一种大型智能饮料瓶罐回收中心

（陶朗环保技术（厦门）有限公司，福建厦门 361006）

1.背景和意义

随着经济的发展，人们的需求日益增多，饮料瓶罐成为人们生活中不可或缺的一种商品。仅在我国，每年高达300万t的PET瓶量消耗了超过1800万t的石油，同时也造成了巨大的环境压力[1]。我国的废旧饮料瓶回收率其实并不低，但多数都是通过拾荒者和小作坊的形式进行回收，用工业强碱进行清洗后粉碎。不仅降低了塑料的品质，使得其无法达到食品级并且在过程中对土壤和河流产生了二次污染。在北欧，挪威的陶朗公司于1972年发明了RVM（reverse vending machine中文多翻译为自动退瓶机或者饮料瓶回收机），并致力于推动饮料瓶的押金制。使得饮料瓶能够通过回收机进行高效清洁的可追踪的回收，并大大提高了回收率。废旧饮料瓶实现了资源的保级回收和重复利用，成为食品级塑料可持续发展的循环经济示范之一。

受国外押金制模式的启发，国内不少专家学者和企业研究人员也对饮料瓶回收机进行了一定的探索。由北京盈创再生资源回收有限公司自主研发的饮料瓶回收机开创了国内一级回收体系智能化的先河，首例将物联网技术与再生资源回收体系相结合[1]。另有付深圳的基于超声波检测投入物的饮料瓶回收机[2]；王瑁楠的基于条码识别的饮料瓶回收装置[3]；骆鹏等人的通过红外激光确定饮料瓶直径的饮料瓶回收机[4]；韦志刚的基于材料识别的饮料瓶回收器[5]等。这些小型回收装置，为饮料瓶罐回收提供了便利，但小型回收装置的容量小（多数在1000以内的量级），不适用于大量的饮料瓶罐回收。比如周云菁等人设计和研发的公共场所饮料瓶自动回收装置[6]，目标回收容量在300左右。面对大体量的饮料瓶回收需求时，整体运维成本较高，导致单个瓶子的回收代价高。目前国内市场上缺少一款回收量大，性价比高的饮料瓶罐回收装置。

2.系统总体设计

图1为陶朗环保的智能饮料瓶罐回收中心的布局图。它主要由前端识别分选机、导槽、饮料瓶罐传输机、集装箱、雨棚、导管、物料袋等构成。

它以H-30智能饮料瓶回收机作为前端的识别分选机。两台智能饮料瓶回收机可以协同工作，能够有效地在高峰期实现分流，避免用户的过长等待时间。独特的导槽确保来自两台机器的瓶罐能够及时准确地导入到饮料瓶罐传输机之中。饮料瓶罐传输机采用在螺旋输送机内壁加上的筋条结构，在防止堵塞的同时，确保饮料瓶罐受到部分的挤压和导向，能渐次地传输进入集装箱内的物料袋。导管的设计可以弥补饮料瓶罐传输机动力和高度的不足，使得饮料瓶罐能够被推送到较高位置，从而充分填充物料袋的空间，达到较优的容量。经过实际测试，在标准的20尺海运集装箱内设置的物料袋，回收容量能够达到20000～30000个饮料瓶罐。雨棚的设计，一方面提升了用户的使用体验，也确保了用户的安全，提高设备的寿命。

图1 智能饮料瓶罐回收中心的布局图

3.主要模块介绍

3.1 前端识别分选机

回收中心的前端识别分选机采用了两套H-30的机头，以提高高峰期的回收效率，缩短用户等待时间，避免拥堵。前端分选机的结构如图2所示，它配备了嵌入式模块（带触摸屏）、形状识别模块、条码扫描仪、传送旋转模块、称重传感器、金属材质检测仪、光幕等功能模块，使得其具备如下特点：

（1）自动传输。当瓶子进入机器，光学成像系统会即刻识别，并开始自动将饮料瓶传输到指定位置。

（2）自动读取条码。无需将条码对准条码枪，360°旋转设备会自动旋转饮料瓶并获取条码。

（3）防欺诈。全程实时监控，高精度分辨放入物体是否是饮料瓶。

（4）多种传感器复查。瞬时确认投入物体的重量和材质，精准判别。

（5）安全防护。光学检测，光栅阵列红外LED灯检测，多种传感器确认，确保异物进入机器时，能有效及时停止运动机构运行。

图2 前端分选机（H-30机头）

它回收一次性(不可复灌)塑料饮料瓶和易拉罐速度达到了40个/min。安卓平台的嵌入和盈创远程管理系统的连接让它具备了很好的互联网特性和用户体验。提供微信公众号和APP应用程序，支持线上返利、积分及扩展商城；同时，支持优惠券及小票的打印功能，便于商超及学校、政府单位等有明确需求或活动的机构使用。此外，支持定位设备，无需排队等候，可就近选择机器投瓶返利。

