垃圾智能分類工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)

齊新霞，黃栩鴻，張睿鵬，王瀟宜，黃寶瑩，鐘 玥，林詩潔

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，廣東 珠海519088）

現(xiàn)有市場(chǎng)的智能垃圾桶還是需要人工將垃圾分類，再倒入相應(yīng)垃圾桶，大量消耗人力、物力、財(cái)力，不能真正意義上實(shí)現(xiàn)垃圾的智能分類，并且大都為方形垃圾桶，相對(duì)本設(shè)計(jì)占地面積較大，不可能在居民家庭中得到應(yīng)用[1-2]。針對(duì)目前居民對(duì)于垃圾分類意識(shí)淡薄，不知道如何正確區(qū)分垃圾種類的問題以及居民家庭用類垃圾桶現(xiàn)狀，本文進(jìn)行了垃圾智能分類工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的工作平臺(tái)包括桶蓋、桶身和底座三個(gè)部分，能實(shí)現(xiàn)完全無接觸地對(duì)垃圾進(jìn)行精準(zhǔn)分類。本設(shè)計(jì)的爆炸圖如圖1所示。

圖1 垃圾智能分類工作平臺(tái)爆炸圖

1 桶蓋的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的桶蓋包括圖1～圖4所示的2個(gè)四桿機(jī)構(gòu)、2個(gè)扇環(huán)形門、2個(gè)小舵機(jī)（如圖3所示的電機(jī)1和電機(jī)2）、2個(gè)滑塊、2根小軸、1個(gè)V形槽及連接卡槽。其中圖4所示桶蓋底部的中心所設(shè)的一個(gè)連接卡槽是桶蓋與桶身的連接關(guān)鍵[3]。

圖2 工作平臺(tái)上表面

圖3 工作平臺(tái)桶蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 桶蓋總體圖（底面）

1.1 扇環(huán)形門的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的2個(gè)扇環(huán)形門由鋁合金材料制作成，扇環(huán)門安裝在兩根伸出的小軸上，并位于四桿機(jī)構(gòu)上部，兩個(gè)扇環(huán)門關(guān)閉時(shí)的平面低于工作平臺(tái)上表面，所低的高度為扇環(huán)門的厚度，扇環(huán)門通過伸出小軸與滑塊配合，滑塊又與V形槽配合實(shí)現(xiàn)固定或控制扇環(huán)門的開關(guān)角度，其開放最大角度為90°。兩個(gè)扇環(huán)門連接處設(shè)計(jì)為斜面交錯(cuò)嚙合結(jié)構(gòu)，目的是防止兩個(gè)扇環(huán)門向下側(cè)翻運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生交錯(cuò)或磨損，扇環(huán)門底面上分別焊接一個(gè)套環(huán)，該套環(huán)通過銷釘與四桿機(jī)構(gòu)連接，通過電機(jī)帶動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，又分別推動(dòng)扇環(huán)門與兩根小軸一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)扇環(huán)門的開閉[4]。如圖5所示。

圖5 扇環(huán)形門

1.2 小軸、滑塊的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的伸出扇環(huán)門的小軸由鋁合金材料制成，每個(gè)扇環(huán)門上各有1根小軸，小軸一端與扇環(huán)門焊接連接，另一端通過滑塊連接到桶蓋下面的V形槽內(nèi)。

本設(shè)計(jì)的滑塊共有2個(gè)，滑塊是由鋁合金材料制成的空心圓柱塊，滑塊與扇環(huán)門上的小軸為過盈配合，并隨扇環(huán)門和小軸一起，以同樣的速度和角度轉(zhuǎn)動(dòng)?；瑝K嵌在V形槽內(nèi)，并以V形槽內(nèi)為運(yùn)動(dòng)軌道，在四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下隨扇環(huán)門和小軸一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)固定與控制扇環(huán)門的開關(guān)角度。

1.3 四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的2個(gè)四桿機(jī)構(gòu)分別安裝在桶蓋的下部，它的一端安裝在扇環(huán)門底面上，另一端通過聯(lián)軸器與電機(jī)連接。圖1所示四桿機(jī)構(gòu)的連架桿1通過小小軸與扇環(huán)門底面套環(huán)連接，小小軸與套環(huán)及連架桿1均為過盈配合。連架桿2通過聯(lián)軸器與電機(jī)連接。考慮到扇環(huán)門壽命及其開閉穩(wěn)定性，將連架桿1設(shè)計(jì)為三角形結(jié)構(gòu)。市面上購買的2個(gè)電機(jī)型號(hào)一致的電機(jī)1和電機(jī)2分別安裝在圖3所示位置，通過圖3所示傳動(dòng)路線控制四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)2個(gè)扇環(huán)門的開閉。本設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)的組成零件均為不銹鋼件。

1.4 V形槽和鏈接卡槽的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的V形槽和鏈接卡槽均由不銹鋼材料制成，V形槽與桶蓋底面焊接連接，其作用是使滑塊嵌入其中，滑塊隨著扇環(huán)門一起在四桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，滑塊在V形槽內(nèi)按照預(yù)期運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扇環(huán)門開閉，其裝配如圖6所示。圖4所示的連接卡槽與桶蓋底面焊接連接，連接卡槽通過連接件與大軸上端連接，該裝置的作用是連接大軸和桶蓋。

圖6 V形槽裝配圖

2 桶身的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的桶身由連接件、大軸和4個(gè)扇環(huán)形桶身（對(duì)4種垃圾分類）組成，如圖7所示。

