李詠學(xué)

（江蘇科技大學(xué)蘇州理工學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院 江蘇張家港 215600）

水環(huán)境的污染問題越來越受到人們的關(guān)注。水環(huán)境的保護(hù)也越來越受到人們的關(guān)注，據(jù)專家預(yù)測，到2030年前后，中國用水總量將達(dá)到每年7000億至8000億立方米，而中國實際可用的水資源約為8000億至9500億立方米，需水量已接近可利用水量的極限。由于水資源供給的穩(wěn)定性和需求不斷增長。使水具有越來越重要的戰(zhàn)略地位。很多年以后，水資源也將成為決定國家是否發(fā)達(dá)的一種要素。如果水資源受到污染，人類的健康也將會受很大影響。

目前，人工和機械打撈方式是國內(nèi)外清理水面的主流方式。人工方式回收一般為環(huán)衛(wèi)工人手持網(wǎng)兜等工具直接把垃圾撈上來，然后，劃著船到達(dá)下一處繼續(xù)作業(yè)，動力度大，工作效率低，而且工人的安全得不到保障；機械方式回收垃圾大多采用翻斗式和導(dǎo)向門式設(shè)計的水面清理垃圾船，船體一般比較大，采用液壓裝置對垃圾進(jìn)行打撈，受限于狹窄的河道。為了收集船周圍的漂浮垃圾，我們利用履帶式爬坡輸送功能將水面上的垃圾通過履帶拉到船上并通過輥筒傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)垃圾的簡單分類。大部分的垃圾收集完了之后，為了進(jìn)一步收集瑣碎的垃圾，在船尾放置一個獨立艙，利用水泵讓桶內(nèi)和桶外形成液面差，通過引流的方式讓垃圾自動流入收集箱內(nèi)，這樣就形成了垃圾的自動回收，而不需要人工。最后回到岸邊由岸上的工作人員進(jìn)行垃圾的統(tǒng)一回收處理。

2 船型設(shè)計

2.1 船型選擇

雙體船在海上可以承受較大的風(fēng)浪，在此基礎(chǔ)上，與同樣噸位的單體船相比，雙體船具有更大的甲板面積和艙容，并且有著寬大的甲板面積和空間。不僅如此，船在運行時，設(shè)備的振動、水面的波動、水體阻力，再加上前方與水接觸少、船尾多，對于單體船來說，會使船體發(fā)生縱向和橫向的傾斜，為使船體更加穩(wěn)定，我們采用雙體船結(jié)構(gòu)，兩個分離的水下船體上部用加強構(gòu)架連接成一個整體的“船舶”，中間的加強構(gòu)架也可以做成收集垃圾地方。既節(jié)約了材料，又能多收集垃圾，更加環(huán)保，實現(xiàn)一個環(huán)保型船體。

船首采用深V形，該船首的不同之處在于其表面是層流且光滑，而且尾部采用方形且微微上翹，船首會將水向兩邊推開，水流在經(jīng)過船體后，又合攏恢復(fù)成原樣，不會另起波瀾，同時對垃圾的收集起到一個聚攏的作用。

2.2 實時監(jiān)控

在船頂部分設(shè)置一個紅外線攝像頭，實現(xiàn)對海面情況的實時監(jiān)測，將拍攝到的景象通過藍(lán)牙無線傳輸至移動端。人只要在最大的可控范圍里，就能夠利用自己手中的移動端來觀測攝像頭傳來的畫面，判斷垃圾回收是否完成。之后讓船到其他的海域進(jìn)行工作，實現(xiàn)對水面垃圾的快速回收，提高垃圾回收的效率。

3 垃圾回收方式設(shè)計

針對不同的垃圾類型采取不同的回收處理方式。運用履帶和輥筒將垃圾集中到一起進(jìn)行統(tǒng)一的分類和回收；沉沒水面的瑣碎小型垃圾，我們利用引流的方式進(jìn)行回收和收集；生活在水里的水草也是一種自然垃圾，會影響船舶的航行，我們利用鋸齒粉碎水草再進(jìn)行收集處理。

