CN114508085B - 一种海洋垃圾收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海洋垃圾收集装置。所述海洋垃圾收集装置包括支架部分、链条传动部分、箱体部分、曲率导向开合部分、收集传动部分和叶轮传动部分，所述箱体部分的一端设有所述支架部分，底部设置所述曲率导向开合部分；所述链条传动部分设于所述支架部分上，所述曲率导向开合部分朝向所述链条传动部分的一端设有出口；所述叶轮传动部分包括叶轮和叶轮轴，所述叶轮设于所述收集传动部分内部下端，所述叶轮轴依次穿过所述收集传动部分和曲率导向开合部分并伸入所述箱体部分内；所述收集传动部分沿所述叶轮轴上下位移。本发明能将漂浮在海岸上的各类垃圾进行自动收集和包装，减少海洋污染，保护生态系统。

Description

一种海洋垃圾收集装置

技术领域

本发明涉及海洋垃圾清理技术领域，尤其涉及一种海洋垃圾收集装置。

背景技术

海洋垃圾是指海洋和海岸环境中具有持久性、人造的或经过加工的固定废弃物。海洋垃圾影响海洋景观，威胁航行安全，并对海洋生态系统的健康产生影响，进而对海洋经济产生负面效应。海洋垃圾不仅会造成视觉污染，还会造成水体污染，使水质恶化。

因此，需要提供一种海洋垃圾收集装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋垃圾收集装置，能将漂浮在海岸上的各类垃圾进行自动收集和包装，减少海洋污染，保护生态系统。

本发明的技术方案是：一种海洋垃圾收集装置包括支架部分、链条传动部分、箱体部分、曲率导向开合部分、收集传动部分和叶轮传动部分，所述箱体部分设于所述支架部分的一端，所述曲率导向开合部分设于所述箱体部分的底部，且所述曲率导向开合部分的一端设有出口，所述链条传动部分安装于所述支架部分上，所述出口朝向所述链条传动部分设置；

所述叶轮传动部分包括叶轮和叶轮轴，所述叶轮设于所述收集传动部分内部下端，所述叶轮轴依次穿过所述收集传动部分和曲率导向开合部分并伸入所述箱体部分内；

所述收集传动部分设于所述曲率导向开合部分的下方，并沿所述叶轮轴向所述曲率导向开合部分靠近或远离位移。

上述方案中，各部分结构有效衔接，通过叶轮传动部分使水产生旋流，再使垃圾能够进入收集传动部分内，通过能够上下位置且具有收集功能的收集传动部分，将垃圾输送至链条传动部分并输出，实现垃圾收集和回收的功能。

优选的，所述链条传动部分的链条上设有能挂设垃圾袋的曲柄钩；所述出口上设有能打开垃圾袋的开合机构；所述收集传动部分上设有触板，所述收集传动部分位移时，所述触板触碰所述开合机构，使所述开合机构打开。

通过开合机构，实现垃圾袋的自动打开，实现垃圾的自动收集。且开合机构的动作与收集传动部分的运动有效联动，利于垃圾收集后的回收处理的自动化实现。

优选的，所述开合机构包括撑板和连杆，所述撑板的数量为三块，分别位于出口的两个竖直边和底边上；每块所述撑板的一端通过转轴与曲率导向开合部分转动连接，所述撑板的另一端通过所述转轴的旋转实现合拢或打开。

当各撑板闭合时，能形成一个顶点，能方便快捷的伸入垃圾袋中，当撑板旋转时能够将垃圾袋口撑开，效率高且联动性好。

优选的，竖直边上的所述转轴向下延伸处设有第一锥齿轮，底边上的所述转轴向左右两侧的延伸处均设有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合；所述连杆连接于底边的转轴上，并向远离撑板的方向延伸。

