智能化廚房排水管道防堵塞設備

雷凱，譚業成，李攻搏，岳進峰(青島科技大學，山東 青島 266042)

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智能化廚房排水管道防堵塞設備

雷凱，譚業成，李攻搏，岳進峰
(青島科技大學，山東 青島 266042)

摘要：傳統的人工處理下水道堵塞的方法比較局限，處理過程十分困難，耗時耗力、浪費金錢；日常生活中，人們只能通過人工方式處理固體垃圾來達到防堵塞的目的。因此需研發一種可智能清理、控制、處理垃圾的防堵塞設備。為了達到廚房管道防堵塞、廚房垃圾便于處理的目的，智能化廚房排水管道防堵塞設備應運而生。

關鍵詞：智能化；廚房排水管道；堵塞

*獲獎情況：本文獲“首屆‘薩馳杯’智能科技創新大賽”三等獎。

編者按：2015年9月20日，首屆“薩馳杯”智能科技創新大賽決賽在蘇州大學敬賢堂成功舉辦。大賽由薩馳華辰機械（蘇州）有限公司主辦，中國石油和化工勘察設計協會橡膠塑料設計專業委員會、中國橡膠工業協會機械模具分會、《橡塑技術與裝備》雜志社、上海交通大學機械與動力工程學院、哈爾濱工業大學機電工程學院、東南大學機電工程學院、蘇州大學機電工程學院、青島科技大學、西門子工廠自動化工程有限公司及羅克韋爾自動化（中國）有限公司共同協辦。

為共同促進我國科技教育多元化，實現中國制造2025的中長期目標提供有力的支持，促進企業文化活躍橡塑行業科技文化事業發展。本刊將分期連續選登參賽作品，以供業內人士全方位、寬領域了解科技發展動態。

近年來我國大中型城市的居民區管道堵塞現象嚴重，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，還會影響管道的正常排水功能，造成生活不便。垃圾堵塞對人們的日常生活產生了不利影響，管道中的垃圾長時間堵塞會產生異味，污染室內空氣環境，危害人們的身體健康。鑒于上述原因，如何處理管道堵塞對人們生活造成的不良影響成了一個有待解決的問題。人工處理下水道堵塞的傳統方法比較局限，處理過程十分困難，且成本較高。通常的防堵塞網狀及U型管經常容易堵塞，而且沒有垃圾處理的功能。日常生活中人們只能通過人工方式處理污水中的固體垃圾來達到防堵塞的目的。

1　現金處理方法分析

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

1.1化學方法弊端

化學試劑容易造成環境污染，對家庭的空氣質量狀況造成不良影響，主要是化學反應會對人們的身心健康造成傷害。部分堵塞物質還不能除去，處理的不干凈、不徹底。試劑還容易腐蝕管道，造成管道破損，后果更不加設想，重則需要跟換新的管道。在處理的過程中，需要用清水沖洗，還造成了水資源的浪費。

1.2物理方法弊端

在處理的過程中，不能徹底的進行清除，許多雜物仍留在管道里，甚至較深的地方根本就無法清除，局限性比較大。如果處理不及時，還會造成污染物堵塞，時間長后發出異味，對家居的環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費時費力、效率不高、治標不治本。

1.3廚房垃圾處理機缺點

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

（2）垃圾處理機不能實現智能化控制，耗水，耗電，浪費資源。

（3）垃圾處理機噪音大，對居家生活影響較為嚴重，并且使用壽命低。

綜上所述，無論物理方法，還是化學方法都不能徹底解決廚房管道堵塞問題，耗費人力、物力、財力，處理不及時還會導致各類問題的發生，即使廚房垃圾處理機，也存在安全性的問題，我們需要從根本上解決管道堵塞問題，需要實現固液分離。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備。

2　裝置工作流程

具體處理過程如下：待處理污水由進水口4流入時，管道上的壓力傳感器檢測到有水流流入，將信號傳遞給單片機，此時電機運轉；污水流入到傳送帶2上，同時，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，污水經過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送，進入到垃圾處理區7；此時，下擋板處于封閉狀態，電機控制后滑塊5往復運轉。

此時，垃圾物在垃圾處理區積累，當積累到一定量時，觸動觸點開關6，將信號傳遞給單片機，此時控制舵機拉開卡扣，下擋板打開，垃圾從垃圾處理區掉落，重新開始新的循環過程，實現往復壓縮。當進一步檢測到無污水流入時，將信號傳遞給單片機，控制電機停止運轉，等待下一步命令，如圖1。

圖1　裝置簡圖

3　裝置創新點

3.1正弦機構和舵機配合

圖2　正弦機構示意圖

圖3　舵機裝置示意圖

該設備巧妙運用正弦機構，主動件曲柄的轉動帶動從動件前滑塊做往復運動，進而推動前推板以及下檔板向前運動，前推板負責擠壓垃圾，下檔板則擋住了垃圾的下落。前推板一直在做往復運動，而前進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三角形卡扣結構，下擋板便暫時不再返回。當前推板由于受到垃圾堆積物的阻礙，不再能夠前進時，滑塊上的輕觸開關便觸及到前推板，打開開關，進而控制舵機打開卡扣，下抽板抽回，垃圾掉下。實現了正弦機構與舵機的巧妙配合，如圖2、圖3所示。

3.2全自動智能化控制

本裝置采用單片機控制，實現了裝置自動化智能化運轉。基于霍爾元件的流量傳感器可以監測到廢水的流入，單片機檢測到流量傳感器的信號后開機，控制電機轉動，經同步帶傳動，帶動傳送帶運轉將垃圾傳送到壓縮裝置。與此同時，水流經過土工布被分離流走。垃圾到達壓縮槽后，正弦壓縮裝置轉動，帶動前推板向前移動，進而對垃圾進行壓縮。

如圖4，此圖為單片機最小系統。以最小系統為基礎進行垃圾自動處理控制部分的設計。控制部分部件共有 單片機最小系統、流量開關、繼電器、電機、壓縮信號輸入線、舵機。

當流量開關檢測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控制線，繼電器接通控制電機運轉，整個裝置開機。

當壓縮信號線相互接觸后，壓縮信號線輸出低電平給P2.7口，單片機檢測到低電平后輸出脈沖信號給舵機，舵機轉動打開卡扣。

因自動控制實現了裝置無需人員干涉的全自動運轉。

4　裝置實物圖

裝置實物如圖5、圖6所示。

圖4　單片機最小系統示意圖

圖5　裝置前視圖

圖6　裝置后視圖

5　裝置應用前景

通過使用本套裝置，可以徹底解決廚房管道堵塞問題，從根本上實現廢水與垃圾的分離，垃圾進行壓縮后還可以回收利用，增加了利用率。裝置前景廣闊，待研發投入市場。

（1）本裝置可簡便地在安裝家用水槽之下，成本低廉，體積小巧。

（2）本裝置結構簡單、工作穩定、使用壽命高、工作噪音低、清理效果顯著。

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

（4）由于廚房中的污染物對環境造成了巨大的威脅，本套裝置對于減輕廚房中垃圾物對家居環境產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題；符合國家節能減排的基本國情，具有較高的實用價值。因此本作品一旦開發成功，將具有廣闊的推廣空間和社會環保價值。

（R-03)

Intelligent kitchen drains clog-resistant equipment

中圖分類號：TP271

文章編號：1009-797X(2016)12-00117-03

文獻標識碼：B

DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.045

作者簡介：雷凱，男，就讀于青島科技大學。

收稿日期：2015-10-26