新型智能多功用自动分类垃圾箱的设计与Abaqus软件分析

2022.07.14

杨明威崔有正张玉飞唐耀伟高蕴杰刘洪玉

摘?要：针对目前市场上各类垃圾箱功能单一，智能化程度低，分类困难等问题，顺应智能化潮流，设计了新型智能多功用自动分类垃圾箱。其整体由控制箱控制，传动和破袋部分由电机带动，前后有手动投放口，并可播报有关垃圾分类知识和提示使用者垃圾箱已满，两侧可放置金属、易碎垃圾和烟蒂，前后门自动升降方便工人进行垃圾回收和清理，由附近路灯电源、太阳能电板供电，同时采用监控装置以防有人破坏，底部使用制动式万向轮，增加灵活性。

关键词：自动分类垃圾箱;智能化;多功能;教育性;机械装置

中图分类号：X799.3?文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.010

作者简介：杨明威（1998-），男，河南商丘人，本科在读，专业：机械设计制造及其自动化。

通讯作者：崔有正（1987-），男，黑龙江鸡西人，博士在读，讲师，研究方向：高速切削加工理论，先进刀具设计及数控加工技术研究。

0?引言

随着人们生活水平的提高，拥有的人均资源不断增多，垃圾产生量多，环境问题的日益突出对人们的生活和城市的发展以及自然环境造成了极大的影响，这些影响使垃圾分类成为人们面临的刻不容缓的问题。新型智能多功用自动分类垃圾箱，它通过将传统垃圾箱和智能自动化装置有机结合，解决了传统的垃圾处理方式对环境带来的污染和对国家土地资源的占用以及可回收资源的浪费，并且为环卫工人进行垃圾分类回收和因为工作或生活需要没有时间进行垃圾分类的人群提供便利。

1?设计理念概述

本设计的设计理念是通过现有发达的机械制造技术将传统垃圾箱与智能机械装置进行有机结合实现自动一体化的垃圾分类，新型智能多功用自动分类垃圾箱顶部通过监控摄像头和太阳能电池板进行防破坏和提高能源利用率;内部设计有破袋装置、传动装置、垃圾桶、电动伸缩杆和压缩装置，并配有LED照明灯辅助分类，垃圾箱通过上述装置实现流水线式完全自动化的垃圾分类形式，解决人工分类费时费力的难题;垃圾箱外部设有控制箱，控制垃圾箱运转，同时有可自锁式挡板，并有金属和易碎垃圾的垃圾桶、痰盂等丰富垃圾分类投放方式，使其适用于所有垃圾投放者，不改变具有垃圾分类习惯者的原有习惯，并能够通过语音播报装置普及垃圾分类相关知识从而提升公民环保意识。垃圾箱前后设计可自动升降门，方便回收;底部设计制动式万向轮，使得移动和维修更加便捷。这样的设计降低人们的负担和劳动强度，体现了新时代以人为本的发展理念并符合可持续发展需求，值得不断的深入探究与实践。

2?系统结构示意图及工作流程设计

2.1?系统结构示意图

图1、图2为智能垃圾箱外部主体结构和内部系统结构、通过内外两部分结构的互相结合从而实现其垃圾分类功能及其它主要与次要功能。

2.2?工作流程设计

使用者由左上方投放口投放后逐步有序的从破开垃圾袋使垃圾流出到分散垃圾使其均匀散落至传送带，再通过识别装置识别推送至指定垃圾桶，从而实现一个分类单元。其中湿垃圾桶装满后会进行自动封袋套袋，放置其他垃圾的垃圾桶装满后自动压缩，垃圾箱装满后通知工人回收处理并关闭系统，最后直到工人完成回收重启垃圾箱系统后，整个工作流程完成。

2.3?伸缩推杆结构有限元分析

采用ANSYS对伸缩推杆结构进行有限元分析，分析内容包括：等效应力分析、等效应变分析以及总形变分析。

经过等效应力分析，应力最大值为31.9 MPa主要集中在杆件与棱形凸台连接固定处。连接固定处的等效应力都小于结构钢（Q235）的屈服极限235 MPa，因此该伸缩推杆符合强度要求。

经过等效应变分析，应变最大值6.86e-5 mm·mm-1集中在棱形凸台外侧。杆件与棱形凸台连接固定处等效应变数值很小，能够满足伸缩杆件对应变的要求。

经过总形变分布分析，此伸缩推杆的最大整体变形量达到了0.004 3 mm，变形主要集中在棱形凸台外侧，与伸缩推杆实际的变形趋势相符合，变形量较小，符合伸缩杆件的强度和刚度需求。

3?创新理念

此设计是为了解决现有垃圾制造的越来越多，但垃圾分类政策却无法得到良好施行而导致的各种问题。我们针对垃圾分类问题与问题的演变设計了新型多功用自动分类垃圾箱。它通过机械装置和自动化控制系统的结合可以实现完全自动化的垃圾分类，它具有下述优点：一是自动分类;二是防止异味散发;三是提高垃圾箱空间利用率;四是教育民众。它的突出特点有：能够很好地解决垃圾不分类所带来的环境污染问题;实现可回收资源的有效利用;同时提升大众的环保意识。此设计是科技与生活的完美结合，因此本产品具有广阔的市场前景和巨大的现实意义。

4?结语

本设计能够实现完全自动化的垃圾分类，是垃圾分类理念与制造业结合的产物。其有垃圾投放形式多样，功能齐全，可量化生产，适用范围广，适用人群多等优点。对推送结构进行了有限元分析的全方面分析后得出此设计结构和受力合理。综合功能和有限元分析两个方面来看，此项目能够解决当下垃圾分类困难的社会问题，并且设计合理，故具有广阔的市场前景和重要的现实意义。

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