基于人體工程學(xué)的反向滑蓋垃圾桶的設(shè)計(jì)

婁 柱

（大連富地重工機(jī)械制造有限公司，遼寧 大連 116200）

0 引言

目前，市場(chǎng)上常見的帶有蓋子的垃圾桶基本分為按壓翻蓋式和推壓翻蓋式。按壓翻蓋式垃圾桶的特點(diǎn)是按壓后蓋子向后翻轉(zhuǎn)，其翻轉(zhuǎn)方向是從下至上翻轉(zhuǎn)，當(dāng)需要閉合時(shí)，需要再次手動(dòng)將其從上至下蓋上并再次做按壓動(dòng)作，這種結(jié)構(gòu)的缺陷是蓋子的打開方向與垃圾投放的方向正好相反，導(dǎo)致開蓋時(shí)蓋子會(huì)與投放垃圾的手會(huì)交叉，蓋子容易碰掉手中尚未投放的垃圾，且不能保證每次都會(huì)記得蓋上垃圾桶的蓋子。推壓翻蓋式垃圾桶的特點(diǎn)是垃圾桶的蓋子一推即開，不推即關(guān)，但是這種結(jié)構(gòu)的缺陷是需要手直接與垃圾桶的蓋子接觸，容易弄臟手或蓋子。因此，基于上述問(wèn)題，該文介紹了一種基于人體工程學(xué)的反向滑蓋垃圾桶，可以解決常規(guī)的帶有蓋子的垃圾桶不符合人體投放動(dòng)作的技術(shù)問(wèn)題。該文在理論結(jié)合實(shí)際的基礎(chǔ)上對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并與其他結(jié)構(gòu)在適用場(chǎng)合方面進(jìn)行對(duì)比，以具體實(shí)例闡述該反向滑蓋結(jié)構(gòu)的廣泛性和實(shí)用性。

1 反向滑蓋在桌面垃圾桶中的應(yīng)用

1.1 反向滑蓋的設(shè)計(jì)

為了最大程度地適應(yīng)當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)反向滑蓋結(jié)構(gòu)在桌面垃圾桶上的應(yīng)用并更好地實(shí)現(xiàn)按壓開蓋和松手自動(dòng)扣蓋的連貫動(dòng)作，筆者認(rèn)為應(yīng)該在普通按壓翻蓋桌面垃圾桶的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)貙?duì)反向滑蓋桌面垃圾桶進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示。

圖1 反向滑蓋結(jié)構(gòu)展示

圖2 詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

該創(chuàng)新設(shè)計(jì)的技術(shù)方案展示了一款反向滑蓋設(shè)計(jì)的桌面垃圾桶，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)包括下部的垃圾桶桶體、上蓋部、上蓋體、滑道、壁孔、擋塊、翻蓋體、輪軸、孔、壓板體、壓板軸、軸、滑輪、連桿、翻轉(zhuǎn)桿、轉(zhuǎn)軸以及折彎。該垃圾桶的桶體與普通垃圾桶類似，但上端設(shè)有與上蓋部相互安裝的接口，其上蓋部的下端也設(shè)有與桶體相互安裝的接口，桶體和上蓋部相互安裝后形成完整的翻轉(zhuǎn)蓋垃圾桶。另外，桶體上端所設(shè)的接口可以裝入垃圾袋，以方便轉(zhuǎn)移垃圾。

為了解決現(xiàn)有問(wèn)題，該垃圾桶的上蓋部還包括上蓋體、翻蓋體和壓板體。翻蓋體為垃圾桶的翻轉(zhuǎn)蓋，可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)開合的功能，壓板體為垃圾桶的壓板裝置，用于操作翻蓋體的翻轉(zhuǎn)開合動(dòng)作。當(dāng)下壓壓板體時(shí)，翻蓋體在連桿機(jī)構(gòu)的作用下向下翻轉(zhuǎn)并向左移動(dòng)，以打開蓋子。當(dāng)取消下壓動(dòng)作時(shí)，翻蓋體在重力的作用下自然下滑，并沿著連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡封閉垃圾桶的投入口，以關(guān)閉蓋子（翻蓋體和壓板體均安裝在上蓋體上）。