通过一个转轴的主动，能同时驱动其他两个转轴的从动，控制较为简单，利于垃圾袋口的有效撑开。

优选的，所述撑板为三角形，三角形的底边上设有所述转轴。三角形的结构能够便于顶角伸入闭合的垃圾袋中。

优选的，所述开合机构还包括弹簧和滑轮，所述弹簧设于所述连杆和曲率导向开合部分的底部之间，所述滑轮铰接于所述连杆的末端上。

滑轮的设置能够较好的传递收集传动部分6上移的顶升力，避免卡滞。所述弹簧利于连杆的自动复位。

优选的，所述收集传动部分上设有收集箱、叶轮保护罩、空心轴和传动组件，所述叶轮保护罩设于所述收集箱的下方；所述叶轮收容于所述叶轮保护罩中，所述叶轮轴穿过所述空心轴，所述空心轴的底部与所述收集箱固定，所述空心轴的顶部设有用于驱动所述空心轴和收集箱上下位移的所述传动组件。

优选的，所述传动组件包括空心轴齿轮、减速齿轮和与所述减速齿轮啮合的传动轴齿轮；所述空心轴齿轮内部为蜗轮齿状，与所述空心轴实现蜗轮蜗杆传动；所述空心轴外部为直齿状，与所述减速齿轮啮合。

空心轴齿轮的特殊结构设计，能够有效将传动轴齿轮的旋转运动转化为空心轴的上下直线位置，以平稳实现收集箱的位移。

优选的，所述支架部分包括支架底座、连接桁架、上横梁支架、下横梁支架和固定支架，所述支架底座设于所述连接桁架的一端，所述上横梁支架、下横梁支架呈上下错开式设置，所述固定支架连接所述上横梁支架和下横梁支架，所述连接桁架的另一端与所述上横梁支架和下横梁支架连接。

优选的，所述链条传动部分包括第一固定架、链条、第二固定架、链轮、同步轮、同步带和电动机，所述第一固定架上设有一个所述链轮并在远离出口的一端固定在支架部分上；所述第二固定架上设有两个链轮并在临近出口的一端固定在支架部分上，所述链条绕转所述链轮；所述同步轮与第二固定架上的一个链轮同轴连接，所述电动机设于所述箱体部分内，所述电动机的输出轴上设有驱动轮，所述同步带绕转所述驱动轮和同步轮。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、所述支架部分采用悬臂梁柔性支架结构，在保证支架结构的稳定性和承受能力，同时通过铰接式的结构实现一定偏摆位移，保障结构强度的同时，很好的应用于海洋上；

二、叶轮采用双层旋流式叶片，利用水位差方式将水面垃圾牵引收集，利用叶片的反向旋转实现垃圾收集，能够保证最小能耗下垃圾收集的最大效率化；

三、通过收集传动部分向上位移时触碰三边开合机构打开，能有效实现垃圾袋的自动打开，且当收集传动部分向下位移时，实现三边开合机构的自动关闭；由此实现垃圾的全自动收集和打包回收；

四、将曲率导向开合部分的内部设计能够导流垃圾的曲面，达到引导垃圾跟随水流排放的方向，并使得水的压力得到大幅度增加，避免垃圾在水流中徘徊，使垃圾能够顺利自出口导入至垃圾袋中。

附图说明

图1为本发明提供的海洋垃圾收集装置的结构示意图；

图2为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的支架部分的结构示意图；

图3为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的链条传动部分的结构示意图；

图4为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的箱体部分的结构示意图；

图5为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的控制部分的结构示意图；

图6为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的曲率导向开合部分的结构示意图；

图7为图6中的开合机构的仰视立体结构示意图；

图8为图6中的开合机构的侧视结构示意图；

图9为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的收集传动部分的结构示意图；

图10为本发明提供的海洋垃圾收集装置中的叶轮传动部分的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例提供的一种海洋垃圾收集装置包括支架部分1、链条传动部分2、箱体部分3、控制部分4、曲率导向开合部分5、收集传动部分6和叶轮传动部分7。

