申毅莉

(梧州學(xué)院 機(jī)械與材料工程學(xué)院，廣西 梧州 543002)

垃圾自動(dòng)絞碎打包裝置的設(shè)計(jì)

申毅莉

(梧州學(xué)院 機(jī)械與材料工程學(xué)院，廣西 梧州 543002)

為解決傳統(tǒng)垃圾桶的功能單一及從環(huán)保方面考慮，文章設(shè)計(jì)了一款能自動(dòng)絞碎垃圾及打包的裝置。該垃圾桶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、環(huán)保的特點(diǎn)。

自動(dòng)絞碎；打包；設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平不斷提高，在日常生活中，各種各樣的垃圾是數(shù)不勝數(shù)，然而那些垃圾桶起的作用是收集垃圾，當(dāng)垃圾裝滿后又要用人工從垃圾桶中把垃圾倒出來[1-3]。從衛(wèi)生方面考慮，生活垃圾，如剩飯剩菜和用過的紙巾還有果皮等，經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)酵就會(huì)產(chǎn)生異味和細(xì)菌，特別是病人用過的紙巾還會(huì)帶有病菌，這樣就有可能會(huì)給打掃的人帶來健康的影響。從勞動(dòng)力方面看，一般的垃圾桶只作裝垃圾用，像一些輕而占空間大的垃圾，如一次性飯盒和塑料袋，它們很快就會(huì)占滿垃圾桶的空間，這無形中增加清理垃圾的勞動(dòng)量，而且滿出的垃圾會(huì)飄散在空氣中，氣味難聞[4-7]。

為解決傳統(tǒng)垃圾桶的功能單一以及從環(huán)保方面考慮，設(shè)計(jì)出能自動(dòng)感應(yīng)絞碎垃圾及打包的垃圾桶。集防臭、絞碎、壓縮、自動(dòng)打包等多功能的垃圾自動(dòng)絞碎打包裝置。

1總體方案

本垃圾桶主要由固定架、絞碎機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)盤、扎口機(jī)、打包回轉(zhuǎn)軸、鐵圈6個(gè)部分組成。它是將傳統(tǒng)的垃圾桶，利用機(jī)電結(jié)合技術(shù)使之成為具有絞碎、壓縮、紅外感應(yīng)和半自動(dòng)打包的多功能垃圾處理機(jī)。

垃圾桶是封閉的，具有防臭功能。垃圾桶的上方為垃圾絞碎裝置，當(dāng)垃圾從入口通過時(shí)，紅外線感應(yīng)使絞碎壓縮裝置啟動(dòng)，使垃圾被絞成碎片或團(tuán)狀，從而減少垃圾占用空間，節(jié)約能源。垃圾桶的底面裝有壓力傳感器，當(dāng)垃圾達(dá)到設(shè)定重量時(shí)，指示燈在提示垃圾已滿的同時(shí)傳感器感應(yīng)控制電機(jī)工作，從而使垃圾桶旋轉(zhuǎn)，垃圾袋袋口被擰緊，即可扎口打包。若垃圾重量未達(dá)到設(shè)定重量時(shí)，但急需打包時(shí)也可通過控制開關(guān)，使垃圾桶旋轉(zhuǎn)，垃圾袋袋口被擰緊，使垃圾袋袋口扎口打包。

2主要零部件設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)的選擇

2.1.1 絞碎裝置電動(dòng)機(jī)的選擇

由于該電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)絞碎機(jī)進(jìn)行工作，所需的功率與轉(zhuǎn)速較高，破袋機(jī)有三個(gè)刀架，每個(gè)刀架的重量約為5Kg,加上破袋機(jī)旋轉(zhuǎn)軸和軸上零件的重量，總重量約達(dá)到60Kg，這要求電機(jī)的功率較高，由于三相電機(jī)的效率比單相電機(jī)的效率高，所以選用三相電機(jī)，而Y系列電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)，破袋機(jī)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 交流電機(jī)參數(shù)表

電機(jī)類型交流電機(jī)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)額定電壓220V額定轉(zhuǎn)速1400r/min額定電流0.7A額定扭矩4.5kg.cm額定功率60W電機(jī)重量3.1kg

2.1.2轉(zhuǎn)盤電動(dòng)機(jī)的選擇

由于該電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，要求轉(zhuǎn)速、扭矩適中，重量輕且控制方便，初選電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 直流電機(jī)參數(shù)表

電機(jī)類型直流電機(jī)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)額定電壓12V額定轉(zhuǎn)速1200r/min

