方建軍等

【摘 要】針對水體污染和環(huán)境危機(jī)的加劇，我國正在加快環(huán)境治理和水體保護(hù)的研究。為解決傳統(tǒng)人工水上垃圾清潔方式，本文通過對現(xiàn)有水上垃圾清潔裝置的原理研究，開發(fā)了一種多功能水上垃圾清潔裝置，并進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維造型。該裝置既可以清潔水上的塑料、藻類等多類垃圾，也可以收集廢油，進(jìn)而直接進(jìn)行油水分離。該新型多功能水上垃圾清潔裝置既可以凈化我們賴以生存的水資源，也可以回收利用資源。

【關(guān)鍵詞】水體污染；垃圾清潔；收集廢油；機(jī)械結(jié)構(gòu)

0 引言

由于水體污染和環(huán)境危機(jī)的加劇，水上清潔技術(shù)成為發(fā)展趨勢之一，在未來具有很大的市場空間，并且具有廣泛的應(yīng)用范圍。水中垃圾處理模式與陸地上垃圾處理模式不同[1-3]，其成本會比陸地上的垃圾處理更高，因?yàn)樾枰由洗驌?、運(yùn)輸、晾曬等成本，所以需要設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)便捷的垃圾清潔裝置[4-5]。另外，近年來多次發(fā)生的泄油事件，其所造成的生態(tài)損傷和經(jīng)濟(jì)損失不可估量，再一次敲醒了人類對水體污染的警鐘?；谝陨媳尘?，本文設(shè)計(jì)了一種多功能水上垃圾清潔裝置，除能夠清理水上固體垃圾之外，還能夠處理油水污染，快速的分離油水同時(shí)可將廢油的收集起來。

1 總體方案設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)水上垃圾清潔裝置高效、靈活地完成清潔任務(wù)，就要求該裝置具備體積小、動作精確、功能齊全、擁有先進(jìn)收集方式等特點(diǎn)。本文將垃圾清潔裝置分為移動部分，控制部分，收集部分，分離部分和整理部分五個(gè)部分，總體實(shí)施方案如圖1所示，采用逐一突破，整體調(diào)試的方法來研究。主要的技術(shù)難點(diǎn)包括：

1.1 實(shí)現(xiàn)清潔裝置在水面上靈活運(yùn)動

了解當(dāng)前水上垃圾清潔裝置的運(yùn)動性能，進(jìn)行清潔裝置運(yùn)動部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確定尺寸大小，使得其能夠在水面上靈活運(yùn)動。對該裝置的移動部分進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)是否合理，能否達(dá)到預(yù)期效果。

1.2 實(shí)現(xiàn)垃圾的收集、分離功能

了解現(xiàn)有先進(jìn)收集方式，將其與分離部分有機(jī)結(jié)合，分離部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和尺寸的確定；收集、分離部分模擬仿真的實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)可靠性與實(shí)際可操作性；分離部分清洗結(jié)束后自行整理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.3 實(shí)現(xiàn)收集、部分與主體的連接

收集、分離部分與主體的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與確定，并利用軟件驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)的可行性。

1.4 控制電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)配套的控制電路，使用該控制電路驅(qū)動電機(jī)來實(shí)現(xiàn)收集爪精確確定垃圾實(shí)際位置，并能控制整個(gè)清潔裝置在水上的移動。

2 主要機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際放置空間的限制最終確定多功能水上垃圾清潔裝置的尺寸為長650mm，寬550mm，高450mm。裝置分為上下兩層，上層固定座椅和操作控制裝置轉(zhuǎn)向與前進(jìn)等元件，下層用于固定油水分離泵。上下層的分隔板離地高約50mm。

2.1 自動油水分離泵設(shè)計(jì)

自動油水分離泵放置在本裝置支撐板上，位于座椅右后方，該部件尺寸為長250mm，寬250mm，高150mm，油水分離器位于座椅左后方，中間通過管道連接。這樣的布局利于本裝置的平衡。本文設(shè)計(jì)的自動油水分離泵系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 前進(jìn)與轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)

為了方便實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與轉(zhuǎn)向功能，即可以自動，也可以人為控制，采用V帶傳動，帶型為B型，帶的2個(gè)圓弧中心距為450mm，小圓弧半徑為20mm，大圓弧的半徑為40mm。

通過對以上零部件的設(shè)計(jì)，得到新型多功能水上垃圾清潔裝置的裝配圖，如圖3所示

3 結(jié)論

無論國內(nèi)還是國外，目前的水上垃圾清潔船存在的主要問題是：清潔功能單一；結(jié)構(gòu)復(fù)雜；制造成本較高；能耗大。新型多功能水上垃圾清潔裝置可實(shí)現(xiàn)水上多種垃圾的有效清潔，并能分離和回收再利用泄露的石油，將推動和促進(jìn)我國對水上環(huán)境的保護(hù)，具有很廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]馬丹萍， 李勇， 梁勤歐. 無線遙控智能小車的運(yùn)動模擬及軌跡繪制[J]. 浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2015， 38（1）： 116-120.

[4]杰里·麥克納尼. 清潔能源發(fā)展：美國經(jīng)驗(yàn)與展望[M]. 上海：上海財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社， 2013.

[5]楊再鵬. 清潔生產(chǎn)理論與實(shí)踐[M]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2008.

[責(zé)任編輯：曹明明]