破袋率实验材料：家用餐厨35×45mm垃圾袋，内装100克左右的大米，模仿湿垃圾（图13）。
（1）垃圾袋 （2）袋内放置大米 （3）模拟湿垃圾袋 图13实验材料在最初的设计方案里，我采用了滑动刀片（图14）的方式来破袋。锋利的美工刀片在碰到不平整的塑料袋时，表现出了破袋不连续、容易钩住垃圾袋或者根本破不开袋子的情况（图15），当垃圾袋内有硬物时刀片还会受阻而卡住。通过反复尝试和调整，破袋效率还是很差，最终不得不放弃。
图14 滑动式刀片 图15 无法有效破袋 3.5.2破袋刀片的改进
1）为了获得最佳破袋效果，我们查阅了和刀片相关的一些文献，发现圆形刀片[6.7] ，切割效率更高，同时具有低能耗和刀片不易变钝等优点。
2）因此我们重新设计了破袋装置，采用马达驱动单片圆形刀片（图16）来破袋。实验发现,圆形刀片确实能轻易地破开垃圾袋，但新的问题随之出现。装了湿垃圾的垃圾袋体型呈圆形，在单刀片破袋时，垃圾袋常常会被带偏，同时破袋面比较小，湿垃圾无法彻底漏出（图17）。
图16 圆形单刀片 图17 破袋口偏小3）经过多次尝试，认为圆形刀片具有切割效率高、功耗较低，同时刀刃不易变钝、易于维护等优势。所以最终选择了直径为76mm的“力锋牌”圆形刀片（图18），当刀片在马达的驱动下高速旋转时，能轻易破开常见的不同厚度的塑料袋。
（1）“力锋牌”圆形刀片 （2）组装后的刀片图18 破袋刀片组 4）为了达到机器机构简单易于维护的要求，通过反复尝试，最终选择了双刀片反向旋转的设计方案。通过两片圆形刀片并排，同时由内向外旋转切割的方式实现破袋。经过多次实验，确认破袋效果较好（图19），方案可行。
（1） 圆形双刀片组 （2）垃圾袋底部几乎完全破开 图19 圆形双刀片破袋效果
5）为了安全和卫生，我们制作了一个防护罩将刀片靠近使用者的一面保护起来，避免误伤和垃圾飞溅出来（图20）。
1）当翻板回复初始水平位置时，无论垃圾袋有多大，都能确保底部接触破袋刀片。
2）超声波传感器未检测到垃圾袋时，马达会维持翻板在初始水平位置，不下落。当超声波传感器探测到垃圾袋时，翻板会上翻30度，起到夹紧垃圾袋的作用，破袋后翻板下翻，使湿垃圾滑入湿垃圾桶内。
3）程序通过智能马达控制翻转角度，达到一定角度时系统默认到位，反馈主控器进行下一动作。
实际测试时发现垃圾袋较轻时，刀片很难破袋，因此设计翻板上翻，产生一个夹板的作用，把垃圾袋抵在刀片上，确保破袋的有效性。
3.7自动翻杆
为了能让垃圾袋固定，我们在翻杆上安装了一个钉钩，如果使用手提式垃圾袋则直接挂于钉钩上，如果使用平口垃圾袋，则可以将垃圾袋钉在钉钩上。破袋后，通过马达驱动翻杆向前翻转，将垃圾袋投入前方干垃圾桶。经过多次试验，翻杆翻转到150度时，垃圾袋均能顺利掉落至干垃圾桶内（图22）。
（1）钉钩（2）翻转后的翻杆表1. 常见塑料袋破袋的时间记录：
垃圾袋类型 | 厚度(mm) | 破袋用时（s） | 破袋情况 |
平口式垃圾袋 | 0.0065 | 1 | 完全破袋 |
手提式塑料袋A | 0.025 | 3 | 完全破袋 |
手提式塑料袋B | 0.03 | 3.5 | 完全破袋 |
通过以上实验对比，同时考虑到马达带动刀片旋转有一个加速的过程，因此，在设计自动程序时，我们将刀片旋转切割的时间设定为4秒。
4. 结论与创新点
4.1结论上述湿垃圾破袋分拣装置的设计和制作主要集中在样机的设计和搭建，由于市场上还不能买到相关金属部件进行制作，因此我们采用国际机器人VEX-IQ比赛教具替代，以便更直观展现出装置的结构及工作过程。湿垃圾破袋分拣装置运行过程为全自动，无需手动操作，避免弄脏手。圆形双刀片组破袋效率高，节省时间。装置能自动将湿垃圾和垃圾袋投入对应垃圾桶。我们经过多次实验，成功制成湿垃圾破袋分拣装置。
4.2 创新点
1. 使用超声波自动检测垃圾袋，无需手动操作。
2. 利用EASY C编程软件实现过程全自动。
3. 使用圆形双刀片组破袋，大大提高了破袋效率，同时刀片不易变钝易于维护。
4. 设置翻板及翻杆，使垃圾袋和湿垃圾自动分开投放。
5. 全自动破袋，手不接触湿垃圾，不易脏手。
4.3 后续改进及展望
1. 湿垃圾破袋分拣装置采用了VEX-IQ教具，结构并不牢固，实际运用中改为金属板材折弯冲型，焊接连接能大大提高牢固和耐用性。
2. 刀片属于损耗件，更换频率较高，后续要针对刀片安装和更换的简便性做改进。
3. 今后可以给破袋分拣装置添加称重和联网功能，使全市的湿垃圾清运效率进一步提高。
4. 接下来，我们准备将湿垃圾破袋分拣装置制作成正式的金属版本，并装在小区垃圾房内进行实地测试，根据居民使用的反馈，对它做进一步改进。
5. 破袋速度以及程序运转流畅度可以继续提高以满足垃圾房在高峰时期对湿垃圾进行破袋分拣的效率。
后续工作将集中在湿垃圾破袋分拣装置制作的改进，这样可以落实我们的设计用于现场测试，有助于我们进一步完善和改进湿垃圾破袋器，从而帮助本市居民更方便地进行垃圾分类工作。
参考文献
[1]上海市第十五届人民代表大会第二次会议主席团. 上海市生活垃圾管理条例[Z].2019,01,31:第四条.
[2]王雪雁，贺敬良，郝南海. VEX IQ机器人从新手到高手：搭建、编程与竞赛[M].化学工业出版社,2019,07.
[3]张萍. 超声波传感器的原理及应用[J].考试周刊,2011,62：157-158.
[4]生利英. 超声波检测技术[M]. 化学工业出版社,2014,09.
[5]陈爱平,张韵风,侯欣芸.齿轮的功用及加工[M].机械工业出版社,2010,06.
[6]郭艳. 盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响[J] .吉林农业大学学报,2003,01
[7]赵新军，马德懿. 圆弧型刀片盘刀式切碎器功率消耗的试验研究[J] . 粮油加工与食品机械,1994,(4): 18-19.
[8]李柯景. Easy X在C语言课程教学中的应用[J].科教导刊（上旬刊）,2018(7):91-92.[9]张煜昕. 基于Easy X图形库的多线程绘图应用[J] .电脑知识与技术,2018,（14）30.
[10]江涛,宋新波,朱全民. CCF中学生计算机程序设计[M].科学出版社,2019,01.
小字号