該直流電機(jī)用于帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，將垃圾袋袋口擰緊，由于考慮到轉(zhuǎn)盤的下方壓力傳感器有接線，旋轉(zhuǎn)時(shí)，接線也會(huì)一同旋轉(zhuǎn)，這樣有可能將接線弄斷，因此，設(shè)計(jì)讓直流電機(jī)正轉(zhuǎn)一次后再反轉(zhuǎn)一次，如此反復(fù)下去，由此便解決接線會(huì)被折斷的問題。直流電機(jī)的裝配圖及固定件的設(shè)計(jì)圖如圖1、圖2所示。

圖1 直流電機(jī)固定片圖

圖2 直流電機(jī)與固定件裝配圖

2.2絞碎裝置的設(shè)計(jì)

絞碎裝置是按1:2的比例設(shè)計(jì)的，絞碎機(jī)構(gòu)與交流電機(jī)間采用帶傳動(dòng)。絞碎裝置的作用將大體積的垃圾絞碎，以減少其所占的空間。本著使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作簡(jiǎn)便以及降低制作費(fèi)用的目的，絞碎軸由若干鋒利的鐵片以一定的角度焊在主軸上，外殼是用鋁皮焊成圓柱漏斗型。外殼內(nèi)表面與鐵片間留有約5mm的間隙，以便垃圾掉落。

2.2.1絞碎裝置轉(zhuǎn)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)

選擇絞碎裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)，首先考慮它的直徑大小。直徑太小會(huì)影響軸的剛度，太大又會(huì)浪費(fèi)材料和增加重量，不利于工作。根據(jù)絞碎時(shí)產(chǎn)生的扭矩，選取轉(zhuǎn)軸的直徑為25mm、長(zhǎng)度為35mm。轉(zhuǎn)動(dòng)軸用螺紋固定，再用支撐架焊接在固定架上。絞碎轉(zhuǎn)動(dòng)軸如圖3所示，絞碎機(jī)轉(zhuǎn)軸固定支撐架如圖4所示。

李樹化的鋼琴曲《錢塘江幻想曲》譜寫于1934年，這在他的手稿上寫得非常明確。樂譜右上角的“一九三四，西湖”這幾個(gè)字雖然曾被用筆畫掉，但字跡仍明晰可見。

圖3 絞碎轉(zhuǎn)動(dòng)軸

圖4 絞碎機(jī)固定支撐架

2.2.2絞碎箱的設(shè)計(jì)

絞碎箱圓柱形箱體的內(nèi)徑為160mm，總長(zhǎng)度為250mm，是由鋁皮焊接而成，結(jié)構(gòu)輕便。設(shè)計(jì)垃圾入口伸出長(zhǎng)度為125mm，使得端口剛好與垃圾桶表面相平。為了便于垃圾的掉落，將入口設(shè)計(jì)成向上傾斜25°，如圖5所示，絞碎箱體的固定件如圖6、圖7所示。

圖5 絞碎箱體

圖6 絞碎箱體固定板

圖7 絞碎箱體支撐塊

2.2.3絞碎葉片的設(shè)計(jì)

根據(jù)外殼長(zhǎng)度尺寸和考慮其有效的絞碎長(zhǎng)度，設(shè)定絞碎葉片總長(zhǎng)度為250mm。葉片的單片長(zhǎng)度最長(zhǎng)為60mm，最短為30mm。葉片焊接在轉(zhuǎn)軸上，葉片鋒刃與外殼內(nèi)表面留有約5mm的間隙，這樣便于垃圾的掉落，也避免葉片直接刮到外殼內(nèi)表面，如圖8所示。

圖8 絞碎機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.3扎口機(jī)的設(shè)計(jì)

扎口機(jī)內(nèi)部由齒輪、輪爪、刀片、彈簧、擋塊5部分構(gòu)成，讓齒輪與輪爪相互配合來固定膠帶，防止膠帶在一次打包后往回收起或纏成一團(tuán)；擋塊的作用是給刀片施加力的作用，讓刀片切斷膠帶；用彈簧來將輪爪和刀片部分定位。扎口機(jī)外部用鐵圈和鐵皮，采用螺桿連接固定，膠帶由膠帶固定爪固定。其各部分結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 扎口機(jī)設(shè)計(jì)圖

2.4轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)盤由盛板、軸承、壓力傳感器、電機(jī)、鏈輪和爪盤6部分構(gòu)成，盛板用于固定壓力傳感器和抓盤，由于考慮方便取出、打包垃圾，用三根鐵條做成爪盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)的筒狀垃圾桶，這樣可增大垃圾袋與其摩擦力。轉(zhuǎn)盤與直流電機(jī)間采用鏈傳動(dòng)。轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 轉(zhuǎn)盤

