新型智能多功用自動分類垃圾箱的設(shè)計與Abaqus軟件分析

楊明威 崔有正 張玉飛 唐耀偉 高蘊杰 劉洪玉

摘?要：針對目前市場上各類垃圾箱功能單一，智能化程度低，分類困難等問題，順應(yīng)智能化潮流，設(shè)計了新型智能多功用自動分類垃圾箱。其整體由控制箱控制，傳動和破袋部分由電機帶動，前后有手動投放口，并可播報有關(guān)垃圾分類知識和提示使用者垃圾箱已滿，兩側(cè)可放置金屬、易碎垃圾和煙蒂，前后門自動升降方便工人進(jìn)行垃圾回收和清理，由附近路燈電源、太陽能電板供電，同時采用監(jiān)控裝置以防有人破壞，底部使用制動式萬向輪，增加靈活性。

關(guān)鍵詞：自動分類垃圾箱;智能化;多功能;教育性;機械裝置

中圖分類號：X799.3?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.010

作者簡介：楊明威（1998-），男，河南商丘人，本科在讀，專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化。

通訊作者：崔有正（1987-），男，黑龍江雞西人，博士在讀，講師，研究方向：高速切削加工理論，先進(jìn)刀具設(shè)計及數(shù)控加工技術(shù)研究。

0?引言

隨著人們生活水平的提高，擁有的人均資源不斷增多，垃圾產(chǎn)生量多，環(huán)境問題的日益突出對人們的生活和城市的發(fā)展以及自然環(huán)境造成了極大的影響，這些影響使垃圾分類成為人們面臨的刻不容緩的問題。新型智能多功用自動分類垃圾箱，它通過將傳統(tǒng)垃圾箱和智能自動化裝置有機結(jié)合，解決了傳統(tǒng)的垃圾處理方式對環(huán)境帶來的污染和對國家土地資源的占用以及可回收資源的浪費，并且為環(huán)衛(wèi)工人進(jìn)行垃圾分類回收和因為工作或生活需要沒有時間進(jìn)行垃圾分類的人群提供便利。

1?設(shè)計理念概述

本設(shè)計的設(shè)計理念是通過現(xiàn)有發(fā)達(dá)的機械制造技術(shù)將傳統(tǒng)垃圾箱與智能機械裝置進(jìn)行有機結(jié)合實現(xiàn)自動一體化的垃圾分類，新型智能多功用自動分類垃圾箱頂部通過監(jiān)控攝像頭和太陽能電池板進(jìn)行防破壞和提高能源利用率;內(nèi)部設(shè)計有破袋裝置、傳動裝置、垃圾桶、電動伸縮桿和壓縮裝置，并配有LED照明燈輔助分類，垃圾箱通過上述裝置實現(xiàn)流水線式完全自動化的垃圾分類形式，解決人工分類費時費力的難題;垃圾箱外部設(shè)有控制箱，控制垃圾箱運轉(zhuǎn)，同時有可自鎖式擋板，并有金屬和易碎垃圾的垃圾桶、痰盂等豐富垃圾分類投放方式，使其適用于所有垃圾投放者，不改變具有垃圾分類習(xí)慣者的原有習(xí)慣，并能夠通過語音播報裝置普及垃圾分類相關(guān)知識從而提升公民環(huán)保意識。垃圾箱前后設(shè)計可自動升降門，方便回收;底部設(shè)計制動式萬向輪，使得移動和維修更加便捷。這樣的設(shè)計降低人們的負(fù)擔(dān)和勞動強度，體現(xiàn)了新時代以人為本的發(fā)展理念并符合可持續(xù)發(fā)展需求，值得不斷的深入探究與實踐。

2?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖及工作流程設(shè)計

2.1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1、圖2為智能垃圾箱外部主體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通過內(nèi)外兩部分結(jié)構(gòu)的互相結(jié)合從而實現(xiàn)其垃圾分類功能及其它主要與次要功能。

2.2?工作流程設(shè)計

使用者由左上方投放口投放后逐步有序的從破開垃圾袋使垃圾流出到分散垃圾使其均勻散落至傳送帶，再通過識別裝置識別推送至指定垃圾桶，從而實現(xiàn)一個分類單元。其中濕垃圾桶裝滿后會進(jìn)行自動封袋套袋，放置其他垃圾的垃圾桶裝滿后自動壓縮，垃圾箱裝滿后通知工人回收處理并關(guān)閉系統(tǒng)，最后直到工人完成回收重啟垃圾箱系統(tǒng)后，整個工作流程完成。

2.3?伸縮推桿結(jié)構(gòu)有限元分析

采用ANSYS對伸縮推桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，分析內(nèi)容包括：等效應(yīng)力分析、等效應(yīng)變分析以及總形變分析。

經(jīng)過等效應(yīng)力分析，應(yīng)力最大值為31.9 MPa主要集中在桿件與棱形凸臺連接固定處。連接固定處的等效應(yīng)力都小于結(jié)構(gòu)鋼（Q235）的屈服極限235 MPa，因此該伸縮推桿符合強度要求。

經(jīng)過等效應(yīng)變分析，應(yīng)變最大值6.86e-5 mm·mm-1集中在棱形凸臺外側(cè)。桿件與棱形凸臺連接固定處等效應(yīng)變數(shù)值很小，能夠滿足伸縮桿件對應(yīng)變的要求。

經(jīng)過總形變分布分析，此伸縮推桿的最大整體變形量達(dá)到了0.004 3 mm，變形主要集中在棱形凸臺外側(cè)，與伸縮推桿實際的變形趨勢相符合，變形量較小，符合伸縮桿件的強度和剛度需求。

3?創(chuàng)新理念

此設(shè)計是為了解決現(xiàn)有垃圾制造的越來越多，但垃圾分類政策卻無法得到良好施行而導(dǎo)致的各種問題。我們針對垃圾分類問題與問題的演變設(shè)計了新型多功用自動分類垃圾箱。它通過機械裝置和自動化控制系統(tǒng)的結(jié)合可以實現(xiàn)完全自動化的垃圾分類，它具有下述優(yōu)點：一是自動分類;二是防止異味散發(fā);三是提高垃圾箱空間利用率;四是教育民眾。它的突出特點有：能夠很好地解決垃圾不分類所帶來的環(huán)境污染問題;實現(xiàn)可回收資源的有效利用;同時提升大眾的環(huán)保意識。此設(shè)計是科技與生活的完美結(jié)合，因此本產(chǎn)品具有廣闊的市場前景和巨大的現(xiàn)實意義。

4?結(jié)語

本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動化的垃圾分類，是垃圾分類理念與制造業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物。其有垃圾投放形式多樣，功能齊全，可量化生產(chǎn)，適用范圍廣，適用人群多等優(yōu)點。對推送結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析的全方面分析后得出此設(shè)計結(jié)構(gòu)和受力合理。綜合功能和有限元分析兩個方面來看，此項目能夠解決當(dāng)下垃圾分類困難的社會問題，并且設(shè)計合理，故具有廣闊的市場前景和重要的現(xiàn)實意義。

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