可回收垃圾分類裝置設(shè)計(jì)中SolidWorks的應(yīng)用

西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 邵林鵬 鐘文瀚 萬(wàn)宏強(qiáng) 李 歡

針對(duì)可回收垃圾分類中人工投入大、分揀效率低的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款垃圾分類裝置，可對(duì)廢鐵、塑料瓶、廢紙等幾類垃圾進(jìn)行分類，該裝置由進(jìn)料裝置、風(fēng)選裝置、磁選裝置、傳送帶、光電傳感器分選裝置五部分組成，整個(gè)裝置結(jié)合機(jī)械學(xué)、光學(xué)、電學(xué)原理，利用PLC控制。本裝置降低了勞動(dòng)成本，提高了分揀效率。

隨著城市化的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，所制造的垃圾也越來(lái)越多，其中大量的可回收垃圾在無(wú)分揀的情況下被隨意丟棄傾倒，造成了資源的浪費(fèi)。我國(guó)的可回收垃圾主要包括塑料瓶、易拉罐，包裝盒等,目前主要通過(guò)人工分揀的方式對(duì)可回收垃圾進(jìn)行分類，不僅投入大量人工，而且效率低下。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)可回收垃圾設(shè)備進(jìn)行了一系列研究,盛丹設(shè)計(jì)了一種基于傳感器識(shí)別材質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別投入垃圾材質(zhì)自動(dòng)分類；劉寧設(shè)計(jì)了一款塑料垃圾風(fēng)選裝置，能夠?qū)λ芰系容p質(zhì)垃圾進(jìn)行分類。國(guó)內(nèi)外的可回收垃圾分類設(shè)備僅僅只能對(duì)少數(shù)垃圾進(jìn)行分類，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大、分類準(zhǔn)確性低，因此需要設(shè)計(jì)一款高效、快捷、分揀效率高的可回收垃圾分類設(shè)備。

本文介紹一款利用風(fēng)能、電能、磁能、機(jī)械能等多種能量，結(jié)合傳感、控制技術(shù)等學(xué)科的可回收垃圾分類回收設(shè)備，其可對(duì)塑料瓶、易拉罐、塑料等多種垃圾進(jìn)行高效分類。

1 總體設(shè)計(jì)

本裝置由進(jìn)料裝置、風(fēng)選裝置、傳送帶、磁選裝置和光電傳感分選裝置五部分組成。待回收垃圾進(jìn)入進(jìn)料箱，在重力的作用下會(huì)自由下落，進(jìn)料箱的出口處設(shè)計(jì)有撥頁(yè)，可以防止垃圾在進(jìn)料箱的出口發(fā)生堵塞，實(shí)現(xiàn)垃圾均勻的下落，避免出現(xiàn)堆積，有助于接下來(lái)的垃圾分類。垃圾由進(jìn)料箱下落后，經(jīng)過(guò)風(fēng)選裝置，該裝置的風(fēng)力可以將垃圾中的廢紙、塑料瓶等輕質(zhì)垃圾吹出，從而實(shí)現(xiàn)分揀廢紙與塑料瓶。其余垃圾則是落在傳送帶上，隨著傳送帶運(yùn)動(dòng)，垃圾經(jīng)過(guò)磁選裝置，由于磁力的存在，垃圾中的廢鐵等鐵制品被吸附出來(lái)，由另一側(cè)落下，從而實(shí)現(xiàn)廢鐵揀出。剩余垃圾再進(jìn)入光電傳感分揀裝置，光電傳感器對(duì)傳送帶上的垃圾進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)有玻璃瓶經(jīng)過(guò)時(shí)，則會(huì)發(fā)出信號(hào)，PLC收到信號(hào)后，傳遞給步進(jìn)電機(jī)信號(hào)，將傳送帶上的玻璃瓶推下來(lái)，達(dá)到分揀玻璃瓶的目的。本裝置分揀流程如圖1所示，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 分揀流程圖

圖2 結(jié)構(gòu)圖

2 各裝置設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)料裝置設(shè)計(jì)

進(jìn)料裝置主要包含四個(gè)部分：箱體、V帶傳動(dòng)、電機(jī)、撥葉。選取電機(jī)型號(hào)為Y-90S-6，撥葉每次帶動(dòng)的垃圾約為1kg，軸半徑為100mm。箱體形狀為楔形，垃圾由上口進(jìn)入，其尺寸為長(zhǎng)550mm，寬400mm。在重力的作用下，垃圾向下移動(dòng)，到達(dá)下口，其尺寸為長(zhǎng)550mm，寬250mm。V帶為A型，小帶輪的基準(zhǔn)直徑為100mm，大帶輪的基準(zhǔn)直徑為300mm，V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2240mm。

