雷凱，譚業(yè)成，李攻搏，岳進(jìn)峰(青島科技大學(xué)，山東 青島 266042)

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智能化廚房排水管道防堵塞設(shè)備

雷凱，譚業(yè)成，李攻搏，岳進(jìn)峰
(青島科技大學(xué)，山東 青島 266042)

摘要：傳統(tǒng)的人工處理下水道堵塞的方法比較局限，處理過(guò)程十分困難，耗時(shí)耗力、浪費(fèi)金錢；日常生活中，人們只能通過(guò)人工方式處理固體垃圾來(lái)達(dá)到防堵塞的目的。因此需研發(fā)一種可智能清理、控制、處理垃圾的防堵塞設(shè)備。為了達(dá)到廚房管道防堵塞、廚房垃圾便于處理的目的，智能化廚房排水管道防堵塞設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：智能化；廚房排水管道；堵塞

*獲獎(jiǎng)情況：本文獲“首屆‘薩馳杯’智能科技創(chuàng)新大賽”三等獎(jiǎng)。

編者按：2015年9月20日，首屆“薩馳杯”智能科技創(chuàng)新大賽決賽在蘇州大學(xué)敬賢堂成功舉辦。大賽由薩馳華辰機(jī)械（蘇州）有限公司主辦，中國(guó)石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)橡膠塑料設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)機(jī)械模具分會(huì)、《橡塑技術(shù)與裝備》雜志社、上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、東南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院、青島科技大學(xué)、西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司及羅克韋爾自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司共同協(xié)辦。

為共同促進(jìn)我國(guó)科技教育多元化，實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025的中長(zhǎng)期目標(biāo)提供有力的支持，促進(jìn)企業(yè)文化活躍橡塑行業(yè)科技文化事業(yè)發(fā)展。本刊將分期連續(xù)選登參賽作品，以供業(yè)內(nèi)人士全方位、寬領(lǐng)域了解科技發(fā)展動(dòng)態(tài)。

近年來(lái)我國(guó)大中型城市的居民區(qū)管道堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其是廚房中的蔬菜葉、瓜果、剩菜剩飯的堵塞，垃圾不僅危害人們的身心健康，還會(huì)影響管道的正常排水功能，造成生活不便。垃圾堵塞對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生了不利影響，管道中的垃圾長(zhǎng)時(shí)間堵塞會(huì)產(chǎn)生異味，污染室內(nèi)空氣環(huán)境，危害人們的身體健康。鑒于上述原因，如何處理管道堵塞對(duì)人們生活造成的不良影響成了一個(gè)有待解決的問(wèn)題。人工處理下水道堵塞的傳統(tǒng)方法比較局限，處理過(guò)程十分困難，且成本較高。通常的防堵塞網(wǎng)狀及U型管經(jīng)常容易堵塞，而且沒有垃圾處理的功能。日常生活中人們只能通過(guò)人工方式處理污水中的固體垃圾來(lái)達(dá)到防堵塞的目的。

1　現(xiàn)金處理方法分析

通過(guò)調(diào)研分析，本組人員總結(jié)出目前廚房中管道防堵塞的方法包括化學(xué)法和物理法，還有一些采用垃圾處理機(jī)。其中物理方法包括U型管道和小型垃圾處理機(jī)，還有一小部分采用化學(xué)的方法。

1.1化學(xué)方法弊端

化學(xué)試劑容易造成環(huán)境污染，對(duì)家庭的空氣質(zhì)量狀況造成不良影響，主要是化學(xué)反應(yīng)會(huì)對(duì)人們的身心健康造成傷害。部分堵塞物質(zhì)還不能除去，處理的不干凈、不徹底。試劑還容易腐蝕管道，造成管道破損，后果更不加設(shè)想，重則需要跟換新的管道。在處理的過(guò)程中，需要用清水沖洗，還造成了水資源的浪費(fèi)。

1.2物理方法弊端

在處理的過(guò)程中，不能徹底的進(jìn)行清除，許多雜物仍留在管道里，甚至較深的地方根本就無(wú)法清除，局限性比較大。如果處理不及時(shí)，還會(huì)造成污染物堵塞，時(shí)間長(zhǎng)后發(fā)出異味，對(duì)家居的環(huán)境以及身心健康有不良影響。不僅如此，物理法處理管道堵塞還會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率不高、治標(biāo)不治本。

1.3廚房垃圾處理機(jī)缺點(diǎn)

（1）電機(jī)采用220 V電源，由于安裝位置較低，且長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中，容易造成漏電，安全不能得到有效的保障。

（2）垃圾處理機(jī)不能實(shí)現(xiàn)智能化控制，耗水，耗電，浪費(fèi)資源。

（3）垃圾處理機(jī)噪音大，對(duì)居家生活影響較為嚴(yán)重，并且使用壽命低。

綜上所述，無(wú)論物理方法，還是化學(xué)方法都不能徹底解決廚房管道堵塞問(wèn)題，耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力，處理不及時(shí)還會(huì)導(dǎo)致各類問(wèn)題的發(fā)生，即使廚房垃圾處理機(jī)，也存在安全性的問(wèn)題，我們需要從根本上解決管道堵塞問(wèn)題，需要實(shí)現(xiàn)固液分離。鑒于上述原因，本小組成員提出研制智能化廚房排水管道防堵塞設(shè)備。

