(lèi) 在滿(mǎn)足性能的前提下應(yīng)優(yōu)先采用交流電動(dòng)機(jī)；
（5）經(jīng)濟(jì)性 一是電動(dòng)機(jī)及其相關(guān)設(shè)備（如：?jiǎn)?dòng)設(shè)備、調(diào)速設(shè)備等）的經(jīng)濟(jì)性；二是電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，主要是要效率高，節(jié)省電能。
根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型。直流電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)快速頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；具有過(guò)載能力大、能承受頻繁的沖擊負(fù)載，優(yōu)良的調(diào)速性能，調(diào)速平滑、精確、方便和范圍廣等特點(diǎn)。
電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境是由生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境決定的。在很多情況下，電動(dòng)機(jī)工作場(chǎng)所的空氣中含有不同分量的灰塵和水分，有的還含有腐蝕性氣體甚至含有易燃易爆氣體；有的電動(dòng)機(jī)則要在水中或其他液體中工作?；覊m會(huì)使電動(dòng)機(jī)繞組黏結(jié)上污垢而妨礙散熱；水分、瓦斯、腐蝕性氣體等會(huì)使電動(dòng)機(jī)的絕緣材料性能退化，甚至?xí)耆珕适Ы^緣能力；易燃、易爆氣體與電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的電火花接觸時(shí)將有發(fā)生燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。因此，為了保證電動(dòng)機(jī)能夠在其工作環(huán)境中長(zhǎng)期安全運(yùn)行，必須根據(jù)實(shí)際環(huán)境條件合理地選擇電動(dòng)機(jī)的防護(hù)方式。電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)方式有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式幾種。
設(shè)計(jì)中，食物垃圾處理器電動(dòng)機(jī)的特征為頻繁短時(shí)運(yùn)行、快速啟動(dòng)，無(wú)調(diào)速要求。依據(jù)直流電動(dòng)機(jī)具有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選取電機(jī)類(lèi)型為直流電動(dòng)機(jī)。
在直流電動(dòng)機(jī)中，有一種電機(jī)的磁極是用永磁材料(或加上鐵磁材料)提供電動(dòng)機(jī)所需要的勵(lì)磁源，從而代替了電磁式直流電動(dòng)機(jī)中的線(xiàn)圈式磁極。這種電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)。由于無(wú)需勵(lì)磁線(xiàn)圈，故省電且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)，使電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、噪聲低及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)中選用永磁直流電動(dòng)機(jī)。
永磁材料的種類(lèi)很多，有鋁鎳鉆系列磁鋼、鐵氧體永磁、稀土永磁等。表征永磁材料性能的主要因素：矯頑力、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、最大磁能面積以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求最大，溫度系數(shù)小，磁穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動(dòng)機(jī)壽命短。
外界因素能引起磁性能不可逆變化，影響磁穩(wěn)定性的因素有：
① 內(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鉻鉆等不會(huì)發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各向異性外，都會(huì)產(chǎn)生磁后效，它們對(duì)時(shí)間的退磁率隨時(shí)間的對(duì)數(shù)變化。
② 外因包括溫度、干擾磁場(chǎng)、機(jī)械力、接觸強(qiáng)磁性物質(zhì)、高能粒子輻照等。使磁能變化。
a.由于溫度可引起永磁體的材質(zhì)和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退磁性質(zhì)的永磁體時(shí)，應(yīng)使永磁體在最低使用溫度下工作。在尺寸比相同的情況下，各種永磁體的退磁率隨外磁場(chǎng)增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點(diǎn)選在膝點(diǎn)之上，則受外磁場(chǎng)的影響很小。
b.機(jī)械振動(dòng)和沖擊力引的退磁率一般不大，磁體尺寸越大、矯頑力越高。顯著的退磁一般發(fā)生在多次沖擊和較長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)的初期，以后趨于穩(wěn)定。
為使永磁材料在使用時(shí)磁性穩(wěn)定，對(duì)材料必須預(yù)先進(jìn)行穩(wěn)定化處理；高溫或低溫退磁，不同溫度范圍的溫度循環(huán)強(qiáng)制退磁、交流或直流退磁等。
選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理的選擇電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過(guò)大，設(shè)備投資過(guò)大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率較低；反之，若功率選得過(guò)小，電動(dòng)機(jī)將過(guò)載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)的過(guò)早損壞。為此，選擇電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)進(jìn)行一些必要的分析和計(jì)算，具體可按以下三個(gè)步驟進(jìn)行：
