垃圾智能分類工作平臺的設計

齊新霞，黃栩鴻，張睿鵬，王瀟宜，黃寶瑩，鐘 玥，林詩潔

（北京理工大學珠海學院，廣東 珠海519088）

現有市場的智能垃圾桶還是需要人工將垃圾分類，再倒入相應垃圾桶，大量消耗人力、物力、財力，不能真正意義上實現垃圾的智能分類，并且大都為方形垃圾桶，相對本設計占地面積較大，不可能在居民家庭中得到應用[1-2]。針對目前居民對于垃圾分類意識淡薄，不知道如何正確區分垃圾種類的問題以及居民家庭用類垃圾桶現狀，本文進行了垃圾智能分類工作平臺的設計，本設計的工作平臺包括桶蓋、桶身和底座三個部分，能實現完全無接觸地對垃圾進行精準分類。本設計的爆炸圖如圖1所示。

圖1 垃圾智能分類工作平臺爆炸圖

1 桶蓋的設計

本設計的桶蓋包括圖1～圖4所示的2個四桿機構、2個扇環形門、2個小舵機（如圖3所示的電機1和電機2）、2個滑塊、2根小軸、1個V形槽及連接卡槽。其中圖4所示桶蓋底部的中心所設的一個連接卡槽是桶蓋與桶身的連接關鍵[3]。

圖2 工作平臺上表面

圖3 工作平臺桶蓋內部結構

圖4 桶蓋總體圖（底面）

1.1 扇環形門的設計

本設計的2個扇環形門由鋁合金材料制作成，扇環門安裝在兩根伸出的小軸上，并位于四桿機構上部，兩個扇環門關閉時的平面低于工作平臺上表面，所低的高度為扇環門的厚度，扇環門通過伸出小軸與滑塊配合，滑塊又與V形槽配合實現固定或控制扇環門的開關角度，其開放最大角度為90°。兩個扇環門連接處設計為斜面交錯嚙合結構，目的是防止兩個扇環門向下側翻運動時產生交錯或磨損，扇環門底面上分別焊接一個套環，該套環通過銷釘與四桿機構連接，通過電機帶動四桿機構運動，又分別推動扇環門與兩根小軸一起旋轉，實現扇環門的開閉[4]。如圖5所示。

圖5 扇環形門

1.2 小軸、滑塊的設計

本設計的伸出扇環門的小軸由鋁合金材料制成，每個扇環門上各有1根小軸，小軸一端與扇環門焊接連接，另一端通過滑塊連接到桶蓋下面的V形槽內。

本設計的滑塊共有2個，滑塊是由鋁合金材料制成的空心圓柱塊，滑塊與扇環門上的小軸為過盈配合，并隨扇環門和小軸一起，以同樣的速度和角度轉動。滑塊嵌在V形槽內，并以V形槽內為運動軌道，在四桿機構帶動下隨扇環門和小軸一起運動，實現固定與控制扇環門的開關角度。

1.3 四桿機構的設計

本設計的2個四桿機構分別安裝在桶蓋的下部，它的一端安裝在扇環門底面上，另一端通過聯軸器與電機連接。圖1所示四桿機構的連架桿1通過小小軸與扇環門底面套環連接，小小軸與套環及連架桿1均為過盈配合。連架桿2通過聯軸器與電機連接。考慮到扇環門壽命及其開閉穩定性，將連架桿1設計為三角形結構。市面上購買的2個電機型號一致的電機1和電機2分別安裝在圖3所示位置，通過圖3所示傳動路線控制四桿機構運動，實現2個扇環門的開閉。本設計的四桿機構的組成零件均為不銹鋼件。

1.4 V形槽和鏈接卡槽的設計

本設計的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，滑塊隨著扇環門一起在四桿機構推動下運動，滑塊在V形槽內按照預期運動軌跡運動，實現扇環門開閉，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 桶身的設計

本設計的桶身由連接件、大軸和4個扇環形桶身（對4種垃圾分類）組成，如圖7所示。

圖7 3/4桶身裝配圖

2.1 連接件的結構設計

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，實現對4個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，內圈不轉。此設計便于對桶蓋拆卸及清理衛生。最終使桶蓋與大軸連成一個整體，大軸帶動4個扇環形垃圾桶身運轉，連接件和桶蓋均不運動[5]。

圖8 連接件

2.2 大軸的設計

本設計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（或多個）卡槽，如圖7所示。該卡槽用于與扇環桶的連接配合，以保證將扇環桶鎖緊在大軸上，讓大軸帶動扇環桶一起旋轉。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，大軸下端裝有一個軸N，大軸和軸N為過盈配合，聯軸器將軸N和電機軸連接起來，實現電機帶動大軸旋轉[6]。

2.3 扇環桶的設計

本設計的扇環桶由不銹鋼材料制成，扇環形桶的橫截面為扇環結構，本設計共有4個扇環桶，如圖7、圖9所示。扇環桶的上1/4和下1/4外的高度處分別焊接有圖1所示的2個卡扣，卡扣對稱焊接在其小扇形面上；安裝扇環桶時將卡扣卡入大軸卡槽，即可實現大軸與扇環桶連接及旋轉。

垃圾被投放在扇環形門上面后，被自動識別，控制系統依據識別結果指令給運轉系統，運轉系統將對應的扇環垃圾桶旋轉至扇環形門下方，桶蓋上的2個扇環形門打開，垃圾自由落入對應的扇環形垃圾桶內，完成垃圾自動分類裝桶。垃圾自動識別是依據大數據，采用成熟技術。桶身如圖9所示。

圖9 桶身整體

3 底座的設計的設計

本設計的底座由基座和電機組成。基座用于支撐整個智能分類垃圾工作平臺及垃圾的質量。

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與電機的軸通過聯軸器連接，聯軸器和軸N及電機的一部分軸均穿過基座的小孔，聯軸器與小孔之間有2～5 mm的間隙，這樣的設計可以確保大軸及其運轉的穩定[7]。

圖10 底座及大軸裝配圖

本設計的底座電機根據平臺及垃圾的質量選擇型號ZGA37RG的普通電機。本設計的垃圾智能分類工作平臺工作時，人將垃圾放在扇環形門上面，大數據識別垃圾后，普通電機帶動大軸旋轉，大軸又帶動桶身旋轉，即承裝相應垃圾的扇環桶，轉到扇環形門下面，此時圖3的電機1和電機2旋轉并由四桿機構帶動扇環形門旋轉，垃圾隨扇環形門開啟落入對應垃圾桶內，實現間歇接受垃圾，達到智能分類的目標。

4 結論

本設計解決了人們目前無法正確對垃圾進行智能分類的難題，可以實現垃圾智能分類收集。生活垃圾妥善分類處理，能大大減少從業人員數量及工作時間，減輕城市垃圾處理的壓力，并讓各種垃圾獲得妥善處置，對垃圾綜合利用及資源化無害化處理均有益。

本設計的“垃圾分類智能工作平臺”不僅結構設計創新，還實現對源頭垃圾進行分類，開啟了利用智能+與垃圾分類相結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”方面是一個身體力行的操作過程的創新。

本設計是構建有效垃圾分類體系，實現垃圾源頭分類的目標，共享智慧社會、智慧生活的紅利的基礎。