2　裝置工作流程

具體處理過(guò)程如下：待處理污水由進(jìn)水口4流入時(shí)，管道上的壓力傳感器檢測(cè)到有水流流入，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，此時(shí)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；污水流入到傳送帶2上，同時(shí)，下水擋板3防止垃圾直接掉落，便于垃圾全部流入到傳送帶上，污水經(jīng)過(guò)傳送帶上的土工布材料1直接落下，而垃圾物隨著土工布一同運(yùn)送，進(jìn)入到垃圾處理區(qū)7；此時(shí)，下?lián)醢逄幱诜忾]狀態(tài)，電機(jī)控制后滑塊5往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

此時(shí)，垃圾物在垃圾處理區(qū)積累，當(dāng)積累到一定量時(shí)，觸動(dòng)觸點(diǎn)開關(guān)6，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，此時(shí)控制舵機(jī)拉開卡扣，下?lián)醢宕蜷_，垃圾從垃圾處理區(qū)掉落，重新開始新的循環(huán)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮。當(dāng)進(jìn)一步檢測(cè)到無(wú)污水流入時(shí)，將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，控制電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，等待下一步命令，如圖1。

圖1　裝置簡(jiǎn)圖

3　裝置創(chuàng)新點(diǎn)

3.1正弦機(jī)構(gòu)和舵機(jī)配合

圖2　正弦機(jī)構(gòu)示意圖

圖3　舵機(jī)裝置示意圖

該設(shè)備巧妙運(yùn)用正弦機(jī)構(gòu)，主動(dòng)件曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)件前滑塊做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)前推板以及下檔板向前運(yùn)動(dòng)，前推板負(fù)責(zé)擠壓垃圾，下檔板則擋住了垃圾的下落。前推板一直在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而前進(jìn)的距離與垃圾的堆積量成反比（L=k/d）。由于在下檔板安有一個(gè)三角形卡扣結(jié)構(gòu)，下?lián)醢灞銜簳r(shí)不再返回。當(dāng)前推板由于受到垃圾堆積物的阻礙，不再能夠前進(jìn)時(shí)，滑塊上的輕觸開關(guān)便觸及到前推板，打開開關(guān)，進(jìn)而控制舵機(jī)打開卡扣，下抽板抽回，垃圾掉下。實(shí)現(xiàn)了正弦機(jī)構(gòu)與舵機(jī)的巧妙配合，如圖2、圖3所示。

3.2全自動(dòng)智能化控制

本裝置采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了裝置自動(dòng)化智能化運(yùn)轉(zhuǎn)?；诨魻栐牧髁總鞲衅骺梢员O(jiān)測(cè)到廢水的流入，單片機(jī)檢測(cè)到流量傳感器的信號(hào)后開機(jī)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)同步帶傳動(dòng)，帶動(dòng)傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)將垃圾傳送到壓縮裝置。與此同時(shí)，水流經(jīng)過(guò)土工布被分離流走。垃圾到達(dá)壓縮槽后，正弦壓縮裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)前推板向前移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)垃圾進(jìn)行壓縮。

如圖4，此圖為單片機(jī)最小系統(tǒng)。以最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行垃圾自動(dòng)處理控制部分的設(shè)計(jì)?？刂撇糠植考灿?單片機(jī)最小系統(tǒng)、流量開關(guān)、繼電器、電機(jī)、壓縮信號(hào)輸入線、舵機(jī)。

當(dāng)流量開關(guān)檢測(cè)到水流后輸出高電平給P1.0口，該IO口接受到高電平后輸出高電平給繼電器信號(hào)控制線，繼電器接通控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)裝置開機(jī)。

當(dāng)壓縮信號(hào)線相互接觸后，壓縮信號(hào)線輸出低電平給P2.7口，單片機(jī)檢測(cè)到低電平后輸出脈沖信號(hào)給舵機(jī)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)打開卡扣。

因自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了裝置無(wú)需人員干涉的全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

4　裝置實(shí)物圖

裝置實(shí)物如圖5、圖6所示。

圖4　單片機(jī)最小系統(tǒng)示意圖

圖5　裝置前視圖

圖6　裝置后視圖

5　裝置應(yīng)用前景

通過(guò)使用本套裝置，可以徹底解決廚房管道堵塞問(wèn)題，從根本上實(shí)現(xiàn)廢水與垃圾的分離，垃圾進(jìn)行壓縮后還可以回收利用，增加了利用率。裝置前景廣闊，待研發(fā)投入市場(chǎng)。

（1）本裝置可簡(jiǎn)便地在安裝家用水槽之下，成本低廉，體積小巧。

（2）本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、使用壽命高、工作噪音低、清理效果顯著。

（3）本裝置廣泛應(yīng)用于普通家庭、餐館的廚房之中，工作過(guò)程中可完全忽略清理水槽的過(guò)程，大大提高了工作效率，并且可以將分離的垃圾變?yōu)槿剂?，產(chǎn)生次生利益。

（4）由于廚房中的污染物對(duì)環(huán)境造成了巨大的威脅，本套裝置對(duì)于減輕廚房中垃圾物對(duì)家居環(huán)境產(chǎn)生的危害有重要的作用，而且徹底解決了日常下水管道的堵塞問(wèn)題；符合國(guó)家節(jié)能減排的基本國(guó)情，具有較高的實(shí)用價(jià)值。因此本作品一旦開發(fā)成功，將具有廣闊的推廣空間和社會(huì)環(huán)保價(jià)值。

（R-03)

Intelligent kitchen drains clog-resistant equipment

中圖分類號(hào)：TP271

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-00117-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.045

作者簡(jiǎn)介：雷凱，男，就讀于青島科技大學(xué)。

收稿日期：2015-10-26