垃圾自動絞碎打包裝置的設計

申毅莉

(梧州學院 機械與材料工程學院，廣西 梧州 543002)

垃圾自動絞碎打包裝置的設計

申毅莉

(梧州學院 機械與材料工程學院，廣西 梧州 543002)

為解決傳統垃圾桶的功能單一及從環保方面考慮，文章設計了一款能自動絞碎垃圾及打包的裝置。該垃圾桶具有結構簡潔、成本低、環保的特點。

自動絞碎；打包；設計

隨著經濟的不斷發展，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不勝數，然而那些垃圾桶起的作用是收集垃圾，當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，經過一段時間的發酵就會產生異味和細菌，特別是病人用過的紙巾還會帶有病菌，這樣就有可能會給打掃的人帶來健康的影響。從勞動力方面看，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，它們很快就會占滿垃圾桶的空間，這無形中增加清理垃圾的勞動量，而且滿出的垃圾會飄散在空氣中，氣味難聞[4-7]。

為解決傳統垃圾桶的功能單一以及從環保方面考慮，設計出能自動感應絞碎垃圾及打包的垃圾桶。集防臭、絞碎、壓縮、自動打包等多功能的垃圾自動絞碎打包裝置。

1總體方案

本垃圾桶主要由固定架、絞碎機構、轉盤、扎口機、打包回轉軸、鐵圈6個部分組成。它是將傳統的垃圾桶，利用機電結合技術使之成為具有絞碎、壓縮、紅外感應和半自動打包的多功能垃圾處理機。

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，當垃圾從入口通過時，紅外線感應使絞碎壓縮裝置啟動，使垃圾被絞成碎片或團狀，從而減少垃圾占用空間，節約能源。垃圾桶的底面裝有壓力傳感器，當垃圾達到設定重量時，指示燈在提示垃圾已滿的同時傳感器感應控制電機工作，從而使垃圾桶旋轉，垃圾袋袋口被擰緊，即可扎口打包。若垃圾重量未達到設定重量時，但急需打包時也可通過控制開關，使垃圾桶旋轉，垃圾袋袋口被擰緊，使垃圾袋袋口扎口打包。

2主要零部件設計

2.1 電機的選擇

2.1.1 絞碎裝置電動機的選擇

由于該電機用于驅動絞碎機進行工作，所需的功率與轉速較高，破袋機有三個刀架，每個刀架的重量約為5Kg,加上破袋機旋轉軸和軸上零件的重量，總重量約達到60Kg，這要求電機的功率較高，由于三相電機的效率比單相電機的效率高，所以選用三相電機，而Y系列電動機具有高效、節能、啟動轉矩大、噪聲低、可靠、維護方便等特點，破袋機電機的技術參數如表1所示。

表1 交流電機參數表

電機類型交流電機項目參數項目參數額定電壓220V額定轉速1400r/min額定電流0.7A額定扭矩4.5kg.cm額定功率60W電機重量3.1kg

2.1.2轉盤電動機的選擇

由于該電機用于驅動轉盤的轉動，要求轉速、扭矩適中，重量輕且控制方便，初選電動機參數如表2所示。

表2 直流電機參數表

電機類型直流電機項目參數項目參數額定電壓12V額定轉速1200r/min

該直流電機用于帶動轉盤旋轉，將垃圾袋袋口擰緊，由于考慮到轉盤的下方壓力傳感器有接線，旋轉時，接線也會一同旋轉，這樣有可能將接線弄斷，因此，設計讓直流電機正轉一次后再反轉一次，如此反復下去，由此便解決接線會被折斷的問題。直流電機的裝配圖及固定件的設計圖如圖1、圖2所示。

圖1 直流電機固定片圖

圖2 直流電機與固定件裝配圖

2.2絞碎裝置的設計

絞碎裝置是按1:2的比例設計的，絞碎機構與交流電機間采用帶傳動。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。本著使其結構簡單、制作簡便以及降低制作費用的目的，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絞碎裝置轉動軸的設計

選擇絞碎裝置的轉動軸時，首先考慮它的直徑大小。直徑太小會影響軸的剛度，太大又會浪費材料和增加重量，不利于工作。根據絞碎時產生的扭矩，選取轉軸的直徑為25mm、長度為35mm。轉動軸用螺紋固定，再用支撐架焊接在固定架上。絞碎轉動軸如圖3所示，絞碎機轉軸固定支撐架如圖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”這幾個字雖然曾被用筆畫掉，但字跡仍明晰可見。

