一种用于智能饮料瓶回收机的易拉罐压缩机的设计

朱永杨

（陶朗环保技术（厦门）有限公司，福建 厦门 361006）

当前，我国市场上的很大一部分饮料采用的是易拉罐存储，而易拉罐具有较大的回收价值[1]。但是，如果易拉罐回收未进行压缩处理会极大占用空间，因此为减少易拉罐回收和储运过程中的空间占用需要对易拉罐进行压缩处理。而易拉罐的压缩处理又分为人工处理以及自动化设备处理，对于处理数量较大的回收站，一般采用自动化设备进行压缩处理。

而目前我国市场上的易拉罐回收机的压扁机构较为复杂且零部件多，在进行压缩处理时必须要拍扁组件以及一系列的传送组件的支持，压缩处理以及回收过程较为复杂，实用性较差。本文基于当前市场上现有的易拉罐压缩机的缺点以及易拉罐的回收特点设计了一种新型的实用的且适合于智能饮料瓶回收机的易拉罐压缩机。

1 背景阐述

当前，我国经济发展速度已不可同日而语，但是，在经济高速发展的过程中对于资源的消耗更是巨大的，除了煤炭、石油等资源的消耗，铝铁等工业原料的消耗速度正进一步加快。

而根据相关调查内容显示，我国每年在食品行业中所消耗的铝就超过3 万吨，且大部分的食品包装用铝被制作成了易拉罐。

为顺应世界各国绿色经济发展的理念，我国提出了科学发展观以及可持续发展理论，易拉罐的回收工作已然成为了废品回收站工作的重要内容，而我国废品回收市场份额必将进一步扩大。此外，因为铝有着不易腐锈、质量轻等优点，使得铝的回收率极高，不仅如此，废旧铝的回收加工相比较原生铝而言其回收生产成本更低，可节省超95%的电能，因此，铝的再生包含了巨大的经济效益。

而在我们的日常生活中，所能接触到的最常见的铝制品就是饮料易拉罐，而实际上用于制作易拉罐所消耗的铝原料总数较大。从二十世纪九十年代开始到现在，我国每一年所回收的废铝易拉罐超过了15 万吨，而用废旧易拉罐生产的铝材其经济效益大概为8370 元每吨，由此可知，易拉罐具有较大的回收效益。

2 设计内容

2.1 结构设计

在易拉罐压缩机设计中最主要的内容就是结构设计，其直接影响压缩机的使用功能和制造成本。本文设计的易拉罐压缩机结构如图1 和图2 所示,它主要包括了机体、压缩缸、压缩活塞以及驱动机构。其中，机体顶部设有一个物料口，压缩缸顶部的入口位于机体物料口下方，压缩缸尽头的周壁上有一个出料口，出料口与机体的物料仓相连，压缩后的易拉罐可直接排出。压缩活塞包括活塞头和活塞杆，活塞杆连接驱动机构，压缩活塞通过驱动机构的带动在压缩缸内往返运动。当压缩活塞退出时，易拉罐通过物料口、导槽和入口进入压缩缸内。出料口远小于易拉罐使其不会漏出，当压缩活塞前进时，活塞头挤压并压缩易拉罐，易拉罐被压缩到小于出料口且活塞头再次退出时，易拉罐从出料口落出离开压缩缸，即完成一次压缩处理过程。易拉罐压缩机结构设计主要包括了：

图1 一种易拉罐压缩机的结构简图（轴侧视图）

图2 一种易拉罐压缩机的结构简图（剖视图）

2.1.1 主体结构。易拉罐压缩机的主体结构为一个侧壁厚度3mm的箱体，箱体的一侧为执行机构壳体和电机安装平台，另外一侧为物料仓。驱动电机底座固定在箱体顶部的支架上，执行机构壳体即箱体顶部为可拆装设计，便于维护执行机构时开合。压缩机的日常清洁比较简单，只要对物料仓和压缩缸体进行清洁即可。在物料仓的落料口对压缩缸体进行清洁，清洁时所用的水可从出料口排出机体。压缩缸倾斜安装，具有出料口的一端较低，不仅可以让压缩后的易拉罐容易滑落到出料口，也能够让原本残留在易拉罐内的饮料顺着出料口流出，避免饮料滞留在压缩缸内，进而产生卫生问题或者流到其它零部件上。