2.2 風(fēng)選裝置設(shè)計(jì)

風(fēng)選裝置的作用是分選垃圾中的塑料、廢紙等質(zhì)量較輕的垃圾，其主要部件為風(fēng)機(jī)，其原理是利用風(fēng)力對(duì)物體的作用。風(fēng)機(jī)的電機(jī)型號(hào)為S9I90GT，得到風(fēng)量為3177.9m3/h。

2.3 磁選裝置設(shè)計(jì)

磁選裝置主要是通過(guò)兩個(gè)物理現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行分類：即時(shí)間不同磁場(chǎng)感應(yīng)能力也不同，這種規(guī)律稱之為電磁感應(yīng)定律。通有電流的導(dǎo)體能激發(fā)出磁場(chǎng)，這類現(xiàn)象被叫做畢奧-薩伐爾定律。在選擇磁場(chǎng)裝置時(shí)也要參考不同的原理，其主要原理如圖3所示，按照相關(guān)規(guī)定交替安置磁鐵，并讓其在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)中進(jìn)行工作，在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生不同方向的磁場(chǎng)，在金屬經(jīng)過(guò)該磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)根據(jù)金屬不同的屬性產(chǎn)生不同形狀的渦流。在渦流內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小磁場(chǎng)，其方向與磁場(chǎng)裝置的磁場(chǎng)方向相反，在相互作用力下，可以實(shí)現(xiàn)廢棄金屬的再回收利用。磁選裝置的磁筒根據(jù)需要設(shè)計(jì)其轉(zhuǎn)速為60r/min，磁筒的重量為150kg，選取電機(jī)型號(hào)為Y132S-8。

圖3 磁選原理圖

2.4 傳送帶設(shè)計(jì)

傳送帶的主要作用是承載運(yùn)輸垃圾，并使其便于分類。傳送帶主要包括傳送支架、電機(jī)、主動(dòng)滾筒、從動(dòng)滾筒、傳送帶、張緊裝置等（圖4）。傳送與分揀部分正常工作時(shí)，主動(dòng)滾筒所受的圓周力為283N，主、從動(dòng)滾筒的中心距2338mm，傳送帶寬400mm，厚4mm。堆積的垃圾最多為50kg，電機(jī)型號(hào)Y80M1-4。

圖4 傳送帶

3 光電裝置與PLC控制

光電傳感器的作用是識(shí)別傳送帶上途經(jīng)識(shí)別區(qū)垃圾中的玻璃瓶。垃圾經(jīng)過(guò)風(fēng)選裝置、磁選裝置，已經(jīng)分選出了塑料瓶、廢紙和廢鐵等垃圾，此時(shí)傳送帶上的剩余垃圾較少，便于光電傳感器識(shí)別。

垃圾經(jīng)由傳送帶上的識(shí)別區(qū)域，光電傳感器對(duì)垃圾里面的玻璃瓶進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)檢測(cè)到有玻璃瓶存在時(shí)，立即向PLC傳遞電信號(hào)，PLC收到信號(hào)后，控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，對(duì)垃圾里面的玻璃瓶進(jìn)行分揀。其具體工作流程如圖5所示。

圖5 光電傳感分揀裝置工作流程

PLC的主要功能是接收來(lái)自光電傳感器的電信號(hào)，控制分揀裝置對(duì)傳送帶上垃圾中的玻璃瓶進(jìn)行分揀。分揀裝置為雙向作用，即每次PLC收到光電傳感器的信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)作用一次，通過(guò)絲杠將分揀從傳送帶的一端滑到另一端。當(dāng)?shù)诙€(gè)信號(hào)到來(lái)時(shí)步進(jìn)電機(jī)反向作用，實(shí)現(xiàn)玻璃瓶的分揀。

結(jié)論：本裝置每部分功能分別是：進(jìn)料裝置的作用是將堆積在一起的垃圾分離開(kāi)來(lái)，使其可以較為分散的分布傳送帶上，有利于后面的垃圾分類；傳送帶起到一個(gè)運(yùn)輸承載的作用，并便于可回收垃圾的分類；風(fēng)選裝置是利用風(fēng)機(jī)提供的力，將垃圾中的輕質(zhì)垃圾即廢紙、塑料瓶分揀出來(lái)；磁選裝置則是通過(guò)電磁裝置去吸引垃圾中的鐵質(zhì)物品，從而分揀廢鐵；光電傳感分揀裝置利用傳感器與PLC控制，將識(shí)別出來(lái)的塑料瓶從垃圾中分揀出來(lái)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，并可以對(duì)其進(jìn)行拓展，設(shè)計(jì)更加完善的垃圾分類裝置，在垃圾分類方面具有極高的應(yīng)用前景。