脚踏式干湿垃圾分离器装置设计

顾千蕙，姜 锐，魏 玲，陈 鹏，薛永佳，娄宇航

（上海健康医学院，上海201318）

党的十九大以来，在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下，在习近平生态文明思想引导下，中国生态文明建设取得明显成效，生态环境质量显著提高。其中垃圾分类是生态文明建设和循环经济发展的重要环节和关键领域，因此政府也出台了一系列相关的法规、政策，以求达到更好的督促规范作用。虽然对于目前垃圾分类的要求百姓们积极配合，但是百姓们对湿垃圾破袋的政策仍会有许多抱怨，比如湿垃圾倾倒时异味较大、垃圾会沾到手上等，对此并没有很有效的解决办法[1]。因此笔者们研究了一款脚踏式干湿垃圾分离装置，倾倒湿垃圾时可极大地解放双手，避免一系列问题。本项目的提出旨在进一步提升干湿垃圾分类工作实效，做深做细垃圾分类这一“关键小事”，全力增强社区居民环保意识，引导居民主动正确参与垃圾分类，践行健康文明新风尚。

1 总体技术与结构方案设计

1.1 脚踏式装置需求分析

大多数社区并无特殊工具及装置可实现便捷破袋，仍需要居民手动将塑料袋和装于垃圾袋内的湿垃圾进行分离，某些社区中安装了将一条锯齿横搭在垃圾桶上作为破袋工具的垃圾桶，破袋工具为一排锯口，破袋效率并不高，同时大部分垃圾袋会因被锯齿撕烂随着垃圾一起落入垃圾桶内，容易迸溅。此外，居民投放时不方便观察，易存在视觉盲点，不能很好控制入手的深度，可能有被锯齿割伤的风险。

虽然现在已经研发出可降解塑料袋，但是这种可降解塑料袋还有以下几方面不足和弊端：因为可降解的速度过慢，塑料袋仍被长时间存在于土壤中，不利于可持续发展；降解过程仍会干扰环境，甚至会产生影响环境的物质，从而间接污染环境；可降解塑料袋的成本较高，并不能作为居民长期广泛使用丢掷湿垃圾的材料；可降解塑料袋持有率低，市面上绝大多数商店、饭店等使用的还是普通塑料袋。

在现在垃圾分类处置规定的前提下，前期如果对湿垃圾不做破袋处理，湿垃圾处理厂进行末端处置时，塑料袋等杂质容易卡住湿垃圾处理设备；另一方面难以降解的塑料袋也会大大影响湿垃圾的整体发酵，降低处置效率，甚至产生有毒有害物质，影响环境。

1.2 机械结构组成

笔者们设计研究了一种新型脚踏式干湿垃圾分离装置，其机械结构由自由拼接式脚踏板、金属杆、弹簧、连杆、连杆框架、2 根大小形状完全相同的杠杆、中心轴承、外保护盒等组成。

1.3 装置操作流程

此简易机械装置大致可分为脚踏装置部分、连接装置部分和核心技术部分3 个部位。具体操作流程如图1 所示。

图1 联动流程图

装置原理剖析：将垃圾袋放在杠杆远端2 个竖直的刀片上，当脚踩在踏板上施加向下的力时，2 根链条拉动核心装置的2 个杠杆做张开运动，从而实现破袋效果，垃圾在重力的作用下做自由落体运动滑落到垃圾桶中，实现二者的分离，再手动将垃圾袋直接丢入干垃圾桶里；脚移开后压力消失，2 根杠杆在弹簧拉力的作用下恢复原位，再通过2 根链条带动脚踏装置恢复原位。

脚踏装置由2 块脚踏板及弹簧构成，通过2 根链条连接在核心装置上，以达到联动的效果。核心装置由2 个特制带有刀片的杠杆组成，通过轴承固定在保护壳内，近端和2 根链条连接，远端2 根特制杠杆用弹簧连接，可以在拉力和弹力的作用下实现张开、闭合的效果。装置如图2 所示。

图2 脚踏式干湿分离器示意图

在关键技术初步设计生成后还要对其进行仔细审核，确保设计环节没有任何问题，也确保关键设计能够发挥良好的作用。一旦在审核过程中发现问题应该及时改正，确保关键技术设计合理、可行[1]。

1.4 相关数据指标

1.4.1 装置尺寸设计

在实际生活中人们身边遍布着各种各样类型的垃圾桶，城市中多用广口垃圾桶，便于人们进行垃圾投放。随着人们生活质量不断提升，目前社区垃圾桶主要以一体、开盖2 种形式为主，本文设计的装置主要针对开盖式垃圾桶的使用。为了使产品更好贴近实际，采用不同方法进行了调查研究，如利用了文献探究法、实际案例探究法、具体实施法、整理总结法等。

