趙紫謙，劉華明，劉文彬

（中國石油大學（華東）機電工程學院，青島266580）

1 引言

隨著人們生活水平的日益提升，環(huán)境保護意識也隨之加強，然而海岸邊的垃圾和水生植物等的泛濫，使得有關部門對此事非常重視，“太湖藍藻事件”、“金沙灘景區(qū)”等現(xiàn)象，表明治理措施勢在必行。

2 研究內(nèi)容概述

2.1 研究目的與意義

研究表明，當今社會收集海岸上的垃圾或者水生植物等的措施以及機械產(chǎn)品通常都效率低下，單一，例如，藍藻打撈船只針對藍藻。收集與運輸方面的突破，尤為關鍵。

三維建模軟件的出現(xiàn)對機械裝置模型的制作起到了至關重要的作用，例如solidworks、CAD、犀牛等都是作為工科學生的必備軟件工具，另外，太湖事件表明高效快捷地收集藍藻可以降低水生植物對人們生活的影響。所以，當務之急是如何高效、快捷、全面地提高收集效率，節(jié)省收集時間。

從收集裝置的外型和結構入手，進行分析與改進，“量化”一詞已成為當今世界的潮流，所以改進收集裝置勢在必行。如果將改進裝置推廣到全國乃至世界，將會對環(huán)保界產(chǎn)生足夠大的影響。其意義在于提高收集效率，降低對環(huán)境和人們生活的影響，淡水資源得到應有的保護和利用。

收集裝置的的量化為更好地收集岸邊垃圾和水生植物等提出了新思路，這將對環(huán)保界的格局產(chǎn)生重大的影響。

2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當今社會收集垃圾或者水面水生植物，單一，效率低，浪費太多的人力和物力資源，單一也是現(xiàn)在機械裝置普遍存在的缺點，藍藻打撈船只針對藍藻進行設計與分析，不能收集岸邊垃圾，這就是筆者攻克的難題之一，而且傳統(tǒng)裝置等主船收集裝滿之后，就要返回岸邊，將收集好的水生植物和垃圾進行集中回收處理。突破收集和運輸一體化也是攻克的難題之一。

有的地區(qū)由于經(jīng)濟落后，水生植物和垃圾對人們的生活產(chǎn)生了影響，淡水資源不能得到利用，人們利用漁船進行收集，就會出現(xiàn)垃圾或者水面水生植物收集不徹底等問題，而有的地方大型的機械裝置不能進去進行收集，大型裝置的噪音還會影響到人們的正常生活和水中的生物。對此，筆者設計的裝置進行了改進。

2.3 主要研究內(nèi)容

2.3.1 三船模型分析

“三船”顧名思義，就是裝置是由三個船體組成，主船作為主動力船帶有收集裝置，而左右各有大小相同的副船，副船的作用是運輸收集的垃圾和水生植物，提高收集效率，降低收集對人們生活的影響。因為傳統(tǒng)的機械收集裝置只有主船，并且在船體中央處，有一個收集裝置，必需人工進行幫助，而三船模型針對這一問題進行了改進，在主船和副船中間利用了液壓泵體，將收集好的垃圾或者水生植物，運輸?shù)礁贝?，這樣就可以提高收集的時間和效率。

三船中的副船對燃油的消耗也有所降低，與傳統(tǒng)的收集裝置相比較，三船模型，不論從效率還是燃料利用上，都優(yōu)于傳統(tǒng)的機械裝置。2.3.2 利用三維軟件建模

利用solidworks、CAD、犀牛等軟件結合實際，建立實物模型，通過動畫，最終得出了水上垃圾和水生植物收集船。圖1是建模的圖片。

2.4 創(chuàng)新之處

利用三船模型，主船和旁邊的兩個副船，主船主要作為收集，而副船作為運輸收集好的垃圾和水生植物等，與傳統(tǒng)收集裝置相比較，可知，不論從效率以及燃油消耗上，都優(yōu)于傳統(tǒng)的收集裝置，新型裝置中利用了帶傳動，移動副等機械原理，將機械原理應用到環(huán)保上，別出心裁。

