基于Triz原理的地下垃圾箱改進(jìn)設(shè)計(jì)

垃圾箱是城市環(huán)境中重要的衛(wèi)生設(shè)施之一。城市化進(jìn)程的加快，給城市帶來(lái)繁榮和活力，也帶來(lái)了生活垃圾的增長(zhǎng)。目前城鎮(zhèn)馬路上的傳統(tǒng)垃圾箱，雖然價(jià)格便宜，易于制作，但也有顯著的缺陷，為了解決這些缺陷，可以尋求Triz理論的解答。Triz理論是由俄國(guó)學(xué)者阿利赫舒列爾（G. S. Altshuller）及他的同事于1946年提出的。研究人員們?cè)诜治隽耸澜绺鲊?guó)250多萬(wàn)份高水平專利的基礎(chǔ)上，從中抽象出各種發(fā)明問(wèn)題的最有效解法，這些解法便是Triz理論解決發(fā)明問(wèn)題的基本方法。經(jīng)過(guò)不斷地充實(shí)改進(jìn)，Triz理論現(xiàn)在已經(jīng)建立了一套完整的理論和方法體系。Triz理論的方法是高效的，它用系統(tǒng)的方法和工具來(lái)解決那些通常不能解決或難以解決的問(wèn)題，尤其是能使設(shè)計(jì)者打破傳統(tǒng)慣性思維，獲得發(fā)明靈感。
Triz理論是基于發(fā)明創(chuàng)新時(shí)遇到的各種技術(shù)沖突，所以設(shè)計(jì)者首先將特殊問(wèn)題抽象為一般問(wèn)題，再利用Triz中的工具，如沖突矩陣、發(fā)明原理等給出一般解法，從而為問(wèn)題的解決提供思路。文中從分析傳統(tǒng)的垃圾箱和現(xiàn)有的地下垃圾箱的專利中入手，找出目前該產(chǎn)品或技術(shù)所存在的缺陷和導(dǎo)致的問(wèn)題，然后將源于同一缺陷的問(wèn)題予以歸類、整合，確定為技術(shù)沖突，再基于Triz原理的沖突矩陣，設(shè)計(jì)出一款新型的地下垃圾箱。
1新型地下垃圾箱的方案設(shè)計(jì)
1.1現(xiàn)有產(chǎn)品的缺陷和新產(chǎn)品的IDEFO功能模型
目前市面上的垃圾箱制作簡(jiǎn)單、成本低，但還是有著明顯的不足之處。如現(xiàn)有垃圾箱占用地上空間，在夏天會(huì)有惡臭味，并且不能防止人為的掏撿垃圾從而使垃圾外溢，影響市容市貌。現(xiàn)在已有專利提出地下垃圾箱的構(gòu)想，但沒(méi)有解決如何在搬運(yùn)垃圾時(shí)，能夠避免環(huán)衛(wèi)工人直接接觸垃圾的問(wèn)題。同時(shí)，在發(fā)生暴雨、水災(zāi)等自然災(zāi)害的情況下，如何繼續(xù)使用垃圾箱也沒(méi)有很好的解決方法。文中針對(duì)上述問(wèn)題，基于Triz理論，設(shè)計(jì)一款新型地下的垃圾箱，配備一定的智能化系統(tǒng)，以解決上述缺陷。
針對(duì)傳統(tǒng)垃圾箱的缺陷和現(xiàn)有專利的不足之處，首先通過(guò)分析得到現(xiàn)有產(chǎn)品缺陷及改進(jìn)方法，結(jié)合初步的設(shè)計(jì)要求和改進(jìn)方法，得出新產(chǎn)品的IDEFO的產(chǎn)品功能模型，如圖2所示。
1.2用沖突解決矩陣得到可行的發(fā)明原理
在產(chǎn)品的創(chuàng)新中，提高產(chǎn)品某些方面的性能時(shí)，可能會(huì)影響到與其相關(guān)聯(lián)的零部件，其結(jié)果會(huì)使產(chǎn)品或系統(tǒng)另一些方面的性能受到影響。如果這些影響是負(fù)面的，則設(shè)計(jì)出現(xiàn)了沖突。確定技術(shù)沖突，并找到解決方案，是Triz理論的核心內(nèi)容。
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)垃圾箱已有技術(shù)的分析，并結(jié)合與新產(chǎn)品的IDEFO的分塊功能模型的對(duì)比，確定新產(chǎn)品的技術(shù)沖突：針對(duì)實(shí)際過(guò)程中，機(jī)構(gòu)智能靈敏度與易受外界環(huán)境干擾和制造成本增加而相互制約關(guān)系。所以我們應(yīng)當(dāng)在滿足“提高機(jī)構(gòu)的智能靈敏度”的條件下，適當(dāng)?shù)目刂瞥杀炯皽p弱外界干擾對(duì)產(chǎn)品的影響。
將以上的技術(shù)沖突通過(guò)Triz理論標(biāo)準(zhǔn)化，得到的結(jié)果如圖3所示。
在確定了技術(shù)沖突后，可以從Triz理論中的“沖突矩陣表”中查找到相應(yīng)的解決方法。

