何慶浩，李棟，佟赫，關東方，寇雪瑩

多用途可回收垃圾自動分類裝置＊

何慶浩，李棟，佟赫，關東方，寇雪瑩

（聊城大學東昌學院機電工程系，山東 聊城 252000）

為了解決現(xiàn)實生活中的垃圾分類難題，同時節(jié)省時間、人力和物力，減輕大型垃圾處理場的負載作業(yè)，設計研發(fā)一種精確高效的可回收垃圾自動分類裝置，其可實現(xiàn)對可回收垃圾的智能化、自動化和連續(xù)化分揀作業(yè)，提高對可回收垃圾的資源利用率。

垃圾分類；智能化；自動化；保護環(huán)境

1 背景介紹

目前，中國垃圾處理的主要有垃圾填埋、垃圾焚燒和高溫難堆肥三種處理方式。垃圾的回收利用率極低且污染環(huán)境。為堅持可持續(xù)發(fā)展的理念，對生活中常見的可回收垃圾進行自動分類且回收利用就顯得十分重要。亟需設計一臺室內外通用的可回收垃圾自動分類回收利用的裝置。

2 設計原理

本裝置可實現(xiàn)常見的可回收垃圾自動分類及進行相應的回收處理功能，主要運用機械結構對紙質類、金屬類、果皮類、塑料瓶和易拉罐進行分類分區(qū)儲存，主要包含感應投放口、傳送帶裝置、破碎裝置、磁選裝置、風選裝置、機械手裝置、果皮分選裝置、傳感器模塊和消毒模塊。

裝置工作流程如圖1所示。

圖1 多用途可回收垃圾自動分類裝置工作流程

當垃圾裝入塑料袋進行投放時，首先通過紅外線感應自動打開垃圾投放口，垃圾進入到破碎裝置，將塑料袋進行破碎分離，同時垃圾進入下方篩板進行垃圾攤平作業(yè)，經(jīng)過毛刷控制垃圾進入1號傳送帶的數(shù)量及速度，以便于進行更加精確的多層金屬磁選，在進入到2號的同時，機械手將瓶類垃圾分選出來，當機械手夾住瓶類垃圾時金屬傳感器會檢測是否為塑料瓶或易拉罐，進行區(qū)別投放儲存。當垃圾落入到2號傳送帶經(jīng)過風選裝置，紙質類垃圾及少量的塑料袋會進入紙質類垃圾儲存區(qū)，3號傳送帶將果皮類垃圾傳送到果皮粉碎裝置，果皮經(jīng)過粉碎處理后進入密閉區(qū)進行發(fā)酵，可作為盆景花草的肥料直接使用。

2.1 電器控制部分

PLC控制系統(tǒng)可靠性較高且抗干擾能力強，需要控制多個環(huán)節(jié)同時工作，多個動力源輸出。PLC可輸出高速脈沖來驅動多臺步進電機實現(xiàn)高精度控制，大大提高了每個分選流程的準確性。另外，可接收多個數(shù)字信號與模擬信號，例如金屬傳感器在檢測到是否為易拉罐后，會迅速將信號傳輸 給PLC控制系統(tǒng)，經(jīng)過接收掃描讀取存儲區(qū)的程序并執(zhí)行該段程序輸出相應的操作信號，機械手將易拉罐送入指定存儲區(qū)。

2.2 機械結構部分

采用的機械結構主要有齒輪傳動裝置、凸輪機構、四連桿機構、絲杠傳動機構和帶傳動機構。具體結構如圖2所示。

當垃圾投放時，投放口會檢測信號并通過電動推桿利用連桿機構自動打開，垃圾進入到破碎裝置，通過刀片將塑料袋進行破碎處理，后落入下方振動篩板，凸輪機構及推桿將垃圾均勻地攤開并送入到1號傳送帶。主軸通過底座連接10組30 mm的刀片，以長度間隔為50 mm、角度為60°的空間結構分布。兩主軸通過齒輪嚙合反向轉動，傳動比1∶1。直流減速電機與主軸齒輪傳動，傳動比為2∶1，實現(xiàn)減速增矩的目的。直流減速電機的功率為80 W，經(jīng)計算=9 550 P/N，額定扭矩為150 kg·cm，堵轉扭矩大于等于700 kg·cm，經(jīng)試驗其主軸扭矩遠大于塑料袋所需破碎扭矩。各機械零件的巧妙組合，既提升了對垃圾袋的破碎效果，還降低了裝置的整體能耗。

圖2 機械結構

3 相關尺寸參數(shù)

3.1 存儲區(qū)尺寸參數(shù)

由于垃圾的尺寸大小不同，存儲區(qū)的尺寸大小也相應變化。經(jīng)過反復調研，除瓶類垃圾儲存區(qū)為500 mm× 400 mm×400 mm外，其余尺寸大小為500 mm×400 mm× 300 mm。儲存箱下方裝有滑軌，方便垃圾的收取。

3.2 產(chǎn)品尺寸參數(shù)

產(chǎn)品尺寸參數(shù)為長2 000 mm，寬500 mm，高1 000 mm。

3.3 主要技術參數(shù)

主要技術參數(shù)如表1所示。設計參數(shù)如表2所示。

隨著城市化進程加快，垃圾的分類回收利用顯得格外重要，大多數(shù)垃圾可有二次回收的價值，就目前智能化的垃圾分類設備而言，有著許多的缺陷和不足。在真正意義上并不能實現(xiàn)所謂的智能自動化分類。本設計為解決上述問題，從實際問題出發(fā)，解決可回收垃圾自動分類的難題。

表1 主要技術參數(shù)

生產(chǎn)能力電壓/V功率/W 電磁鐵20 kg1220 步進電機0.7/4/8.5 N·m1210 紫外線燈3 m31215 流風機62.4 m3/h122.40

表2 設計參數(shù)

參數(shù)承載能力 齒輪m=2，d=m×z，齒厚=πm/2滿足要求 凸輪R0=5，e=3滿足要求 絲杠T12，導程=2，6滿足要求 軸承kp000滿足要求

［1］張偉林.電氣控制與PLC應用［M］.北京：人民郵電出版社，2007.

［2］王成福.PLC控制系統(tǒng)設計與調適［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

［3］張鋒，古樂.機械設計課程設計手冊［M］.北京：高等教育出版社，2010.

［4］楊昂岳，毛笠泓，夏宏玉.實用機械原理與機械設計實驗技術［M］.長沙：國防科技大學出版社，2009.

［5］鄭君里，應啟珩，楊為理.信號與系統(tǒng)［M］.北京：高等教育出版社，2000.

X705

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.01.021

2095－6835（2021）01－0062－02

何慶浩（1998—），男，本科在讀，專業(yè)為機械設計制造及其自動化。

＊課題：國創(chuàng)項目“多用途可回收垃圾自動分類裝置”（編號：S201913373004）

〔編輯：王霞〕