如图2所示，所述支架部分1包括支架底座8、连接桁架9、上横梁支架17、下横梁支架16和固定支架11。所述支架底座8设于所述连接桁架9的一端。所述连接桁架9由左右并排设置的架体组成双层结构，所述架体由三根节臂铰接形成。每根节臂包括两根上下设置的连接支架10和呈三角形状连接于两根所述连接支架10之间的多根固定支架11。在上面设置的连接支架10的右侧超出在下面设置的连接支架10右侧；但是中间节臂中，在下面设置的连接支架10超出在上面设置的连接支架10的左侧。一组节臂的连接支架10的一侧末端设有U形叉，用于卡设在另一组节臂的连接支架10的另一侧末端上，再通过螺栓形成铰接关节，能够实现一定程度的微小偏摆。

所述上横梁支架17、下横梁支架16呈上下错开式设置，所述固定支架11连接所述上横梁支架17和下横梁支架16，所述连接桁架9的另一端在上面设置的连接支架10与所述上横梁支架17连接，所述连接桁架9的另一端在下面设置的连接支架10和下横梁支架16连接。所述上横梁支架17和下横梁支架16与箱体部分3连接，错开式的结构能够提高支架部分与箱体部分3连接刚性。

所述支架底座8用于将整个收集装置固定在海岸上或船只上。

如图3所示，所述链条传动部分2包括第一固定架18、链条19、第二固定架22、链轮21、同步轮23、同步带24和电动机26。所述第一固定架18上设有一个所述链轮21并临近支架底座8固定在支架部分1位于在下面设置的连接支架10上。所述第二固定架22上设有两个链轮21并远离支架底座8固定在支架部分1位于在下面设置的连接支架10上。第二固定架22上的两个链轮21上下且倾斜设置。所述链条19绕转三个所述链轮21。

所述同步轮23与第二固定架22上的在上面的链轮21同轴连接，所述电动机26设于所述箱体部分3内(如图1所示)，所述电动机26的输出轴上设有驱动轮15，所述同步带24绕转所述驱动轮15和同步轮23。如图1、图3所示，电动机26通过安装架25安装在曲率导向开合部分5的顶部且位于箱体外壳29内。

所述链条19非环形绕转，其底部的边上设有至少两个曲柄钩20，用于挂设垃圾袋，当垃圾袋从支架部分1的一侧运送至另一侧后，再回到起点，由此实现直线往复的运动。

如图4所示，所述箱体部分3包括箱体顶板27、太阳能板28和箱体外壳29。所述箱体外壳29整体形状呈封闭式圆环形，顶部通过所述箱体顶板27盖合，底部通过所述曲率导向开合部分5盖合，各盖合处设置密封条，这种结构设计的箱体具有良好的抗冲击性、防水性及强度。各板连接处通过吊耳(未标号)及螺栓(未图示)进行连接，其运用范围广，结构简单，强度高，抗压性好。同时，支架部分1的连接支架10可利用所述吊耳上的孔，使连接支架10和箱体外壳29固定。

所述控制部分4、电动机26以及叶轮传动部分7的驱动部分设置在所述箱体外壳29内。所述太阳能板28设于所述箱体顶板27的顶端面上，通过所述太阳能板28能够给控制系统内的蓄电池充电，从而实现能源再生，使收集装置具有更强的续航能力。

为了做好防水，在箱体顶板27的上方安装塑料制的防水罩。

如图1所示，所述控制部分4设于所述箱体部分3内，其采用的微处理器使用的是JGB8，STM32采用Cortex-M3内核，主频可高达72W，具有功耗低，运算速度快，外设丰富等优点。通过配置库函数的方式配置芯片，驱动STM32的串口。如图5所示，所述控制部分4包括相互电连接的蓄电池30、传感器32、控制器33和接收器31。所述链条传动部分2、收集传动部分6和叶轮传动部分7与所述控制部分4电连接。

如图6～8所示，所述曲率导向开合部分5包括模块本体34、开合机构36和限位块39。所述模块本体34朝向所述链条传动部分2的一侧设有出口12。所述模块本体34内壁设有曲率导向结构，能够引导水流流向，实现引导垃圾排放方向的转向作用。所述出口12上设有能打开垃圾袋的开合机构36。所述开合机构36包括撑板13、连杆35、弹簧38和滑轮37。所述撑板13的数量为三块，分别位于出口12的两个竖直边和底边上，所述撑板13均为三角形板。三角形的底边上通过转轴41与曲率导向开合部分5转动连接，三角形的顶角通过所述转轴41的旋转实现合拢或打开。