根据实际测量，目前市场已有的3 种通用垃圾桶装置相关尺寸如下：360L 尺寸（高1 100 mm×长710 mm×宽850 mm、240L 尺寸（高1 070 mm×长580 mm×宽750 mm）、120L 尺寸（高920 mm×长470 mm×宽550 mm）。据调查，社区常用垃圾桶为240L 尺寸的户外环卫垃圾桶。由于链条和连杆长度可调，可根据实际情况调节本装置[2]。

1.4.2 装置材料设计

随着经济的发展以及工业水平的提升, 中国对于金属材料的需求日益增加。铝合金材料作为一种轻质金属结构材料，具有后耐蚀性、易加工、回收率高、节能环保性等优势，在工业生产中发挥了越来越重要的作用。而本装置也充分考虑其轻便性以及使用可重复性，因此装置选用铝合金材料[2]。

铝合金材料的特点如下：①铝合金的密度相对较小。其密度为2.7 g/cm，质轻且柔软，铝的密度约为钢密度的1/3；应用铝合金材料可一定程度上降低运输费用与加工费用，从而节约施工或制造成本。②铝合金具有较好的力学性能。纯铝具有密度低、塑性好的优势，然而纯铝的强度相对较低，其抗拉强度是低碳钢的1/5，但经过热处理强化及合金化强化，其强度会大幅增加，因此在航空航天、交通运输等领域有一定的应用，并能满足其高强度需求。③耐腐蚀性好。铝合金的特性之一是接触空气时表面会形成一层致密的氧化膜，氧化膜对铝合金表面可起到一定程度的保护作用，避免其进一步被氧化，若再对其运用“氧化铝膜处理法”，就可以全面防止腐蚀，利用其这种特性，增加本装置的可持续性。④易于再生。铝的熔点低，再生简单，处理废弃时也无公害，比较环保，符合可持续发展战略。⑤除了上述几个明显特性外，铝合金的可塑性相对较强，可用其对各种规格、各种形状的产品进行有效加工，方便人们根据不同款型的垃圾桶进行款式设计，使装置更为贴合，且对铝合金材料表面进行处理可以使其生成不同颜色的膜层，满足人们对装置外观的不同需求，更加吸引大众[3]。

1.5 装置其他视角

装置主视图如图3 所示。装置侧视图如图4 所示。

图3 装置主视图

图4 装置侧视图

2 社会前景和经济价值

2.1 目前装置可以解决的问题

市场上虽已有相关破袋装置，但安全性仍待考量，且市面上现有的破袋装置大多难以解决倾倒湿垃圾时的迸溅问题，效率不够高，有些甚至难以达到效果，现在小区及各处的垃圾分类处多数没有破袋装置，少数垃圾处配备着洗手池，卫生问题有待解决。据了解少数人因为不想弄脏手而选择把厨余湿垃圾丢弃到干垃圾桶里，给环境卫生垃圾分类造成了负担。本产品则充分考虑安全、卫生、效率、实用性等问题，为垃圾分类提供更便利的垃圾分类放式方法。

此款脚踏式湿垃圾分离器结合了当下的形势、环境条件和新型思路理念，采用低成本的常用材料将可把垃圾分类变得更卫生方便的设施硬件构造做得最好。

在难以改善塑料袋材质的情况下，采用简易装置将塑料垃圾袋割开口子，方便快捷地将湿垃圾与塑料袋分离，从而进一步提高湿垃圾的处置效率。

2.2 本装置的创新点及竞争优势

安全可靠。此款脚踏式湿垃圾分离器相对于其他破袋工具和装置而言，仅需踩下踏板就能带动链条拉动杠杆用金属杆上的尖钩划破塑料袋底部，使垃圾袋从底部被撕破，湿垃圾径直流下避免迸溅，并且链条和杠杆有保护装置，防止小孩被夹被误伤，避免了一些不必要的伤害。

成本较低。该脚踏式湿垃圾分离器所需材料种类少，零部件数量相对较少，生产难度不高，制造成本低，原材料被广泛使用，易于批量生产。

便于更换。该脚踏式湿垃圾分离器零部件少，可拆卸，可直接用于任何类型的垃圾桶上。

大小可控。本产品可用不同长度的链条匹配不同高度的垃圾桶，上端保护壳也可加装宽度伸缩板以便能够更好适应各种类型、大小的垃圾桶、垃圾箱，更方便、更好地服务于大众。

3 结论

根据Solidworks 三维立体图较为形象地描绘出了一种新型的脚踏式干湿垃圾分离装置，该装置利用脚踏力、弹力、杠杆、连杆等方式，实现便利式干湿垃圾分离。该装置机械结构由弹簧、脚踏板、连杆、连杆框架、杠杆、外保护盒等构成，利用脚踏动力、杠杆、连杆及弹力等原理实现动力驱动控制，具有简易性、低成本、节能环保、安全可靠、灵活多变及重复利用等诸多优点，其能有效避免市民扔垃圾时受到不必要的伤害，节省时间和人员成本，且整套机械装置结构简单，使用及维修方便，具有一定的经济效益和社会效益，可达到精确分类的目的，方便更好地改善环境[3]。