打包轉(zhuǎn)軸的作用一是用于固定套袋鐵圈、轉(zhuǎn)盤和扎口機(jī)，作用二是轉(zhuǎn)動(dòng)打包，為使回轉(zhuǎn)軸能轉(zhuǎn)出來，又能在回到垃圾落口處停止固定，在轉(zhuǎn)軸上加一小鐵桿，當(dāng)軸轉(zhuǎn)回到垃圾落口處時(shí)，鐵桿被架子擋住，軸不能再往前轉(zhuǎn)而在軸的下面用彈簧固定，防止轉(zhuǎn)軸在沒有人拉時(shí)往外轉(zhuǎn)動(dòng)。打包轉(zhuǎn)軸的各設(shè)計(jì)圖如圖11、圖12、圖13、圖14所示。

圖11 打包轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)圖

圖12 轉(zhuǎn)軸上固定板設(shè)計(jì)圖

圖13 打包轉(zhuǎn)軸下固定板設(shè)計(jì)圖

圖14 打包轉(zhuǎn)軸裝配圖

3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1稱重電路的設(shè)計(jì)

壓力傳感器裝在轉(zhuǎn)盤下方，用于檢測(cè)垃圾的重量，再將檢測(cè)到的信息返回單片機(jī)處理，進(jìn)而控制直流電機(jī)工作。通過鏈傳動(dòng)所檢測(cè)的重量值可根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)節(jié)。壓力傳感器的設(shè)計(jì)圖流程圖如圖15所示。

3.2檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

紅外傳感器安裝在垃圾入口上，用于檢測(cè)是否有垃圾從垃圾口進(jìn)入，再將檢測(cè)的信息返回單片機(jī)，進(jìn)而控制交流電機(jī)的工作。紅外傳感器的設(shè)計(jì)流程圖如圖15所示。

圖15 控制系統(tǒng)流程圖

4固定架的設(shè)計(jì)

固定架按1:1比例設(shè)計(jì)，其高度為800mm、寬為460mm的長(zhǎng)方體。由于絞碎機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)，為此，選用厚度為3mm的角鋼，以增加總體的穩(wěn)定性。

為增強(qiáng)架子的穩(wěn)定性，架子的左右兩側(cè)(以垃圾桶的垃圾入口所在面為正面)的角鋼用焊接的方式固定，其余用螺栓連接。角鋼實(shí)體圖如圖16所示。

圖16 角鋼

5整機(jī)實(shí)體

下面進(jìn)行對(duì)垃圾桶各部分進(jìn)行介紹，整體實(shí)體圖如圖17所示。

圖17 垃圾自動(dòng)絞碎打包機(jī)三維實(shí)體圖

6結(jié)論

垃圾自動(dòng)絞碎打包機(jī)應(yīng)用了傳感器技術(shù)與機(jī)電結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作。垃圾桶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、外形美觀、可選擇性對(duì)一些體積大而輕的垃圾進(jìn)行絞碎，如一次性飯盒和一次性杯子等，這樣減少垃圾的存儲(chǔ)空間，也更利于微生物的降解。

該垃圾自動(dòng)絞碎打包機(jī)能自動(dòng)感應(yīng)絞碎、擰緊袋口便可進(jìn)行手動(dòng)扎口，當(dāng)急需打包時(shí)，還可自行控制開關(guān)，即時(shí)進(jìn)行打包，使用方便、操作簡(jiǎn)單，適合人流量較多的公共場(chǎng)所，如汽車站、火車站、商場(chǎng)以及火車上、校園宿舍樓管理處等。

[1] 陳曉勇.城市袋裝生活垃圾選擇性破碎研究[J]. 機(jī)械傳動(dòng),2006,30(1):67-68.

[2] 鞠茂偉，李愛民，馬蒸釗.城市生活垃圾機(jī)械生物預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2010,29(S1)：543-547.

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[4] 何品晶，章驊，呂凡，等. 村鎮(zhèn)生活垃圾處理模式及技術(shù)路線探討[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014(3)：7-12.

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(責(zé)任編輯：覃華巧)

Design of Garbage Automatic Crushing and Packing Device

Shen Yili

(College of Mechanical and Material Engineering, Wuzhou University, Wuzhou 543002, China)

In order to solve the single function of traditional dustbins and in view of environmental protection, a device which can automatically crush and pack garbage has been designed, which has the characteristics of simple structure, low cost and environmental protection.

Automatically crushing; Packaging; Design

2016-09-22

廣西高校專利倍增計(jì)劃(KY2015ZL142)；2016年自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201611354084)；梧州學(xué)院“中青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃”第一期培養(yǎng)對(duì)象(〔2015〕51號(hào))

TP368.1

A

167-8535(2016)06-0031-06

申毅莉(1980-)，女，廣東羅定人，梧州學(xué)院副教授，主要研究方向：機(jī)電結(jié)合。