一種安全型醫(yī)用自動(dòng)垃圾桶的設(shè)計(jì)

醫(yī)療垃圾是指醫(yī)療機(jī)構(gòu)在醫(yī)療、預(yù)防、保健以及其他相關(guān)活動(dòng)中產(chǎn)生的具有直接或間接感染性、毒性以及其他危害性的廢物，具體包括感染性、病理性、損傷性、藥物性、化學(xué)性廢物。這些廢物含有大量的細(xì)菌性病毒，而且有一定的空間污染、急性病毒傳染和潛伏性傳染的特征，如不加強(qiáng)管理、隨意丟棄，任其混入生活垃圾、流散到人們生活環(huán)境中，就會(huì)污染大氣、水源、土地以及動(dòng)植物，造成疾病傳播，嚴(yán)重危害人民群眾的身心健康.
2003年6月4日國(guó)務(wù)院第十次常務(wù)會(huì)議通過(guò)《醫(yī)療廢物管理?xiàng)l例》，由溫家寶總理簽發(fā)并公布，自公布之日起施行，加強(qiáng)醫(yī)療廢物的安全管理，防止疾病傳播，保護(hù)環(huán)境，保障人體健康。
但據(jù)作者親自調(diào)查了解，目前醫(yī)療垃圾的處理在多個(gè)環(huán)節(jié)存在衛(wèi)生安全隱患。以浙江大學(xué)校醫(yī)院為例，該院的垃圾桶有兩種，一種盛放一般生活垃圾，垃圾桶套黑色垃圾袋；另一種盛放醫(yī)療垃圾，垃圾桶套淡黃色專(zhuān)用垃圾袋（由杭州大地維康公司提供）。在調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院大部分盛放醫(yī)療垃圾的垃圾桶用也是一般家用的最簡(jiǎn)單的那一種，無(wú)蓋，醫(yī)療垃圾長(zhǎng)期暴露在流動(dòng)的空氣中。尤其在化驗(yàn)室，裝有殘余血液的針筒暴露在簡(jiǎn)易的垃圾桶中，由于不是專(zhuān)用垃圾桶，很容易導(dǎo)致在扔垃圾的時(shí)候血液飛濺，一眼就可以看到白色的墻上密密麻麻的血斑。另外由于換袋比較麻煩，環(huán)衛(wèi)工人在清理垃圾的時(shí)候竟然不更換垃圾袋，而是把醫(yī)療垃圾直接倒到一個(gè)新的袋中，原來(lái)的袋子套在桶中繼續(xù)使用，因此套在桶中使用的垃圾袋破舊骯臟，加重了傳染的可能性。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)實(shí)的需要亟待新型安全垃圾桶的面世。在這種背景下，本文擬采用機(jī)械和電子的原理對(duì)垃圾桶進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)，以達(dá)到幫助醫(yī)院自動(dòng)密封已滿(mǎn)的垃圾袋和套入新垃圾袋以此保證安全的目的。
由于本垃圾桶的設(shè)計(jì)是從市場(chǎng)的需要出發(fā)，故有一定推廣的價(jià)值，未來(lái)市場(chǎng)空間較大。
1主要原理和結(jié)構(gòu)
1.1基本工作參數(shù)
垃圾桶的基本工作參數(shù)為：
總功率：P≤20W；
適合垃圾袋：通孔長(zhǎng)筒形，直徑d＝200～250mm；
密封后的垃圾包長(zhǎng)度：l＝300mm；
適合垃圾：各種醫(yī)療垃圾，直徑d1≤150mm。
1.2整體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程
垃圾桶整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1－底板，2－抽取箱，3－固定塊，4－豎直導(dǎo)軌（含彈簧），5－水平導(dǎo)軌，6－豎直滑塊，7－鎖扣1，8－固定夾板，9－桶蓋，10－葉片（由小電機(jī)驅(qū)動(dòng)），11－鎖扣2，12－口頸，13－活動(dòng)夾板，14－支承板，15－支承板導(dǎo)軌，16－電機(jī)支架（含軸承），17－鋼絲輪，18－軸，19－電機(jī)，其中驅(qū)動(dòng)葉片的小電機(jī)、桶身、鋼絲、傳感器等結(jié)構(gòu)沒(méi)有畫(huà)出。
圖1垃圾桶整體結(jié)構(gòu)圖
產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是由功能決定的，而產(chǎn)品的功能又來(lái)源于市場(chǎng)的要求。針對(duì)目前我們了解的情況及實(shí)地調(diào)查研究，我們將該垃圾桶定位為：適合于盛放含有易傳播感染的物質(zhì)的醫(yī)用垃圾；能自動(dòng)開(kāi)蓋；自動(dòng)密封切斷；自動(dòng)換袋；出袋方便。
圖1所示結(jié)構(gòu)的垃圾袋通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)這些功能：
自動(dòng)開(kāi)蓋：當(dāng)有人走近垃圾桶扔垃圾時(shí)，由裝在桶蓋〔9〕上的傳感器感應(yīng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)單片機(jī)給小電機(jī)發(fā)出逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)葉片〔10〕逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，兩葉片通過(guò)齒輪的嚙合作用同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到打開(kāi)垃圾箱的效果。經(jīng)延時(shí)2s在順時(shí)針轉(zhuǎn)回，將桶蓋關(guān)閉。
自動(dòng)密封切斷：采用熱封的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)密封切斷合而為一，而且過(guò)程簡(jiǎn)單，可靠性高。當(dāng)清潔工人按下密封切斷按鈕時(shí)，電機(jī)〔19〕順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，拉動(dòng)鋼絲從而牽引活動(dòng)夾板〔13〕沿著水平導(dǎo)軌〔5〕向固定夾板〔8〕運(yùn)動(dòng)，將垃圾袋夾緊，在某一時(shí)刻（時(shí)間在后面有說(shuō)明，主要是為了考慮各個(gè)運(yùn)動(dòng)之間的配合關(guān)系）通電，則電阻絲通電，開(kāi)始密封切斷。在經(jīng)過(guò)某個(gè)時(shí)間密封切斷完畢，斷電，電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，活動(dòng)夾板〔13〕和固定夾板〔8〕分離，復(fù)位以實(shí)現(xiàn)循環(huán)動(dòng)作。
自動(dòng)換袋：主要通過(guò)儲(chǔ)袋機(jī)構(gòu)－口頸〔12〕來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先由清潔工人將一卷長(zhǎng)筒形的垃圾袋全部套在口頸〔12〕上，即先將垃圾袋儲(chǔ)存起來(lái)。使用時(shí)，如上所述，活動(dòng)夾板〔13〕和固定夾板〔8〕先將垃圾袋夾緊，此時(shí)不立即通電，此時(shí)觸動(dòng)鎖扣1〔7〕。鎖扣的作用主要是控制豎直滑塊〔6〕能否在豎直導(dǎo)軌〔4〕上滑動(dòng)以及支承板〔14〕能否沿支承板導(dǎo)軌〔15〕的運(yùn)動(dòng)。在鋼絲的作用下，固定夾板〔8〕和活動(dòng)夾板〔13〕連同水平導(dǎo)軌〔5〕、豎直滑塊〔6〕一起沿著豎直導(dǎo)軌〔4〕向下運(yùn)動(dòng)，行程為300mm，同時(shí)支承板〔14〕（有兩塊）分開(kāi)，從而把套在口頸〔12〕上的垃圾袋拉下300mm。其他功能實(shí)現(xiàn)后，各部分復(fù)位，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)胡安袋功能。一般來(lái)說(shuō)，垃圾袋的總長(zhǎng)度可滿(mǎn)足套袋一次連續(xù)使用一個(gè)月左右。

