智能化厨房排水管道防堵塞设备

雷凯，谭业成，李攻搏，岳进峰(青岛科技大学，山东 青岛 266042)



智能化厨房排水管道防堵塞设备

雷凯，谭业成，李攻搏，岳进峰
(青岛科技大学，山东 青岛 266042)

摘要：传统的人工处理下水道堵塞的方法比较局限，处理过程十分困难，耗时耗力、浪费金钱；日常生活中，人们只能通过人工方式处理固体垃圾来达到防堵塞的目的。因此需研发一种可智能清理、控制、处理垃圾的防堵塞设备。为了达到厨房管道防堵塞、厨房垃圾便于处理的目的，智能化厨房排水管道防堵塞设备应运而生。

关键词：智能化；厨房排水管道；堵塞

*获奖情况：本文获“首届‘萨驰杯’智能科技创新大赛”三等奖。

编者按：2015年9月20日，首届“萨驰杯”智能科技创新大赛决赛在苏州大学敬贤堂成功举办。大赛由萨驰华辰机械（苏州）有限公司主办，中国石油和化工勘察设计协会橡胶塑料设计专业委员会、中国橡胶工业协会机械模具分会、《橡塑技术与装备》杂志社、上海交通大学机械与动力工程学院、哈尔滨工业大学机电工程学院、东南大学机电工程学院、苏州大学机电工程学院、青岛科技大学、西门子工厂自动化工程有限公司及罗克韦尔自动化（中国）有限公司共同协办。

为共同促进我国科技教育多元化，实现中国制造2025的中长期目标提供有力的支持，促进企业文化活跃橡塑行业科技文化事业发展。本刊将分期连续选登参赛作品，以供业内人士全方位、宽领域了解科技发展动态。

近年来我国大中型城市的居民区管道堵塞现象严重，尤其是厨房中的蔬菜叶、瓜果、剩菜剩饭的堵塞，垃圾不仅危害人们的身心健康，还会影响管道的正常排水功能，造成生活不便。垃圾堵塞对人们的日常生活产生了不利影响，管道中的垃圾长时间堵塞会产生异味，污染室内空气环境，危害人们的身体健康。鉴于上述原因，如何处理管道堵塞对人们生活造成的不良影响成了一个有待解决的问题。人工处理下水道堵塞的传统方法比较局限，处理过程十分困难，且成本较高。通常的防堵塞网状及U型管经常容易堵塞，而且没有垃圾处理的功能。日常生活中人们只能通过人工方式处理污水中的固体垃圾来达到防堵塞的目的。

1　现金处理方法分析

通过调研分析，本组人员总结出目前厨房中管道防堵塞的方法包括化学法和物理法，还有一些采用垃圾处理机。其中物理方法包括U型管道和小型垃圾处理机，还有一小部分采用化学的方法。

1.1化学方法弊端

化学试剂容易造成环境污染，对家庭的空气质量状况造成不良影响，主要是化学反应会对人们的身心健康造成伤害。部分堵塞物质还不能除去，处理的不干净、不彻底。试剂还容易腐蚀管道，造成管道破损，后果更不加设想，重则需要跟换新的管道。在处理的过程中，需要用清水冲洗，还造成了水资源的浪费。

1.2物理方法弊端

在处理的过程中，不能彻底的进行清除，许多杂物仍留在管道里，甚至较深的地方根本就无法清除，局限性比较大。如果处理不及时，还会造成污染物堵塞，时间长后发出异味，对家居的环境以及身心健康有不良影响。不仅如此，物理法处理管道堵塞还会费时费力、效率不高、治标不治本。

1.3厨房垃圾处理机缺点

（1）电机采用220 V电源，由于安装位置较低，且长期处于潮湿的环境中，容易造成漏电，安全不能得到有效的保障。

（2）垃圾处理机不能实现智能化控制，耗水，耗电，浪费资源。

（3）垃圾处理机噪音大，对居家生活影响较为严重，并且使用寿命低。

综上所述，无论物理方法，还是化学方法都不能彻底解决厨房管道堵塞问题，耗费人力、物力、财力，处理不及时还会导致各类问题的发生，即使厨房垃圾处理机，也存在安全性的问题，我们需要从根本上解决管道堵塞问题，需要实现固液分离。鉴于上述原因，本小组成员提出研制智能化厨房排水管道防堵塞设备。

