CN120481125A - 一种多机构协同的塑料废弃物回收设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多机构协同的塑料废弃物回收设备及方法，涉及废弃物处理设备技术领域，该设备包括回收箱、粉碎机构、分离机构和清理组件；粉碎机构包括外壳、电机、皮带轮和粉碎辊；分离机构包括收集罩、分离孔、输送管、收集箱和负压风机；清理组件包括连接杆和清洁杆，清洁杆与收集罩内壁接触。本方法包括物料智能识别、动态可调粉碎、多级分离收集和自动化清理维护四个步骤。本发明通过粉碎机构、分离机构和清理组件的协同配合，实现了塑料颗粒的高效分离；通过自动清理机制防止杂质堆积；通过动力复用降低能耗；并通过多级智能控制提高了设备的自动化水平和适应性，有效解决了现有技术中分离效率低和维护困难的问题。

Description

一种多机构协同的塑料废弃物回收设备及方法

技术领域

本发明涉及废弃物处理设备技术领域，具体涉及一种多机构协同的塑料废弃物回收设备及方法。

背景技术

在当今社会，随着人们生活水平的提高和工业化进程的加速，塑料制品因具备质轻、耐用、成本低等特性，被广泛应用于包装、建筑、电子等多个领域。然而，塑料制品使用量的不断攀升，也导致塑料废弃物的产生量呈爆发式增长。据相关统计，全球每年产生的塑料废弃物高达数亿吨，而这些废弃物若无法得到妥善处理，将会带来严重的环境与生态问题。

为了解决塑料废弃物带来的环境问题，各国都在积极推动塑料回收利用，塑料回收设备在此过程中扮演着至关重要的角色。目前，市场上的塑料废弃物回收设备主要包括粉碎机、挤出机、分选机等，这些设备通常能够实现塑料废弃物的基础处理，但仍存在多方面的技术缺陷。

首先，现有技术中的回收设备在粉碎的过程中缺乏高效的分离手段。传统的粉碎设备往往只关注塑料的破碎过程，缺少对粉碎后颗粒的有效分离功能，导致不同规格、不同材质的塑料颗粒混杂在一起，难以进行精准分离。这种情况不仅降低了回收塑料的品质，也增加了后续加工环节的难度与成本。

其次，在分离过程中，过滤装置表面容易残留杂质，且现有设备普遍缺乏便捷高效的清理结构。随着使用时间的延长，过滤装置表面逐渐积累的杂质会阻塞过滤孔，降低分离效率，甚至导致整个系统无法正常运行。而传统设备通常需要停机手动清理，这不仅增加了人工成本，还降低了设备的连续工作能力。

此外，现有塑料回收设备各功能模块之间缺乏有效的协同机制，往往是各部分独立运行，难以形成闭环处理系统。粉碎、分离、清理等环节相互割裂，未能实现动力和控制的统一协调，导致整体处理效率低下，能源消耗增加。

上述技术问题的存在，不仅降低了塑料回收设备的处理效率，缩短了设备的使用寿命，还增加了设备的运行成本和维护难度，无法满足日益增长的塑料废弃物处理需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多机构协同的塑料废弃物回收设备及方法，能够实现高效分离、自动清理且各部分协同工作。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，包括回收箱，所述回收箱的内腔设置有粉碎机构，所述回收箱的底部连通有分离机构和清理组件，所述分离机构包括收集罩、输送管、收集箱和负压风机，所述收集罩的一侧与回收箱连通，所述收集罩的内腔开设有分离孔，所述输送管的一端与收集罩连通，另一端与收集箱连通，所述负压风机与收集箱连通，所述清理组件包括连接杆和清洁杆，所述连接杆的一端与回收箱活动连接，另一端连接有清洁杆，所述清洁杆与收集罩内壁接触。

进一步地：所述粉碎机构包括外壳，所述外壳的一侧与回收箱固定连接，所述外壳的另一侧设置有电机，所述电机的输出端连接有第二皮带轮，所述连接杆的一端固定连接有第一皮带轮，所述第二皮带轮通过皮带与第一皮带轮传动连接。