对终端用户的吸引力：

（1）提供电子返利。提高用户黏性，建立用户忠诚度，更有效地进行大数据收集。

（2）提供优惠券返利。让投瓶返利变得更有趣，更结合实际生活；也有利于各个社会团体或机构结合自身需求敦促垃圾分类回收行为。

（3）捐赠。可以将投瓶所得捐赠给公立爱心单位。

（4）附加价值。多媒体及机器机身可提供多种的广告及宣传方式，也可以作为盈利的一种方式。

3.2 饮料瓶罐传输机

螺旋输送机广泛应用于各行业，如建材、化工、电力、冶金、煤炭、粮食等行业，但鲜有用于传输饮料瓶罐。螺旋输送机的工作原理是旋转的螺旋叶片将物料推移而进行输送，使物料不随螺旋叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机的输送筒对物料的摩擦阻力。现有的螺旋输送机主要用于传输粉状、粒状、小块状物料（如水泥、粉煤灰、石灰、粮等），为减小物料对螺旋输送机的输送筒内壁的磨损，输送筒内壁通常都是设置为光滑的。将这种螺旋输送机用于挤压和传送饮料瓶罐时，当饮料瓶罐卡在螺旋输送机的螺旋叶片外缘和输送筒内壁之间的间隙时，容易造成饮料瓶罐与螺旋叶片抱在一起旋转，导致饮料瓶罐随着螺旋叶片打转而不前进，传输效率降低下，甚至会造成螺旋叶片卡死，导致螺旋输送机无法正常工作。

为了解决这个技术问题，开发一款改进型螺旋输送机作为回收中心的饮料瓶罐传输机。如图3所示，它通过减速电机驱动链轮带动螺旋叶片轴旋转，利用螺旋叶片旋转传输饮料瓶罐。其内部具有输送筒、沿输送通道的长度方向转动的旋转轴、设于旋转轴上的螺旋叶片及与旋转轴传动连接以驱动旋转轴转动的驱动机构。输送筒上开设有进料口和出料口，进料口和出料口设置于输送通道两端。输送通道的侧壁上设有至少一条沿所述旋转轴长度方向延伸的筋条。筋条在输送通道的周向上能够阻挡卡在螺旋叶片外缘和输送通道侧壁之间的瓶罐，使瓶罐不随螺旋叶片打转，大大提高了输送效率，防止出现螺旋叶片卡死的现象。同时，由于筋条沿旋转轴的长度方向延伸，故筋条还可对卡在螺旋叶片外缘和输送通道侧壁之间的瓶罐起到导向作用，使瓶罐能够沿着筋条前进。当饮料瓶罐在物料袋中累积一定的数量，并且抵触到集装箱时，传输机持续的输出也能够形成一定的挤压。配合变频器的使用，将单相电转化成能驱动电机的三相电，使得它能够适用于单相家用电的电网场合，降低了对安装使用环境的要求。

3.3 物料袋

回收中心的物料袋如图4所示。物料袋的袋体上开设有进料口和出料口，袋体包括顶面、侧面和底面，侧面环设于顶面和底面之间以构成一容纳腔，底面包括上表面层、下表面层和至少一层中间层。袋体底面的这种多层结构设计，能够有效加强袋体底部的强度，且袋体底面的中间层的颜色与上表面层和下表面层的颜色均不同。当上表面层和下表面层出现磨损时，工作人员能够根据颜色快速识别袋体底面的上下表面的磨损程度，以便于及时采取相应的处理措施，避免饮料瓶罐在转运过程中出现掉漏的现象，提高饮料瓶罐转运的效率。进料口最前端设计手动弹性抽紧绳，弹性收口用于固定进料口。袋身顶部四个角落各有1个吊环，用于悬挂袋子。拖拉绑带采用周身三面贴合缝纫，用于保障转运过程中的拉伸强度。出料口采用魔术贴设计，可重复使用袋子。

图4 物料袋

3.4 物料袋悬挂和脱钩设计

在饮料瓶罐回收中心中，物料袋需要悬挂起来，使内部空间撑开形成空腔，有利于饮料瓶罐填充整个袋子。物料袋的悬挂和脱钩设计如图5所示。在集装箱内部四角均有设置挂钩，物料袋顶部四角设置的吊环分别悬挂于这些挂钩上，就使袋子内部撑开形成空腔。悬挂袋子时，袋子尾部吊环先悬挂于尾部挂钩，再将袋子前部吊环悬挂于前部挂钩。前部挂钩与金属绳索连接，悬挂于定滑轮上，绳索另一端连接于手摇器。手摇器具有自锁功能，绳索伸长缩短由手摇器控制。悬挂袋子前部吊环时，旋转手摇杆，由于前部挂钩的自身重力作用，绳索伸长，前部挂钩降低，再将袋子的前部吊环挂到前部挂钩上，挂上挂钩后，摇动摇柄，比较省力的使袋子悬挂起来。正常状态下前部钩挂弹簧的拉力大于的袋子重量，因此能够使袋子不受其他外力时，保持悬挂于4个挂钩上。但是，当在前部挂钩上的受力大于弹簧的拉力时，挂钩的开口方向就会改变使挂在上面的吊环滑落。因此袋子充满瓶子后，拖出袋子时，不需要手动去将袋子的吊环从挂钩上取下来，在拖动的过程中就能够自动脱落。尾部挂钩的开口朝向袋子拖出方向，当拖出袋子时，吊环能够自动脱落。这减少了脱钩的繁琐操作，避免了人为误操作导致袋子破损等问题，大大降低了风险与维护成本。

图5 物料袋的悬挂和脱钩

4.结语

本文主要介绍了一种大型饮料瓶罐回收中心，其物料仓采用集装箱，利用了集装箱容积大、强度高、体重轻及其运输的便利性，克服传统回收装置性价比低，容量小，管理和维护成本高的缺陷。同时又兼具H-30饮料瓶回收机智能化、自动化的特点。在基于互联网管理平台的加持下，能够有效地提升饮料瓶罐回收的社会价值和经济价值。