一種用于智能飲料瓶回收機的易拉罐壓縮機的設計

朱永楊

（陶朗環保技術（廈門）有限公司，福建 廈門 361006）

當前，我國市場上的很大一部分飲料采用的是易拉罐存儲，而易拉罐具有較大的回收價值[1]。但是，如果易拉罐回收未進行壓縮處理會極大占用空間，因此為減少易拉罐回收和儲運過程中的空間占用需要對易拉罐進行壓縮處理。而易拉罐的壓縮處理又分為人工處理以及自動化設備處理，對于處理數量較大的回收站，一般采用自動化設備進行壓縮處理。

而目前我國市場上的易拉罐回收機的壓扁機構較為復雜且零部件多，在進行壓縮處理時必須要拍扁組件以及一系列的傳送組件的支持，壓縮處理以及回收過程較為復雜，實用性較差。本文基于當前市場上現有的易拉罐壓縮機的缺點以及易拉罐的回收特點設計了一種新型的實用的且適合于智能飲料瓶回收機的易拉罐壓縮機。

1 背景闡述

當前，我國經濟發展速度已不可同日而語，但是，在經濟高速發展的過程中對于資源的消耗更是巨大的，除了煤炭、石油等資源的消耗，鋁鐵等工業原料的消耗速度正進一步加快。

而根據相關調查內容顯示，我國每年在食品行業中所消耗的鋁就超過3 萬噸，且大部分的食品包裝用鋁被制作成了易拉罐。

為順應世界各國綠色經濟發展的理念，我國提出了科學發展觀以及可持續發展理論，易拉罐的回收工作已然成為了廢品回收站工作的重要內容，而我國廢品回收市場份額必將進一步擴大。此外，因為鋁有著不易腐銹、質量輕等優點，使得鋁的回收率極高，不僅如此，廢舊鋁的回收加工相比較原生鋁而言其回收生產成本更低，可節省超95%的電能，因此，鋁的再生包含了巨大的經濟效益。

而在我們的日常生活中，所能接觸到的最常見的鋁制品就是飲料易拉罐，而實際上用于制作易拉罐所消耗的鋁原料總數較大。從二十世紀九十年代開始到現在，我國每一年所回收的廢鋁易拉罐超過了15 萬噸，而用廢舊易拉罐生產的鋁材其經濟效益大概為8370 元每噸，由此可知，易拉罐具有較大的回收效益。

2 設計內容

2.1 結構設計

在易拉罐壓縮機設計中最主要的內容就是結構設計，其直接影響壓縮機的使用功能和制造成本。本文設計的易拉罐壓縮機結構如圖1 和圖2 所示,它主要包括了機體、壓縮缸、壓縮活塞以及驅動機構。其中，機體頂部設有一個物料口，壓縮缸頂部的入口位于機體物料口下方，壓縮缸盡頭的周壁上有一個出料口，出料口與機體的物料倉相連，壓縮后的易拉罐可直接排出。壓縮活塞包括活塞頭和活塞桿，活塞桿連接驅動機構，壓縮活塞通過驅動機構的帶動在壓縮缸內往返運動。當壓縮活塞退出時，易拉罐通過物料口、導槽和入口進入壓縮缸內。出料口遠小于易拉罐使其不會漏出，當壓縮活塞前進時，活塞頭擠壓并壓縮易拉罐，易拉罐被壓縮到小于出料口且活塞頭再次退出時，易拉罐從出料口落出離開壓縮缸，即完成一次壓縮處理過程。易拉罐壓縮機結構設計主要包括了：

圖1 一種易拉罐壓縮機的結構簡圖（軸側視圖）

圖2 一種易拉罐壓縮機的結構簡圖（剖視圖）

2.1.1 主體結構。易拉罐壓縮機的主體結構為一個側壁厚度3mm的箱體，箱體的一側為執行機構殼體和電機安裝平臺，另外一側為物料倉。驅動電機底座固定在箱體頂部的支架上，執行機構殼體即箱體頂部為可拆裝設計，便于維護執行機構時開合。壓縮機的日常清潔比較簡單，只要對物料倉和壓縮缸體進行清潔即可。在物料倉的落料口對壓縮缸體進行清潔，清潔時所用的水可從出料口排出機體。壓縮缸傾斜安裝，具有出料口的一端較低，不僅可以讓壓縮后的易拉罐容易滑落到出料口，也能夠讓原本殘留在易拉罐內的飲料順著出料口流出，避免飲料滯留在壓縮缸內，進而產生衛生問題或者流到其它零部件上。