上蓋部還包括滑輪，滑輪中部設(shè)有孔洞，可以用于鉸接。翻蓋體還設(shè)有輪軸。輪軸與滑輪中部的孔鉸接裝配安裝，安裝后滑輪可在輪軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，形成滑輪機(jī)構(gòu)。安裝在輪軸上的滑輪可以1個(gè)單獨(dú)安裝，也可以2個(gè)成對(duì)安裝。

上蓋體還設(shè)有滑道，可在滑道內(nèi)裝入滑輪，并可容納滑輪在其內(nèi)部自動(dòng)滾動(dòng)?；啦幌抻?個(gè)，也可以是2個(gè)對(duì)稱布置。將滑輪裝入滑道后，翻蓋體可在滑輪的滑輪機(jī)構(gòu)作用下左右滑動(dòng)（以上蓋體為參照物），形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的滑動(dòng)副。

上蓋部還包括連桿和翻轉(zhuǎn)桿，連桿設(shè)有第一端和第二端，翻轉(zhuǎn)桿也設(shè)有第一端和第二端。連桿的第一端與翻轉(zhuǎn)桿的第一端鉸接配合安裝，形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的第二連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)連桿上下移動(dòng)時(shí)，翻轉(zhuǎn)桿會(huì)在連桿機(jī)構(gòu)的作用下逆時(shí)針、順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

壓板體還設(shè)有壓板軸和軸，壓板軸與上蓋體鉸接配合安裝，形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的杠桿機(jī)構(gòu)，軸與連桿的第二端鉸接配合安裝，形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的第一連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)下壓壓板體時(shí)，軸會(huì)在杠桿機(jī)構(gòu)的作用下向上運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，連桿會(huì)在第一連桿機(jī)構(gòu)的作用下同步向上運(yùn)動(dòng)。

翻蓋體設(shè)有用于鉸接安裝的孔?？着c翻轉(zhuǎn)桿的第二端鉸接安裝，形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的第三連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)翻轉(zhuǎn)桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，翻蓋體在第三連桿機(jī)構(gòu)的作用下向下翻轉(zhuǎn)并向左移動(dòng)，當(dāng)翻轉(zhuǎn)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，翻蓋體在第三連桿機(jī)構(gòu)的作用下向上翻轉(zhuǎn)并向右移動(dòng)。

上蓋體設(shè)有用于鉸接安裝的壁孔，翻轉(zhuǎn)桿設(shè)有轉(zhuǎn)軸，壁孔與轉(zhuǎn)軸鉸接配合安裝，形成垃圾桶整套連桿機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

上蓋體還設(shè)有擋塊，擋塊在上蓋體的左側(cè)上部，用于阻擋翻蓋體翻轉(zhuǎn)閉合時(shí)翻入上蓋體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)翻蓋體進(jìn)行閉合限位的功能。當(dāng)翻蓋體做閉合動(dòng)作并與擋塊相接觸時(shí)，閉合動(dòng)作結(jié)束，垃圾桶蓋子閉合。

翻轉(zhuǎn)桿還設(shè)有折彎，折彎在翻蓋體翻轉(zhuǎn)打開時(shí)避讓上蓋體并對(duì)翻蓋體的翻轉(zhuǎn)進(jìn)行限位。當(dāng)翻蓋體做打開動(dòng)作并與折彎相接觸時(shí)，打開動(dòng)作結(jié)束，垃圾桶蓋子完全打開。

