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        一種半自動化積水清理機(jī)設(shè)計(jì)

        2021-10-25 03:36:08孫雨橦
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年30期
        關(guān)鍵詞:清理機(jī)疊片搖桿

        鞠 曼 孫雨橦

        (東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150000)

        1 概述

        近年來,社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得人們的生活水平不斷提高,對周遭環(huán)境的要求也逐漸上升。針對雨后地面上的積水,不同的社會角色擁有不同的煩惱:積水坑中的落葉、垃圾等不便于清潔工清掃、車輪滾過積水且車速過快時(shí)易產(chǎn)生打滑發(fā)生不可逆的危害、行人會因車速過快而被濺水、運(yùn)動員會因跑道的積水無法進(jìn)行正常的運(yùn)動等。日常生活中,清理積水的方法有兩種:一是積水自動流入下水道,但場地因素制約過多;二是人為利用掃帚等工具將積水掃開,增加揮發(fā)速度,但費(fèi)時(shí)費(fèi)力,對工具磨損較大。因此,本文擬設(shè)計(jì)的用于收集和儲存積水的清理設(shè)備就顯得尤為重要,不僅可以節(jié)約水資源,同時(shí)又將節(jié)能環(huán)保的理念貫徹到人們的心中。

        2 方案設(shè)計(jì)

        本文擬定的積水清理機(jī)為半自動化裝置,需要操作人員將機(jī)器移動到相應(yīng)位置后,通過控制相應(yīng)的按鈕來完成一系列工作。產(chǎn)品模型如圖1、圖2 所示。

        圖1

        圖2

        積水清理機(jī)的總設(shè)計(jì)主要包括:用于收集地面積水的收集系統(tǒng)、將收集的積水進(jìn)行提取的擠壓系統(tǒng)、把擠壓出來的積水進(jìn)行儲存并利用的儲存系統(tǒng)以及操縱整個(gè)設(shè)備的顯示控制系統(tǒng)。收集系統(tǒng)包括海綿柱以及可伸縮桿;擠壓系統(tǒng)包括疊片、機(jī)架、連桿、搖桿以及可伸縮桿;儲存系統(tǒng)包括水箱、水位槽、水管、連通管、可拆卸端蓋;顯示控制系統(tǒng)包括顯示屏、按鈕、水位感應(yīng)器以及各種電路連接。積水清理機(jī)裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

        圖3

        3 工作原理

        整個(gè)裝置以電動機(jī)作為動力源,用來驅(qū)動收集積水系統(tǒng)和擠壓積水系統(tǒng)。電動機(jī)選用直流銅芯,通過齒輪以及其他機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞動力,從而帶動收集積水系統(tǒng)中的拉桿、搖桿和擠壓積水系統(tǒng)中的連桿、搖桿、伸縮桿進(jìn)行運(yùn)動,節(jié)能持久,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。水位感應(yīng)器與顯示屏結(jié)合,用以顯示吸水情況,確保后續(xù)工作進(jìn)程的準(zhǔn)確。

        積水清理機(jī)的控制區(qū)為顯示屏以及左右兩側(cè)的按鈕。顯示屏左側(cè)的按鈕用來控制收集系統(tǒng),三個(gè)按鈕的作用分別為:下移(利用伸縮桿將海綿柱下移至地面便于吸水),上升(利用伸縮桿帶動海綿柱上升),復(fù)位(利用伸縮桿將海綿柱下移或上升至原始位置)。顯示屏右側(cè)按鈕用來控制擠壓系統(tǒng),三個(gè)按鈕的作用分別為:推移(通過連桿、搖桿將疊片推移為圓面),上升(利用伸縮桿帶動圓面上升),復(fù)位(利用伸縮桿將圓面下移至初始位置并使疊片恢復(fù)為原始狀態(tài))。顯示屏及按鈕位置如圖4 所示。