出袋方便：通過(guò)抽屜式的結(jié)構(gòu)－抽取箱〔2〕，清潔工人用手將垃圾袋很方便的取出。
1.3各功能的協(xié)調(diào)關(guān)系
總體功能的實(shí)現(xiàn)，需要各個(gè)功能之間巧妙的配合，而在本設(shè)計(jì)中，開(kāi)蓋、出袋部分都是相對(duì)獨(dú)立的，可不考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。主要的協(xié)調(diào)關(guān)系為密封切斷和換袋部分之間（前面也有論述）。
自動(dòng)換袋功能和自動(dòng)密封切斷功能是本設(shè)計(jì)的最重要的兩個(gè)功能，這里的組合運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)的是：
第一步，要先收縮，再下降。且未夾緊時(shí)支撐板不能移開(kāi)，因?yàn)榇藭r(shí)還不能讓垃圾袋掉下去。否則，不但不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換袋功能（即將空白垃圾袋拉下），而且會(huì)使密封的部位出現(xiàn)偏差。其中收縮是指活動(dòng)夾板和固定夾板相互夾緊。
第二步，返回的時(shí)候最好是先松開(kāi)，再上升。否則會(huì)將裝滿(mǎn)垃圾而且密封好的垃圾袋重新提上去（當(dāng)然，上去后由于重力它還會(huì)掉下來(lái)），而且會(huì)使拉下來(lái)的空白垃圾袋發(fā)生折皺，對(duì)下次的密封可能產(chǎn)生不利影響。
本設(shè)計(jì)中，從生活中常見(jiàn)的小結(jié)構(gòu)－雨傘上的鎖扣得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)如圖2所示的結(jié)構(gòu)，便可滿(mǎn)足上述要求。圖1中的豎直滑塊〔6〕和支承板〔14〕的運(yùn)動(dòng)都要受鎖扣1〔7〕和鎖扣2〔11〕的控制。

