韓志博，王玉勤，倪小強，張皓東，羅 健

（巢湖學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

生活垃圾在微生物的代謝作用下發(fā)生分解，其中的有機物分別轉(zhuǎn)化為HS、CH3SH 和揮發(fā)性有機酸等惡臭氣體[1-3]。這些氣體揮發(fā)性較大，易擴散在大氣中，而且部分氣體有毒、刺激性氣味大，嚴重影響了人們對美好生活的體驗，同時這些有害氣體也會對環(huán)境以及人和動物造成傷害[4]。傳統(tǒng)垃圾桶一般為翻蓋式垃圾桶，在向其中傾倒垃圾時需要整體打開桶蓋，部分用戶為了使用便捷甚至直接拆除桶蓋，無法阻止桶內(nèi)惡臭味外散。而密封性較好的垃圾桶，則存在著難以直觀得知桶內(nèi)垃圾存有量和難以定期清洗的缺點。為解決上述問題，本文提出一種防臭自升降垃圾桶，其桶蓋可隨著桶內(nèi)垃圾存有量的增多而向上移動，具有可拆卸、密封性較強的特點，能有效防止桶內(nèi)的惡臭氣體外散并且能直觀得知桶內(nèi)垃圾的存有量。

1 防臭自升降垃圾桶的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1 所示，防臭自升降垃圾桶包括桶蓋、桶體、液壓升降組件3 個模塊。3 個滑輪呈等幅布局分布在桶體底端面，推手設(shè)置在桶體上端邊緣處方便清潔工轉(zhuǎn)運垃圾桶。桶蓋包括蓋板、扭轉(zhuǎn)彈簧、位移傳感器、密封膠圈、紫外線殺菌燈、制動裝置、快拆螺栓、電源倉和合頁；蓋板與扭轉(zhuǎn)彈簧、合頁相結(jié)合，實現(xiàn)垃圾入桶即關(guān)閉桶蓋；快拆螺栓將桶蓋與液壓升降組件結(jié)合，在垃圾的重力作用下，液壓升降組件驅(qū)動原始位置在桶體中部的桶蓋上升，桶蓋上升到桶體頂部即垃圾桶達到最大容量；位移傳感器與制動裝置相結(jié)合從而精準控制桶蓋與垃圾之間的距離，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 垃圾桶外觀視圖

2 防臭自升降垃圾桶桶蓋設(shè)計

桶蓋是防臭自升降垃圾桶的核心部件，由2 個半圓形蓋板構(gòu)成，如圖3 所示，主要包括蓋板、扭轉(zhuǎn)彈簧、位移傳感器、桶蓋密封膠圈、紫外線殺菌燈、制動裝置、快拆螺栓、電源倉和合頁等零件。2 個桶蓋蓋板與扭轉(zhuǎn)彈簧相配合，同時通過合頁與桶蓋相連。當(dāng)垃圾落在桶蓋蓋板上時，由于重力作用，桶蓋蓋板打開。垃圾入桶后，由扭轉(zhuǎn)彈簧為桶蓋蓋板提供回程動力使得桶蓋蓋板復(fù)位，實現(xiàn)垃圾入桶后即刻關(guān)閉桶蓋蓋板，從而有效防止桶內(nèi)臭味向外擴散。本設(shè)計采用90°扭轉(zhuǎn)彈簧，其固定側(cè)力臂長度與施力側(cè)力臂長度均需根據(jù)桶蓋的大小確定。制動裝置采用摩擦制動器，其原理是摩擦制動器通過接觸摩擦達到減速或是制動的效果[5]。位移傳感器安裝在桶蓋內(nèi)側(cè)。位移傳感器將其收集到的數(shù)據(jù)通過電信號傳遞給安裝在桶蓋內(nèi)側(cè)的制動裝置，從而精準控制防臭自升降垃圾桶桶內(nèi)垃圾上表面與桶蓋的距離，實現(xiàn)不必打開桶蓋即可得知桶內(nèi)垃圾量存有量的功能。為保證桶蓋的密封性，特選用了2 條O 型橡膠密封圈，對稱分布在桶蓋側(cè)壁。桶蓋側(cè)面上部對稱分布兩個凸臺，快拆螺栓通過凸臺中央光孔與液壓升降組件中的液壓推桿連接，實現(xiàn)桶蓋快速拆裝。制動裝置位于桶蓋內(nèi)側(cè)，在接收到位移傳感器感知距離信號經(jīng)處理后及時制動。電源倉設(shè)置在桶蓋靠近邊緣位置，凹槽的設(shè)計為電源提供安裝位點，使用過程中采用可充電電池，為紫外線殺菌燈以及制動裝置供能。

