（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，每年高達300萬t的PET瓶量消耗了超過1800萬t的石油，同時也造成了巨大的環(huán)境壓力[1]。我國的廢舊飲料瓶回收率其實并不低，但多數(shù)都是通過拾荒者和小作坊的形式進行回收，用工業(yè)強堿進行清洗后粉碎。不僅降低了塑料的品質(zhì)，使得其無法達到食品級并且在過程中對土壤和河流產(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中文多翻譯為自動退瓶機或者飲料瓶回收機），并致力于推動飲料瓶的押金制。使得飲料瓶能夠通過回收機進行高效清潔的可追蹤的回收，并大大提高了回收率。廢舊飲料瓶實現(xiàn)了資源的保級回收和重復利用，成為食品級塑料可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟示范之一。

受國外押金制模式的啟發(fā)，國內(nèi)不少專家學者和企業(yè)研究人員也對飲料瓶回收機進行了一定的探索。由北京盈創(chuàng)再生資源回收有限公司自主研發(fā)的飲料瓶回收機開創(chuàng)了國內(nèi)一級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投入物的飲料瓶回收機[2]；王瑁楠的基于條碼識別的飲料瓶回收裝置[3]；駱鵬等人的通過紅外激光確定飲料瓶直徑的飲料瓶回收機[4]；韋志剛的基于材料識別的飲料瓶回收器[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?。ǘ鄶?shù)在1000以內(nèi)的量級），不適用于大量的飲料瓶罐回收。比如周云菁等人設(shè)計和研發(fā)的公共場所飲料瓶自動回收裝置[6]，目標回收容量在300左右。面對大體量的飲料瓶回收需求時，整體運維成本較高，導致單個瓶子的回收代價高。目前國內(nèi)市場上缺少一款回收量大，性價比高的飲料瓶罐回收裝置。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計

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

它以H-30智能飲料瓶回收機作為前端的識別分選機。兩臺智能飲料瓶回收機可以協(xié)同工作，能夠有效地在高峰期實現(xiàn)分流，避免用戶的過長等待時間。獨特的導槽確保來自兩臺機器的瓶罐能夠及時準確地導入到飲料瓶罐傳輸機之中。飲料瓶罐傳輸機采用在螺旋輸送機內(nèi)壁加上的筋條結(jié)構(gòu)，在防止堵塞的同時，確保飲料瓶罐受到部分的擠壓和導向，能漸次地傳輸進入集裝箱內(nèi)的物料袋。導管的設(shè)計可以彌補飲料瓶罐傳輸機動力和高度的不足，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，達到較優(yōu)的容量。經(jīng)過實際測試，在標準的20尺海運集裝箱內(nèi)設(shè)置的物料袋，回收容量能夠達到20000～30000個飲料瓶罐。雨棚的設(shè)計，一方面提升了用戶的使用體驗，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 前端識別分選機

回收中心的前端識別分選機采用了兩套H-30的機頭，以提高高峰期的回收效率，縮短用戶等待時間，避免擁堵。前端分選機的結(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)檢測儀、光幕等功能模塊，使得其具備如下特點：

（1）自動傳輸。當瓶子進入機器，光學成像系統(tǒng)會即刻識別，并開始自動將飲料瓶傳輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

（2）自動讀取條碼。無需將條碼對準條碼槍，360°旋轉(zhuǎn)設(shè)備會自動旋轉(zhuǎn)飲料瓶并獲取條碼。

（3）防欺詐。全程實時監(jiān)控，高精度分辨放入物體是否是飲料瓶。

（4）多種傳感器復查。瞬時確認投入物體的重量和材質(zhì)，精準判別。

（5）安全防護。光學檢測，光柵陣列紅外LED燈檢測，多種傳感器確認，確保異物進入機器時，能有效及時停止運動機構(gòu)運行。

圖2 前端分選機（H-30機頭）

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

對終端用戶的吸引力：

（1）提供電子返利。提高用戶黏性，建立用戶忠誠度，更有效地進行大數(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)合實際生活；也有利于各個社會團體或機構(gòu)結(jié)合自身需求敦促垃圾分類回收行為。

