垃圾自动绞碎打包装置的设计

申毅莉

(梧州学院 机械与材料工程学院，广西 梧州 543002)

垃圾自动绞碎打包装置的设计

申毅莉

(梧州学院 机械与材料工程学院，广西 梧州 543002)

为解决传统垃圾桶的功能单一及从环保方面考虑，文章设计了一款能自动绞碎垃圾及打包的装置。该垃圾桶具有结构简洁、成本低、环保的特点。

自动绞碎；打包；设计

随着经济的不断发展，人们生活水平不断提高，在日常生活中，各种各样的垃圾是数不胜数，然而那些垃圾桶起的作用是收集垃圾，当垃圾装满后又要用人工从垃圾桶中把垃圾倒出来[1-3]。从卫生方面考虑，生活垃圾，如剩饭剩菜和用过的纸巾还有果皮等，经过一段时间的发酵就会产生异味和细菌，特别是病人用过的纸巾还会带有病菌，这样就有可能会给打扫的人带来健康的影响。从劳动力方面看，一般的垃圾桶只作装垃圾用，像一些轻而占空间大的垃圾，如一次性饭盒和塑料袋，它们很快就会占满垃圾桶的空间，这无形中增加清理垃圾的劳动量，而且满出的垃圾会飘散在空气中，气味难闻[4-7]。

为解决传统垃圾桶的功能单一以及从环保方面考虑，设计出能自动感应绞碎垃圾及打包的垃圾桶。集防臭、绞碎、压缩、自动打包等多功能的垃圾自动绞碎打包装置。

1总体方案

本垃圾桶主要由固定架、绞碎机构、转盘、扎口机、打包回转轴、铁圈6个部分组成。它是将传统的垃圾桶，利用机电结合技术使之成为具有绞碎、压缩、红外感应和半自动打包的多功能垃圾处理机。

垃圾桶是封闭的，具有防臭功能。垃圾桶的上方为垃圾绞碎装置，当垃圾从入口通过时，红外线感应使绞碎压缩装置启动，使垃圾被绞成碎片或团状，从而减少垃圾占用空间，节约能源。垃圾桶的底面装有压力传感器，当垃圾达到设定重量时，指示灯在提示垃圾已满的同时传感器感应控制电机工作，从而使垃圾桶旋转，垃圾袋袋口被拧紧，即可扎口打包。若垃圾重量未达到设定重量时，但急需打包时也可通过控制开关，使垃圾桶旋转，垃圾袋袋口被拧紧，使垃圾袋袋口扎口打包。

2主要零部件设计

2.1 电机的选择

2.1.1 绞碎装置电动机的选择

由于该电机用于驱动绞碎机进行工作，所需的功率与转速较高，破袋机有三个刀架，每个刀架的重量约为5Kg,加上破袋机旋转轴和轴上零件的重量，总重量约达到60Kg，这要求电机的功率较高，由于三相电机的效率比单相电机的效率高，所以选用三相电机，而Y系列电动机具有高效、节能、启动转矩大、噪声低、可靠、维护方便等特点，破袋机电机的技术参数如表1所示。

表1 交流电机参数表

电机类型交流电机项目参数项目参数额定电压220V额定转速1400r/min额定电流0.7A额定扭矩4.5kg.cm额定功率60W电机重量3.1kg

2.1.2转盘电动机的选择

由于该电机用于驱动转盘的转动，要求转速、扭矩适中，重量轻且控制方便，初选电动机参数如表2所示。

表2 直流电机参数表

电机类型直流电机项目参数项目参数额定电压12V额定转速1200r/min

该直流电机用于带动转盘旋转，将垃圾袋袋口拧紧，由于考虑到转盘的下方压力传感器有接线，旋转时，接线也会一同旋转，这样有可能将接线弄断，因此，设计让直流电机正转一次后再反转一次，如此反复下去，由此便解决接线会被折断的问题。直流电机的装配图及固定件的设计图如图1、图2所示。

图1 直流电机固定片图

图2 直流电机与固定件装配图

2.2绞碎装置的设计

绞碎装置是按1:2的比例设计的，绞碎机构与交流电机间采用带传动。绞碎装置的作用将大体积的垃圾绞碎，以减少其所占的空间。本着使其结构简单、制作简便以及降低制作费用的目的，绞碎轴由若干锋利的铁片以一定的角度焊在主轴上，外壳是用铝皮焊成圆柱漏斗型。外壳内表面与铁片间留有约5mm的间隙，以便垃圾掉落。

2.2.1绞碎装置转动轴的设计

选择绞碎装置的转动轴时，首先考虑它的直径大小。直径太小会影响轴的刚度，太大又会浪费材料和增加重量，不利于工作。根据绞碎时产生的扭矩，选取转轴的直径为25mm、长度为35mm。转动轴用螺纹固定，再用支撑架焊接在固定架上。绞碎转动轴如图3所示，绞碎机转轴固定支撑架如图4所示。

李树化的钢琴曲《钱塘江幻想曲》谱写于1934年，这在他的手稿上写得非常明确。乐谱右上角的“一九三四，西湖”这几个字虽然曾被用笔画掉，但字迹仍明晰可见。

图3 绞碎转动轴

图4 绞碎机固定支撑架

2.2.2绞碎箱的设计

绞碎箱圆柱形箱体的内径为160mm，总长度为250mm，是由铝皮焊接而成，结构轻便。设计垃圾入口伸出长度为125mm，使得端口刚好与垃圾桶表面相平。为了便于垃圾的掉落，将入口设计成向上倾斜25°，如图5所示，绞碎箱体的固定件如图6、图7所示。