3.1 履帶傳輸式垃圾回收裝置

為了解決水面漂浮垃圾的問題，首先在兩個船體的船首部位設(shè)置支架，用于支撐設(shè)置在船首的驅(qū)動滾輪和傳送帶，船在水面上航行時，支架可以控制履帶上下擺動，以便方便隨時隨地將驅(qū)動滾輪置于水中，隨著船的前進(jìn)將垃圾放置于傳輸帶上，通過履帶的傳輸將垃圾收集到船上，為了提高垃圾回收的效率，在傳輸帶上加上若干個L形倒鉤并固定于履帶之上，增大垃圾與履帶邊緣的摩擦力，摩擦力大于滾輪的圓周時可以避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

垃圾被運輸?shù)酱w的中間甲板上，將輥筒之間的距離差依次增大，將垃圾進(jìn)行簡單的大小分類，并逐個掉落至船體上，再利用船體上的無動力滾軸和高度之間的差距，將中間甲板上的垃圾滑至兩側(cè)船體上的回收艙室中。

3.2 利用引流現(xiàn)象的回收裝置

對于沉沒水面的瑣碎小型垃圾，在船尾設(shè)置一個容器，放置于水中，并利用引流的原理來進(jìn)行垃圾的綠色回收。

利用一個圓柱形容器并在下方開個孔，之后通過橡膠導(dǎo)管使其與水泵的抽水孔相連接，再通過一根橡膠導(dǎo)管將出水孔和河水相連接。將容器直于水中，通過水泵將桶中的水抽走，使得桶中的液面與外面海洋的水平面形成一個幾厘米的液面差，水往低處流，會出現(xiàn)一種旋渦的水流，把附近的漂浮物都吸引過來，再通過紗網(wǎng)攔住垃圾，從而實現(xiàn)垃圾回收。而且抽上來的水再排回去，可以循環(huán)再利用且不會傷害到海里的生物，非常綠色環(huán)保。除此以外，可以將很多個單個的裝置置于海岸邊，也可以將其設(shè)定在船上，這樣隨時隨地都能夠進(jìn)行垃圾的回收和處理。

3.3 水下除水草裝置設(shè)計

針對水下的水草以及沉浸在水里的垃圾，特別是水草，生長過多不僅會影響河內(nèi)船舶的航行。水草超過一定數(shù)量，因缺氧和缺少生長空間，以及平均吸收底泥中肥料相對較少，水草生長速度極慢，甚至停止生長。水草停止生長也就停止吸收氮、磷、就無法凈化水質(zhì)，所以有時也需要對水草進(jìn)行一些必要的處理。

在船底部設(shè)計一個電機控制圓形鋸齒的轉(zhuǎn)速，在圓形鋸齒和電機之間設(shè)計一個伸縮桿可以自由伸出和伸入水底，伸縮桿伸長將圓形鋸齒送至水草茂盛區(qū)域，進(jìn)行水草的割除作業(yè)，等水草漂浮至水面上之后，再利用船首的履帶將其回收至艙內(nèi)。

4 應(yīng)用前景

目前我國存在的適合這些小型河流垃圾清理的機器或船舶并不多，而且在打撈或能源等方面還存在著一些技術(shù)上的難題。在國內(nèi)的一些貧苦地區(qū)還是只能采用人工的打撈方式完成水面垃圾清理作業(yè)。在國外也有越來越多的人制造出各種水面垃圾清理機器人。現(xiàn)在，水面垃圾收集船已經(jīng)逐漸成為一個人們關(guān)注的熱點，各種形式的收集船的出現(xiàn)標(biāo)志著全球?qū)λY源的重視。

從長遠(yuǎn)的角度看，全世界正在逐步步入AI時代，不久的將來必將會有一部分工作將不需要人工操作，該新型垃圾收集船則會成為船舶行業(yè)邁入新時代拋磚引玉。