節水型城市垃圾桶自動清洗裝置設計

周全　史田星　王景石　萬立成　王曉娟

摘要：針對目前城市垃圾桶清洗裝置普遍存在清洗效果不理想的問題，設計了一種節水型城市垃圾桶清洗裝置，該設計給出了一種節水和水資源可循環的清洗方式，通過優化傳統垃圾桶清洗裝置的結構，設計了一種可自動清洗的裝置，提高城市垃圾桶清洗效率，改善市容環境；針對現有清洗裝置水資源消耗量大的問題，設計了與清洗裝置匹配的水循環系統，采用高壓水射流技術增強了清洗效果，同時利用水質監控系統對循環水的質量進行監控。使用結果表明：設計的清洗裝置比現有的手持式垃圾桶清洗裝置具有更好的清洗效果，水資源利用率大大提高，為城市垃圾桶清洗裝置的設計提供了理論與實物基礎。

關鍵詞：垃圾桶清洗；水循環；高壓水射流技術；水質監測

中圖分類號：X33 文獻標識碼：B 文章編號：1674-9944（2016）06-0199-03

1 引言

隨著人民生活水平的不斷提高，我國城市垃圾桶數量不斷增長。據統計，目前平均一個城市的垃圾桶的數量已達2萬個，且隨著城市化進程的加快，垃圾桶每年投入量也在成比例上升。垃圾桶是城市街道社區環境衛生不可缺少的一部分，作為一種垃圾收集裝置，必須定時定點地對其進行清洗和消毒，以免滋生大量的病毒細菌和蟲蠅，影響人們的日常生活和身體健康。但目前垃圾桶清洗多半采用人工的方法：一邊用水沖洗一邊用刷子清刷，最后噴灑消毒液，若處理不當，容易造成二次污染。較為先進的方法，環衛工人手持水槍沖洗，但是由于沒有適當的場地和設備，清洗完后的污水無法回收，殘留在原地，反而擴大了垃圾污染面積。最嚴重是垃圾桶常年不清洗，只是用垃圾車統一回收垃圾。

針對上述清洗過程中造成二次污染以及清洗過程中水資源的浪費問題，引入自動清洗和水循環利用的思想，設計了一款節水型城市垃圾桶自動清洗裝置。該裝置兼具垃圾收集與垃圾桶清洗雙重功能，自動對垃圾桶進行全方位清洗，也可根據需求添加洗滌劑和消毒劑；同時水箱的存水可循環使用，節水省時；作業效率高，成本低，結構小巧。通過清洗從根本上消除垃圾桶細菌滋生的隱患，解決現階段城市垃圾桶的清潔問題。

2 裝置介紹

圖1為節水型城市垃圾桶自動清洗裝置示意圖。由清洗機構、過濾機構及外部支撐框架構成。

2.1 清洗機構

清洗機構由自動旋轉噴頭、夾持機構、網格架臺、水箱、高壓水泵組成。其中，自動旋轉噴頭與網格架臺中間的固定板螺紋連接；網格架臺焊接在框架上；高壓水泵通過管道與水箱相連。

水箱設有水箱進水閥和水箱出水閥，用于作業前后的進排水，箱口正對垃圾桶中內膽的下方，以便于收集經過濾機構過濾后的污水。水箱的水經水泵進水管進入高壓水泵加壓，再經出水管流到自動旋轉噴頭，對垃圾桶中內膽進行清洗。

如圖2所示，夾持機構由彈簧和滑塊組成，滑塊通過滑軌布置在網格架臺上，滑塊由彈簧與角架側板相連，角架側板與框架相連；滑軌上布置兩個擋板，分別阻擋住兩邊滑塊，使夾持機構沒有固定垃圾桶時保持一定預緊力，滑塊的之間的距離略小于垃圾桶內徑，便于不同尺寸的垃圾桶的裝夾。

2.2 過濾機構

如圖3所示，過濾機構由錐形漏斗和三層過濾網組成，三層濾網依次是第一層10目、第二層50目、第三層100目，第一層過濾網和第二層過濾網通過滑槽與框架連接，可由滑槽拉出濾網清理雜物；第三層過濾網通過螺釘固定在水箱端口，可取下清洗；錐形漏斗上沿與框架螺紋固定。