① 計(jì)算負(fù)載功率
② 根據(jù)負(fù)載功率，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率，使，盡量接近
③ 校驗(yàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過(guò)載能力和啟動(dòng)能力。校驗(yàn)的方法較多，工作量很大，而且準(zhǔn)確度也很難把握。
在實(shí)際工作中常采用統(tǒng)計(jì)分析法和類(lèi)比法。類(lèi)比法就是在調(diào)查同類(lèi)機(jī)械所采用電機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對(duì)主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類(lèi)比，從而確定電機(jī)所采用的容量。本次論文設(shè)計(jì)就采用此方法。
根據(jù)前面計(jì)算，粉碎刀盤(pán)在工作時(shí)，需克服的阻力為：
刀盤(pán)的線(xiàn)速度
負(fù)載功率：
電動(dòng)機(jī)的額定功率，且留有余量取
按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取電機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：轉(zhuǎn)速：，功率：，電壓：，電流：，重量：。
這種永磁直流電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的化學(xué)組成用MonFe2O3。表示，其中M為Ba,Sr,Pb中的一種或兩種以上的二價(jià)金屬離子，，材料分為各向同性和各向異性?xún)深?lèi)。它的矯頑力高，時(shí)效變化少，不含鎳、鉆等元素，價(jià)廉，原材料豐富。
永磁直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù)：
① 磁鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來(lái)提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應(yīng)能力。
② 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來(lái)保證對(duì)負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線(xiàn)性度并降低功耗。
③ 電機(jī)槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合以達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行。
本此設(shè)計(jì)的電機(jī)體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)、噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)，系封閉自冷式。而目前在市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品都為國(guó)外進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，不僅價(jià)格昂貴，而且零部件配套難，維修困難，給顧客的使用帶來(lái)不便。
2.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定義
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式,由若干剛性構(gòu)件用低副(回轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副)聯(lián)接而成的一種機(jī)構(gòu)。是由曲柄（或曲軸、偏心輪）、連桿、滑塊通過(guò)移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。
2.3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特性及應(yīng)用
常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為滑塊的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);或者將滑塊的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析是當(dāng)已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí),研究機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等,從而評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)是否滿(mǎn)足工作性能要求,機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)副為低副,各元件間為面接觸,構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡(jiǎn)單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn),因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類(lèi)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等。
2.3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的分類(lèi)
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分成三大類(lèi)：對(duì)心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機(jī)構(gòu)