        圖4

        4 使用過程

        操作時(shí)需先將清理機(jī)移動到指定位置后,點(diǎn)擊顯示屏下方的開關(guān)按鈕,控制電路發(fā)出啟動信號。然后按下左側(cè)下移按鈕,海綿下降至與底面貼合,進(jìn)行吸水運(yùn)動。如果積水面積較大,海綿柱被完全浸濕時(shí),海綿柱上方的水浸傳感器感應(yīng)到水的存在,通過電信號傳遞給顯示器,顯示器顯示海綿柱已被完全浸濕后,操作人員點(diǎn)擊左側(cè)的上升按鈕,同時(shí)點(diǎn)擊右側(cè)推移按鈕控制疊片形成圓面后,再點(diǎn)擊右側(cè)上升按鈕。海綿柱上升的位置比圓面上升的位置高,圓面上升的定位點(diǎn)為可將海綿柱中的積水全部擠出的位置,通過利用與水箱連通的塑料管使積水流入到水箱中,同時(shí)上方端蓋為可拆卸型,可以將其打開并清理水箱內(nèi)部,防止堵塞等其他情況;如果積水面積較小,顯示屏顯示海綿柱沒有被完全利用時(shí),點(diǎn)擊左側(cè)復(fù)位按鈕,部分被浸濕的海綿柱可上升至原始位置,操作人員可繼續(xù)移動清理機(jī)到指定位置,重復(fù)上述操作。完成所有工作后,再次點(diǎn)擊顯示屏下方的開關(guān)按鈕,控制整整個(gè)電路發(fā)出停止信號,節(jié)省電力資源,以延長整個(gè)設(shè)備的使用壽命。

        5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        5.1 疊片到圓面的轉(zhuǎn)換

        疊片分為A,B,C 三個(gè)型號。A 型疊片左右邊緣處各設(shè)置一個(gè)圓柱機(jī)架,搖桿與其相連,連桿與搖桿和B 型疊片相連。搖桿與連桿所設(shè)置的高度為恰好將B 型疊片與A 型疊片貼合的位置。同理設(shè)計(jì)B 型疊片與C 型疊片的連接。如此,在未點(diǎn)擊右側(cè)推移按鈕時(shí),各型號疊片呈階梯狀相互貼合。按下推移按鈕后,連桿和搖桿轉(zhuǎn)動一定的角度,使得B 型疊片外邊緣與A 型疊片內(nèi)邊緣相接觸、C 型疊片外邊緣與B 型疊片內(nèi)邊緣相接觸。同樣地,各型號疊片間呈階梯狀排布,俯視圖為一個(gè)可以與內(nèi)壁緊密貼合的圓面。

        以二分之一疊片為例,如圖5、圖6。

        圖5

        圖6

        5.2 圓面的上升

        在A 型疊片的機(jī)架(共8 個(gè))上安裝伸縮桿,通過控制上升或復(fù)位按鈕使伸縮桿進(jìn)行伸縮任務(wù)以完成圓面的上升或下移的工作。

        5.3 可拆卸端蓋

        與端蓋接觸的下方機(jī)身內(nèi)壁邊緣高于外壁邊緣,利用凸出的內(nèi)壁來固定上方端蓋。使用端蓋兩側(cè)的把手即可打開或關(guān)閉的動作。

        5.4 水浸傳感器

        水浸傳感器為紅外光電水浸傳感器,此傳感器分光強(qiáng)采集和檢測電路兩大部分,光強(qiáng) 采集部分包括光學(xué)探頭、紅外發(fā)射二極管發(fā)光芯體、光敏三極管接收芯體。通過對探頭材料與結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),探頭處于水與空氣兩種介質(zhì)中,接收到的光強(qiáng)不同,檢測電路將不同的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)換成模擬輸出與開關(guān)信號,實(shí)現(xiàn)對浸水狀態(tài)的檢測。其光路探頭需直接接觸水,但檢測電路需完全防水,傳感器探頭與內(nèi)部電氣通過結(jié)構(gòu)緊壓配合與密封膠填充密封,實(shí)現(xiàn)探頭與內(nèi)部紅外發(fā)光二極管、接收光強(qiáng)的光敏三極管、檢測電路的完全隔離,能有效防止外界水、氣等對內(nèi)部電氣的影響。