2.3 框架

如圖4所示，框架由多根角架通過螺栓組連接而成，為長方體或正方體；該框架的底層設有鋼板，用于固定水箱和蓄電池；蓄電池上方設有夾板，用于固定高壓水泵；高壓水泵上方設有鋼板，用于固定垃圾收集箱。

3 清洗、循環和水質監測系統

3.1 清洗系統

清洗系統的設計針對目前垃圾桶清洗裝置不利于長期作業的問題，設計了自動清洗系統。自動清洗系統由高壓水泵、旋轉噴頭組成。高壓清洗是世界公認最科學、經濟、環保的清潔方式之一。使用高壓水柱清理污垢，強力水壓所產生的泡沫即可將一般污垢帶走，清洗頑固油漬時可加入少許清潔劑。高壓水射流清洗技術是一種新興技術及工藝，通過動力裝置使高壓柱塞泵產生高壓水來沖洗物體表面，水的沖擊力大于污垢與物體表面附著力，高壓水就會將污垢剝離并沖走，達到清洗物體表面的效果，適用于各類（包括釜罐、艙）容器與管道內外壁的清洗除銹。垃圾桶清洗裝置是在高壓清洗機的基礎上，配置進給機構和三維旋轉噴頭。進給機構安裝在入孔上，其垂直給傾斜、旋轉和曲臂功能保證了噴頭伸及容器內壁每一部位，在裝置公轉的同時，噴頭以20～40r/min的轉速自轉，使水射流沖洗到垃圾桶內壁的每一點。小直徑容器及各類管道內外壁的清洗則采用二維旋轉噴頭，它與環形旋轉噴頭共同實現對管道內外壁的同步清洗。

高壓水射流清洗機是集高壓往復泵、安全閥、調壓溢流閥、噴槍、噴頭及軟管等為一體的成套設備。當噴槍打開后，高壓水經噴嘴形成高速水射流柱進行各種作業；噴槍關閉后，調壓溢流閥自動開啟溢流。如果突發壓力驟升，當超過調壓預置值時，安全閥起跳卸荷，保護系統不過載。機組作業能力與其壓力、功率成正比。隨著壓力和功率的增大，其技術含量和成本就會增加。噴嘴孔徑決定了它的作業工況——壓力和流量。

3.2 水循環系統

水循環系統主要由噴嘴、水箱搭配過濾網、導流裝置錐形漏斗組成。垃圾桶倒置在清洗裝置上，洗滌水通過過濾網、導流通道重新回到水箱，以實現水循環。三層不同規格濾網分別為10目、50目、100目，根據目數的增大，過濾垃圾的半徑減小。清洗過程中污水經網格架臺分別流經三層過濾網，基本完成極為細密物質的濾出，保證了過濾后水質的清潔，分級過濾的水資源由錐形漏斗收集重新回到水箱，實現污水的二次利用。過濾系統為密封式結構，以有效防止污水四濺，濾網可通過滑軌取出，清理雜物方便，采用彈簧卡槽夾持機構對垃圾桶固定，方便牢固。

3.3 水質監測系統

監測系統利用濁度傳感器對水箱中循環水水質實時監測，濁度傳感器是利用光學原理，通過液體溶液中的透光率和散射率來綜合判斷濁度情況。將傳感器采集的濁度值傳遞給單片機，利用單片機自身的AD轉換，換算得到對應環境下的濁度情況，將實際濁度值利用LCD顯示屏顯示，清潔工可通過當前水濁度值判斷是否應該換水，進一步提高了水的利用率，同時也避免了由于水質過差阻塞噴頭，影響正常工作。

4 結語

筆者針對傳統垃圾桶清洗裝置的優點和不足，給出了一種新型的垃圾桶清洗裝置設計。該裝置能實現垃圾桶的自動清洗和清洗后廢水的過濾及循環使用，利用高壓水射流技術大大提高了清洗效果，同時加入水質監控系統對水濁度進行實時監控，達到水資源的最大化利用。該裝置結構小巧，適用于路邊清洗作業，相比目前通過手持高壓水槍清洗垃圾桶具有更好的清洗效果，減輕了人工勞動強度，同時能提高水資源的利用率。