（陶朗環(huán)保技術(shù)（廈門）有限公司，福建廈門 361006）

1.背景和意義

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的需求日益增多，飲料瓶罐成為人們生活中不可或缺的一種商品。僅在我國(guó)，每年高達(dá)300萬(wàn)t的PET瓶量消耗了超過(guò)1800萬(wàn)t的石油，同時(shí)也造成了巨大的環(huán)境壓力[1]。我國(guó)的廢舊飲料瓶回收率其實(shí)并不低，但多數(shù)都是通過(guò)拾荒者和小作坊的形式進(jìn)行回收，用工業(yè)強(qiáng)堿進(jìn)行清洗后粉碎。不僅降低了塑料的品質(zhì)，使得其無(wú)法達(dá)到食品級(jí)并且在過(guò)程中對(duì)土壤和河流產(chǎn)生了二次污染。在北歐，挪威的陶朗公司于1972年發(fā)明了RVM（reverse vending machine中文多翻譯為自動(dòng)退瓶機(jī)或者飲料瓶回收機(jī)），并致力于推動(dòng)飲料瓶的押金制。使得飲料瓶能夠通過(guò)回收機(jī)進(jìn)行高效清潔的可追蹤的回收，并大大提高了回收率。廢舊飲料瓶實(shí)現(xiàn)了資源的保級(jí)回收和重復(fù)利用，成為食品級(jí)塑料可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范之一。

受國(guó)外押金制模式的啟發(fā)，國(guó)內(nèi)不少專家學(xué)者和企業(yè)研究人員也對(duì)飲料瓶回收機(jī)進(jìn)行了一定的探索。由北京盈創(chuàng)再生資源回收有限公司自主研發(fā)的飲料瓶回收機(jī)開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)一級(jí)回收體系智能化的先河，首例將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與再生資源回收體系相結(jié)合[1]。另有付深圳的基于超聲波檢測(cè)投入物的飲料瓶回收機(jī)[2]；王瑁楠的基于條碼識(shí)別的飲料瓶回收裝置[3]；駱鵬等人的通過(guò)紅外激光確定飲料瓶直徑的飲料瓶回收機(jī)[4]；韋志剛的基于材料識(shí)別的飲料瓶回收器[5]等。這些小型回收裝置，為飲料瓶罐回收提供了便利，但小型回收裝置的容量小（多數(shù)在1000以內(nèi)的量級(jí)），不適用于大量的飲料瓶罐回收。比如周云菁等人設(shè)計(jì)和研發(fā)的公共場(chǎng)所飲料瓶自動(dòng)回收裝置[6]，目標(biāo)回收容量在300左右。面對(duì)大體量的飲料瓶回收需求時(shí)，整體運(yùn)維成本較高，導(dǎo)致單個(gè)瓶子的回收代價(jià)高。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺少一款回收量大，性價(jià)比高的飲料瓶罐回收裝置。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖1為陶朗環(huán)保的智能飲料瓶罐回收中心的布局圖。它主要由前端識(shí)別分選機(jī)、導(dǎo)槽、飲料瓶罐傳輸機(jī)、集裝箱、雨棚、導(dǎo)管、物料袋等構(gòu)成。

它以H-30智能飲料瓶回收機(jī)作為前端的識(shí)別分選機(jī)。兩臺(tái)智能飲料瓶回收機(jī)可以協(xié)同工作，能夠有效地在高峰期實(shí)現(xiàn)分流，避免用戶的過(guò)長(zhǎng)等待時(shí)間。獨(dú)特的導(dǎo)槽確保來(lái)自兩臺(tái)機(jī)器的瓶罐能夠及時(shí)準(zhǔn)確地導(dǎo)入到飲料瓶罐傳輸機(jī)之中。飲料瓶罐傳輸機(jī)采用在螺旋輸送機(jī)內(nèi)壁加上的筋條結(jié)構(gòu)，在防止堵塞的同時(shí)，確保飲料瓶罐受到部分的擠壓和導(dǎo)向，能漸次地傳輸進(jìn)入集裝箱內(nèi)的物料袋。導(dǎo)管的設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)飲料瓶罐傳輸機(jī)動(dòng)力和高度的不足，使得飲料瓶罐能夠被推送到較高位置，從而充分填充物料袋的空間，達(dá)到較優(yōu)的容量。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在標(biāo)準(zhǔn)的20尺海運(yùn)集裝箱內(nèi)設(shè)置的物料袋，回收容量能夠達(dá)到20000～30000個(gè)飲料瓶罐。雨棚的設(shè)計(jì)，一方面提升了用戶的使用體驗(yàn)，也確保了用戶的安全，提高設(shè)備的壽命。

圖1 智能飲料瓶罐回收中心的布局圖

3.主要模塊介紹

3.1 前端識(shí)別分選機(jī)