1－內(nèi)圈，2－外圈，3－鎖棒，4－彈簧。狀態(tài)A：鎖扣處于鎖住狀態(tài)，外圈不能在內(nèi)圈上滑動(dòng)；狀態(tài)B：鎖扣處于打開(kāi)狀態(tài)，外圈可以在內(nèi)圈上滑動(dòng)。
圖2鎖扣結(jié)構(gòu)示意圖
從側(cè)視圖中可以看出其工作過(guò)程如圖3所示。

1－鎖扣1，2－鎖扣2。狀態(tài)A：最初的狀態(tài)；狀態(tài)B：活動(dòng)夾板觸動(dòng)鎖扣2。
圖3密封切斷、換袋運(yùn)動(dòng)示意圖
在圖3－A所示的位置，只有當(dāng)左邊的夾板（即活動(dòng)夾板）向右移動(dòng)，觸動(dòng)鎖扣１〔1〕上的開(kāi)關(guān)時(shí)（即收縮完畢時(shí)），導(dǎo)軌才可以向下移動(dòng)，同時(shí)支持板開(kāi)始張開(kāi)；在圖3－B所示的位置，只有當(dāng)左邊的夾板向左移動(dòng)，觸動(dòng)鎖扣2〔2〕上的開(kāi)關(guān)時(shí)（即松開(kāi)完畢時(shí)），導(dǎo)軌才可以向上移動(dòng)，同時(shí)支持板開(kāi)始靠攏。這樣便實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目的。
2控制部分
控制部分用光電傳感器、接觸傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的部分有開(kāi)蓋和密封切斷兩部分。主要原理過(guò)程如下所述。
2.1自動(dòng)開(kāi)蓋
如圖4所示。

圖4自動(dòng)開(kāi)蓋控制原理圖
2.2密封切斷、換袋部分
如圖5所示。

圖5自動(dòng)密封切斷、換袋控制原理圖
3設(shè)計(jì)總結(jié)
根據(jù)上述原理，作者對(duì)該垃圾桶進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，繪制出各個(gè)零件的零件圖，并依據(jù)零件圖進(jìn)行制作，最終制造出了垃圾桶的模型，工作情況總的來(lái)說(shuō)較順利，但由于制造精度不夠等原因動(dòng)作不是很流暢。對(duì)該垃圾桶可進(jìn)行如下改進(jìn)：
1. 用滑塊式的滑軌代替本設(shè)計(jì)中的圓柱形導(dǎo)軌，會(huì)使運(yùn)動(dòng)更流暢，成本降低；
2. 采用鏈傳動(dòng)或同步帶代替鋼絲牽引傳動(dòng)，可以使運(yùn)動(dòng)更加精確、平穩(wěn)，性能更好；
5參考文獻(xiàn)
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