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基于安培力的金屬與非金屬自動分離垃圾箱
來源:本站整理  作者:佚名  2013-01-24 09:57:01

    摘要:傳統的利用磁力分離金屬與非金屬垃圾的方法存在難以分離出非導磁材料金屬垃圾的問題。為此,研究了非導磁性金屬垃圾的分類問題,提出了基于安培力的金屬和非金屬垃圾分類方法,以AT80C52單片機為控制器,設計了一種用于步行街的小型環保垃圾箱,能夠對行人隨手扔進的垃圾進行金屬和非金屬現場自動分類。介紹了該垃圾箱的組成結構及工作原理,并給出了詳細的電路控制系統設計方案。該垃圾箱具有設計制造成本低、使用方便、實用性強等特點。

    垃圾回收分類一直是一個難題。針對這一問題,很多專家利用金屬與非金屬物質導電率的不同,研制了渦電流分選機來處理金屬和非金屬垃圾的自動分類。但這一方案需將垃圾變成碎粒狀后才能進行分類,而且分選機結構復雜、投資大,只適用于大型垃圾處理站。現在市場上出現了利用電磁場將金屬從垃圾中吸出來的垃圾箱,但是只能分離出導磁性金屬垃圾,而生活中很多金屬垃圾都是非導磁材料,因此,這種垃圾箱還不完善。為了克服上述垃圾箱的不足,本文研究了非導磁性金屬垃圾的分類問題,提出了基于安培力(Ampere force)的金屬和非金屬垃圾分類方案,設計了一種步行街使用的小型環保垃圾箱,能夠對行人隨手扔進的垃圾進行金屬和非金屬現場自動分類。

 

1金屬垃圾材料特征分析

1.,易拉罐材料特性

    經過調查,步行街行人扔的垃圾主要以易拉罐或者金屬瓶類為主,因此,本文以易拉罐這一典型金屬垃圾作為研究對象。市場上常見飲料易拉罐的重量、材料和導磁率如表1所示。

 

從表1可見,市場上的飲料易拉罐多用鋁合金制作。鋁合金材料導磁率很低,傳統的用磁鐵將金屬和非金屬垃圾實現分離的方法難以適用。為了解決這一問題,本文將利用金屬垃圾的導電性特征,研究用安培力實現金屬和非金屬垃圾分離的方法。

 

1.2電磁線圈對易拉罐安培力的計算

    一般由電工純鐵制作的電磁鐵,可產生2.2 T的磁場強度,而市場上各種飲料的易拉罐長度一般是0.1 m,當金屬垃圾放在導電板上時,將被通上大約1A的電流,這里取電磁線圈可產生2T的電磁磁場,根據安培定律有:

 

    F=BIL                                 (1)

式中,F表示安培力大小,B表示電磁強度,L表示電流經過的導電體的距離,I表示電流大小。由式(1)可得,電磁線圈對易拉罐的安培力F的大小為0.2 N。由最大靜摩擦力計算公式有:

    f=Nμ                                 (2)

式中,f表示靜摩擦力大小,N表示正壓力,μ表示最大靜摩擦系數。查詢摩擦系數表可知,導電板和金屬易拉罐的摩擦系數為0.17,市場上易拉罐的重量大約是10-20 g,這里取12g,由式(2)可得,易拉罐在導電板上所受到的摩擦力為0.02 N。由式(1)、式(2)表明,在金屬易拉罐上產生的安培力遠大于摩擦力,可以將導電板上的易拉罐推人放金屬的垃圾桶里。

 

2垃圾箱的總體結構和工作原理

2.,總體結構

    垃圾箱的總體結構包括機械裝置和電路控制系統兩部分。圖1是環保垃圾箱的機械裝置結構圖,該裝置由支撐架機構、垃圾箱機構以及垃圾分類機構三部分組成。其中,垃圾分類機構由電磁鐵芯線圈、直流電動機和8塊導電板組成,垃圾箱機構由非金屬垃圾箱和金屬垃圾箱組成。電路控制系統如圖2所示,是整個環保垃圾箱的核心。它由電源電路、信號采集電路、信號控制電路、導電板控制電路、電動機轉動時間控制電路、電動機正反轉控制電路組成。本設計采用STC89C52單片機控制整個控制電路系統,此芯片是一種低功耗、高性能CMOS 8 bit微控制器。其P0口連接上拉電阻后與74HC573鎖存器連接,實現導電板控制電路的控制;P2.0口和P2.1口分別用于控制兩個鎖存器的鎖存端;Pi口和P2.2口實現信號采集電路所產生的信號接收和處理;P2.3口用于導電板控制電路的控制,進而實現對電動機正反轉控制電路的控制;P2.4口用于電源電路的常開開關的控制,進而實現對圖1中的電磁鐵芯線圈是否得電的控制(具體接口參見3.3節)。

 

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