一种防臭自升降垃圾桶结构设计

韩志博，王玉勤，倪小强，张皓东，罗 健

（巢湖学院机械工程学院，安徽 巢湖 238000）

生活垃圾在微生物的代谢作用下发生分解，其中的有机物分别转化为HS、CH3SH 和挥发性有机酸等恶臭气体[1-3]。这些气体挥发性较大，易扩散在大气中，而且部分气体有毒、刺激性气味大，严重影响了人们对美好生活的体验，同时这些有害气体也会对环境以及人和动物造成伤害[4]。传统垃圾桶一般为翻盖式垃圾桶，在向其中倾倒垃圾时需要整体打开桶盖，部分用户为了使用便捷甚至直接拆除桶盖，无法阻止桶内恶臭味外散。而密封性较好的垃圾桶，则存在着难以直观得知桶内垃圾存有量和难以定期清洗的缺点。为解决上述问题，本文提出一种防臭自升降垃圾桶，其桶盖可随着桶内垃圾存有量的增多而向上移动，具有可拆卸、密封性较强的特点，能有效防止桶内的恶臭气体外散并且能直观得知桶内垃圾的存有量。

1 防臭自升降垃圾桶的整体结构设计

如图1 所示，防臭自升降垃圾桶包括桶盖、桶体、液压升降组件3 个模块。3 个滑轮呈等幅布局分布在桶体底端面，推手设置在桶体上端边缘处方便清洁工转运垃圾桶。桶盖包括盖板、扭转弹簧、位移传感器、密封胶圈、紫外线杀菌灯、制动装置、快拆螺栓、电源仓和合页；盖板与扭转弹簧、合页相结合，实现垃圾入桶即关闭桶盖；快拆螺栓将桶盖与液压升降组件结合，在垃圾的重力作用下，液压升降组件驱动原始位置在桶体中部的桶盖上升，桶盖上升到桶体顶部即垃圾桶达到最大容量；位移传感器与制动装置相结合从而精准控制桶盖与垃圾之间的距离，具体结构如图2 所示。

图1 垃圾桶外观视图

2 防臭自升降垃圾桶桶盖设计

桶盖是防臭自升降垃圾桶的核心部件，由2 个半圆形盖板构成，如图3 所示，主要包括盖板、扭转弹簧、位移传感器、桶盖密封胶圈、紫外线杀菌灯、制动装置、快拆螺栓、电源仓和合页等零件。2 个桶盖盖板与扭转弹簧相配合，同时通过合页与桶盖相连。当垃圾落在桶盖盖板上时，由于重力作用，桶盖盖板打开。垃圾入桶后，由扭转弹簧为桶盖盖板提供回程动力使得桶盖盖板复位，实现垃圾入桶后即刻关闭桶盖盖板，从而有效防止桶内臭味向外扩散。本设计采用90°扭转弹簧，其固定侧力臂长度与施力侧力臂长度均需根据桶盖的大小确定。制动装置采用摩擦制动器，其原理是摩擦制动器通过接触摩擦达到减速或是制动的效果[5]。位移传感器安装在桶盖内侧。位移传感器将其收集到的数据通过电信号传递给安装在桶盖内侧的制动装置，从而精准控制防臭自升降垃圾桶桶内垃圾上表面与桶盖的距离，实现不必打开桶盖即可得知桶内垃圾量存有量的功能。为保证桶盖的密封性，特选用了2 条O 型橡胶密封圈，对称分布在桶盖侧壁。桶盖侧面上部对称分布两个凸台，快拆螺栓通过凸台中央光孔与液压升降组件中的液压推杆连接，实现桶盖快速拆装。制动装置位于桶盖内侧，在接收到位移传感器感知距离信号经处理后及时制动。电源仓设置在桶盖靠近边缘位置，凹槽的设计为电源提供安装位点，使用过程中采用可充电电池，为紫外线杀菌灯以及制动装置供能。

图2 垃圾桶剖视图

图3 防臭自升降垃圾桶桶盖

3 液压升降组件及其导轨设计

如图4、图5 所示，液压升降组件包括液压杆、液压杆活塞、导轨密封板、桶内承重板（位置如图2）和桶内承重板密封胶圈（位置如图2）。桶壁内侧设置桶盖和桶内承重板，桶壁内部对称部位分别设置液压杆和密封板导轨。两导轨下部分平行但不相通、两导轨上部分平行且相通。当垃圾增多时，在重力作用下液压装置开始工作，带动桶盖沿着密封液压杆轨道上升。导轨密封板为L 型板，连接在液压杆活塞上方的液压杆上，运行时二者相对静止，以防止桶内垃圾进入液压杆和密封板导轨，从而影响液压杆带动桶盖的正常上下移动。液压杆顶部设有螺纹孔，通过快拆螺栓将桶盖固定在液压杆上。快拆螺栓能够快速拆卸和安装，方便桶内垃圾的倾倒和垃圾桶内壁的清洗。桶内承重板为圆柱状、其直径小于桶体的直径以增强垃圾桶桶内承重板下方桶壁的强度。桶盖、桶内承重板侧壁均设置有O 型密封胶圈。通过缸筒与密封槽挤压使其变形而产生预紧力，可有效防止径向与轴向漏油[6]，保证桶内、外完全隔绝，提高液压升降组件的密封性。桶体底部设有液压通孔，液压杆和密封板导轨位于桶壁内，为液压杆和密封板提供运行轨道。桶底液压通孔将桶内承重板下的液压油与液压杆活塞内部的液压油相通。

图4 导轨部分剖视图

图5 液压升降组件推杆主视图

4 工作原理

防臭自升降垃圾桶在使用时，将垃圾放置在桶盖上，由于垃圾的重力作用，盖板向下倾斜一定角度使垃圾进入桶内。桶内垃圾通过重力作用在桶内承重板上迫使桶内承重板下的液压油通过桶底液压通孔进入桶壁促使液压杆和液压杆活塞上移进而带动桶盖上移。密封板随液压杆运动以防止桶内垃圾进入液压杆和密封板导轨影响桶盖上升或下降。制动装置、位移传感器和电源仓内的电源组成系统共同控制桶盖上移距离从而准确显示桶内垃圾量。紫外线杀菌灯通过破坏细菌生理结构可有效降低桶内细菌数量，减少细菌对垃圾中有机物的分解，从根本上解决臭味外散的问题。桶盖到达顶部后旋下快拆螺栓即可拆掉桶盖以倾倒桶内垃圾，清洗垃圾桶内壁。垃圾倾倒后，旋上快拆螺栓以将桶盖和液压升降杆结合，在重力作用下，桶盖下移至桶体中部，恢复初始状态。

5 结束语

目前，随着人们生活水平以及对美好生活体验追求的提高，传统垃圾桶已不能满足人们的需求。防臭自升降垃圾桶的结构设计，能够解决现有垃圾桶难以阻止桶内异味向外扩散、难以估算桶内垃圾存有量以及难以清洗的问题。该装置将从根本上解决生活垃圾污染空气的问题。其结构简单，使用方便，对改善生活环境，提升居民生活品质具有重要的促进作用。