王旭東++蘭珂++張娜??

摘 要：我國工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中，人們?cè)谙硎芨嘟?jīng)濟(jì)發(fā)展成果的同時(shí)，也面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境污染，其中水資源污染尤為突出。信息時(shí)代背景下，以仿生理念為基礎(chǔ)的無人操作兩棲智能清理車，以其智能化、自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水陸垃圾的清理，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。文章從智能垃圾清理車研究背景入手，對(duì)其設(shè)計(jì)理念、應(yīng)用等進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：水陸兩棲垃圾清理車；仿生設(shè)計(jì)；無人操控；智能

一、 “清道夫”研究背景

隨著十八大社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)的提出，水環(huán)境的污染問題越來越受到人們的關(guān)注。一次性包裝用品的大量使用，迅速的城市化和工業(yè)化進(jìn)程產(chǎn)生了大量的污染物，其中江河、港口、湖泊水面的污染也日趨嚴(yán)重，漂浮的水面垃圾觸目驚心，給人們的生存環(huán)境，開發(fā)旅游資源帶來負(fù)面影響。如何較好地清理長期存在的水面漂浮垃圾一直是影響各政府工作效率的問題之一。由于水域不同、垃圾種類不同及回收量的不同，形成了各種類型的水面垃圾收集車，例如ZS-800型水面清漂車、16.5米水面垃圾收集車等等。近年來，國內(nèi)已有研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)路上清潔車和水上清潔船等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)：王仲恒等人設(shè)計(jì)了一種新型采用氣動(dòng)工作的城市街道清潔車；萬超等人研制了一種多功能手動(dòng)清潔車，可以清除道路積雪以及清掃、擦拭地面；曹志強(qiáng)等人設(shè)計(jì)了一種新型水上清潔機(jī)器人，把指南針引入自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了螺旋前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，并提出了相應(yīng)的對(duì)策；王杭燕等人利用 ANSYS軟件對(duì)沙灘清潔車自卸托架側(cè)板進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)；丁帥等人設(shè)計(jì)了基于C8051F 的智能清潔車控制器，使智能清潔車在行進(jìn)過程中平穩(wěn)、準(zhǔn)確地循跡。但現(xiàn)在市場(chǎng)上的水面垃圾收集車大都是大型船舶機(jī)械，主要用于大范圍大面積水域垃圾的收集，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，機(jī)動(dòng)性小，價(jià)格昂貴，不能到達(dá)江灘邊上、狹窄河邊工作，無法徹底清除垃圾，而且需要專業(yè)人士操作，從而不能被廣泛地應(yīng)用于城市河道和風(fēng)景區(qū)水域的垃圾收集作業(yè)。

二、 研究內(nèi)容

（一） 水域及周邊垃圾的種類及分布：

1. 景區(qū)河道上下游水面上有大量漂浮垃圾，湖泊以及近海水面有間斷漂浮物帶，另外還有被水流帶入的細(xì)碎樹枝和秸稈柴草。部分沿岸以及水域角落漂浮物厚度約0.3-0.5米，而且依水域形態(tài)不同均有呈分散狀的漂浮物。

2. 沙灘、浴場(chǎng)、小型湖泊、景區(qū)水域邊上的垃圾主要來自人類活動(dòng)留下來的塑料泡沫等白色垃圾、部分建筑廢料。由于這些垃圾重量輕、體積大，不易降解，因此危害巨大。

（二） 解決問題

1. 解決海灘河岸邊上垃圾遍地的現(xiàn)象，還沙灘清爽潔凈。炎炎夏日，到海灘踏浪、游泳是消暑度假的好方式，然而有關(guān)“海灘垃圾”的報(bào)道頻頻見諸報(bào)端，人頭涌涌的海灘，正變成一個(gè)大垃圾場(chǎng)，生態(tài)環(huán)境、旅游環(huán)境正面臨著最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2. 一定程度降低水面漂浮垃圾對(duì)水體的污染。水面垃圾若不能及時(shí)清理，則會(huì)集結(jié)在水面，部分還會(huì)消解出有害物質(zhì)，消耗水中溶解的氧氣，危害水生植物的生存，破壞水體生態(tài)。因此帶來的后果是河流和溪流發(fā)黑，變臭，毒素積累，傷害人畜。

三、 設(shè)計(jì)理念

車體是指整個(gè)車的主體部分，不包括任何設(shè)備、裝置、系統(tǒng)等的車身結(jié)構(gòu)。車體的結(jié)構(gòu)、形狀以及各部分尺寸的大小在整個(gè)車的設(shè)計(jì)計(jì)算和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都起著至關(guān)重要的作用。車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想應(yīng)該明確。在設(shè)計(jì)該水陸兩棲垃圾清理車的時(shí)候，我們最重要的基礎(chǔ)理念就是實(shí)用性強(qiáng)。在不影響該車正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，簡化其結(jié)構(gòu)，美化外觀，安全性高，平衡穩(wěn)定性好，易推廣。

四、 設(shè)計(jì)研究啟示

生活和工業(yè)垃圾通過不同的渠道進(jìn)入浴場(chǎng)、河道、公園湖泊，導(dǎo)致水面的漂浮物越來越多。加上沙灘、河岸邊上人類活動(dòng)遺留的大量白色垃圾，通過潮起潮落，使得江河水面的棄置物集結(jié)，造成水面污染，影響市容衛(wèi)生，甚至阻礙航道。如今，水面漂浮垃圾的污染已經(jīng)逐步威脅到市民的飲水、環(huán)境衛(wèi)生及市容，因此，機(jī)械化清理水面垃圾已成為重要的水環(huán)境保護(hù)措施。

本次課題最主要的目的在于最大限度地實(shí)現(xiàn)垃圾回收資源化利用，減少垃圾處置量，改善人們的生存質(zhì)量。因此，治理與維護(hù)相關(guān)水域和沙灘環(huán)境，對(duì)社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

結(jié)語

本文采用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法對(duì)該智能水陸兩棲清理車進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并實(shí)際結(jié)合模型進(jìn)行了制作測(cè)試和分析，收集清理效果顯著。并且該設(shè)計(jì)可以結(jié)合最新的無限遙感技術(shù)無人遠(yuǎn)程操作，實(shí)現(xiàn)智能避障和高效作業(yè)，在一定程度上減輕了環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了清潔效率。該水陸兩棲清理車可以根據(jù)不同的作業(yè)環(huán)境，自動(dòng)對(duì)清潔毛刷和吸盤的高度進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到最佳清掃效果。在實(shí)際應(yīng)用中，該水陸兩棲智能垃圾清理車仍然有較大的改進(jìn)空間，可以設(shè)計(jì)單次作業(yè)承載更多垃圾量和實(shí)現(xiàn)更大垃圾壓縮率的清潔車，未來在新能源技術(shù)成熟和智能算法普及的情況下，其應(yīng)用前景必將更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王仲恒，朱建公，龍曉金.氣動(dòng)環(huán)保清潔車的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2010（1）：90-91，94.

[2] 萬超，司慧.多功能手動(dòng)清潔車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].節(jié)能技術(shù)，2008，26（5）：411—413.

[3] 曹志強(qiáng)，師忠秀.一種新型水上清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].青島大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，20（2）：80-82.

[4] 王杭燕，歐陽聯(lián)格，周水庭.沙灘清潔車自卸托架側(cè)板的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)電技術(shù)，2013（4）：108-110.

[5] 丁帥，張景元，趙長俊.基于C8051F的智能清潔車控制器設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（1）：100-103.endprint