圖3 絞碎轉動軸

圖4 絞碎機固定支撐架

2.2.2絞碎箱的設計

絞碎箱圓柱形箱體的內徑為160mm，總長度為250mm，是由鋁皮焊接而成，結構輕便。設計垃圾入口伸出長度為125mm，使得端口剛好與垃圾桶表面相平。為了便于垃圾的掉落，將入口設計成向上傾斜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絞碎葉片的設計

根據外殼長度尺寸和考慮其有效的絞碎長度，設定絞碎葉片總長度為250mm。葉片的單片長度最長為60mm，最短為30mm。葉片焊接在轉軸上，葉片鋒刃與外殼內表面留有約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表面，如圖8所示。

圖8 絞碎機構設計圖

2.3扎口機的設計

扎口機內部由齒輪、輪爪、刀片、彈簧、擋塊5部分構成，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；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。其各部分結構如圖9所示。

圖9 扎口機設計圖

2.4轉盤的設計

轉盤由盛板、軸承、壓力傳感器、電機、鏈輪和爪盤6部分構成，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傳統的筒狀垃圾桶，這樣可增大垃圾袋與其摩擦力。轉盤與直流電機間采用鏈傳動。轉盤的結構如圖10所示。

圖10 轉盤

打包轉軸的作用一是用于固定套袋鐵圈、轉盤和扎口機，作用二是轉動打包，為使回轉軸能轉出來，又能在回到垃圾落口處停止固定，在轉軸上加一小鐵桿，當軸轉回到垃圾落口處時，鐵桿被架子擋住，軸不能再往前轉而在軸的下面用彈簧固定，防止轉軸在沒有人拉時往外轉動。打包轉軸的各設計圖如圖11、圖12、圖13、圖14所示。

圖11 打包轉軸設計圖

圖12 轉軸上固定板設計圖

圖13 打包轉軸下固定板設計圖

圖14 打包轉軸裝配圖

3控制系統的設計

3.1稱重電路的設計

壓力傳感器裝在轉盤下方，用于檢測垃圾的重量，再將檢測到的信息返回單片機處理，進而控制直流電機工作。通過鏈傳動所檢測的重量值可根據實際需要來調節。壓力傳感器的設計圖流程圖如圖15所示。

3.2檢測電路的設計

紅外傳感器安裝在垃圾入口上，用于檢測是否有垃圾從垃圾口進入，再將檢測的信息返回單片機，進而控制交流電機的工作。紅外傳感器的設計流程圖如圖15所示。

圖15 控制系統流程圖

4固定架的設計

固定架按1:1比例設計，其高度為800mm、寬為460mm的長方體。由于絞碎機工作時會產生較大的震動，為此，選用厚度為3mm的角鋼，以增加總體的穩定性。

為增強架子的穩定性，架子的左右兩側(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。角鋼實體圖如圖16所示。

圖16 角鋼

5整機實體

下面進行對垃圾桶各部分進行介紹，整體實體圖如圖17所示。

圖17 垃圾自動絞碎打包機三維實體圖

6結論

垃圾自動絞碎打包機應用了傳感器技術與機電結合，實現自動化工作。垃圾桶結構簡潔、成本低、外形美觀、可選擇性對一些體積大而輕的垃圾進行絞碎，如一次性飯盒和一次性杯子等，這樣減少垃圾的存儲空間，也更利于微生物的降解。

該垃圾自動絞碎打包機能自動感應絞碎、擰緊袋口便可進行手動扎口，當急需打包時，還可自行控制開關，即時進行打包，使用方便、操作簡單，適合人流量較多的公共場所，如汽車站、火車站、商場以及火車上、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]. 機械傳動,2006,30(1):67-68.

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

[3] 魏殿榮.城市袋裝垃圾處理系統的研究[J].當代化工，2012，41(5):498-500.

[4] 何品晶，章驊，呂凡，等. 村鎮生活垃圾處理模式及技術路線探討[J]. 農業環境科學學報，2014(3)：7-12.

[5] 張英民，尚曉博，李開明，等. 城市生活垃圾處理技術現狀與管理對策[J]. 生態環境學報，2011(2)：195-202.

[6] 王臨清，李梟鳴，朱法華.中國城市生活垃圾處理現狀及發展建議[J]. 環境污染與防治，2015(2):119-122.

[7] 朱瑩穎. 基于環境保護的城市生活垃圾處理技術現狀與管理對策[J]. 資源節約與環保,2016(7)：151

(責任編輯：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劃(KY2015ZL142)；2016年自治區級大學生創新創業訓練計劃項目(201611354084)；梧州學院“中青年骨干教師培養計劃”第一期培養對象(〔2015〕51號)

TP368.1

A

167-8535(2016)06-0031-06

申毅莉(1980-)，女，廣東羅定人，梧州學院副教授，主要研究方向：機電結合。