具体为：竖直边上的所述转轴41向下延伸处设有第一锥齿轮14，底边上的所述转轴41向左右两侧的延伸处均设有第二锥齿轮40，所述第一锥齿轮14与所述第二锥齿轮40啮合；所述连杆35连接于底边的转轴41上，并向远离撑板13的方向延伸。所述弹簧38设于所述连杆35和曲率导向开合部分5的底部之间，所述滑轮37铰接于所述连杆35的末端上。

因三块撑板13闭合时为错位设置，所以，所述限位块39安装在曲率导向开合部分5上，对撑板13闭合时起限位作用，每块撑板13对应一个限位孔39，避免三块撑板不会相互碰撞以及受弹簧38拉力影响越位闭合。

如图9所示，所述收集传动部分6包括第一电机42、电机固定板43、机构外壳44、传动组件、空心轴48、连接螺母50、收集装置固定支架51、收集箱52、滤网55、滤网固定架56、叶轮保护罩57和触板58。

所述叶轮保护罩57内部中空，底部贯通，所述收集装置固定支架51自所述叶轮保护罩57的顶部沿收集传动部分6的侧壁弯折向上延伸，并在延伸末端上设有螺纹孔，与所述曲率导向开合部分5连接(如图1所示)。所述空心轴48位于收集传动部分6的中心。所述收集箱52设于所述叶轮保护罩57的上端，所述收集箱52沿空心轴48呈圆周分布多个，在本实施例中，设有三个。所述收集箱52与空心轴48固定，并穿设所述收集装置固定支架51。

所述收集箱52的底部设有所述滤网55，所述滤网55的上下两侧面通过滤网固定架56夹设固定。所述触板58设置在临近开合机构36的一侧的收集箱52的外侧壁上。所述触板58上设计为L形，一侧边与收集箱52固定，另一侧边呈水平设置。

为了便于加工，且保证加工精度，所述空心轴48可采用双节对接，在对接处通过所述连接螺母50固定。

所述空心轴48的顶部设置传动组件，所述传动组件包括空心轴齿轮47、减速齿轮46和与所述减速齿轮46啮合的传动轴齿轮45。所述空心轴齿轮47内部为蜗轮齿状，与所述空心轴48实现蜗轮蜗杆传动；所述空心轴48外部为直齿状，与所述减速齿轮46啮合。所述第一电机42与所述传动轴齿轮45电连接。所述第一电机42上设有电机固定板43，所述传动组件收容于机构外壳44内部，所述电机固定板43和机构外壳44设于箱体部分3内部，与所述曲率导向开合部分5的顶部固定。所述收集传动部分6整体呈圆柱形。

通过所述传动组件的旋转驱动，使蜗轮蜗杆配合的空心轴48上下位移，以实现收集箱52连同位移。

如图10所示，所述叶轮传动部分7包括机构顶板59、叶轮轴外壳60、叶轮轴底板61、叶轮轴齿轮63、电机轴齿轮62、第二电机64、叶轮轴65、叶轮69和固定管70。所述叶轮轴65可采用多节拼装，在叶轮轴65的顶部设置所述叶轮轴齿轮63，所述第二电机64的输出轴上设有所述电机轴齿轮62，所述叶轮轴齿轮63和电机轴齿轮62啮合。所述叶轮轴齿轮63和电机轴齿轮62收容于所述叶轮轴外壳60内，顶部通过所述机构顶板59盖合，底部通过所述叶轮轴底板61盖合。

由于收集传动部分6需进行上下位移，为了提高叶轮轴65的结构稳定性，所述叶轮轴65上套设所述固定管70，所述固定管70临近叶轮轴65上端设置，与叶轮轴底板61固定。如图1、图9所示，所述叶轮轴65穿过所述空心轴48，所述叶轮轴外壳60固定于所述箱体外壳29内部对应位置处。所述叶轮69设于所述叶轮轴65的底部，且收容于所述叶轮保护罩57内。

