塑料袋與濕垃圾分離投放有新招

馮一諾

一、課題由來

2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理條例》正式實施。居民將日常生活中產生的垃圾分為可回收物、有害垃圾、干垃圾、濕垃圾四類投放到對應的垃圾桶內，其中將干垃圾投放到垃圾桶內很方便，而濕垃圾投放則有些苦惱，因為裝濕垃圾的塑料袋是干垃圾，要先把濕垃圾倒入濕垃圾桶，再把空袋子投到干垃圾桶里，而且在分離濕垃圾和塑料袋時，經常會把手弄臟，還要忍受濕垃圾散發的氣味。少數人嫌麻煩，索性把塑料袋連同濕垃圾一同投入濕垃圾桶，這樣實際上沒有做到生活垃圾分類。

如何解決這個煩惱呢？我嘗試設計制作一臺分離投放塑料袋與濕垃圾的小型設備，將它放置在小區垃圾桶旁邊。

二、查新情況

在設計前，我上網查找垃圾分類投放設備的相關資料，發現只有幾種適用于黃沙等工業原料破袋的設備，但這些設備都無法用于塑料袋與濕垃圾分離投放。

通過查新，我得知目前國內還沒有專門用于塑料袋與濕垃圾分離投放的自動化設備。

三、研究過程

（一）設計構思

作品設計的關鍵在于如何實現塑料袋與濕垃圾自動分離、如何自動分類投入垃圾桶。當翻看自己乘坐摩天輪的照片時，我想到可以利用摩天輪的旋轉設計裝置，完成分離和投放塑料袋與濕垃圾等一系列操作。

分離投放塑料袋與濕垃圾的小型自動化設備酷似一臺微型摩天輪，將它放置在小區的干濕垃圾桶中間，居民在投放袋裝濕垃圾時，只需要把濕垃圾袋掛在設備上即可。“微型摩天輪”通過感應啟動，它上面的棘輪棒轉動，從底部劃破塑料袋，實現塑料袋和濕垃圾分離，濕垃圾靠重力落到濕垃圾桶里，然后，塑料袋被轉輪傳送到干垃圾桶上方，靠自重和輔助裝置脫鉤落入干垃圾桶。完成上述動作后，設備自動停止，等待下一次感應啟動。

需要說明的是，棘輪棒在垃圾袋底部旋轉，既可以充分撕破垃圾袋，又不至于把塑料袋帶到濕垃圾中。

這臺自動化設備的控制線路中需要加裝光電傳感器、延時啟動和延時斷電繼電器，設備的電路控制原理圖如下：

（二）設備構造

分離投放塑料袋與濕垃圾的小型自動化設備上部形似摩天輪，“摩天輪”上裝有掛鉤，下部是基座，內部有線路電器原件，控制設備運轉。

（三）制作過程

1.零部件的選擇購置

借鑒電動自行車的驅動方式，我選擇將24V蓄電池作為設備的動力源。蓄電池為兩臺微型電機提供動力，一臺微型電機用于驅動棘輪棒，另一臺微型電機驅動轉輪。

家用電動車48V電瓶由4塊蓄電池串聯組成，每塊電瓶電壓為12V，能夠滿足60kg重的大人騎行30km，所以我決定用2塊蓄電池串聯成24V蓄電池。

我購置家用轎車的雨刮電機作為驅動棘輪棒的電機。這種微型電機使用12V或24V電源，轉速范圍為每分鐘4轉～每分鐘2000轉，能夠滿足功能需求。

通過稱量得出，居民一次投放的濕垃圾質量小于4kg，為保證能撕破垃圾袋，所以將轉輪承受的質量設計為13kg。轉輪的半徑為0.2m，通過請教老師、查閱資料與計算，得出轉輪的轉矩為13×9.8×0.2=39.2N·M，轉輪的功率為24.61W。需購置的驅動轉輪的微型電機功率必須大于轉輪的功率，經過篩選，我決定使用90ZYT55PX216直流微型減速電機，并配置轉速調速器，滿足轉輪帶動袋裝濕垃圾所需的轉矩、轉速等要求。

我網購了干濕垃圾桶各一個，垃圾桶桶口尺寸為33cm×21.5cm，高度為35cm，桶的容量為20L，比小區里干濕垃圾桶（100L）小很多，但方便在家里做課題實驗。

2.主要部件的加工制作

轉輪和掛鉤的作用是懸掛袋裝濕垃圾和傳送塑料袋。我設計轉輪的直徑為400mm，用厚度為10mm的塑料板加工制作。

我將掛鉤裝在轉輪上面，均勻分布，且能承受13kg的質量而不變形。為了方便塑料袋從轉輪上脫落，我在掛鉤處加裝了隨動蓋板，隨動蓋板由膠木制成，輔助塑料袋從轉輪上脫落。

棘輪棒的作用是從袋裝濕垃圾底部撕開塑料袋。棘輪棒的長度需與日常家用垃圾袋寬度一致，通過測量，我設定棘輪棒的長度為20cm，直徑為10mm。

棘輪棒上的棘刺要將薄薄的垃圾袋劃開，所以我把刺長定為12mm左右。

3.組裝設備

我將24V蓄電池、棘輪棒驅動電機、轉輪驅動電機、延時繼電器、開關、加工制作的棘輪棒、轉輪和掛鉤等零部件安裝在尼龍板上。

接著，我用延時繼電器、開關等裝配控制線路。

4.設備運轉與調試

通過反復實驗和調試，分離投放塑料袋與濕垃圾的小型自動化設備能夠實現感應啟動、塑料袋與濕垃圾分離及分類投放、自行停止等功能。

垃圾破袋、濕垃圾入桶演示圖：

轉輪傳送塑料袋演示圖：

塑料袋投入干垃圾桶演示圖：

四、作品創新點

分離投放塑料袋與濕垃圾的小型自動化設備無需安裝、安全可靠、方便實用，完全能夠代替人工完成塑料袋與濕垃圾分離、將塑料袋與濕垃圾分別投入干濕垃圾桶等動作，徹底消除人們投放濕垃圾時“臟手、異味”等煩惱。

通過控制元器件，設備感應啟動，完成塑料袋與濕垃圾的分離、分類投放后自行停止工作，等待感應下一袋濕垃圾。

五、完善設想

設備的動作及控制系統采用微型直流電機、反射式光電傳感器、延時啟動和延時斷電繼電器等部件，設備感應啟動、棘輪棒破袋、塑料袋傳動、設備停止等動作間隔時間調試困難，需要進一步優化部件選型，研究選用PLC控制系統。

指導老師 孟志浩

老師推薦：

本項目一定程度上解決了垃圾投放時干濕垃圾分離的痛點，解放了人們的雙手。設備設計比較合理，適合擺放在生活小區垃圾投放點供居民使用，具有一定的使用價值。