进一步地：所述粉碎机构还包括第一转杆和第二转杆，所述第一转杆的一端与第二皮带轮连接，另一端贯穿外壳并延伸至回收箱的内腔，所述第一转杆的表面设置有第一齿轮，所述第一转杆远离第一齿轮的一端设置有第一粉碎辊，所述第二转杆的表面设置有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二转杆的一端贯穿至回收箱的内腔，所述第二转杆的一端设置有第二粉碎辊。第一转杆、第二转杆、齿轮传动系统以及粉碎辊的配置，这些部件协同工作实现塑料废弃物的粉碎功能。

进一步地：所述外壳设置有所述电机的一侧还设置有固定架，所述固定架与所述电机固定连接。固定架与电机连接的结构，增强电机安装的稳固性。

进一步地：所述回收箱底部设置有支柱，所述支柱的底部设置有垫块。支柱和垫块的结构，提高设备的稳定性。

进一步地：所述收集箱的一侧设置有底板，所述底板与支柱固定连接。底板与支柱连接的结构，使设备整体结构更加紧凑合理。

进一步地：所述回收箱的底部连通有排料斗，所述排料斗为倾斜结构。利用重力作用使粉碎后的物料能够顺利排出。

进一步地：所述收集箱的表面通过铰链铰接有盖板，所述盖板表面的一侧设置有拉杆。方便对收集箱内的塑料颗粒进行清理。

本发明还提供一种应用于上述多机构协同的塑料废弃物回收设备的塑料废弃物回收方法，包括以下步骤：

S1：物料预处理与智能识别：通过高光谱成像传感器对塑料废弃物进行扫描，利用AI算法识别塑料类型及杂质，根据识别结果生成对应的粉碎参数和分离策略；

S2：动态可调的粉碎过程：根据物料硬度调节电机转速，通过扭矩传感器实时监测传动负载，自动调整电机扭矩输出和清洁杆的旋转频率；

S3：多级智能分离与分类收集：通过控制负压风机的启停实现不同阶段产物的分类收集，包括启动风机收集细颗粒和停止风机排出粗颗粒的循环过程；

S4：自动化清理与系统维护：通过内壁粉尘传感器触发清洁程序，驱动清洁杆旋转清理收集罩内壁，保证分离孔的畅通。

进一步地：所述步骤S1中，高光谱传感器对塑料表面反射光谱进行采样，获取400-2500nm波段上的光谱特征向量，并通过基于卷积注意力机制的改进型谱图识别网络进行处理。

进一步地：所述步骤S2中，电机为变频伺服电机，其转速范围为500-1500r/min，通过控制系统根据物料硬度自动调节。

进一步地：所述步骤S3中，负压风机的启停分为两个阶段：阶段1为风机启动，收集小于5mm细颗粒，持续3分钟；阶段2为风机停机，排出大于5mm粗颗粒，持续2分钟；两个阶段循环运行。

相对现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、本发明通过粉碎机构、分离机构和清理组件的协同配合，形成了一个完整的塑料废弃物回收处理系统。其中，负压风机产生的负压环境与收集罩上的分离孔相互配合，使小于分离孔孔径的塑料颗粒进入输送管并最终收集到收集箱中，而大于分离孔孔径的碎片则通过排料斗排出，实现了对粉碎后塑料颗粒的高效分离，确保进入后续处理环节的塑料颗粒规格统一，提高了回收质量和再利用价值，有效解决了现有技术中回收设备缺乏高效分离手段的问题。

二、本发明的清理组件中，清洁杆与收集罩内壁接触并持续刮擦清理，防止塑料颗粒等杂质在收集罩内壁堆积，保证分离孔的畅通，维持分离机构的高效运行。这种自动清理的方式减少了人工维护频率，延长了设备使用寿命，降低了设备维护成本，有效解决了现有技术中过滤罩表面易残留杂质且缺乏清理结构的问题。

三、本发明巧妙利用皮带传动系统，使电机的动力同时驱动粉碎机构和清理组件，实现了动力的复用，减少了动力装置数量，降低了设备成本与能耗，同时简化了整体结构布局，使设备更加紧凑高效。