圖2-2 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖2-3 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖2-4 偏心輪機(jī)構(gòu)
當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小時(shí)，通常把曲柄做成偏心輪，這樣不僅增大了軸頸的尺寸，提高偏心軸的強(qiáng)度和剛度，而且當(dāng)軸頸位于中部時(shí)，還可以安裝整體式連桿，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。因此偏心輪廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、鄂式破碎機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中[6]。
偏心輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非線(xiàn)性傳動(dòng)關(guān)系，且傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力平衡性好。將偏心輪與連桿等機(jī)構(gòu)組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)單純用連桿機(jī)構(gòu)難以得到的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性。是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是常用的機(jī)構(gòu)型式。生產(chǎn)實(shí)際中，如在滑塊往復(fù)行程中具有勻速運(yùn)動(dòng)段，并有急回特性，則一般將有利于生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高。沖壓機(jī)的沖頭(滑塊)，如能以勻速?zèng)_壓工件成形、，則有益于沖壓件加工質(zhì)量的提高;牛頭刨床的刨刀(滑塊)，如能以勻速刨削工件，則無(wú)疑會(huì)改善工件表面的加工質(zhì)量，并提高刨刀的切削壽命(因切削刀均勻)。但是，簡(jiǎn)單的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，其滑塊是不具有急回特性和勻速運(yùn)動(dòng)段的;即便采用六桿以上的連桿機(jī)構(gòu)，一般也只能實(shí)現(xiàn)近似的勻速運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在采用偏心輪一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則能以緊湊的機(jī)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)特性[7]。
在海上能源綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用這種偏心輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)滑塊聯(lián)動(dòng)液壓缸，用于將海風(fēng)端水平軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成液壓能。
圖2-5 工作原理圖
2.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.4.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)受力分析
圖2-6 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析示意圖
從曲柄r傳到連桿l上的力與滑塊發(fā)出的壓力之間，存在如下關(guān)系：
曲柄頸A處，沿半徑方向的力和的關(guān)系：
=
將上2式聯(lián)立，可得到：
=
曲柄頸沿r方向承受與力大小相等的壓力。曲柄頸沿圓周方向所受切線(xiàn)力與半徑r的乘積，就是轉(zhuǎn)矩T。
根據(jù)上圖可知：
將（1）、（4）式代入（5）式，則
從上式求出P。
一般曲柄連桿機(jī)構(gòu)l>4r，所以，可將l看成比r大很多，即l>>r ，這時(shí)，角趨近于零。則上式可以寫(xiě)成：
按平面幾何圓部分的勾股定理，可以導(dǎo)出
將上式代入，則得：
2.4.2 曲柄滑塊的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性
圖2-7 運(yùn)動(dòng)分析圖
取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，x軸水平向右。在任意瞬時(shí)t，機(jī)構(gòu)的位置如圖。
可以假設(shè)C點(diǎn)的矢徑為：
==+
C點(diǎn)的坐標(biāo)為其矢徑在坐標(biāo)軸上的投影：
根據(jù)圖形可知：
所以：
式中，是曲柄長(zhǎng)與連桿長(zhǎng)之比。將上式代入的表達(dá)式中，并考慮到，就得到了滑塊的運(yùn)動(dòng)方程：
若將此式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，其運(yùn)算較繁瑣。在工程實(shí)際中，值通常不大（=1/4-1/6），故可在上式中將根式展開(kāi)成的冪級(jí)數(shù)并略去起的各項(xiàng)而作近似計(jì)算：
則：
上式再對(duì)時(shí)間取導(dǎo)數(shù)，便可以得到速度和加速度的表達(dá)式：
其中都是的周期函數(shù)。
在海上能源綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)上， 在已知海風(fēng)端的輸入軸頸，材質(zhì)，轉(zhuǎn)矩，通過(guò)上述原理設(shè)計(jì)出合理的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，得出驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)動(dòng)的滑塊的位移，速度，加速度，壓力，得到的結(jié)果便于液壓缸的傳動(dòng)設(shè)計(jì)。
2.4.3 尺寸設(shè)計(jì)
圖2-7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
假定：
行程為S ,曲柄為L(zhǎng) ，連桿為a
則由上面的分析結(jié)合圖2-7可知：