圖3技術(shù)沖突分析

從“沖突矩陣表”中我們查找得，解決靈敏度與外界干擾之間沖突方法分別有：①靜止物體的重量（工程參數(shù)No.2）；②可操作性（工程參數(shù)No.33）。
解決靈敏度與裝置復(fù)雜度之間沖突方法分別有：①力（工程參數(shù)No.10）；②運(yùn)動(dòng)物體作用時(shí)間（工程參數(shù)No.15）；③信息損失（工程參數(shù)No.24）。
經(jīng)分析后，選擇可操作性（No.33），即分開(kāi)設(shè)計(jì)收集及提升裝置和信息損失（No.24），即在惡劣情況下關(guān)閉所有電路設(shè)備這2種方法作為解決問(wèn)題的一般解。
1.3一般解的具體化
1.3.1可操作性（No.33）
為了解決轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾時(shí)，需開(kāi)啟活動(dòng)翻板，從而驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，可以將垃圾的收集和提升裝置分離開(kāi)，這樣更易于操作，有利于問(wèn)題的解決。
在轉(zhuǎn)運(yùn)垃圾時(shí)，先將垃圾推到提升箱中，再運(yùn)用了滑輪和鏈輪組合的提升機(jī)構(gòu)，便能將垃圾箱內(nèi)的垃圾順利轉(zhuǎn)運(yùn)出。

卷筒軸中安裝一個(gè)棘輪，上升時(shí)利用棘輪的單向運(yùn)動(dòng)，2摩擦片不發(fā)生作用；下降時(shí)，2摩擦片嚙合，通過(guò)摩擦減小沖擊。底板下的支柱以及由角鐵做成的支架，用來(lái)對(duì)垃圾桶上升起穩(wěn)定作用。
1.3.2信息損失（No.24）
如果遇上特大暴雨或箱內(nèi)排水不暢通時(shí)，箱內(nèi)水位如果超過(guò)一定程度，會(huì)對(duì)箱內(nèi)器件造成損害。為了解決這一問(wèn)題，增加了煙盒裝置，如圖5所示。

圖5煙盒結(jié)構(gòu)
平時(shí)，煙盒的主要用于收集香煙頭和質(zhì)量較小的垃圾。因?yàn)槲聪绲南銦燁^帶有火星，如果直接與箱體接觸，會(huì)損害箱體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)，影響系統(tǒng)使用壽命，甚至可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)；同時(shí)，一些小質(zhì)量的垃圾不能敲開(kāi)活動(dòng)翻板，不能落到垃圾箱中，所以特意設(shè)計(jì)這個(gè)煙盒結(jié)構(gòu)用以收集香煙頭和小質(zhì)量的垃圾。遇到箱內(nèi)水位線高于警戒線的情況下，垃圾箱會(huì)自動(dòng)鎖閉，煙盒就起到收集垃圾的作用。這樣就用較為靈巧和簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)解決了上述2個(gè)問(wèn)題。
2產(chǎn)品的工作原理
通過(guò)上述分析，可進(jìn)行了地下垃圾箱的設(shè)計(jì)，圖6為設(shè)計(jì)方案。該產(chǎn)品的工作原理及工作流程如下。

圖6產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果圖
垃圾（10）具有一定的重量時(shí)，當(dāng)它投入時(shí)，能夠借助自身的動(dòng)量頂開(kāi)活動(dòng)翻板，通過(guò)活動(dòng)翻板（1）從箱口進(jìn)入收集箱（5）中，質(zhì)量較輕的垃圾可以直接從煙盒結(jié)構(gòu)（12）中投入。當(dāng)收集箱堆積滿時(shí)，如再擲入垃圾，將不能完全落入收集箱中，而頂開(kāi)活動(dòng)翻板。此時(shí)，箱體中的連桿驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)，連桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)（3）工作，驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)（4）做往復(fù)壓縮運(yùn)動(dòng)，通過(guò)推開(kāi)活動(dòng)擋板（7）讓部分垃圾落入提升箱（6）中，以及和墻壁之間的壓縮作用，在收集箱內(nèi)清理出一定的空間。此時(shí)，垃圾又會(huì)完全落入收集箱中，活動(dòng)翻板關(guān)閉，連桿驅(qū)動(dòng)電路斷開(kāi)，連桿機(jī)構(gòu)停止工作，恢復(fù)到之前的狀態(tài)。
在平時(shí)，煙頭及其他小質(zhì)量的垃圾通過(guò)煙盒裝置（12）直接落入提升箱中。雨天時(shí)，水流通過(guò)下水道系統(tǒng)（11）及時(shí)排走，避免雨水在垃圾箱沉積太久，影響垃圾箱內(nèi)部元器件的正常工作。若無(wú)法正常排出，箱內(nèi)水位上升到警戒線時(shí)，垃圾箱自動(dòng)鎖閉，此時(shí)煙盒機(jī)構(gòu)被提升，提醒行人地下垃圾箱已經(jīng)鎖閉，垃圾只能從煙盒機(jī)構(gòu)中擲入。
3結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用Triz理論進(jìn)行地下垃圾箱的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，作為將科技與綠色結(jié)合的典型，比起傳統(tǒng)垃圾箱，該產(chǎn)品的成本比起傳統(tǒng)產(chǎn)品有所升高，但它能帶來(lái)顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益：
1）減輕了環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了他們的勞動(dòng)條件。
2）將垃圾箱設(shè)置在地下，讓城市街道更加整潔、美觀。
3）節(jié)約了地上面積和空間，這在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下有著顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。
“環(huán)境保護(hù)”作為我國(guó)的基本國(guó)策，已越來(lái)越受到世人的關(guān)注。垃圾箱不僅是保持城市環(huán)境衛(wèi)生的必備設(shè)施之一，同時(shí)也是構(gòu)成城市景觀，體現(xiàn)社會(huì)文明程度的一個(gè)關(guān)鍵所在。地下垃圾箱的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在一定程度上能增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)，增進(jìn)人們對(duì)綠色生活的向往。
參考文獻(xiàn)（References）：略