使用時(shí)，按壓壓板體，壓板體向下移動(dòng)，軸會(huì)在杠桿機(jī)構(gòu)的作用下向上運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，連桿會(huì)在第一連桿機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)同步向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)連桿向上移動(dòng)時(shí)，翻轉(zhuǎn)桿會(huì)在第二連桿機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的翻轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，翻蓋體在第三連桿機(jī)構(gòu)的作用下向下翻轉(zhuǎn)并向左移動(dòng)，同時(shí)將滑道中的滑輪向左移動(dòng)，翻轉(zhuǎn)桿將翻蓋體的向左拉動(dòng)與滑輪在滑道中的滑動(dòng)動(dòng)作合并成翻蓋體向左的開蓋翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。當(dāng)翻蓋體翻轉(zhuǎn)移動(dòng)到與折彎相接觸時(shí)，翻蓋體完全打開，此時(shí)可以投擲垃圾。

使用后，取消對(duì)壓板體的按壓，翻蓋體在重力的作用下沿著連桿機(jī)構(gòu)的軌跡向上翻轉(zhuǎn)并向右移動(dòng)，翻蓋體帶動(dòng)第三連桿機(jī)構(gòu)中的翻轉(zhuǎn)桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)軸同步順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)第二連桿機(jī)構(gòu)中的連桿向下移動(dòng)，連桿的向下移動(dòng)又帶動(dòng)設(shè)在第一連桿機(jī)構(gòu)以及與上蓋體形成的杠桿機(jī)構(gòu)的壓板體向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓板體的自動(dòng)歸位功能。當(dāng)翻蓋體向上翻轉(zhuǎn)并與擋塊接觸時(shí)，翻蓋體完全閉合，實(shí)現(xiàn)垃圾桶蓋子的自動(dòng)閉合翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

上蓋體的上表面設(shè)置為斜面，這樣可以增大垃圾桶投入口的尺寸，以方便投入垃圾?；涝谛泵鎯?nèi)側(cè)并與斜面平行，滑輪在與斜面相互平行的平面內(nèi)移動(dòng)。斜面更利于翻蓋體本身在翻蓋體閉合翻轉(zhuǎn)時(shí)下滑，從而更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉合翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。

1.2 反向滑蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

反向滑蓋垃圾桶的上蓋部設(shè)有能夠反向滑動(dòng)開啟的蓋子和一個(gè)專門用于手部按壓的壓板，當(dāng)需要投放垃圾的手放在壓板上時(shí)，其蓋子靠近手的一端向遠(yuǎn)離手的方向滑動(dòng)，遠(yuǎn)離手的一端向上移動(dòng)帶動(dòng)蓋子反向翻轉(zhuǎn)。這樣的開啟方式可以避免手部與蓋子的接觸，并且蓋子的開啟方向與垃圾的投放方向一致，從而使整個(gè)蓋子的開啟動(dòng)作與人體投放動(dòng)作完美契合，在提高使用舒適度的同時(shí)，還降低了投放失誤的概率。而手部按壓的壓板是設(shè)置在靠近垃圾投放口附近的位置，通過(guò)手腕或者手掌底部來(lái)按壓壓板即可開啟蓋子，同時(shí)還不影響手部對(duì)垃圾的抓取和釋放，即使單手操作也沒(méi)有問(wèn)題。因?yàn)樵O(shè)有蓋子，且整個(gè)蓋子內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒(méi)有彈性部件來(lái)輔助蓋子的開啟或關(guān)閉，完全依靠蓋子本身重力完成蓋子的自然關(guān)閉，所以可以實(shí)現(xiàn)蓋子一壓即開啟、不壓即關(guān)閉的效果，能夠隨時(shí)防止異味擴(kuò)散，即便翻倒也不會(huì)照成垃圾外泄。其具有蓋子反向開啟、蓋子閉合和上部套蓋與下部桶體分開使用3種狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)的反向滑蓋垃圾桶就更適合在衛(wèi)生間、餐桌、臥室床頭或者辦公室等隨手即用的地方使用。

1.3 外觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于該結(jié)構(gòu)原理是基于純機(jī)械結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，因此不會(huì)消耗電能，而翻蓋體的自動(dòng)扣合則必須在其自身重力的作用下完成，要保證翻蓋體能夠在自身重力的作用下完成滑動(dòng)翻轉(zhuǎn)扣合動(dòng)作，就必須要保證翻蓋體加上翻轉(zhuǎn)桿的重心在完全打開之后不能超過(guò)壁孔在豎直方向上的中心線，那么假設(shè)忽略翻轉(zhuǎn)桿的質(zhì)量并在結(jié)構(gòu)上設(shè)定好翻蓋體打開的角度，那么結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖來(lái)計(jì)算確定翻轉(zhuǎn)桿的長(zhǎng)度。

