基于人体工程学的反向滑盖垃圾桶的设计

2022-10-09娄柱

中国新技术新产品 2022年13期

娄柱

（大连富地重工机械制造有限公司，辽宁大连 116200）

0 引言

目前，市场上常见的带有盖子的垃圾桶基本分为按压翻盖式和推压翻盖式。按压翻盖式垃圾桶的特点是按压后盖子向后翻转，其翻转方向是从下至上翻转，当需要闭合时，需要再次手动将其从上至下盖上并再次做按压动作，这种结构的缺陷是盖子的打开方向与垃圾投放的方向正好相反，导致开盖时盖子会与投放垃圾的手会交叉，盖子容易碰掉手中尚未投放的垃圾，且不能保证每次都会记得盖上垃圾桶的盖子。推压翻盖式垃圾桶的特点是垃圾桶的盖子一推即开，不推即关，但是这种结构的缺陷是需要手直接与垃圾桶的盖子接触，容易弄脏手或盖子。因此，基于上述问题，该文介绍了一种基于人体工程学的反向滑盖垃圾桶，可以解决常规的带有盖子的垃圾桶不符合人体投放动作的技术问题。该文在理论结合实际的基础上对该结构进行分析，并与其他结构在适用场合方面进行对比，以具体实例阐述该反向滑盖结构的广泛性和实用性。

1 反向滑盖在桌面垃圾桶中的应用

1.1 反向滑盖的设计

为了最大程度地适应当前的市场环境、实现反向滑盖结构在桌面垃圾桶上的应用并更好地实现按压开盖和松手自动扣盖的连贯动作，笔者认为应该在普通按压翻盖桌面垃圾桶的基础上适当地对反向滑盖桌面垃圾桶进行改进，设计方案如图1、图2所示。

图1 反向滑盖结构展示

图2 详细结构图

该创新设计的技术方案展示了一款反向滑盖设计的桌面垃圾桶，其详细结构包括下部的垃圾桶桶体、上盖部、上盖体、滑道、壁孔、挡块、翻盖体、轮轴、孔、压板体、压板轴、轴、滑轮、连杆、翻转杆、转轴以及折弯。该垃圾桶的桶体与普通垃圾桶类似，但上端设有与上盖部相互安装的接口，其上盖部的下端也设有与桶体相互安装的接口，桶体和上盖部相互安装后形成完整的翻转盖垃圾桶。另外，桶体上端所设的接口可以装入垃圾袋，以方便转移垃圾。

为了解决现有问题，该垃圾桶的上盖部还包括上盖体、翻盖体和压板体。翻盖体为垃圾桶的翻转盖，可以实现翻转开合的功能，压板体为垃圾桶的压板装置，用于操作翻盖体的翻转开合动作。当下压压板体时，翻盖体在连杆机构的作用下向下翻转并向左移动，以打开盖子。当取消下压动作时，翻盖体在重力的作用下自然下滑，并沿着连杆机构的运动轨迹封闭垃圾桶的投入口，以关闭盖子（翻盖体和压板体均安装在上盖体上）。

上盖部还包括滑轮，滑轮中部设有孔洞，可以用于铰接。翻盖体还设有轮轴。轮轴与滑轮中部的孔铰接装配安装，安装后滑轮可在轮轴上自由转动，形成滑轮机构。安装在轮轴上的滑轮可以1个单独安装，也可以2个成对安装。

上盖体还设有滑道，可在滑道内装入滑轮，并可容纳滑轮在其内部自动滚动。滑道不限于1个，也可以是2个对称布置。将滑轮装入滑道后，翻盖体可在滑轮的滑轮机构作用下左右滑动（以上盖体为参照物），形成垃圾桶整套连杆机构中的滑动副。

上盖部还包括连杆和翻转杆，连杆设有第一端和第二端，翻转杆也设有第一端和第二端。连杆的第一端与翻转杆的第一端铰接配合安装，形成垃圾桶整套连杆机构中的第二连杆机构。当连杆上下移动时，翻转杆会在连杆机构的作用下逆时针、顺时针转动。

压板体还设有压板轴和轴，压板轴与上盖体铰接配合安装，形成垃圾桶整套连杆机构中的杠杆机构，轴与连杆的第二端铰接配合安装，形成垃圾桶整套连杆机构中的第一连杆机构。当下压压板体时，轴会在杠杆机构的作用下向上运动，与此同时，连杆会在第一连杆机构的作用下同步向上运动。

翻盖体设有用于铰接安装的孔。孔与翻转杆的第二端铰接安装，形成垃圾桶整套连杆机构中的第三连杆机构。当翻转杆逆时针旋转时，翻盖体在第三连杆机构的作用下向下翻转并向左移动，当翻转杆顺时针旋转时，翻盖体在第三连杆机构的作用下向上翻转并向右移动。

上盖体设有用于铰接安装的壁孔，翻转杆设有转轴，壁孔与转轴铰接配合安装，形成垃圾桶整套连杆机构中的旋转机构。

上盖体还设有挡块，挡块在上盖体的左侧上部，用于阻挡翻盖体翻转闭合时翻入上盖体内部，实现对翻盖体进行闭合限位的功能。当翻盖体做闭合动作并与挡块相接触时，闭合动作结束，垃圾桶盖子闭合。