回收中心的前端識(shí)別分選機(jī)采用了兩套H-30的機(jī)頭，以提高高峰期的回收效率，縮短用戶等待時(shí)間，避免擁堵。前端分選機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它配備了嵌入式模塊（帶觸摸屏）、形狀識(shí)別模塊、條碼掃描儀、傳送旋轉(zhuǎn)模塊、稱重傳感器、金屬材質(zhì)檢測(cè)儀、光幕等功能模塊，使得其具備如下特點(diǎn)：

（1）自動(dòng)傳輸。當(dāng)瓶子進(jìn)入機(jī)器，光學(xué)成像系統(tǒng)會(huì)即刻識(shí)別，并開(kāi)始自動(dòng)將飲料瓶傳輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

（2）自動(dòng)讀取條碼。無(wú)需將條碼對(duì)準(zhǔn)條碼槍，360°旋轉(zhuǎn)設(shè)備會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)飲料瓶并獲取條碼。

（3）防欺詐。全程實(shí)時(shí)監(jiān)控，高精度分辨放入物體是否是飲料瓶。

（4）多種傳感器復(fù)查。瞬時(shí)確認(rèn)投入物體的重量和材質(zhì)，精準(zhǔn)判別。

（5）安全防護(hù)。光學(xué)檢測(cè)，光柵陣列紅外LED燈檢測(cè)，多種傳感器確認(rèn)，確保異物進(jìn)入機(jī)器時(shí)，能有效及時(shí)停止運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行。

圖2 前端分選機(jī)（H-30機(jī)頭）

它回收一次性(不可復(fù)灌)塑料飲料瓶和易拉罐速度達(dá)到了40個(gè)/min。安卓平臺(tái)的嵌入和盈創(chuàng)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)的連接讓它具備了很好的互聯(lián)網(wǎng)特性和用戶體驗(yàn)。提供微信公眾號(hào)和APP應(yīng)用程序，支持線上返利、積分及擴(kuò)展商城；同時(shí)，支持優(yōu)惠券及小票的打印功能，便于商超及學(xué)校、政府單位等有明確需求或活動(dòng)的機(jī)構(gòu)使用。此外，支持定位設(shè)備，無(wú)需排隊(duì)等候，可就近選擇機(jī)器投瓶返利。

對(duì)終端用戶的吸引力：

（1）提供電子返利。提高用戶黏性，建立用戶忠誠(chéng)度，更有效地進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集。

（2）提供優(yōu)惠券返利。讓投瓶返利變得更有趣，更結(jié)合實(shí)際生活；也有利于各個(gè)社會(huì)團(tuán)體或機(jī)構(gòu)結(jié)合自身需求敦促垃圾分類回收行為。

（3）捐贈(zèng)。可以將投瓶所得捐贈(zèng)給公立愛(ài)心單位。

（4）附加價(jià)值。多媒體及機(jī)器機(jī)身可提供多種的廣告及宣傳方式，也可以作為盈利的一種方式。

3.2 飲料瓶罐傳輸機(jī)

螺旋輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，如建材、化工、電力、冶金、煤炭、糧食等行業(yè)，但鮮有用于傳輸飲料瓶罐。螺旋輸送機(jī)的工作原理是旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進(jìn)行輸送，使物料不隨螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)的力是物料自身重量和螺旋輸送機(jī)的輸送筒對(duì)物料的摩擦阻力?，F(xiàn)有的螺旋輸送機(jī)主要用于傳輸粉狀、粒狀、小塊狀物料（如水泥、粉煤灰、石灰、糧等），為減小物料對(duì)螺旋輸送機(jī)的輸送筒內(nèi)壁的磨損，輸送筒內(nèi)壁通常都是設(shè)置為光滑的。將這種螺旋輸送機(jī)用于擠壓和傳送飲料瓶罐時(shí)，當(dāng)飲料瓶罐卡在螺旋輸送機(jī)的螺旋葉片外緣和輸送筒內(nèi)壁之間的間隙時(shí)，容易造成飲料瓶罐與螺旋葉片抱在一起旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致飲料瓶罐隨著螺旋葉片打轉(zhuǎn)而不前進(jìn)，傳輸效率降低下，甚至?xí)斐陕菪~片卡死，導(dǎo)致螺旋輸送機(jī)無(wú)法正常工作。

為了解決這個(gè)技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一款改進(jìn)型螺旋輸送機(jī)作為回收中心的飲料瓶罐傳輸機(jī)。如圖3所示，它通過(guò)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)螺旋葉片軸旋轉(zhuǎn)，利用螺旋葉片旋轉(zhuǎn)傳輸飲料瓶罐。其內(nèi)部具有輸送筒、沿輸送通道的長(zhǎng)度方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸、設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸上的螺旋葉片及與旋轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。輸送筒上開(kāi)設(shè)有進(jìn)料口和出料口，進(jìn)料口和出料口設(shè)置于輸送通道兩端。輸送通道的側(cè)壁上設(shè)有至少一條沿所述旋轉(zhuǎn)軸長(zhǎng)度方向延伸的筋條。筋條在輸送通道的周向上能夠阻擋卡在螺旋葉片外緣和輸送通道側(cè)壁之間的瓶罐，使瓶罐不隨螺旋葉片打轉(zhuǎn)，大大提高了輸送效率，防止出現(xiàn)螺旋葉片卡死的現(xiàn)象。同時(shí)，由于筋條沿旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度方向延伸，故筋條還可對(duì)卡在螺旋葉片外緣和輸送通道側(cè)壁之間的瓶罐起到導(dǎo)向作用，使瓶罐能夠沿著筋條前進(jìn)。當(dāng)飲料瓶罐在物料袋中累積一定的數(shù)量，并且抵觸到集裝箱時(shí)，傳輸機(jī)持續(xù)的輸出也能夠形成一定的擠壓。配合變頻器的使用，將單相電轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相電，使得它能夠適用于單相家用電的電網(wǎng)場(chǎng)合，降低了對(duì)安裝使用環(huán)境的要求。

