腳踏式干濕垃圾分離器裝置設(shè)計(jì)

顧千蕙，姜 銳，魏 玲，陳 鵬，薛永佳，婁宇航

（上海健康醫(yī)學(xué)院，上海201318）

黨的十九大以來(lái)，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，在習(xí)近平生態(tài)文明思想引導(dǎo)下，中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)取得明顯成效，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量顯著提高。其中垃圾分類是生態(tài)文明建設(shè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵領(lǐng)域，因此政府也出臺(tái)了一系列相關(guān)的法規(guī)、政策，以求達(dá)到更好的督促規(guī)范作用。雖然對(duì)于目前垃圾分類的要求百姓們積極配合，但是百姓們對(duì)濕垃圾破袋的政策仍會(huì)有許多抱怨，比如濕垃圾傾倒時(shí)異味較大、垃圾會(huì)沾到手上等，對(duì)此并沒有很有效的解決辦法[1]。因此筆者們研究了一款腳踏式干濕垃圾分離裝置，傾倒?jié)窭鴷r(shí)可極大地解放雙手，避免一系列問題。本項(xiàng)目的提出旨在進(jìn)一步提升干濕垃圾分類工作實(shí)效，做深做細(xì)垃圾分類這一“關(guān)鍵小事”，全力增強(qiáng)社區(qū)居民環(huán)保意識(shí)，引導(dǎo)居民主動(dòng)正確參與垃圾分類，踐行健康文明新風(fēng)尚。

1 總體技術(shù)與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

1.1 腳踏式裝置需求分析

大多數(shù)社區(qū)并無(wú)特殊工具及裝置可實(shí)現(xiàn)便捷破袋，仍需要居民手動(dòng)將塑料袋和裝于垃圾袋內(nèi)的濕垃圾進(jìn)行分離，某些社區(qū)中安裝了將一條鋸齒橫搭在垃圾桶上作為破袋工具的垃圾桶，破袋工具為一排鋸口，破袋效率并不高，同時(shí)大部分垃圾袋會(huì)因被鋸齒撕爛隨著垃圾一起落入垃圾桶內(nèi)，容易迸濺。此外，居民投放時(shí)不方便觀察，易存在視覺盲點(diǎn)，不能很好控制入手的深度，可能有被鋸齒割傷的風(fēng)險(xiǎn)。

雖然現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出可降解塑料袋，但是這種可降解塑料袋還有以下幾方面不足和弊端：因?yàn)榭山到獾乃俣冗^慢，塑料袋仍被長(zhǎng)時(shí)間存在于土壤中，不利于可持續(xù)發(fā)展；降解過程仍會(huì)干擾環(huán)境，甚至?xí)a(chǎn)生影響環(huán)境的物質(zhì)，從而間接污染環(huán)境；可降解塑料袋的成本較高，并不能作為居民長(zhǎng)期廣泛使用丟擲濕垃圾的材料；可降解塑料袋持有率低，市面上絕大多數(shù)商店、飯店等使用的還是普通塑料袋。

在現(xiàn)在垃圾分類處置規(guī)定的前提下，前期如果對(duì)濕垃圾不做破袋處理，濕垃圾處理廠進(jìn)行末端處置時(shí)，塑料袋等雜質(zhì)容易卡住濕垃圾處理設(shè)備；另一方面難以降解的塑料袋也會(huì)大大影響濕垃圾的整體發(fā)酵，降低處置效率，甚至產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，影響環(huán)境。

1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

筆者們?cè)O(shè)計(jì)研究了一種新型腳踏式干濕垃圾分離裝置，其機(jī)械結(jié)構(gòu)由自由拼接式腳踏板、金屬桿、彈簧、連桿、連桿框架、2 根大小形狀完全相同的杠桿、中心軸承、外保護(hù)盒等組成。

1.3 裝置操作流程

此簡(jiǎn)易機(jī)械裝置大致可分為腳踏裝置部分、連接裝置部分和核心技術(shù)部分3 個(gè)部位。具體操作流程如圖1 所示。

圖1 聯(lián)動(dòng)流程圖

裝置原理剖析：將垃圾袋放在杠桿遠(yuǎn)端2 個(gè)豎直的刀片上，當(dāng)腳踩在踏板上施加向下的力時(shí)，2 根鏈條拉動(dòng)核心裝置的2 個(gè)杠桿做張開運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)破袋效果，垃圾在重力的作用下做自由落體運(yùn)動(dòng)滑落到垃圾桶中，實(shí)現(xiàn)二者的分離，再手動(dòng)將垃圾袋直接丟入干垃圾桶里；腳移開后壓力消失，2 根杠桿在彈簧拉力的作用下恢復(fù)原位，再通過2 根鏈條帶動(dòng)腳踏裝置恢復(fù)原位。