圖3 幾何原理圖

如圖4所示，將其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為幾何圖形，那么圖4中翻轉(zhuǎn)桿的直線長(zhǎng)度如公式（1）所示。式中：為上面直角三角形長(zhǎng)直角邊的長(zhǎng)度，mm；為中間直角三角形短直角邊的長(zhǎng)度，mm；為翻蓋體中心到孔的距離，mm。

圖4 尺寸計(jì)算圖

、以及分別如公式（2）~公式（4）所示。

式中：為翻蓋體中心到輪軸的距離，mm。如公式（5）所示。

假設(shè)翻轉(zhuǎn)桿與豎直方向的夾角為，那么夾角如公式（6）所示。

由公式（6）可知，夾角的計(jì)算公式是基于翻蓋體的重心剛好位于壁孔（112-壁孔）在豎直方向上的中心線上得出的，那么為了提供更好的客戶體驗(yàn)，使翻蓋體能夠在自身重力的作用下完成扣合，假設(shè)優(yōu)化后的夾角為，如公式（7）所示。

1.4 各形態(tài)間切換的具體操作

在這樣的結(jié)構(gòu)下，反向滑蓋桌面垃圾桶具備3種狀態(tài)，分別是開蓋狀態(tài)、閉合狀態(tài)和無(wú)蓋狀態(tài)，其具體操作方式如下。

當(dāng)需要向反向滑蓋桌面垃圾桶內(nèi)投放垃圾時(shí)，將手腕部輕輕壓在壓板體上，反向滑蓋桌面垃圾桶的上蓋就會(huì)打開，同時(shí)釋放手中的垃圾即可完成投放。

當(dāng)垃圾投放完畢時(shí)，釋放壓在壓板體上的手腕，即抬起需要投放垃圾的手臂，上蓋在自身的重力作用下將自然回落扣合。

當(dāng)需要頻繁投放垃圾時(shí)，可以選擇將上蓋部從桶體上拆下，那么桶體即為無(wú)蓋狀態(tài)下的普通垃圾桶。

2 實(shí)用性對(duì)比

2.1 優(yōu)點(diǎn)

該結(jié)構(gòu)具有以下6個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1） 設(shè)有蓋子，能夠防止異味擴(kuò)散，即便翻倒也不會(huì)導(dǎo)致垃圾外泄。2） 通過(guò)投放垃圾的手腕部或者手掌的底部來(lái)按壓壓板即可開啟蓋子，可單手操作。3） 設(shè)有專門的手觸壓板，不需要與垃圾桶的蓋子直接接觸，干凈衛(wèi)生。4） 自動(dòng)扣蓋，不用擔(dān)心忘記關(guān)上蓋子。5） 不需要電力加持，使用壽命長(zhǎng)。6） 外形美觀，結(jié)構(gòu)新穎。

2.2 結(jié)構(gòu)的對(duì)比

該結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的對(duì)比見表1。

表1 各結(jié)構(gòu)在實(shí)用性方面的對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多方面的論述和對(duì)比，筆者認(rèn)為反向滑蓋類垃圾桶不僅具有較高的經(jīng)濟(jì)性，而且還具有投放耗時(shí)短、結(jié)構(gòu)新穎以及外觀更美觀等優(yōu)點(diǎn)，比按壓垃圾桶的投放方式更簡(jiǎn)單，比推壓垃圾桶更衛(wèi)生，比電動(dòng)開蓋垃圾桶壽命長(zhǎng)?？v觀整個(gè)桌面垃圾桶行業(yè)，反向滑蓋結(jié)構(gòu)的垃圾桶更符合市場(chǎng)的需求，是未來(lái)有蓋垃圾桶開發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。