四、本发明的回收方法中，通过高光谱成像传感器和AI算法实现了对物料的智能识别，并据此动态调整粉碎参数和分离策略，提高了设备对不同塑料类型的适应性和处理效率。同时，多级智能分离与分类收集的时序策略，以及基于传感器触发的自动化清理程序，进一步提升了系统的自动化水平和运行稳定性。

附图说明

图1为一种多机构协同的塑料废弃物回收设备的立体图；

图2为一种多机构协同的塑料废弃物回收设备的侧视立体图；

图3为一种多机构协同的塑料废弃物回收设备中粉碎机构的立体图；

图4为一种多机构协同的塑料废弃物回收设备中图3的A处放大图；

图5为一种多机构协同的塑料废弃物回收设备中外壳的剖切图；

图6为一种多机构协同的塑料废弃物回收方法流程图示意图；

图中：

1、回收箱；2、粉碎机构；201、外壳；202、电机；203、第二皮带轮；204、第一转杆；205、第一齿轮；206、第一粉碎辊；207、第二转杆；208、第二粉碎辊；3、分离机构；301、收集罩；302、分离孔；303、输送管；304、收集箱；305、负压风机；4、清理组件；401、连接杆；402、第一皮带轮；403、清洁杆；5、固定架；6、支柱；7、底板；8、排料斗；9、盖板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，包括回收箱1，回收箱1的内腔设置有粉碎机构2，回收箱1的底部连通有分离机构3和清理组件4。

分离机构3包括收集罩301、输送管303、收集箱304和负压风机305，收集罩301的一侧与回收箱1连通，收集罩301的内腔开设有分离孔302，输送管303的一端与收集罩301连通，另一端与收集箱304连通，负压风机305与收集箱304连通。收集罩301主要用于接收从回收箱1内粉碎后的塑料颗粒，当负压风机305启动后，在收集罩301、输送管303和收集箱304内形成负压环境，粉碎后的塑料颗粒在负压吸力作用下，将小于分离孔302孔径的颗粒通过分离孔302进入输送管303，并最终被收集到收集箱304内，而大于分离孔302孔径的碎片则留在回收箱1内通过排料斗8排出，实现了对粉碎后的塑料颗粒进行分离的目的。

清理组件4包括连接杆401和清洁杆403，连接杆401的一端与回收箱1活动连接，另一端连接有清洁杆403，清洁杆403与收集罩301内壁接触。清洁杆403对收集罩301内壁进行持续刮擦清理，防止塑料颗粒等杂质在收集罩301内壁堆积，保证分离孔302的畅通，维持分离机构3的高效运行，减少因杂质堆积导致的设备故障和维护频率。

在本发明的一个实施例中，粉碎机构2包括外壳201，外壳201的一侧与回收箱1固定连接，外壳201的一侧设置有电机202，电机202的输出端连接有第二皮带轮203，连接杆401的一端固定连接有第一皮带轮402，第二皮带轮203通过皮带与第一皮带轮402传动连接。这种结构设计实现了动力的巧妙复用，减少动力装置数量，降低设备成本与能耗，同时简化整体结构布局。

进一步地，粉碎机构2还包括第一转杆204和第二转杆207，第一转杆204的一端与第二皮带轮203连接，另一端贯穿外壳201并延伸至回收箱1的内腔，第一转杆204的表面设置有第一齿轮205，第一转杆204远离第一齿轮205的一端设置有第一粉碎辊206，第二转杆207的表面设置有与第一齿轮205啮合的第二齿轮，第二转杆207的一端贯穿至回收箱1的内腔，第二转杆207的一端设置有第二粉碎辊208。第一粉碎辊206和第二粉碎辊208，在电机202驱动及齿轮啮合作用下，通过挤压和剪切的方式，能够将塑料废弃物进行充分粉碎。

在本发明的一个实施例中，外壳201的一侧设置有固定架5，固定架5的一侧与电机202固定连接。固定架5能够有效分散电机202运行时产生的振动，增强电机202安装的稳固性。

