一种校园快递箱回收装置的设计*

柳海兵 马世文 林奇阳

北方民族大学机电工程学院 宁夏 银川 750021

引言

近年来，现代年轻人对网上购物的需求量日渐增大，快递行业迅猛发展。因为网上购物的选择性很多，可以货比三家找到便宜又适合自己的商品，真正做到足不出户就可以买到自己想要的东西，现代网上购物量甚至已经碾压了实体店购物量，但是网上购物的商品要经过漫长的路程才能到达自己的手中，必不可少的就是包装盒了，一些易碎的物品更是要更加细心和精致的包装。据统计，2020年9月快递业务量预计完成76亿件，收入达764亿元。快递的业务量暴涨伴随着纸箱资源的浪费和环境问题的突出，校园快递箱的智能回收是解决这一问题的重要方式和发展方向[1]。根据调研，保守估计每天每个校园将产生1000件纸箱，这些纸箱大多都被随意丢弃，垃圾桶和垃圾箱旁纸箱堆积随处可见[2]。目前针对物流行业中的包装问题，国内外的纸箱包装均发展迅猛[3-4]，根据实地考察，大量快递箱的产生与堆积，影响校园外观，对纸箱的利用率低，垃圾箱附近由于纸箱占用空间大导致散落的垃圾随处可见无人清理，随着物流业的日渐发展这种现象会更加严重。

我们国家还没有建立完善的快递垃圾回收管理体系，快递箱回收利用率低资源浪费严重。据统计，快递包装箱的回收成本高，快递包装盒在中国的回收利用率还达不到20%，而在一些发达国家，纸箱类回收利用率达45%左右。大量快递箱的产生与堆积，影响校园外观，对纸箱的利用率低，环境的污染问题也日渐增重，智能手机和网络的普遍运用，网购慢慢取代了以前的实体购物。网购成交数量惊人，也就造成了快递盒浪费情况。为提倡低碳环保，建设绿色环境和谐校园，让快递包装再次焕发出新活力。所以推行“校园快递箱回收”项目，把废弃的快递箱重新利用，减少浪费，推进“绿色快递”的行程。本文提到的设计主要是解决纸箱占用空间大，在回收利用中耗费的运输成本大导致回收效率低下的问题，将快递纸箱包装进行粉碎打包起来便于下一步的回收，推动可持续发展的绿色的模式。

针对以上问题，本文提出了一种快递纸箱自动回收装置的设计，分为3个步骤：第一步骤是图像识别与称重。利用图像识别装置，分析识别物品类型，通过识别物体的大致形状，来获取纸箱的尺寸信息，并将数据传输给数据处理系统完成后续相关处理；采用称重设备、接线盒、信号变换电路，实现快递箱的称重；通过湿度传感器测量湿度，利用物体质量与湿度来确定纸箱价格。第二是传送与粉碎。通过履带传送把纸箱压扁输送到两个滚轮之间进行粉碎。利用单片机、传感器、伺服电机实现机构的运动控制和识别系统控制等。第三是打包。粉碎后的纸箱碎屑通过倾斜挡板划入液压机内，再通过液压机构和压力传感器将碎纸屑压实打包。

1 整体设计方案

图2 回收装置另一侧面

该装置的工作流程上遵循着“识别-称重-传送-粉碎-打包”的顺序。当快递投入装置时，首先通过平台上的电子秤称重，图形识别系统识别，湿度测试仪测湿获得数据，然后将数据发送给数据处理器，用以判断用户所投物是否符合要求，如果数据符合要求，处理器给控制器发送指令。否则报错，系统提示用户所投物体不符，请检查后重试。控制器接收到正确指令后驱动伺服电机带动丝杆旋转，将纸箱下落至传送装置，通过传送挤压落入粉碎装置粉碎，然后纸屑下落至压缩箱里压缩，当回收的纸箱达到一定数量时会进行统一打包如图1所示。

图1 回收装置侧面图

打包好的垃圾减少空间占用，减轻工人的工作负担，提高回收效率，美化了周边环境，能方便运输，减少了运输过程中的资源浪费，减少了垃圾箱对环境的污染。该装置回收的主要目的是解决纸箱回收中的纸箱占用空间大不易运输问题，通过机械装置将比较简单的人工工作机械化，减轻工人的劳动，实现机械化的系统回收。

2 传送与粉碎装置

传送与粉碎装置主要有两种的功能。当被投入的纸箱被进行称重识别后，达到回收标准的被送入到传送机构中，如图3所示，其原理为利用滚轴带动柔性皮带，皮带上应布有横纹，用于增大摩擦。在传送过程中将纸箱压扁输送至粉碎机构，如图4所示，另一种功能是用来粉碎快递纸箱，采用的是相互啮合的齿轮来实现粉碎的功能，传送机构的作用就是将占用空间大的纸箱进行粉碎送入液压打包机构中，便于后续的打包回收。

图3 V型传送带

图4 粉碎机构

3 打包装置

粉碎后的纸屑通过装置底部斜坡滑入压缩机内如图5所示，通过控制程序发送控制指令给液压泵增压驱动液压机将纸屑压缩如图6所示，从而节省空间利于后续的运输和存储。

图5 纸屑收集斜坡及压缩装置

图6 压缩机正面图

4 回收箱设计的特色

相对市场上现有回收箱来说，该回收箱更具可靠性、方便性、实用性、智能化，它更符合现今市场的需要[5]。

4.1 可靠性

为保护个人信息不被泄露，该回收箱设有碎纸机，能销毁个人隐私，如电话、地址等。

4.2 方便

当取完快递时就可将快递箱放入此机器中回收，还提供拆包工作台，不用随手扔掉。

4.3 实用

直接粉碎打包一体化，该回收箱减少了后期分类处理的工作量。不占体积不需要人看管，节省了管理，更加的实用。

4.4 智能化

回收箱设有显示屏，还是以一种积分的激励机制吸引学生来使用，不用人工折叠打包，相对于其他回收箱而言，该回收箱更智能化。

5 结束语

本文所设计的快递回收箱装置，能集中收集纸箱垃圾，较少校园垃圾污染，做到回收再利用，解决垃圾箱随手乱扔的问题。该装置改变以往的清洁人员去打扫、收集资源垃圾的模式，从源头上改善问题，吸引受众人员主动将纸箱资源垃圾投入此装置，也同时改善校园文明和清洁人员过度工作情况。以智能机械装置代替人工收集模式，可随时进行纸箱资源垃圾的回收，增强可回收垃圾的经济效益，促进社会资源经济的提升。

我们的设计理念侧重于收集阶段和粉碎阶段，操作简单，可供学生自主使用，可以最大化地提高纸箱回收率。能集中收集纸箱垃圾，减少校园垃圾污染，做到回收再利用，解决垃圾箱随手乱扔的问题。其主要优点是实用性和便捷性，该装置将投入的纸箱直接一体化流程快速打包，然后在系统化回收，对现在大量的纸箱垃圾再处理有一定的意义。

快递回收装置的回收设计主要是解决日常快递的回收问题，但识别和称重还有一些技术问题有待解决，该模型只是一个概念模型，实际打包机比模型大许多，体积也是一个很大问题，还需综合考虑，提高传感技术，简化打包机构，整体优化。