2.1.2 执行机构（如图3 和图4）。在确定易拉罐压缩机的主要尺寸之前，本文首先对目前市场上所有易拉罐的种类进行了收集和分析。根据收集到的资料配合智能回收机的尺寸，设计一个高度为200mm的四棱台作为物料仓。其物料口位于上方，是一个长方形，物料仓底部为略小的长方形，使带倾斜角的周壁形成封闭的导槽。圆筒形的压缩缸体通过两个底部支架固定在机体上，并且其具有一定的倾斜角，方便易拉罐的导向同时有利于残余饮料的排出。物料仓与压缩缸体通过切面过渡，底部开口沿着压缩缸体轴向为其长度方向，这样可使得圆柱状的易拉罐能够自然的以轴向平行落入压缩缸体中。其次，在箱体的底部切出一个长宽为130×20mm的长方形作为出料口，出料口贯穿靠近机体的压缩缸底部。压缩活塞包括活塞头和活塞杆，活塞杆的一端与活塞头连接另外一端则与曲轴铰接。而带变速器的驱动电机通过一对链轮和链条配合实现调速，并与曲轴连接。压缩活塞在驱动机构的带动下在压缩缸内往返运动，形成对易拉罐的压缩和排料。当活塞头处于端部时，易拉罐被充分压缩为尺寸小于出料口的饼状体，在活塞头后退是从出料口落出压缩机。而当活塞头完全退出时，形成的空余距离超过270mm，比最长的易拉罐还长，可满足压缩要求。

图3 一种易拉罐压缩机的内部结构简图一（轴左侧视图）

图4 一种易拉罐压缩机的内部结构简图一（轴右侧视图）

2.1.3 动力结构。在经过多次测试后可知当压缩机的压缩力达到30kg 后，可压缩市面上常见的任意一个铝制易拉罐（和铝制饮料瓶）至较理想的扁平状。本文根据实际情况选用自带变速器的三相异步电机，该电机的额定功率为0.75KW，输出转速为94.6r/min，输出的转矩达到了107/N·m。电机采用的线路接法为Y 型接法[2]。两端链轮齿数比为19:35，得到输出转速为51r/min，输出转矩提升至197N.m。

2.2 电路设计

在将易拉罐压缩机应用于智能饮料瓶回收机时，可采用变频器和继电器，通过市电对三相电机直接进行控制。而在模块独立测试和使用时本文设计的电路主要包含三个部分：主电路、控制电路以及信号电路。其中，由三相电路L1，L2，L3 构成了三相电源，自动空气开关、熔断器FA1、接触器的三对主触点、热继电器的热元件和笼型三相异步电动机共同分组成了主电路。控制电路由熔断器FA2、热继电器的动断触点、停止按钮启动按钮、接触器线圈等构成。热继电器的动合触点则同故障指示灯串联，组成信号电路。

启动压缩机时，由工作人员先合上自动空气开关，然后将主电路接入到三相电源中，此时工作人员相继按下启动按钮，控制电路接通，同三相电源的L2、L3 两相形成回路，则接触器的主触点闭合，主电路接通。如果主电路电流超过热继电器的整定电流，热继电器的动触点就断开，控制电路断路，则接触器的主触点断开，主电路断路。同时由于热继电器的动合触点接通，信号电路里的故障指示灯亮起。

3 实际应用与前景展望

生活中常见易拉罐的主要材质为牌号3004 和5182的铝合金[3]，其制造成本比普通的铝材要高，并且由于易拉罐用铝材的回收后重复使用率很高。因此回收易拉罐能够大大节约重新制造铝材并做食品化处理的成本，同时它契合可持续发展的理念，符合国家的政策；与智能饮料瓶回收机的结合又可以避免回收过程中对环境的污染，实现循环经济。通过将易拉罐压扁进行存储，能够大大提高回收机的仓储量，降低其清运成本，从而提高易拉罐的回收效率，而充分回收是易拉罐熔炼和深加工的前提[4]。

在对易拉罐压缩机进行综合测试和分析后也验证了此压缩机相较于传统的易拉罐压缩装置在工作效率和制造成本上都有了较大的提升，能够满足智能饮料瓶回收机的需求。

而从易拉罐的实际应用来看，在世界范围内针对易拉罐压缩装置的应用最早开始于百威啤酒。百威啤酒对于易拉罐压缩装置的使用主要包括两部分内容，一是压缩装置不直接同易拉罐进行接触，而是通过仪表以及设备动力吹槽进行压缩；二是部分应用需要直接同易拉罐进行接触用以对酵母进行扩培。他们根据不同的压缩情况来提供不同的解决办法，整个系统包括微油螺杆、变频螺杆和无油螺杆空压机，“湿”储气罐，前置过滤器，干燥机，后置过滤器，“干”储气罐以及一套控制系统和超级管路[5]。

由上述对本文设计的易拉罐压缩机的描述可知，和现有技术相比，它采用压缩缸和压缩活塞的方式对易拉罐进行压缩处理，同时在压缩缸上设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压缩后的易拉罐，出口直接对接物料仓，压缩缸不仅起到压缩作用，还具有传动易拉罐的作用，整体结构相对简单，零部件少，方便耐用。