在本发明的一个实施例中，回收箱1底部设置有支柱6，支柱6的底部设置有垫块。支柱6和底部的垫块，将回收箱1抬高并分散设备重力，使设备与地面接触面积增大，增强了设备的抗倾斜与抗晃动能力。

在本发明的一个实施例中，收集箱304的一侧设置有底板7，底板7与支柱6固定连接。底板7与支柱6连接，将收集箱304与回收箱1底部的支撑结构相结合，使设备整体结构更加紧凑合理。

在本发明的一个实施例中，回收箱1的底部连通有排料斗8，排料斗8为倾斜结构。排料斗8利用重力作用，使粉碎后的物料能够快速、顺利地排出回收箱1，有效避免了物料在回收箱1内残留堆积，防止物料堵塞影响粉碎机构2正常运行。

在本发明的一个实施例中，收集箱304的表面通过铰链铰接有盖板9，盖板9表面的一侧设置有拉杆。通过拉杆可轻松开启和关闭盖板9，方便对收集箱304内的塑料颗粒进行清理。

本发明的工作原理为：将塑料废弃物投入回收箱1内，通过启动电机202，电机202带动第二皮带轮203转动，由于第二皮带轮203通过皮带与第一皮带轮402传动连接，所以在电机202带动第二皮带轮203转动的同时，也驱动了第一皮带轮402转动，实现了动力的复用。第二皮带轮203带动第一转杆204转动，第一转杆204表面的第一齿轮205与第二转杆207上的第二齿轮啮合，使得第一转杆204和第二转杆207以不同转速旋转，进而带动第一粉碎辊206和第二粉碎辊208通过挤压和剪切的方式，将回收箱1内的塑料废弃物进行充分的粉碎处理。

粉碎后的塑料颗粒在自身重力作用下，向回收箱1底部移动，此时启动负压风机305，在收集罩301、输送管303和收集箱304内形成负压环境，粉碎后的塑料颗粒在负压吸力作用下，小于收集罩301内腔分离孔302孔径的颗粒通过分离孔302进入输送管303，随后被输送至收集箱304内进行收集，而大于分离孔302孔径的碎片则留在回收箱1内，最终通过排料斗8排出，这种分离方式能够精准地将不同粒径的塑料颗粒进行分离。

连接杆401因第一皮带轮402的转动而旋转，清洁杆403随之转动，对收集罩301内壁进行持续刮擦清理，能够防止塑料颗粒等杂质在收集罩301内壁堆积，保证分离孔302的畅通，维持分离机构3的高效运行，减少因杂质堆积导致的设备故障和维护频率。

在实际应用中，本发明还提供一种多机构协同的塑料废弃物回收方法，包括以下步骤：

S1：物料预处理与智能识别：塑料废弃物通过传送带输送至回收箱1的进料口，进料口上方安装高光谱成像传感器，对物料表面进行扫描，通过AI算法识别塑料类型（如PET、PE、PP等）及杂质（金属等）。高光谱传感器对塑料表面反射光谱进行高维采样，获取物料在400-2500nm波段上的光谱特征向量，并传入基于卷积注意力机制的改进型谱图识别网络。该网络引入谱域残差块对关键谱段进行加权重构，强化材质区分能力。识别结果将被输入至物料特性映射函数中，用于联动控制系统生成对应的粉碎与分离策略。

S2：动态可调的粉碎过程：电机设置为变频伺服电机，控制系统根据物料硬度（由识别结果关联）调节电机202转速（范围：500-1500r/min）。第一皮带轮402与第二皮带轮203之间设置扭矩传感器，实时监测传动负载。若负载超过阈值，控制系统自动增大电机202扭矩输出，同时调整清洁杆403的旋转频率，通过变频器调节连接杆401转速，避免皮带打滑。

S3：多级智能分离与分类收集：通过启停风机实现不同阶段产物的分类，阶段1（粗粉碎）：风机启动，收集小于5mm细颗粒至收集箱304（持续3分钟）；阶段2（精粉碎）：风机停机，仅通过排料斗8排出大于5mm粗颗粒（持续2分钟）。循环逻辑：阶段1→阶段2→阶段1，往复运行直至手动停机，实现粗细颗粒的时序分离。