图5 绞碎箱体

图6 绞碎箱体固定板

图7 绞碎箱体支撑块

2.2.3绞碎叶片的设计

根据外壳长度尺寸和考虑其有效的绞碎长度，设定绞碎叶片总长度为250mm。叶片的单片长度最长为60mm，最短为30mm。叶片焊接在转轴上，叶片锋刃与外壳内表面留有约5mm的间隙，这样便于垃圾的掉落，也避免叶片直接刮到外壳内表面，如图8所示。

图8 绞碎机构设计图

2.3扎口机的设计

扎口机内部由齿轮、轮爪、刀片、弹簧、挡块5部分构成，让齿轮与轮爪相互配合来固定胶带，防止胶带在一次打包后往回收起或缠成一团；挡块的作用是给刀片施加力的作用，让刀片切断胶带；用弹簧来将轮爪和刀片部分定位。扎口机外部用铁圈和铁皮，采用螺杆连接固定，胶带由胶带固定爪固定。其各部分结构如图9所示。

图9 扎口机设计图

2.4转盘的设计

转盘由盛板、轴承、压力传感器、电机、链轮和爪盘6部分构成，盛板用于固定压力传感器和抓盘，由于考虑方便取出、打包垃圾，用三根铁条做成爪盘代替传统的筒状垃圾桶，这样可增大垃圾袋与其摩擦力。转盘与直流电机间采用链传动。转盘的结构如图10所示。

图10 转盘

打包转轴的作用一是用于固定套袋铁圈、转盘和扎口机，作用二是转动打包，为使回转轴能转出来，又能在回到垃圾落口处停止固定，在转轴上加一小铁杆，当轴转回到垃圾落口处时，铁杆被架子挡住，轴不能再往前转而在轴的下面用弹簧固定，防止转轴在没有人拉时往外转动。打包转轴的各设计图如图11、图12、图13、图14所示。

图11 打包转轴设计图

图12 转轴上固定板设计图

图13 打包转轴下固定板设计图

图14 打包转轴装配图

3控制系统的设计

3.1称重电路的设计

压力传感器装在转盘下方，用于检测垃圾的重量，再将检测到的信息返回单片机处理，进而控制直流电机工作。通过链传动所检测的重量值可根据实际需要来调节。压力传感器的设计图流程图如图15所示。

3.2检测电路的设计

红外传感器安装在垃圾入口上，用于检测是否有垃圾从垃圾口进入，再将检测的信息返回单片机，进而控制交流电机的工作。红外传感器的设计流程图如图15所示。

图15 控制系统流程图

4固定架的设计

固定架按1:1比例设计，其高度为800mm、宽为460mm的长方体。由于绞碎机工作时会产生较大的震动，为此，选用厚度为3mm的角钢，以增加总体的稳定性。

为增强架子的稳定性，架子的左右两侧(以垃圾桶的垃圾入口所在面为正面)的角钢用焊接的方式固定，其余用螺栓连接。角钢实体图如图16所示。

图16 角钢

5整机实体

下面进行对垃圾桶各部分进行介绍，整体实体图如图17所示。

图17 垃圾自动绞碎打包机三维实体图

6结论

垃圾自动绞碎打包机应用了传感器技术与机电结合，实现自动化工作。垃圾桶结构简洁、成本低、外形美观、可选择性对一些体积大而轻的垃圾进行绞碎，如一次性饭盒和一次性杯子等，这样减少垃圾的存储空间，也更利于微生物的降解。

该垃圾自动绞碎打包机能自动感应绞碎、拧紧袋口便可进行手动扎口，当急需打包时，还可自行控制开关，即时进行打包，使用方便、操作简单，适合人流量较多的公共场所，如汽车站、火车站、商场以及火车上、校园宿舍楼管理处等。

[1] 陈晓勇.城市袋装生活垃圾选择性破碎研究[J]. 机械传动,2006,30(1):67-68.

[2] 鞠茂伟，李爱民，马蒸钊.城市生活垃圾机械生物预处理技术研究进展[J].化工进展，2010,29(S1)：543-547.

[3] 魏殿荣.城市袋装垃圾处理系统的研究[J].当代化工，2012，41(5):498-500.

[4] 何品晶，章骅，吕凡，等. 村镇生活垃圾处理模式及技术路线探讨[J]. 农业环境科学学报，2014(3)：7-12.

[5] 张英民，尚晓博，李开明，等. 城市生活垃圾处理技术现状与管理对策[J]. 生态环境学报，2011(2)：195-202.

[6] 王临清，李枭鸣，朱法华.中国城市生活垃圾处理现状及发展建议[J]. 环境污染与防治，2015(2):119-122.

[7] 朱莹颖. 基于环境保护的城市生活垃圾处理技术现状与管理对策[J]. 资源节约与环保,2016(7)：151

(责任编辑：覃华巧)

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

广西高校专利倍增计划(KY2015ZL142)；2016年自治区级大学生创新创业训练计划项目(201611354084)；梧州学院“中青年骨干教师培养计划”第一期培养对象(〔2015〕51号)

TP368.1

A

167-8535(2016)06-0031-06

申毅莉(1980-)，女，广东罗定人，梧州学院副教授，主要研究方向：机电结合。