圖1 三船裝置的建模圖片

3 方案整體設計

方案的提出是在2011年12月份，由于湖面上水生植物的泛濫，以及岸邊垃圾的出現(xiàn)，淡水資源的儲備呈現(xiàn)日益減少的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的收集裝置已不能滿足當今發(fā)展的趨勢，于是筆者從12月開始確定研究方向，突破口一：如何改善收集裝置的單一化；突破口二：如何提高裝置的收集效率與縮短收集時間；突破口三：將對人們生活的影響降到最低。針對以上三個突破口，開始方案的整體設計。

3.1 收集裝置

傳統(tǒng)收集裝置的收集比較單一，例如收集藍藻的打撈船只針對藍藻，而不能對海岸上的垃圾和其他水生植物進行收集，而三船收集裝置可以收集垃圾或者水生植物。它利用了帶傳動原理、移動副等機械原理。

帶傳動機械原理：靠帶做中間體而靠摩擦力工作的一種傳動。當帶繞在輪上時，帶的任一邊都受到相同的初拉力 。帶傳動工作時，帶與輪之間產(chǎn)生摩擦力 ，主動輪上的摩擦力與帶的運動方向相同，即主動輪通過摩擦力驅動帶運動；從動輪上的摩擦力與帶的運動方向相反，即通過摩擦力驅動從動輪。由于摩擦力的作用，帶繞主動輪的一邊被拉緊，稱為緊邊；帶繞從動輪的一邊被放松，稱為松邊。

移動副原理：是一種低副，在平面內(nèi)一種相對移動。

3.2 實施方案

當船體向前運行時，如圖1所示，T形大前爪收攔大量的水葫蘆，通過液壓馬達帶動清雜部件轉動，將水葫蘆甩到傳送帶上。由傳送帶運輸?shù)酱?，?jīng)過擋刷將藍藻清理下來，到船上的傳送裝置上，再由運輸?shù)耐羞\船上來，由其運回上岸。其中槽型鋼架與連桿（滑塊）構成移動副可以調節(jié)鋼架高度。

利用三船模型裝置，主船負責收集垃圾和水生植物，兩個副船運輸?shù)桨哆?，由岸邊的人進行回收處理。主船和副船可以分離開，副船產(chǎn)生的噪音對人們生活不會產(chǎn)生太大的影響。高效率和便捷是此裝置的特色。實物模型在筆者全體成員的共同努力下即將做出來，雖然它只是個模型，但是如果將其做成實物，那么在環(huán)保機械界將是一個亮點。

4 三船實用性分析

4.1 方案適用場合

（1）由于裝置利用率較高，適用于湖面或者海岸邊。

（2）由于裝置前段的T型大前爪可以抬起，也可以作為船使用。

（3）適用于收集海上垃圾。

4.2 裝置高效環(huán)保預測

采用三船模型就是提高其收集效率，可以用副船進行運輸，降低其燃油消耗率。此裝置收集物品不單一，可以回收海上垃圾和水生植物等，對環(huán)境起到凈化作用，還有重要的一點就是關于淡水資源的問題，“太湖藍藻”事件足以說明現(xiàn)在湖面上水生植物泛濫，使得很多淡水資源遭到破壞，此裝置可以進行高效的收集。凈化環(huán)境是此裝置的首要任務之一。

4.3 裝置應用分析

裝置一旦做成實物，首先對全國重點污染區(qū)進行收集作業(yè)，例如“太湖”、“金沙灘風景區(qū)”這些地方都是人們居住的場所。實際場所還要考慮風速、天氣等因素，此裝置會在以后補充關于如何在下雨天和風大的天氣工作的實驗數(shù)據(jù)。如果將此裝置應用于實際，那么其影響力將會影響一代對岸邊垃圾和湖面水生植物的收集裝置的存在。

5 總結與展望

團隊成員從2011年12月份開始在一起討論與研究，確定研究方向，主要針對我國淡水資源正由于海上垃圾和水生植物等破壞而日益減少的現(xiàn)象，了解到當今社會收集垃圾和水生植物的裝置比較落后，然后確定方向，研究出三船模型裝置。并運用三維軟件建模等方法，將此裝置的模型制作出來，運用了模擬實驗的方法，得出三船收集裝置相比傳統(tǒng)的收集裝置，提高了收集效率，對我國淡水資源凈化起到了至關重要的作用。

希望更多的人了解此裝置，更多的人去保護我國的淡水資源，讓三船收集裝置應用到實際生活當中去。

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