3.3 物料袋

回收中心的物料袋如圖4所示。物料袋的袋體上開(kāi)設(shè)有進(jìn)料口和出料口，袋體包括頂面、側(cè)面和底面，側(cè)面環(huán)設(shè)于頂面和底面之間以構(gòu)成一容納腔，底面包括上表面層、下表面層和至少一層中間層。袋體底面的這種多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效加強(qiáng)袋體底部的強(qiáng)度，且袋體底面的中間層的顏色與上表面層和下表面層的顏色均不同。當(dāng)上表面層和下表面層出現(xiàn)磨損時(shí)，工作人員能夠根據(jù)顏色快速識(shí)別袋體底面的上下表面的磨損程度，以便于及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，避免飲料瓶罐在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)掉漏的現(xiàn)象，提高飲料瓶罐轉(zhuǎn)運(yùn)的效率。進(jìn)料口最前端設(shè)計(jì)手動(dòng)彈性抽緊繩，彈性收口用于固定進(jìn)料口。袋身頂部四個(gè)角落各有1個(gè)吊環(huán)，用于懸掛袋子。拖拉綁帶采用周身三面貼合縫紉，用于保障轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的拉伸強(qiáng)度。出料口采用魔術(shù)貼設(shè)計(jì)，可重復(fù)使用袋子。

圖4 物料袋

3.4 物料袋懸掛和脫鉤設(shè)計(jì)

在飲料瓶罐回收中心中，物料袋需要懸掛起來(lái)，使內(nèi)部空間撐開(kāi)形成空腔，有利于飲料瓶罐填充整個(gè)袋子。物料袋的懸掛和脫鉤設(shè)計(jì)如圖5所示。在集裝箱內(nèi)部四角均有設(shè)置掛鉤，物料袋頂部四角設(shè)置的吊環(huán)分別懸掛于這些掛鉤上，就使袋子內(nèi)部撐開(kāi)形成空腔。懸掛袋子時(shí)，袋子尾部吊環(huán)先懸掛于尾部掛鉤，再將袋子前部吊環(huán)懸掛于前部掛鉤。前部掛鉤與金屬繩索連接，懸掛于定滑輪上，繩索另一端連接于手搖器。手搖器具有自鎖功能，繩索伸長(zhǎng)縮短由手搖器控制。懸掛袋子前部吊環(huán)時(shí)，旋轉(zhuǎn)手搖桿，由于前部掛鉤的自身重力作用，繩索伸長(zhǎng)，前部掛鉤降低，再將袋子的前部吊環(huán)掛到前部掛鉤上，掛上掛鉤后，搖動(dòng)搖柄，比較省力的使袋子懸掛起來(lái)。正常狀態(tài)下前部鉤掛彈簧的拉力大于的袋子重量，因此能夠使袋子不受其他外力時(shí)，保持懸掛于4個(gè)掛鉤上。但是，當(dāng)在前部掛鉤上的受力大于彈簧的拉力時(shí)，掛鉤的開(kāi)口方向就會(huì)改變使掛在上面的吊環(huán)滑落。因此袋子充滿瓶子后，拖出袋子時(shí)，不需要手動(dòng)去將袋子的吊環(huán)從掛鉤上取下來(lái)，在拖動(dòng)的過(guò)程中就能夠自動(dòng)脫落。尾部掛鉤的開(kāi)口朝向袋子拖出方向，當(dāng)拖出袋子時(shí)，吊環(huán)能夠自動(dòng)脫落。這減少了脫鉤的繁瑣操作，避免了人為誤操作導(dǎo)致袋子破損等問(wèn)題，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)與維護(hù)成本。

圖5 物料袋的懸掛和脫鉤

4.結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了一種大型飲料瓶罐回收中心，其物料倉(cāng)采用集裝箱，利用了集裝箱容積大、強(qiáng)度高、體重輕及其運(yùn)輸?shù)谋憷裕朔鹘y(tǒng)回收裝置性價(jià)比低，容量小，管理和維護(hù)成本高的缺陷。同時(shí)又兼具H-30飲料瓶回收機(jī)智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)。在基于互聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)的加持下，能夠有效地提升飲料瓶罐回收的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。