翻转杆还设有折弯，折弯在翻盖体翻转打开时避让上盖体并对翻盖体的翻转进行限位。当翻盖体做打开动作并与折弯相接触时，打开动作结束，垃圾桶盖子完全打开。

使用时，按压压板体，压板体向下移动，轴会在杠杆机构的作用下向上运动，与此同时，连杆会在第一连杆机构的作用下实现同步向上运动。当连杆向上移动时，翻转杆会在第二连杆机构的作用下实现逆时针旋转，与此同时，当旋转机构中的翻转杆带动转轴逆时针旋转时，翻盖体在第三连杆机构的作用下向下翻转并向左移动，同时将滑道中的滑轮向左移动，翻转杆将翻盖体的向左拉动与滑轮在滑道中的滑动动作合并成翻盖体向左的开盖翻转动作。当翻盖体翻转移动到与折弯相接触时，翻盖体完全打开，此时可以投掷垃圾。

使用后，取消对压板体的按压，翻盖体在重力的作用下沿着连杆机构的轨迹向上翻转并向右移动，翻盖体带动第三连杆机构中的翻转杆顺时针旋转，与此同时，旋转机构中的转轴同步顺时针旋转，并带动第二连杆机构中的连杆向下移动，连杆的向下移动又带动设在第一连杆机构以及与上盖体形成的杠杆机构的压板体向上运动，实现压板体的自动归位功能。当翻盖体向上翻转并与挡块接触时，翻盖体完全闭合，实现垃圾桶盖子的自动闭合翻转动作。

上盖体的上表面设置为斜面，这样可以增大垃圾桶投入口的尺寸，以方便投入垃圾。滑道在斜面内侧并与斜面平行，滑轮在与斜面相互平行的平面内移动。斜面更利于翻盖体本身在翻盖体闭合翻转时下滑，从而更好地实现自动闭合翻转动作。

1.2 反向滑盖结构的优势

反向滑盖垃圾桶的上盖部设有能够反向滑动开启的盖子和一个专门用于手部按压的压板，当需要投放垃圾的手放在压板上时，其盖子靠近手的一端向远离手的方向滑动，远离手的一端向上移动带动盖子反向翻转。这样的开启方式可以避免手部与盖子的接触，并且盖子的开启方向与垃圾的投放方向一致，从而使整个盖子的开启动作与人体投放动作完美契合，在提高使用舒适度的同时，还降低了投放失误的概率。而手部按压的压板是设置在靠近垃圾投放口附近的位置，通过手腕或者手掌底部来按压压板即可开启盖子，同时还不影响手部对垃圾的抓取和释放，即使单手操作也没有问题。因为设有盖子，且整个盖子内部结构没有弹性部件来辅助盖子的开启或关闭，完全依靠盖子本身重力完成盖子的自然关闭，所以可以实现盖子一压即开启、不压即关闭的效果，能够随时防止异味扩散，即便翻倒也不会照成垃圾外泄。其具有盖子反向开启、盖子闭合和上部套盖与下部桶体分开使用3种状态，这种结构的反向滑盖垃圾桶就更适合在卫生间、餐桌、卧室床头或者办公室等随手即用的地方使用。

1.3 外观结构优化

由于该结构原理是基于纯机械结构而设计的，因此不会消耗电能，而翻盖体的自动扣合则必须在其自身重力的作用下完成，要保证翻盖体能够在自身重力的作用下完成滑动翻转扣合动作，就必须要保证翻盖体加上翻转杆的重心在完全打开之后不能超过壁孔在竖直方向上的中心线，那么假设忽略翻转杆的质量并在结构上设定好翻盖体打开的角度，那么结构简图如图3所示，需要根据结构简图来计算确定翻转杆的长度。

图3 几何原理图

如图4所示，将其结构简化为几何图形，那么图4中翻转杆的直线长度如公式（1）所示。式中：为上面直角三角形长直角边的长度，mm；为中间直角三角形短直角边的长度，mm；为翻盖体中心到孔的距离，mm。

图4 尺寸计算图

、以及分别如公式（2）~公式（4）所示。

式中：为翻盖体中心到轮轴的距离，mm。如公式（5）所示。

假设翻转杆与竖直方向的夹角为，那么夹角如公式（6）所示。

由公式（6）可知，夹角的计算公式是基于翻盖体的重心刚好位于壁孔（112-壁孔）在竖直方向上的中心线上得出的，那么为了提供更好的客户体验，使翻盖体能够在自身重力的作用下完成扣合，假设优化后的夹角为，如公式（7）所示。

1.4 各形态间切换的具体操作

在这样的结构下，反向滑盖桌面垃圾桶具备3种状态，分别是开盖状态、闭合状态和无盖状态，其具体操作方式如下。

当需要向反向滑盖桌面垃圾桶内投放垃圾时，将手腕部轻轻压在压板体上，反向滑盖桌面垃圾桶的上盖就会打开，同时释放手中的垃圾即可完成投放。

当垃圾投放完毕时，释放压在压板体上的手腕，即抬起需要投放垃圾的手臂，上盖在自身的重力作用下将自然回落扣合。

当需要频繁投放垃圾时，可以选择将上盖部从桶体上拆下，那么桶体即为无盖状态下的普通垃圾桶。

2 实用性对比

2.1 优点

该结构具有以下6个优点：1）设有盖子，能够防止异味扩散，即便翻倒也不会导致垃圾外泄。2）通过投放垃圾的手腕部或者手掌的底部来按压压板即可开启盖子，可单手操作。3）设有专门的手触压板，不需要与垃圾桶的盖子直接接触，干净卫生。4）自动扣盖，不用担心忘记关上盖子。5）不需要电力加持，使用寿命长。6）外形美观，结构新颖。