        5.5 結(jié)構(gòu)參數(shù)

        表1

        6 主要結(jié)構(gòu)的材料選擇

        把手、端蓋把手的選擇均為黑色的ABS 不規(guī)則圓管,采用磨砂處理方式,增加使用者在使用時(shí)與把手的摩擦,保證硬度、強(qiáng)度的同時(shí)又能提升使用感受。與把手連接的兩根管柱同樣為ABS 塑料,但表面進(jìn)行光滑處理,以便進(jìn)行清理等操作。

        由于顯示屏的用途導(dǎo)致其對顏色、清晰度等要求不高,所以選用STN 材質(zhì),相比于UFB、TFT 等屏幕材質(zhì),STN 價(jià)格低,耗能小。

        伸縮桿、水箱、疊片均采用相同的材料--復(fù)合不銹鋼,即外層不銹鋼,內(nèi)層鋼管,外觀漂亮,堅(jiān)固耐用。由于可能會與雨水進(jìn)行接觸,外層不銹鋼的抗銹性能得以實(shí)用,同時(shí)內(nèi)部的鋼管可以滿足足夠強(qiáng)的硬度、強(qiáng)度等,足以提供給形成圓面的疊片以及吸飽水的海綿足夠的動力。

        連通管選用不銹鋼管材,由于連通管用來傳輸被海綿擠壓出的積水,同時(shí)因無法受到光照而長期處于潮濕狀態(tài),所以不銹鋼極強(qiáng)的抗銹性能起到了極為重要的作用。

        端蓋以及與其顏色相同的機(jī)殼部分均采用ABS,表面光滑便于清理。同時(shí)相比于金屬,塑料質(zhì)量更輕便,使得端蓋便于端起或蓋上。顏色選用為水藍(lán)色,意在表明此機(jī)器與水有關(guān)。機(jī)殼除上述的ABS 外,還有下方的復(fù)合不銹鋼金屬殼,不銹鋼外殼采用金屬拉絲工藝,增加質(zhì)感的同時(shí)又能抗侵蝕。

        水位槽選用透明的亞克力材質(zhì),由于所需面積并不大,所以不會產(chǎn)生較高的費(fèi)用。長時(shí)間的戶外工作,亞克力的耐候性和抗老化性極為重要,可以確保即使長時(shí)間在風(fēng)吹日曬的情況下,材料依舊保持良好的透明度。

        水管的材質(zhì)為PVC,可以確保在較高的濕度長期使用的條件下不會發(fā)生變形以及化學(xué)變化,性能穩(wěn)定,具有較好的韌性和強(qiáng)度。

        海綿選用開孔率較高的高回彈海綿,孔數(shù)越多吸水能力越強(qiáng)。且其耐受力高,回彈性強(qiáng),可長期使用不變形,有多種密度可選,有很好的抗震性、柔軟性和透氣性,價(jià)格親民。

        7 結(jié)論

        積水清理機(jī)是一款可以對積水進(jìn)行收集并儲存的半自動化機(jī)器。利用疊片與圓面的轉(zhuǎn)換對海綿柱吸取的積水進(jìn)行擠壓以起到收集與儲存的作用為本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn),利用水浸傳感器的作用對海綿柱進(jìn)行充分利用,將能耗降為最低。相比于積水自然蒸發(fā)耗時(shí)長且不確定性,積水清理機(jī)可以做到針對某一處積水進(jìn)行處理,效率高的同時(shí)還能對積水進(jìn)行處理。這不僅方便了人們的生活,也是對水資源的循環(huán)再利用,將人與自然的和諧理念深入人心。

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