腳踏裝置由2 塊腳踏板及彈簧構(gòu)成，通過2 根鏈條連接在核心裝置上，以達(dá)到聯(lián)動(dòng)的效果。核心裝置由2 個(gè)特制帶有刀片的杠桿組成，通過軸承固定在保護(hù)殼內(nèi)，近端和2 根鏈條連接，遠(yuǎn)端2 根特制杠桿用彈簧連接，可以在拉力和彈力的作用下實(shí)現(xiàn)張開、閉合的效果。裝置如圖2 所示。

圖2 腳踏式干濕分離器示意圖

在關(guān)鍵技術(shù)初步設(shè)計(jì)生成后還要對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)審核，確保設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)沒有任何問題，也確保關(guān)鍵設(shè)計(jì)能夠發(fā)揮良好的作用。一旦在審核過程中發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)該及時(shí)改正，確保關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)合理、可行[1]。

1.4 相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)

1.4.1 裝置尺寸設(shè)計(jì)

在實(shí)際生活中人們身邊遍布著各種各樣類型的垃圾桶，城市中多用廣口垃圾桶，便于人們進(jìn)行垃圾投放。隨著人們生活質(zhì)量不斷提升，目前社區(qū)垃圾桶主要以一體、開蓋2 種形式為主，本文設(shè)計(jì)的裝置主要針對(duì)開蓋式垃圾桶的使用。為了使產(chǎn)品更好貼近實(shí)際，采用不同方法進(jìn)行了調(diào)查研究，如利用了文獻(xiàn)探究法、實(shí)際案例探究法、具體實(shí)施法、整理總結(jié)法等。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量，目前市場(chǎng)已有的3 種通用垃圾桶裝置相關(guān)尺寸如下：360L 尺寸（高1 100 mm×長(zhǎng)710 mm×寬850 mm、240L 尺寸（高1 070 mm×長(zhǎng)580 mm×寬750 mm）、120L 尺寸（高920 mm×長(zhǎng)470 mm×寬550 mm）。據(jù)調(diào)查，社區(qū)常用垃圾桶為240L 尺寸的戶外環(huán)衛(wèi)垃圾桶。由于鏈條和連桿長(zhǎng)度可調(diào)，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)本裝置[2]。

1.4.2 裝置材料設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)水平的提升, 中國(guó)對(duì)于金屬材料的需求日益增加。鋁合金材料作為一種輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，具有后耐蝕性、易加工、回收率高、節(jié)能環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。而本裝置也充分考慮其輕便性以及使用可重復(fù)性，因此裝置選用鋁合金材料[2]。

鋁合金材料的特點(diǎn)如下：①鋁合金的密度相對(duì)較小。其密度為2.7 g/cm，質(zhì)輕且柔軟，鋁的密度約為鋼密度的1/3；應(yīng)用鋁合金材料可一定程度上降低運(yùn)輸費(fèi)用與加工費(fèi)用，從而節(jié)約施工或制造成本。②鋁合金具有較好的力學(xué)性能。純鋁具有密度低、塑性好的優(yōu)勢(shì)，然而純鋁的強(qiáng)度相對(duì)較低，其抗拉強(qiáng)度是低碳鋼的1/5，但經(jīng)過熱處理強(qiáng)化及合金化強(qiáng)化，其強(qiáng)度會(huì)大幅增加，因此在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有一定的應(yīng)用，并能滿足其高強(qiáng)度需求。③耐腐蝕性好。鋁合金的特性之一是接觸空氣時(shí)表面會(huì)形成一層致密的氧化膜，氧化膜對(duì)鋁合金表面可起到一定程度的保護(hù)作用，避免其進(jìn)一步被氧化，若再對(duì)其運(yùn)用“氧化鋁膜處理法”，就可以全面防止腐蝕，利用其這種特性，增加本裝置的可持續(xù)性。④易于再生。鋁的熔點(diǎn)低，再生簡(jiǎn)單，處理廢棄時(shí)也無(wú)公害，比較環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。⑤除了上述幾個(gè)明顯特性外，鋁合金的可塑性相對(duì)較強(qiáng)，可用其對(duì)各種規(guī)格、各種形狀的產(chǎn)品進(jìn)行有效加工，方便人們根據(jù)不同款型的垃圾桶進(jìn)行款式設(shè)計(jì)，使裝置更為貼合，且對(duì)鋁合金材料表面進(jìn)行處理可以使其生成不同顏色的膜層，滿足人們對(duì)裝置外觀的不同需求，更加吸引大眾[3]。

