環(huán)保、節(jié)能垃圾箱設(shè)計(jì)研究

張建　李紅升

摘 要：通過對環(huán)保、節(jié)能垃圾箱設(shè)計(jì)研究，對垃圾源頭處理方案進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)與分析，完成了垃圾箱垃圾自動壓縮及智能控制方案規(guī)劃工作，對城市公共垃圾處理問題的解決具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)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(huán)境是現(xiàn)代生活追求的目標(biāo)，生活環(huán)境的優(yōu)劣是人民文明進(jìn)步的標(biāo)志，環(huán)境衛(wèi)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(chǎn)量大約為1.5億噸，垃圾處理多采用垃圾箱收集，垃圾車轉(zhuǎn)運(yùn)，垃圾處理廠處理方式。在垃圾箱收集，垃圾車轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，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(huán)境二次污染。

城市生活垃圾的成分特點(diǎn)是垃圾密度降低、可壓縮性強(qiáng)，采用常規(guī)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)方式容易造成虧載。所以，降低垃圾清運(yùn)費(fèi)用是降低整個城市垃圾處理處置費(fèi)用的關(guān)鍵。如何解決垃圾處理中存在的環(huán)保、節(jié)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(tǒng)垃圾箱結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)運(yùn)，同時垃圾箱可進(jìn)行自動消毒處理，避免對周圍環(huán)境造成污染。

垃圾源頭壓縮可以很好地解決垃圾運(yùn)輸中的虧載問題，更可有效地提高垃圾運(yùn)載效率、降低垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)頻率、節(jié)省垃圾運(yùn)輸費(fèi)用、改善交通擁擠狀況和消除清運(yùn)中的二次污染等，是城市生活垃圾實(shí)現(xiàn)減量化的發(fā)展方向。由于在垃圾箱內(nèi)即完成了垃圾的壓縮處理，實(shí)現(xiàn)了垃圾處理的環(huán)保、節(jié)能需求，可以肯定，這樣的垃圾箱得到推廣應(yīng)用，勢必對我們構(gòu)建文明社會有著重要而深遠(yuǎn)的意義。

目前，國內(nèi)外已有部分可壓縮的垃圾箱產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)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(huán)境中的應(yīng)用與推廣。

在對可自動壓縮處理的垃圾箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中，我們注意到：由于垃圾箱受到自身體積制約，在實(shí)現(xiàn)垃圾自動壓縮處理功能中，必須利用一種可控伸縮機(jī)構(gòu)，在垃圾非壓縮工作狀態(tài)，該機(jī)構(gòu)占用較小的體積空間，而在垃圾壓縮工作時，該機(jī)構(gòu)又具有較大的伸長行程，同時該機(jī)構(gòu)具有一定的承壓能力，不會輕易受壓變形或者停止運(yùn)動，這樣的機(jī)構(gòu)才能達(dá)到節(jié)省空間和高效完成垃圾壓縮的工作目標(biāo)。

我們認(rèn)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(jié)省壓縮機(jī)構(gòu)工作空間，壓縮機(jī)構(gòu)宜采用剪叉式伸縮結(jié)構(gòu)，如圖所示。該機(jī)構(gòu)是目前較為成熟的伸縮機(jī)構(gòu)，具有體積小，行程長，速度穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)垃圾自動壓縮處理，垃圾箱箱體上支架固定驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)連接螺桿，由螺旋機(jī)構(gòu)帶動剪叉式伸縮結(jié)構(gòu)左側(cè)可移動鉸鏈，實(shí)現(xiàn)剪叉式伸縮結(jié)構(gòu)伸展與收縮運(yùn)動。當(dāng)剪叉式伸縮結(jié)構(gòu)伸展時，帶動垃圾箱壓縮板向下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)垃圾壓縮處理，垃圾壓縮完成，剪叉式伸縮結(jié)構(gòu)收縮，垃圾箱壓縮板返回。

垃圾自動壓縮處理的另一個關(guān)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(shè)有紅、綠兩種顏色的指示燈，分別顯示垃圾箱為“滿”和“空”狀態(tài)，使垃圾箱使用狀態(tài)一目了然。當(dāng)垃圾箱未裝滿時，綠色指示燈點(diǎn)亮，可進(jìn)行垃圾投放及壓縮工作。當(dāng)垃圾箱裝滿之后，紅色顯示燈點(diǎn)亮，垃圾投放及壓縮功能自動關(guān)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(nèi)有人進(jìn)入時，經(jīng)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(guān)蓋等相應(yīng)動作。若在設(shè)定時間內(nèi)無人進(jìn)入探測范圍內(nèi)或探測范圍內(nèi)無信號觸發(fā)時，開始啟用單片機(jī)特有的休眠功能，從而大大減少了能源的浪費(fèi)。休眠過程中若有人走進(jìn)探測范圍內(nèi)，單片機(jī)會被喚醒，并將以前關(guān)閉電源的電路重新通電進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

當(dāng)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(jī)構(gòu)進(jìn)行垃圾壓縮操作，當(dāng)垃圾壓縮至極限位置時，垃圾箱紅色指示燈點(diǎn)亮，此時垃圾箱投放智能控制將自動關(guān)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(jī)構(gòu)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(tài)信息實(shí)時與控制中心和監(jiān)控平臺相連接，當(dāng)垃圾箱處于裝滿狀態(tài)時，及時自動發(fā)送信號讓搬運(yùn)車進(jìn)行處理。

為更好體現(xiàn)環(huán)保、節(jié)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(dāng)垃圾箱放置在室外時，使用太陽能作為驅(qū)動動力源；如果垃圾箱放置在光照不足的室內(nèi)，則可采用普通電源作為驅(qū)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(zhuǎn)量與汽車轉(zhuǎn)運(yùn)成本，節(jié)能減排，貢獻(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)勢在必行。倡導(dǎo)融太陽能可再生能源技術(shù)與環(huán)境保護(hù)于一體，倡導(dǎo)綠色能源與低碳經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益。智能壓縮垃圾箱將為人類創(chuàng)造一種新的生活形態(tài)，使人類社會進(jìn)入一個節(jié)約能源減少污染的時代。

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（作者單位：天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院）