由于設(shè)計(jì)中S/2=260mm
則有：
L=150 mm a=250 mm
2.5 其它結(jié)構(gòu)
圖2-8 中心軸
圖2-9 壓塊
圖2-10 過(guò)濾板
圖2-11 切刀
圖2-12 抽板
圖2-13 連桿
第三章 電機(jī)的PLC控制
3.1 電機(jī)的控制原理
本設(shè)計(jì)中共有兩個(gè)電機(jī)。電機(jī)1已連接在粉碎部分，電機(jī)2連接在壓扁部分。電機(jī)1的運(yùn)動(dòng)方式是：
打開(kāi)開(kāi)關(guān)后電機(jī)1開(kāi)始正轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一分鐘后開(kāi)始反轉(zhuǎn)，一直重復(fù)上訴運(yùn)動(dòng)過(guò)程。并且按下電機(jī)1的停止按鈕后電機(jī)1停止。
電機(jī)2的運(yùn)動(dòng)方式是：
打開(kāi)開(kāi)關(guān)后電機(jī)2開(kāi)始正轉(zhuǎn)，并且按下電機(jī)1的停止按鈕后電機(jī)2停止。
3.2 西門(mén)PLC簡(jiǎn)介
1、PLC的基本概念
早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PLC,plc自1966年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)，日本，德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。
2、PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：
a、電源
PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去
b. 中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。
為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。
c、存儲(chǔ)器
存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。
存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。
d、輸入輸出接口電路
1、現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。
2、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。
e、功能模塊
如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊
f、通信模塊
如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等
3、PLC的工作原理
一. 掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二) 用戶(hù)程序執(zhí)行階段
在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。
在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話(huà)，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
(三) 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。
4、PLC內(nèi)部運(yùn)作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱(chēng)，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以?xún)?nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以?huà)呙璺绞阶x入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過(guò)程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說(shuō)明如下：
步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點(diǎn)開(kāi)關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開(kāi)或關(guān)），并將其狀態(tài)寫(xiě)入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自?xún)?nèi)存中查詢(xún)?nèi)〕?。輸出線(xiàn)圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。 此三步驟稱(chēng)為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱(chēng)為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱(chēng)此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。
5、plc目前的主要品牌
美國(guó)AB，ABB，松下，西門(mén)子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷，和利時(shí)等。
本次設(shè)計(jì)中采用的是西門(mén)子的PLC.
3.3 PLC的I/O分配
輸入：
電機(jī)1開(kāi)啟 I0.0
電機(jī)1關(guān)閉 I0.1
電機(jī)2開(kāi)啟 I0.2
電機(jī)2關(guān)閉 I0.3
輸出：
電機(jī)1正轉(zhuǎn) Q0.0
電機(jī)1反轉(zhuǎn) Q0.1
電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng) Q0.2
3.4 PLC梯形圖
3.5 PLC語(yǔ)句表
LD I0.0
O M0.0
AN I0.1
= MO.O
TON T37,600
LD T37
0 Q0.0
AN I0.1
= QO.O
LD T37
O M0.1
AN I0.1
= MO.1
TON T38,600
LD T38
0 Q0.1
AN I0.1
= QO.1
LD I0.2
O M0.3
AN I0.3