1.5 裝置其他視角

裝置主視圖如圖3 所示。裝置側(cè)視圖如圖4 所示。

圖3 裝置主視圖

圖4 裝置側(cè)視圖

2 社會(huì)前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值

2.1 目前裝置可以解決的問題

市場(chǎng)上雖已有相關(guān)破袋裝置，但安全性仍待考量，且市面上現(xiàn)有的破袋裝置大多難以解決傾倒?jié)窭鴷r(shí)的迸濺問題，效率不夠高，有些甚至難以達(dá)到效果，現(xiàn)在小區(qū)及各處的垃圾分類處多數(shù)沒有破袋裝置，少數(shù)垃圾處配備著洗手池，衛(wèi)生問題有待解決。據(jù)了解少數(shù)人因?yàn)椴幌肱K手而選擇把廚余濕垃圾丟棄到干垃圾桶里，給環(huán)境衛(wèi)生垃圾分類造成了負(fù)擔(dān)。本產(chǎn)品則充分考慮安全、衛(wèi)生、效率、實(shí)用性等問題，為垃圾分類提供更便利的垃圾分類放式方法。

此款腳踏式濕垃圾分離器結(jié)合了當(dāng)下的形勢(shì)、環(huán)境條件和新型思路理念，采用低成本的常用材料將可把垃圾分類變得更衛(wèi)生方便的設(shè)施硬件構(gòu)造做得最好。

在難以改善塑料袋材質(zhì)的情況下，采用簡(jiǎn)易裝置將塑料垃圾袋割開口子，方便快捷地將濕垃圾與塑料袋分離，從而進(jìn)一步提高濕垃圾的處置效率。

2.2 本裝置的創(chuàng)新點(diǎn)及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

安全可靠。此款腳踏式濕垃圾分離器相對(duì)于其他破袋工具和裝置而言，僅需踩下踏板就能帶動(dòng)鏈條拉動(dòng)杠桿用金屬桿上的尖鉤劃破塑料袋底部，使垃圾袋從底部被撕破，濕垃圾徑直流下避免迸濺，并且鏈條和杠桿有保護(hù)裝置，防止小孩被夾被誤傷，避免了一些不必要的傷害。

成本較低。該腳踏式濕垃圾分離器所需材料種類少，零部件數(shù)量相對(duì)較少，生產(chǎn)難度不高，制造成本低，原材料被廣泛使用，易于批量生產(chǎn)。

便于更換。該腳踏式濕垃圾分離器零部件少，可拆卸，可直接用于任何類型的垃圾桶上。

大小可控。本產(chǎn)品可用不同長(zhǎng)度的鏈條匹配不同高度的垃圾桶，上端保護(hù)殼也可加裝寬度伸縮板以便能夠更好適應(yīng)各種類型、大小的垃圾桶、垃圾箱，更方便、更好地服務(wù)于大眾。

3 結(jié)論

根據(jù)Solidworks 三維立體圖較為形象地描繪出了一種新型的腳踏式干濕垃圾分離裝置，該裝置利用腳踏力、彈力、杠桿、連桿等方式，實(shí)現(xiàn)便利式干濕垃圾分離。該裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)由彈簧、腳踏板、連桿、連桿框架、杠桿、外保護(hù)盒等構(gòu)成，利用腳踏動(dòng)力、杠桿、連桿及彈力等原理實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制，具有簡(jiǎn)易性、低成本、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、靈活多變及重復(fù)利用等諸多優(yōu)點(diǎn)，其能有效避免市民扔垃圾時(shí)受到不必要的傷害，節(jié)省時(shí)間和人員成本，且整套機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用及維修方便，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可達(dá)到精確分類的目的，方便更好地改善環(huán)境[3]。