2　装置工作流程

具体处理过程如下：待处理污水由进水口4流入时，管道上的压力传感器检测到有水流流入，将信号传递给单片机，此时电机运转；污水流入到传送带2上，同时，下水挡板3防止垃圾直接掉落，便于垃圾全部流入到传送带上，污水经过传送带上的土工布材料1直接落下，而垃圾物随着土工布一同运送，进入到垃圾处理区7；此时，下挡板处于封闭状态，电机控制后滑块5往复运转。

此时，垃圾物在垃圾处理区积累，当积累到一定量时，触动触点开关6，将信号传递给单片机，此时控制舵机拉开卡扣，下挡板打开，垃圾从垃圾处理区掉落，重新开始新的循环过程，实现往复压缩。当进一步检测到无污水流入时，将信号传递给单片机，控制电机停止运转，等待下一步命令，如图1。

图1　装置简图

3　装置创新点

3.1正弦机构和舵机配合

图2　正弦机构示意图

图3　舵机装置示意图

该设备巧妙运用正弦机构，主动件曲柄的转动带动从动件前滑块做往复运动，进而推动前推板以及下档板向前运动，前推板负责挤压垃圾，下档板则挡住了垃圾的下落。前推板一直在做往复运动，而前进的距离与垃圾的堆积量成反比（L=k/d）。由于在下档板安有一个三角形卡扣结构，下挡板便暂时不再返回。当前推板由于受到垃圾堆积物的阻碍，不再能够前进时，滑块上的轻触开关便触及到前推板，打开开关，进而控制舵机打开卡扣，下抽板抽回，垃圾掉下。实现了正弦机构与舵机的巧妙配合，如图2、图3所示。

3.2全自动智能化控制

本装置采用单片机控制，实现了装置自动化智能化运转。基于霍尔元件的流量传感器可以监测到废水的流入，单片机检测到流量传感器的信号后开机，控制电机转动，经同步带传动，带动传送带运转将垃圾传送到压缩装置。与此同时，水流经过土工布被分离流走。垃圾到达压缩槽后，正弦压缩装置转动，带动前推板向前移动，进而对垃圾进行压缩。

如图4，此图为单片机最小系统。以最小系统为基础进行垃圾自动处理控制部分的设计。控制部分部件共有 单片机最小系统、流量开关、继电器、电机、压缩信号输入线、舵机。

当流量开关检测到水流后输出高电平给P1.0口，该IO口接受到高电平后输出高电平给继电器信号控制线，继电器接通控制电机运转，整个装置开机。

当压缩信号线相互接触后，压缩信号线输出低电平给P2.7口，单片机检测到低电平后输出脉冲信号给舵机，舵机转动打开卡扣。

因自动控制实现了装置无需人员干涉的全自动运转。

4　装置实物图

装置实物如图5、图6所示。

图4　单片机最小系统示意图

图5　装置前视图

图6　装置后视图

5　装置应用前景

通过使用本套装置，可以彻底解决厨房管道堵塞问题，从根本上实现废水与垃圾的分离，垃圾进行压缩后还可以回收利用，增加了利用率。装置前景广阔，待研发投入市场。

（1）本装置可简便地在安装家用水槽之下，成本低廉，体积小巧。

（2）本装置结构简单、工作稳定、使用寿命高、工作噪音低、清理效果显著。

（3）本装置广泛应用于普通家庭、餐馆的厨房之中，工作过程中可完全忽略清理水槽的过程，大大提高了工作效率，并且可以将分离的垃圾变为燃料，产生次生利益。

（4）由于厨房中的污染物对环境造成了巨大的威胁，本套装置对于减轻厨房中垃圾物对家居环境产生的危害有重要的作用，而且彻底解决了日常下水管道的堵塞问题；符合国家节能减排的基本国情，具有较高的实用价值。因此本作品一旦开发成功，将具有广阔的推广空间和社会环保价值。

（R-03)

Intelligent kitchen drains clog-resistant equipment

中图分类号：TP271

文章编号：1009-797X(2016)12-00117-03

文献标识码：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.045

作者简介：雷凯，男，就读于青岛科技大学。

收稿日期：2015-10-26