圖2 垃圾桶剖視圖

圖3 防臭自升降垃圾桶桶蓋

3 液壓升降組件及其導(dǎo)軌設(shè)計

如圖4、圖5 所示，液壓升降組件包括液壓桿、液壓桿活塞、導(dǎo)軌密封板、桶內(nèi)承重板（位置如圖2）和桶內(nèi)承重板密封膠圈（位置如圖2）。桶壁內(nèi)側(cè)設(shè)置桶蓋和桶內(nèi)承重板，桶壁內(nèi)部對稱部位分別設(shè)置液壓桿和密封板導(dǎo)軌。兩導(dǎo)軌下部分平行但不相通、兩導(dǎo)軌上部分平行且相通。當(dāng)垃圾增多時，在重力作用下液壓裝置開始工作，帶動桶蓋沿著密封液壓桿軌道上升。導(dǎo)軌密封板為L 型板，連接在液壓桿活塞上方的液壓桿上，運行時二者相對靜止，以防止桶內(nèi)垃圾進入液壓桿和密封板導(dǎo)軌，從而影響液壓桿帶動桶蓋的正常上下移動。液壓桿頂部設(shè)有螺紋孔，通過快拆螺栓將桶蓋固定在液壓桿上?？觳鹇菟軌蚩焖俨鹦逗桶惭b，方便桶內(nèi)垃圾的傾倒和垃圾桶內(nèi)壁的清洗。桶內(nèi)承重板為圓柱狀、其直徑小于桶體的直徑以增強垃圾桶桶內(nèi)承重板下方桶壁的強度。桶蓋、桶內(nèi)承重板側(cè)壁均設(shè)置有O 型密封膠圈。通過缸筒與密封槽擠壓使其變形而產(chǎn)生預(yù)緊力，可有效防止徑向與軸向漏油[6]，保證桶內(nèi)、外完全隔絕，提高液壓升降組件的密封性。桶體底部設(shè)有液壓通孔，液壓桿和密封板導(dǎo)軌位于桶壁內(nèi)，為液壓桿和密封板提供運行軌道。桶底液壓通孔將桶內(nèi)承重板下的液壓油與液壓桿活塞內(nèi)部的液壓油相通。

圖4 導(dǎo)軌部分剖視圖

圖5 液壓升降組件推桿主視圖

4 工作原理

防臭自升降垃圾桶在使用時，將垃圾放置在桶蓋上，由于垃圾的重力作用，蓋板向下傾斜一定角度使垃圾進入桶內(nèi)。桶內(nèi)垃圾通過重力作用在桶內(nèi)承重板上迫使桶內(nèi)承重板下的液壓油通過桶底液壓通孔進入桶壁促使液壓桿和液壓桿活塞上移進而帶動桶蓋上移。密封板隨液壓桿運動以防止桶內(nèi)垃圾進入液壓桿和密封板導(dǎo)軌影響桶蓋上升或下降。制動裝置、位移傳感器和電源倉內(nèi)的電源組成系統(tǒng)共同控制桶蓋上移距離從而準確顯示桶內(nèi)垃圾量。紫外線殺菌燈通過破壞細菌生理結(jié)構(gòu)可有效降低桶內(nèi)細菌數(shù)量，減少細菌對垃圾中有機物的分解，從根本上解決臭味外散的問題。桶蓋到達頂部后旋下快拆螺栓即可拆掉桶蓋以傾倒桶內(nèi)垃圾，清洗垃圾桶內(nèi)壁。垃圾傾倒后，旋上快拆螺栓以將桶蓋和液壓升降桿結(jié)合，在重力作用下，桶蓋下移至桶體中部，恢復(fù)初始狀態(tài)。

5 結(jié)束語

目前，隨著人們生活水平以及對美好生活體驗追求的提高，傳統(tǒng)垃圾桶已不能滿足人們的需求。防臭自升降垃圾桶的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠解決現(xiàn)有垃圾桶難以阻止桶內(nèi)異味向外擴散、難以估算桶內(nèi)垃圾存有量以及難以清洗的問題。該裝置將從根本上解決生活垃圾污染空氣的問題。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，對改善生活環(huán)境，提升居民生活品質(zhì)具有重要的促進作用。