環保、節能垃圾箱設計研究

張建　李紅升

摘 要：通過對環保、節能垃圾箱設計研究，對垃圾源頭處理方案進行了規劃設計與分析，完成了垃圾箱垃圾自動壓縮及智能控制方案規劃工作，對城市公共垃圾處理問題的解決具有一定的指導意義。

關鍵詞：垃圾處理；垃圾箱；自動壓縮；智能控制

垃圾污染在自然界是一大污染，它污染水源、污染大氣，甚至危害生命。擁有綠色生活環境是現代生活追求的目標，生活環境的優劣是人民文明進步的標志，環境衛生的好壞決定著城市文明的程度。資料顯示：目前我國城市垃圾的年產量大約為1.5億噸，垃圾處理多采用垃圾箱收集，垃圾車轉運，垃圾處理廠處理方式。在垃圾箱收集，垃圾車轉運環節，基本是露天散放工作，這種工作方式不僅容易造成虧載，效率低下，而且極易造成環境二次污染。

城市生活垃圾的成分特點是垃圾密度降低、可壓縮性強，采用常規的垃圾轉運方式容易造成虧載。所以，降低垃圾清運費用是降低整個城市垃圾處理處置費用的關鍵。如何解決垃圾處理中存在的環保、節能問題呢？我們考慮可以從垃圾處理源頭想想辦法。改變傳統垃圾箱結構，即采用具有自動壓縮功能的垃圾箱，在垃圾處理源頭完成垃圾壓縮脫水，以方便垃圾轉運，同時垃圾箱可進行自動消毒處理，避免對周圍環境造成污染。

垃圾源頭壓縮可以很好地解決垃圾運輸中的虧載問題，更可有效地提高垃圾運載效率、降低垃圾轉運頻率、節省垃圾運輸費用、改善交通擁擠狀況和消除清運中的二次污染等，是城市生活垃圾實現減量化的發展方向。由于在垃圾箱內即完成了垃圾的壓縮處理，實現了垃圾處理的環保、節能需求，可以肯定，這樣的垃圾箱得到推廣應用，勢必對我們構建文明社會有著重要而深遠的意義。

目前，國內外已有部分可壓縮的垃圾箱產品設計與研究，然而大部分可壓縮的垃圾箱都是采用人力壓縮垃圾，沒有實現垃圾壓縮的自動可控，這就大大限制了壓縮垃圾箱在公共環境中的應用與推廣。

在對可自動壓縮處理的垃圾箱結構設計研究中，我們注意到：由于垃圾箱受到自身體積制約，在實現垃圾自動壓縮處理功能中，必須利用一種可控伸縮機構，在垃圾非壓縮工作狀態，該機構占用較小的體積空間，而在垃圾壓縮工作時，該機構又具有較大的伸長行程，同時該機構具有一定的承壓能力，不會輕易受壓變形或者停止運動，這樣的機構才能達到節省空間和高效完成垃圾壓縮的工作目標。

我們認為，利用板壓方式將垃圾壓縮為扁平狀是一種較為理想的垃圾壓縮方式，為保證壓縮板工作行程，同時節省壓縮機構工作空間，壓縮機構宜采用剪叉式伸縮結構，如圖所示。該機構是目前較為成熟的伸縮機構，具有體積小，行程長，速度穩定等優點。

為實現垃圾自動壓縮處理，垃圾箱箱體上支架固定驅動電機，驅動電機連接螺桿，由螺旋機構帶動剪叉式伸縮結構左側可移動鉸鏈，實現剪叉式伸縮結構伸展與收縮運動。當剪叉式伸縮結構伸展時，帶動垃圾箱壓縮板向下運動，實現垃圾壓縮處理，垃圾壓縮完成，剪叉式伸縮結構收縮，垃圾箱壓縮板返回。

垃圾自動壓縮處理的另一個關鍵問題是智能控制，包括垃圾投放智能控制與垃圾壓縮智能控制兩部分。垃圾箱的頂部可設有紅、綠兩種顏色的指示燈，分別顯示垃圾箱為“滿”和“空”狀態，使垃圾箱使用狀態一目了然。當垃圾箱未裝滿時，綠色指示燈點亮，可進行垃圾投放及壓縮工作。當垃圾箱裝滿之后，紅色顯示燈點亮，垃圾投放及壓縮功能自動關閉。

垃圾投放智能控制可通過信號檢測電路模塊檢測到探測范圍內有人進入時，經過芯片控制中心模塊的分析處理后啟動控制電路模塊做出開蓋、關蓋等相應動作。若在設定時間內無人進入探測范圍內或探測范圍內無信號觸發時，開始啟用單片機特有的休眠功能，從而大大減少了能源的浪費。休眠過程中若有人走進探測范圍內，單片機會被喚醒，并將以前關閉電源的電路重新通電進入正常工作狀態。

當垃圾投放入垃圾箱中后，由位置傳感器測定已投放垃圾是否超過垃圾壓縮后極限位置，如果已投放垃圾位置超過垃圾壓縮后極限位置，啟動垃圾壓縮機構進行垃圾壓縮操作，當垃圾壓縮至極限位置時，垃圾箱紅色指示燈點亮，此時垃圾箱投放智能控制將自動關閉垃圾箱開蓋功能，以避免垃圾過度投放造成垃圾箱壓縮機構的損壞。

此外，垃圾箱還可配備GPS定位模塊和GPRS通信模塊，可將智能垃圾箱狀態信息實時與控制中心和監控平臺相連接，當垃圾箱處于裝滿狀態時，及時自動發送信號讓搬運車進行處理。

為更好體現環保、節能理念，該垃圾箱可采用太陽能及普通電源雙模工作方式，當垃圾箱放置在室外時，使用太陽能作為驅動動力源；如果垃圾箱放置在光照不足的室內，則可采用普通電源作為驅動動力源。

總之，通過城市垃圾源頭減量與智能管理，有效降低城市垃圾周轉量與汽車轉運成本，節能減排，貢獻低碳經濟勢在必行。倡導融太陽能可再生能源技術與環境保護于一體，倡導綠色能源與低碳經濟方式解決城市垃圾，源頭減量化的回收與物流裝載，具有一定的經濟、社會與環境效益。智能壓縮垃圾箱將為人類創造一種新的生活形態，使人類社會進入一個節約能源減少污染的時代。

參考文獻：

[1]李忠東.德國小區的垃圾箱[J].中外企業文化，2006（6）

[2]趙天菲，王鴻翔.自動壓縮垃圾的垃圾桶[J].中國科技信息，2013（6）

[3]金志敏等.自動壓縮打包裝袋垃圾桶的研制[J].上海工程技術大學學報，2010（6）

[4]胡家秀，陳峰.機械創新設計概論[M].機械工業出版社，2005

（作者單位：天津渤海職業技術學院）