= M0.3
= Q0.2
總結(jié)
目前，雖然國(guó)內(nèi)在此方面的研究為空白，相關(guān)資料很少，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，本次設(shè)計(jì)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。此次設(shè)計(jì)包含了大量的工作，所跨學(xué)科范圍很廣，包括流體力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、刀具設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械加工等各學(xué)科的內(nèi)容，首先，在理論方面，對(duì)刀盤(pán)和刀片進(jìn)行了工作載荷的力學(xué)分析、選擇材料并校核，確保刀盤(pán)和刀片有足夠的強(qiáng)度。在機(jī)械方面，首先進(jìn)行刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)組合式粉碎刀組來(lái)快速完成垃圾的粉碎，然后應(yīng)用CAXA電子圖板繪制圖紙，依據(jù)圖紙，加工出各零部件，最后為各零部件的組裝，并驗(yàn)證機(jī)器。
設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器具有以下特點(diǎn)：
① 相對(duì)于其它同類(lèi)產(chǎn)品，此次設(shè)計(jì)中首次增加了一套控制電路。其目的是為了提高安全性和方便性。設(shè)計(jì)控制電源，從而避免來(lái)回拔總控制電源而引起的不安全。另外，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人不必守候在旁邊，可以離開(kāi)，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后可以自行停止。在電路中有三個(gè)可選檔位，用來(lái)控制機(jī)器不同的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，使用時(shí)，可根據(jù)不同的垃圾量和垃圾的成分來(lái)選擇。
② 在驅(qū)動(dòng)部件——電機(jī)的選擇上，成功選用國(guó)產(chǎn)直流永磁電動(dòng)機(jī)。目前進(jìn)入我國(guó)的食物垃圾處理器，由于照搬國(guó)外產(chǎn)品，主要采用交流電動(dòng)機(jī)。但其體積大、笨重，不適合我國(guó)住宅的實(shí)際情況。雖然美國(guó)摯通公司針對(duì)我國(guó)現(xiàn)狀把交流電機(jī)更改為直流電機(jī)，但由于采用的是國(guó)外進(jìn)口電機(jī)，使其成本提高，百姓難以承擔(dān)。
③ 在主要部件組合刀盤(pán)和刀片的材料選擇上有所改變。組合式刀盤(pán)的設(shè)計(jì)更適合我國(guó)國(guó)情的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)時(shí)所用材料為1Cr13，而國(guó)外產(chǎn)品選用的材料為9Cr18，二者都可以滿(mǎn)足使用要求，價(jià)格相當(dāng)，但是從加工難易程度而言，9Cr18為難加工材料，1Cr13為普通材料；另外，從資源上看，我國(guó)的Cr資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。
④ 機(jī)器的制造和使用成本降低。由于完全國(guó)產(chǎn)化，使食物垃圾處理器的成本大大降低，整臺(tái)機(jī)器的成本大約為600元左右，相對(duì)于國(guó)外上千元的價(jià)格，更容易被百姓接受，而且使用中的投入也很低，每個(gè)家庭每月為之付出約0.65元，全年的支出費(fèi)用為7.76元。
在本次設(shè)計(jì)中，雖然接觸了許多先進(jìn)的理論和方法，但由于經(jīng)驗(yàn)有限，時(shí)間倉(cāng)促，不能對(duì)每種理論每種方法都作深入的研究，因此，以下部分內(nèi)容仍須進(jìn)一步研究：
由于食物垃圾處理器是將食物垃圾粉碎成小顆粒，并未將其徹底降解，粉碎后的小顆粒與未粉碎時(shí)的原始狀態(tài)相比，在最終處理的速率上有多少變化的問(wèn)題仍須進(jìn)一步研究
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致謝
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我收獲頗多。不僅使我進(jìn)一步鞏固和加深了對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握，使之系統(tǒng)化綜合化，并且培養(yǎng)了我獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，尤其是嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。
本設(shè)計(jì)是在指導(dǎo)老師的悉心關(guān)懷和精心教導(dǎo)下完成的，在繁忙的教學(xué)工作的同時(shí)，老師依然給予了熱情而耐心細(xì)致的大量指導(dǎo)，幫助我解決設(shè)計(jì)中遇到的各種困難，指導(dǎo)我圓滿(mǎn)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。從選題方案的論證到終稿的審核，從指導(dǎo)思想到設(shè)計(jì)方法，無(wú)不凝聚著老師的智慧和心血。老師以嚴(yán)謹(jǐn)、負(fù)責(zé)、實(shí)事求是、銳意創(chuàng)新的治學(xué)態(tài)度和忘我的工作精神，以及心胸坦蕩的處世風(fēng)格和寬厚待人的崇高品德必將使我在今后的學(xué)習(xí)和工作生活中受益匪淺。在此向指導(dǎo)老師致以衷心的感謝和深深的敬意！
最后，在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，向各位專(zhuān)業(yè)課老師們表示衷心的感謝。感謝大學(xué)幾年來(lái)老師們和同學(xué)們給予我大量的幫助。同時(shí)感謝各評(píng)委老師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成提出了許多寶貴的指導(dǎo)意見(jiàn)。
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