（3）捐贈。可以將投瓶所得捐贈給公立愛心單位。

（4）附加價值。多媒體及機器機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

螺旋輸送機廣泛應(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。螺旋輸送機的工作原理是旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移而進行輸送，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的輸送筒對物料的摩擦阻力。現(xiàn)有的螺旋輸送機主要用于傳輸粉狀、粒狀、小塊狀物料（如水泥、粉煤灰、石灰、糧等），為減小物料對螺旋輸送機的輸送筒內(nèi)壁的磨損，輸送筒內(nèi)壁通常都是設(shè)置為光滑的。將這種螺旋輸送機用于擠壓和傳送飲料瓶罐時，當飲料瓶罐卡在螺旋輸送機的螺旋葉片外緣和輸送筒內(nèi)壁之間的間隙時，容易造成飲料瓶罐與螺旋葉片抱在一起旋轉(zhuǎn)，導致飲料瓶罐隨著螺旋葉片打轉(zhuǎn)而不前進，傳輸效率降低下，甚至會造成螺旋葉片卡死，導致螺旋輸送機無法正常工作。

為了解決這個技術(shù)問題，開發(fā)一款改進型螺旋輸送機作為回收中心的飲料瓶罐傳輸機。如圖3所示，它通過減速電機驅(qū)動鏈輪帶動螺旋葉片軸旋轉(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、沿輸送通道的長度方向轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸、設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸上的螺旋葉片及與旋轉(zhuǎn)軸傳動連接以驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動機構(gòu)。輸送筒上開設(shè)有進料口和出料口，進料口和出料口設(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，由于筋條沿旋轉(zhuǎn)軸的長度方向延伸，故筋條還可對卡在螺旋葉片外緣和輸送通道側(cè)壁之間的瓶罐起到導向作用，使瓶罐能夠沿著筋條前進。當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，傳輸機持續(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)動電機的三相電，使得它能夠適用于單相家用電的電網(wǎng)場合，降低了對安裝使用環(huán)境的要求。

3.3 物料袋

回收中心的物料袋如圖4所示。物料袋的袋體上開設(shè)有進料口和出料口，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，能夠有效加強袋體底部的強度，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。當上表面層和下表面層出現(xiàn)磨損時，工作人員能夠根據(jù)顏色快速識別袋體底面的上下表面的磨損程度，以便于及時采取相應(yīng)的處理措施，避免飲料瓶罐在轉(zhuǎn)運過程中出現(xiàn)掉漏的現(xiàn)象，提高飲料瓶罐轉(zhuǎn)運的效率。進料口最前端設(shè)計手動彈性抽緊繩，彈性收口用于固定進料口。袋身頂部四個角落各有1個吊環(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)運過程中的拉伸強度。出料口采用魔術(shù)貼設(shè)計，可重復使用袋子。

圖4 物料袋

3.4 物料袋懸掛和脫鉤設(shè)計

在飲料瓶罐回收中心中，物料袋需要懸掛起來，使內(nèi)部空間撐開形成空腔，有利于飲料瓶罐填充整個袋子。物料袋的懸掛和脫鉤設(shè)計如圖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)部撐開形成空腔。懸掛袋子時，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，繩索伸長縮短由手搖器控制。懸掛袋子前部吊環(huán)時，旋轉(zhuǎn)手搖桿，由于前部掛鉤的自身重力作用，繩索伸長，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，搖動搖柄，比較省力的使袋子懸掛起來。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，保持懸掛于4個掛鉤上。但是，當在前部掛鉤上的受力大于彈簧的拉力時，掛鉤的開口方向就會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，不需要手動去將袋子的吊環(huán)從掛鉤上取下來，在拖動的過程中就能夠自動脫落。尾部掛鉤的開口朝向袋子拖出方向，當拖出袋子時，吊環(huán)能夠自動脫落。這減少了脫鉤的繁瑣操作，避免了人為誤操作導致袋子破損等問題，大大降低了風險與維護成本。

圖5 物料袋的懸掛和脫鉤

4.結(jié)語

本文主要介紹了一種大型飲料瓶罐回收中心，其物料倉采用集裝箱，利用了集裝箱容積大、強度高、體重輕及其運輸?shù)谋憷?，克服傳統(tǒng)回收裝置性價比低，容量小，管理和維護成本高的缺陷。同時又兼具H-30飲料瓶回收機智能化、自動化的特點。在基于互聯(lián)網(wǎng)管理平臺的加持下，能夠有效地提升飲料瓶罐回收的社會價值和經(jīng)濟價值。