圖7 3/4桶身裝配圖

2.1 連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖8 所示的連接件由不銹鋼材料制成，用于桶蓋與大軸之間的連接，連接件上方的卡槽與桶蓋下方的連接卡槽相互鎖緊，使桶蓋和連接件連成一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)扇形桶身的加蓋作用。連接件下面通過軸承與大軸上端相連，軸承直接裝入連接件下面伸出的軸M的外面，軸承與連接件為過盈配合，工作過程中該軸承外圈旋轉(zhuǎn)，內(nèi)圈不轉(zhuǎn)。此設(shè)計(jì)便于對(duì)桶蓋拆卸及清理衛(wèi)生。最終使桶蓋與大軸連成一個(gè)整體，大軸帶動(dòng)4個(gè)扇環(huán)形垃圾桶身運(yùn)轉(zhuǎn)，連接件和桶蓋均不運(yùn)動(dòng)[5]。

圖8 連接件

2.2 大軸的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的大軸由不銹鋼材料制成，大軸上1/4和下1/4外的高度處，分別均勻分布有4個(gè)（或多個(gè)）卡槽，如圖7所示。該卡槽用于與扇環(huán)桶的連接配合，以保證將扇環(huán)桶鎖緊在大軸上，讓大軸帶動(dòng)扇環(huán)桶一起旋轉(zhuǎn)。大軸上端通過軸承與連接件連接，該大軸套在軸承外圈上，二者為過盈配合，大軸下端裝有一個(gè)軸N，大軸和軸N為過盈配合，聯(lián)軸器將軸N和電機(jī)軸連接起來，實(shí)現(xiàn)電機(jī)帶動(dòng)大軸旋轉(zhuǎn)[6]。

2.3 扇環(huán)桶的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的扇環(huán)桶由不銹鋼材料制成，扇環(huán)形桶的橫截面為扇環(huán)結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)共有4個(gè)扇環(huán)桶，如圖7、圖9所示。扇環(huán)桶的上1/4和下1/4外的高度處分別焊接有圖1所示的2個(gè)卡扣，卡扣對(duì)稱焊接在其小扇形面上；安裝扇環(huán)桶時(shí)將卡扣卡入大軸卡槽，即可實(shí)現(xiàn)大軸與扇環(huán)桶連接及旋轉(zhuǎn)。

垃圾被投放在扇環(huán)形門上面后，被自動(dòng)識(shí)別，控制系統(tǒng)依據(jù)識(shí)別結(jié)果指令給運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)將對(duì)應(yīng)的扇環(huán)垃圾桶旋轉(zhuǎn)至扇環(huán)形門下方，桶蓋上的2個(gè)扇環(huán)形門打開，垃圾自由落入對(duì)應(yīng)的扇環(huán)形垃圾桶內(nèi)，完成垃圾自動(dòng)分類裝桶。垃圾自動(dòng)識(shí)別是依據(jù)大數(shù)據(jù)，采用成熟技術(shù)。桶身如圖9所示。

圖9 桶身整體

3 底座的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的底座由基座和電機(jī)組成?；糜谥握麄€(gè)智能分類垃圾工作平臺(tái)及垃圾的質(zhì)量。

基座由45鋼材料制成，基座上層面的大孔與大軸有2～5 mm的間隙，即大軸穿過大孔與如圖10所示的電機(jī)連接。大軸的下表面與基座中間層的上表面間有2～5 mm的間隙。大軸下端的軸N與電機(jī)的軸通過聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器和軸N及電機(jī)的一部分軸均穿過基座的小孔，聯(lián)軸器與小孔之間有2～5 mm的間隙，這樣的設(shè)計(jì)可以確保大軸及其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定[7]。

圖10 底座及大軸裝配圖

本設(shè)計(jì)的底座電機(jī)根據(jù)平臺(tái)及垃圾的質(zhì)量選擇型號(hào)ZGA37RG的普通電機(jī)。本設(shè)計(jì)的垃圾智能分類工作平臺(tái)工作時(shí)，人將垃圾放在扇環(huán)形門上面，大數(shù)據(jù)識(shí)別垃圾后，普通電機(jī)帶動(dòng)大軸旋轉(zhuǎn)，大軸又帶動(dòng)桶身旋轉(zhuǎn)，即承裝相應(yīng)垃圾的扇環(huán)桶，轉(zhuǎn)到扇環(huán)形門下面，此時(shí)圖3的電機(jī)1和電機(jī)2旋轉(zhuǎn)并由四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)扇環(huán)形門旋轉(zhuǎn)，垃圾隨扇環(huán)形門開啟落入對(duì)應(yīng)垃圾桶內(nèi)，實(shí)現(xiàn)間歇接受垃圾，達(dá)到智能分類的目標(biāo)。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)解決了人們目前無法正確對(duì)垃圾進(jìn)行智能分類的難題，可以實(shí)現(xiàn)垃圾智能分類收集。生活垃圾妥善分類處理，能大大減少從業(yè)人員數(shù)量及工作時(shí)間，減輕城市垃圾處理的壓力，并讓各種垃圾獲得妥善處置，對(duì)垃圾綜合利用及資源化無害化處理均有益。

本設(shè)計(jì)的“垃圾分類智能工作平臺(tái)”不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，還實(shí)現(xiàn)對(duì)源頭垃圾進(jìn)行分類，開啟了利用智能+與垃圾分類相結(jié)合的垃圾分類新模式，而且在垃圾分類“減量化、無害化、資源化”方面是一個(gè)身體力行的操作過程的創(chuàng)新。

本設(shè)計(jì)是構(gòu)建有效垃圾分類體系，實(shí)現(xiàn)垃圾源頭分類的目標(biāo)，共享智慧社會(huì)、智慧生活的紅利的基礎(chǔ)。