S4：自动化清理与系统维护：清洁杆403的刮擦频率由内壁粉尘传感器触发，当收集罩301内壁粉尘浓度超过阈值（如50mg/m³）时，控制系统启动清洁程序，驱动连接杆401以10r/min转速往复旋转3分钟，清理后自动停止。清洁杆403材质设置为导电橡胶，内置微型振动模块，在刮擦时同步振动，增强对粘附颗粒的清除效果，同时避免静电吸附。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，包括回收箱，所述回收箱的内腔设置有粉碎机构，所述回收箱的底部连通有分离机构和清理组件，所述分离机构包括收集罩、输送管、收集箱和负压风机，所述收集罩的一侧与回收箱连通，所述收集罩的内腔开设有分离孔，所述输送管的一端与收集罩连通，另一端与收集箱连通，所述负压风机与收集箱连通，所述清理组件包括连接杆和清洁杆，所述连接杆的一端与回收箱活动连接，另一端连接有清洁杆，所述清洁杆与收集罩内壁接触。

2.根据权利要求1所述的一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，所述粉碎机构包括外壳，所述外壳的一侧与回收箱固定连接，所述外壳的另一侧设置有电机，所述电机的输出端连接有第二皮带轮，所述连接杆的一端固定连接有第一皮带轮，所述第二皮带轮通过皮带与第一皮带轮传动连接；所述外壳设置有所述电机的一侧还设置有固定架，所述固定架与所述电机固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，所述粉碎机构还包括第一转杆和第二转杆，所述第一转杆的一端与第二皮带轮连接，另一端贯穿外壳并延伸至回收箱的内腔，所述第一转杆的表面设置有第一齿轮，所述第一转杆远离第一齿轮的一端设置有第一粉碎辊，所述第二转杆的表面设置有与第一齿轮啮合的第二齿轮，所述第二转杆的一端贯穿至回收箱的内腔，所述第二转杆的一端设置有第二粉碎辊。

4.根据权利要求1所述的一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，所述回收箱底部设置有支柱，所述支柱的底部设置有垫块；所述收集箱的一侧设置有底板，所述底板与支柱固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，所述回收箱的底部连通有排料斗，所述排料斗为倾斜结构。

6.根据权利要求1所述的一种多机构协同的塑料废弃物回收设备，其特征在于，所述收集箱的表面通过铰链铰接有盖板，所述盖板表面的一侧设置有拉杆。

7.一种应用于权利要求1-6中任一项所述多机构协同的塑料废弃物回收设备的塑料废弃物回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：物料预处理与智能识别：通过高光谱成像传感器对塑料废弃物进行扫描，利用AI算法识别塑料类型及杂质，根据识别结果生成对应的粉碎参数和分离策略；

S2：动态可调的粉碎过程：根据物料硬度调节电机转速，通过扭矩传感器实时监测传动负载，自动调整电机扭矩输出和清洁杆的旋转频率；

S3：多级智能分离与分类收集：通过控制负压风机的启停实现不同阶段产物的分类收集，包括启动风机收集细颗粒和停止风机排出粗颗粒的循环过程；

S4：自动化清理与系统维护：通过内壁粉尘传感器触发清洁程序，驱动清洁杆旋转清理收集罩内壁，保证分离孔的畅通。

8.根据权利要求7所述的一种塑料废弃物回收方法，其特征在于，所述步骤S1中，高光谱传感器对塑料表面反射光谱进行采样，获取400-2500nm波段上的光谱特征向量，并通过基于卷积注意力机制的改进型谱图识别网络进行处理。

9.根据权利要求7所述的一种塑料废弃物回收方法，其特征在于，所述步骤S2中，电机为变频伺服电机，其转速范围为500-1500r/min，通过控制系统根据物料硬度自动调节。

10.根据权利要求7所述的一种塑料废弃物回收方法，其特征在于，所述步骤S3中，负压风机的启停分为两个阶段：阶段1为风机启动，收集小于5mm细颗粒，持续3分钟；阶段2为风机停机，排出大于5mm粗颗粒，持续2分钟；两个阶段循环运行。