通过所述第二电机64输出扭矩，带动电机轴齿轮62和叶轮轴齿轮63转动，从而给整个收集装置的提供引流动力。所述叶轮69与叶轮轴65间隙配合，并采用平键和销钉定位，再使用螺栓固定。叶轮轴65安装在机构顶板59和叶轮轴底板61对应的轴承孔上，并通过滚珠轴承进行配合。

所述叶轮保护罩57的底部设有叶轮保护网(未图示)，能够很好的保护叶轮59不受外力因素影响，从而保护叶轮不被损坏，提高叶轮69的使用寿命。所述叶轮69采用双层旋流式叶片结构，能够保证最小能耗下垃圾收集稳定可靠的工作。

另外，滤网55位于叶轮保护网和收集箱52之间，能够将垃圾储存在收集箱52内，同时还能通过旋转不同滤网型号，达到收集微小垃圾功能。

本发明提供的海洋垃圾收集装置的工作原理为：

所述海洋垃圾收集装置采用悬臂梁支架固定式结构，利用所述第二电机64带动双层旋流式叶轮69在水中转动从而产生旋涡。因收集传动部分6为圆柱形，会在收集传动部分6的外部形成一个较高的水位差，使垃圾进入收集箱52内。水位差形成原理为：叶轮69高速旋转，叶片与水发生相互作用输送水体且形成真空。因收集箱52顶部为贯通结构，且低于水面，在大气压力作用下，水体流入真空区域。又因收集箱52底部输出的力大于顶部水体流入的力，所以形成持续的水位差。

此时，大范围的垃圾漂浮物通过水流的牵引力聚拢，收集在所述收集箱52内。并通过不同型号的滤网将微颗粒垃圾存储在滤网55的底部。

在收集的过程中，在曲柄钩20上挂上具有弹性缩口(如橡皮筋)网状式垃圾袋，通过链条传动部分2将垃圾袋输送至开合机构36处，并使撑板13自弹性缩口伸入至垃圾袋中。

当收集箱52内垃圾存满时，启动第一电机42，驱动所述空心轴齿轮47转动，由此带动所述空心轴48及固定在其上的收集箱52向上位移。当触板58触碰所述连杆35末端的滑轮37时，通过所述连杆35向上位移使底边上布设的转轴41旋转，由此使第二锥齿轮40旋转，并驱动所述第一锥齿轮14一同转动。各锥齿轮的转动使对应的转轴41转动，由此使三块撑板13对应打开，以撑开垃圾袋。

再通过叶轮69的反转，使收集箱52内的垃圾随着水流，再通过曲率导向开合部分5内部的可引流的曲面流入至垃圾袋中。

当垃圾排泄完成时，再下降所述收集传动部分6，使触板58脱离滑轮37，此时在弹簧38的作用下连杆35复位，复位过程中，使转轴41反方向转动，使开合机构36闭合。在橡皮筋的作用下，垃圾袋自动闭合。

启动链条传动部分2，将垃圾袋输出并上岸。再更换新的垃圾袋挂设在曲柄钩20上，由此完成多个循环操作。

所述海洋垃圾收集装置清理效率高，劳动强度小，各机构连接巧妙，实现了自动化收集和回收的功能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种海洋垃圾收集装置，其特征在于，包括支架部分（1）、链条传动部分（2）、箱体部分（3）、曲率导向开合部分（5）、收集传动部分（6）和叶轮传动部分（7），所述箱体部分（3）设于所述支架部分（1）的一端，所述曲率导向开合部分（5）设于所述箱体部分（3）的底部，且所述曲率导向开合部分（5）的一端设有出口（12），所述链条传动部分（2）安装于所述支架部分（1）上，所述出口（12）朝向所述链条传动部分（2）设置；

所述叶轮传动部分（7）包括叶轮（69）和叶轮轴（65），所述叶轮（69）设于所述收集传动部分（6）内部下端，所述叶轮轴（65）依次穿过所述收集传动部分（6）和曲率导向开合部分（5）并伸入所述箱体部分（3）内；