2.1.2 執行機構（如圖3 和圖4）。在確定易拉罐壓縮機的主要尺寸之前，本文首先對目前市場上所有易拉罐的種類進行了收集和分析。根據收集到的資料配合智能回收機的尺寸，設計一個高度為200mm的四棱臺作為物料倉。其物料口位于上方，是一個長方形，物料倉底部為略小的長方形，使帶傾斜角的周壁形成封閉的導槽。圓筒形的壓縮缸體通過兩個底部支架固定在機體上，并且其具有一定的傾斜角，方便易拉罐的導向同時有利于殘余飲料的排出。物料倉與壓縮缸體通過切面過渡，底部開口沿著壓縮缸體軸向為其長度方向，這樣可使得圓柱狀的易拉罐能夠自然的以軸向平行落入壓縮缸體中。其次，在箱體的底部切出一個長寬為130×20mm的長方形作為出料口，出料口貫穿靠近機體的壓縮缸底部。壓縮活塞包括活塞頭和活塞桿，活塞桿的一端與活塞頭連接另外一端則與曲軸鉸接。而帶變速器的驅動電機通過一對鏈輪和鏈條配合實現調速，并與曲軸連接。壓縮活塞在驅動機構的帶動下在壓縮缸內往返運動，形成對易拉罐的壓縮和排料。當活塞頭處于端部時，易拉罐被充分壓縮為尺寸小于出料口的餅狀體，在活塞頭后退是從出料口落出壓縮機。而當活塞頭完全退出時，形成的空余距離超過270mm，比最長的易拉罐還長，可滿足壓縮要求。

圖3 一種易拉罐壓縮機的內部結構簡圖一（軸左側視圖）

圖4 一種易拉罐壓縮機的內部結構簡圖一（軸右側視圖）

2.1.3 動力結構。在經過多次測試后可知當壓縮機的壓縮力達到30kg 后，可壓縮市面上常見的任意一個鋁制易拉罐（和鋁制飲料瓶）至較理想的扁平狀。本文根據實際情況選用自帶變速器的三相異步電機，該電機的額定功率為0.75KW，輸出轉速為94.6r/min，輸出的轉矩達到了107/N·m。電機采用的線路接法為Y 型接法[2]。兩端鏈輪齒數比為19:35，得到輸出轉速為51r/min，輸出轉矩提升至197N.m。

2.2 電路設計

在將易拉罐壓縮機應用于智能飲料瓶回收機時，可采用變頻器和繼電器，通過市電對三相電機直接進行控制。而在模塊獨立測試和使用時本文設計的電路主要包含三個部分：主電路、控制電路以及信號電路。其中，由三相電路L1，L2，L3 構成了三相電源，自動空氣開關、熔斷器FA1、接觸器的三對主觸點、熱繼電器的熱元件和籠型三相異步電動機共同分組成了主電路。控制電路由熔斷器FA2、熱繼電器的動斷觸點、停止按鈕啟動按鈕、接觸器線圈等構成。熱繼電器的動合觸點則同故障指示燈串聯，組成信號電路。

啟動壓縮機時，由工作人員先合上自動空氣開關，然后將主電路接入到三相電源中，此時工作人員相繼按下啟動按鈕，控制電路接通，同三相電源的L2、L3 兩相形成回路，則接觸器的主觸點閉合，主電路接通。如果主電路電流超過熱繼電器的整定電流，熱繼電器的動觸點就斷開，控制電路斷路，則接觸器的主觸點斷開，主電路斷路。同時由于熱繼電器的動合觸點接通，信號電路里的故障指示燈亮起。

3 實際應用與前景展望

生活中常見易拉罐的主要材質為牌號3004 和5182的鋁合金[3]，其制造成本比普通的鋁材要高，并且由于易拉罐用鋁材的回收后重復使用率很高。因此回收易拉罐能夠大大節約重新制造鋁材并做食品化處理的成本，同時它契合可持續發展的理念，符合國家的政策；與智能飲料瓶回收機的結合又可以避免回收過程中對環境的污染，實現循環經濟。通過將易拉罐壓扁進行存儲，能夠大大提高回收機的倉儲量，降低其清運成本，從而提高易拉罐的回收效率，而充分回收是易拉罐熔煉和深加工的前提[4]。

在對易拉罐壓縮機進行綜合測試和分析后也驗證了此壓縮機相較于傳統的易拉罐壓縮裝置在工作效率和制造成本上都有了較大的提升，能夠滿足智能飲料瓶回收機的需求。

而從易拉罐的實際應用來看，在世界范圍內針對易拉罐壓縮裝置的應用最早開始于百威啤酒。百威啤酒對于易拉罐壓縮裝置的使用主要包括兩部分內容，一是壓縮裝置不直接同易拉罐進行接觸，而是通過儀表以及設備動力吹槽進行壓縮；二是部分應用需要直接同易拉罐進行接觸用以對酵母進行擴培。他們根據不同的壓縮情況來提供不同的解決辦法，整個系統包括微油螺桿、變頻螺桿和無油螺桿空壓機，“濕”儲氣罐，前置過濾器，干燥機，后置過濾器，“干”儲氣罐以及一套控制系統和超級管路[5]。

由上述對本文設計的易拉罐壓縮機的描述可知，和現有技術相比，它采用壓縮缸和壓縮活塞的方式對易拉罐進行壓縮處理，同時在壓縮缸上設置易拉罐的入口和出口，其入口大于易拉罐，出口小于易拉罐且大于壓縮后的易拉罐，出口直接對接物料倉，壓縮缸不僅起到壓縮作用，還具有傳動易拉罐的作用，整體結構相對簡單，零部件少，方便耐用。