冯一诺

一、课题由来

2019年7月1日，《上海市生活垃圾管理条例》正式实施。居民将日常生活中产生的垃圾分为可回收物、有害垃圾、干垃圾、湿垃圾四类投放到对应的垃圾桶内，其中将干垃圾投放到垃圾桶内很方便，而湿垃圾投放则有些苦恼，因为装湿垃圾的塑料袋是干垃圾，要先把湿垃圾倒入湿垃圾桶，再把空袋子投到干垃圾桶里，而且在分离湿垃圾和塑料袋时，经常会把手弄脏，还要忍受湿垃圾散发的气味。少数人嫌麻烦，索性把塑料袋连同湿垃圾一同投入湿垃圾桶，这样实际上没有做到生活垃圾分类。

如何解决这个烦恼呢？我尝试设计制作一台分离投放塑料袋与湿垃圾的小型设备，将它放置在小区垃圾桶旁边。

二、查新情况

在设计前，我上网查找垃圾分类投放设备的相关资料，发现只有几种适用于黄沙等工业原料破袋的设备，但这些设备都无法用于塑料袋与湿垃圾分离投放。

通过查新，我得知目前国内还没有专门用于塑料袋与湿垃圾分离投放的自动化设备。

三、研究过程

（一）设计构思

作品设计的关键在于如何实现塑料袋与湿垃圾自动分离、如何自动分类投入垃圾桶。当翻看自己乘坐摩天轮的照片时，我想到可以利用摩天轮的旋转设计装置，完成分离和投放塑料袋与湿垃圾等一系列操作。

分离投放塑料袋与湿垃圾的小型自动化设备酷似一台微型摩天轮，将它放置在小区的干湿垃圾桶中间，居民在投放袋装湿垃圾时，只需要把湿垃圾袋挂在设备上即可。“微型摩天轮”通过感应启动，它上面的棘轮棒转动，从底部划破塑料袋，实现塑料袋和湿垃圾分离，湿垃圾靠重力落到湿垃圾桶里，然后，塑料袋被转轮传送到干垃圾桶上方，靠自重和辅助装置脱钩落入干垃圾桶。完成上述动作后，设备自动停止，等待下一次感应启动。

需要说明的是，棘轮棒在垃圾袋底部旋转，既可以充分撕破垃圾袋，又不至于把塑料袋带到湿垃圾中。

这台自动化设备的控制线路中需要加装光电传感器、延时启动和延时断电继电器，设备的电路控制原理图如下：

（二）设备构造

分离投放塑料袋与湿垃圾的小型自动化设备上部形似摩天轮，“摩天轮”上装有挂钩，下部是基座，内部有线路电器原件，控制设备运转。

（三）制作过程

1.零部件的选择购置

借鉴电动自行车的驱动方式，我选择将24V蓄电池作为设备的动力源。蓄电池为两台微型电机提供动力，一台微型电机用于驱动棘轮棒，另一台微型电机驱动转轮。

家用电动车48V电瓶由4块蓄电池串联组成，每块电瓶电压为12V，能够满足60kg重的大人骑行30km，所以我决定用2块蓄电池串联成24V蓄电池。

我购置家用轿车的雨刮电机作为驱动棘轮棒的电机。这种微型电机使用12V或24V电源，转速范围为每分钟4转～每分钟2000转，能够满足功能需求。

通过称量得出，居民一次投放的湿垃圾质量小于4kg，为保证能撕破垃圾袋，所以将转轮承受的质量设计为13kg。转轮的半径为0.2m，通过请教老师、查阅资料与计算，得出转轮的转矩为13×9.8×0.2=39.2N·M，转轮的功率为24.61W。需购置的驱动转轮的微型电机功率必须大于转轮的功率，经过筛选，我决定使用90ZYT55PX216直流微型减速电机，并配置转速调速器，满足转轮带动袋装湿垃圾所需的转矩、转速等要求。

我网购了干湿垃圾桶各一个，垃圾桶桶口尺寸为33cm×21.5cm，高度为35cm，桶的容量为20L，比小区里干湿垃圾桶（100L）小很多，但方便在家里做课题实验。

2.主要部件的加工制作

转轮和挂钩的作用是悬挂袋装湿垃圾和传送塑料袋。我设计转轮的直径为400mm，用厚度为10mm的塑料板加工制作。

我将挂钩装在转轮上面，均匀分布，且能承受13kg的质量而不变形。为了方便塑料袋从转轮上脱落，我在挂钩处加装了随动盖板，随动盖板由胶木制成，辅助塑料袋从转轮上脱落。

棘轮棒的作用是从袋装湿垃圾底部撕开塑料袋。棘轮棒的长度需与日常家用垃圾袋宽度一致，通过测量，我设定棘轮棒的长度为20cm，直径为10mm。

棘轮棒上的棘刺要将薄薄的垃圾袋划开，所以我把刺长定为12mm左右。

3.组装设备

我将24V蓄电池、棘轮棒驱动电机、转轮驱动电机、延时继电器、开关、加工制作的棘轮棒、转轮和挂钩等零部件安装在尼龙板上。

接着，我用延时继电器、开关等装配控制线路。

4.设备运转与调试

通过反复实验和调试，分离投放塑料袋与湿垃圾的小型自动化设备能够实现感应启动、塑料袋与湿垃圾分离及分类投放、自行停止等功能。

垃圾破袋、湿垃圾入桶演示圖：

转轮传送塑料袋演示图：

塑料袋投入干垃圾桶演示图：

四、作品创新点

分离投放塑料袋与湿垃圾的小型自动化设备无需安装、安全可靠、方便实用，完全能够代替人工完成塑料袋与湿垃圾分离、将塑料袋与湿垃圾分别投入干湿垃圾桶等动作，彻底消除人们投放湿垃圾时“脏手、异味”等烦恼。

通过控制元器件，设备感应启动，完成塑料袋与湿垃圾的分离、分类投放后自行停止工作，等待感应下一袋湿垃圾。

五、完善设想

设备的动作及控制系统采用微型直流电机、反射式光电传感器、延时启动和延时断电继电器等部件，设备感应启动、棘轮棒破袋、塑料袋传动、设备停止等动作间隔时间调试困难，需要进一步优化部件选型，研究选用PLC控制系统。

指导老师 孟志浩

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本项目一定程度上解决了垃圾投放时干湿垃圾分离的痛点，解放了人们的双手。设备设计比较合理，适合摆放在生活小区垃圾投放点供居民使用，具有一定的使用价值。