所述收集传动部分（6）设于所述曲率导向开合部分（5）的下方，并沿所述叶轮轴（65）向所述曲率导向开合部分（5）靠近或远离位移；

所述曲率导向开合部分（5）包括模块本体（34）和开合机构（36），所述模块本体（34）朝向所述链条传动部分（2）的一侧设有出口（12），所述链条传动部分（2）的链条上设有能挂设垃圾袋的曲柄钩（20），所述收集传动部分（6）上设有触板（58），所述出口（12）上设有能打开垃圾袋的开合机构（36）；所述模块本体（34）内壁设有曲率导向结构；所述收集传动部分（6）位移时，所述触板（58）触碰所述开合机构（36），使所述开合机构（36）打开；

所述开合机构（36）包括撑板（13）、连杆（35）、弹簧（38）和滑轮（37），所述撑板（13）的数量为三块，分别位于出口（12）的两个竖直边和底边上；每块所述撑板（13）的一端通过转轴（41）与曲率导向开合部分（5）转动连接，所述撑板（13）的另一端通过所述转轴（41）的旋转实现合拢或打开；所述连杆（35）连接于底边的转轴（41）上，并向远离撑板（13）的方向延伸；所述弹簧（38）设于所述连杆（35）和曲率导向开合部分（5）的底部之间，所述滑轮（37）铰接于所述连杆（35）的末端上。

2.根据权利要求1所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，竖直边上的所述转轴（41）向下延伸处设有第一锥齿轮（14），底边上的所述转轴（41）向左右两侧的延伸处均设有第二锥齿轮（40），所述第一锥齿轮（14）与所述第二锥齿轮（40）啮合。

3.根据权利要求2所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，所述撑板（13）为三角形，三角形的底边上设有所述转轴（41）。

4.根据权利要求1所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，所述收集传动部分（6）上设有收集箱（52）、叶轮保护罩（57）、空心轴（48）和传动组件，所述叶轮保护罩（57）设于所述收集箱（52）的下方；所述叶轮（69）收容于所述叶轮保护罩（57）中，所述叶轮轴（65）穿过所述空心轴（48），所述空心轴（48）的底部与所述收集箱（52）固定，所述空心轴（48）的顶部设有用于驱动所述空心轴（48）和收集箱（52）上下位移的所述传动组件。

5.根据权利要求4所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，所述传动组件包括空心轴齿轮（47）、减速齿轮（46）和与所述减速齿轮（46）啮合的传动轴齿轮（45）；所述空心轴齿轮（47）内部为蜗轮齿状，与所述空心轴（48）实现蜗轮蜗杆传动；所述空心轴（48）外部为直齿状，与所述减速齿轮（46）啮合。

6.根据权利要求1所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，所述支架部分（1）包括支架底座（8）、连接桁架（9）、上横梁支架（17）、下横梁支架（16）和固定支架（11），所述支架底座（8）设于所述连接桁架（9）的一端，所述上横梁支架（17）、下横梁支架（16）呈上下错开式设置，所述固定支架（11）连接所述上横梁支架（17）和下横梁支架（16），所述连接桁架（9）的另一端与所述上横梁支架（17）和下横梁支架（16）连接。

7.根据权利要求1所述的海洋垃圾收集装置，其特征在于，所述链条传动部分（2）包括第一固定架（18）、链条（19）、第二固定架（22）、链轮（21）、同步轮（23）、同步带（24）和电动机（26），所述第一固定架（18）上设有一个所述链轮（21）并在远离出口（12）的一端固定在支架部分（1）上；所述第二固定架（22）上设有两个链轮（21）并在临近出口（12）的一端固定在支架部分（1）上，所述链条（19）绕转所述链轮（21）；所述同步轮（23）与第二固定架（22）上的一个链轮（21）同轴连接，所述电动机（26）设于所述箱体部分（3）内，所述电动机（26）的输出轴上设有驱动轮（15），所述同步带（24）绕转所述驱动轮（15）和同步轮（23）。

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