遙控式水面垃圾自動清理器

唐術(shù)杰　涂樸勛　王澤霖

摘 要：針對水面垃圾的清理，研制了一種遙控式水面垃圾清理器，主要由船體、垃圾聚集裝置、垃圾收集裝置、供能系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)組成。由電機(jī)帶動的垃圾聚集裝置和垃圾收集裝置提高了垃圾收集效率，而遙控系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)了水面垃圾清理的高自動化，對營造綠色的生態(tài)環(huán)境有著重要的科學(xué)意義和良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水面垃圾清理 遙控 垃圾聚集 垃圾收集

中圖分類號：TU234 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0106-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源環(huán)境保護(hù)也越來越受到人們的關(guān)注。部分環(huán)保意識淡薄的人直接將垃圾丟棄進(jìn)湖泊，不僅污染環(huán)境且逐步威脅到水資源的利用和旅游觀光業(yè)等。因此清理水面垃圾已成為重要的水域環(huán)境保護(hù)措施之一。

目前，國內(nèi)外對水面垃圾的清理主要采用人工打撈和機(jī)械打撈兩種方式。人工打撈利用半艙式或甲板機(jī)動駁船，由環(huán)衛(wèi)工人手持網(wǎng)兜站在甲板邊上直接把垃圾撈上來，這種作業(yè)方式勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境惡劣、人身安全沒有保障，不僅清理難度大、綜合成本高，而且無法治理在大雨臺風(fēng)季節(jié)暴發(fā)的水葫蘆等海域污染。而機(jī)械打撈裝置具有間斷性、笨拙性、耗時性等明顯缺點，無法適應(yīng)小型河流、湖泊等水面垃圾清理的需要。針對以上情況，項目組研制了一種遙控式水面垃圾清理器，為小型河流、湖泊的垃圾清理提供技術(shù)支持。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

垃圾清理器結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，主要由船體及六大系統(tǒng)組成：船體、動力系統(tǒng)、垃圾聚集系統(tǒng)、垃圾收集系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、供能系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)。

其中，船體（1）采用單船體“凹”字形設(shè)計，材料選用木材，結(jié)構(gòu)簡單，浮力較大；垃圾收集系統(tǒng)主要由直流電機(jī)（5）、垃圾聚集器（4）、傳送帶（15）、網(wǎng)狀鉤臂（16）、減速電機(jī)（10）、減速電機(jī)支撐臺（9）、齒輪組（11）、傳送帶滾筒支撐架（14）及垃圾箱（12）組成。在船體的前方兩邊固定有電機(jī)支座，電機(jī)與垃圾聚集裝置通過傳動軸傳動。從動滾筒固定在船體的中前部，主動滾筒固定在傳送帶滾筒支撐架內(nèi)，主、從動滾筒繃緊傳送帶且與船體呈一定的角度。傳送帶上固定有若干網(wǎng)狀鉤臂，用于勾起水面垃圾的同時將垃圾與水分離。減速電機(jī)置于減速電機(jī)支撐臺上且減速電機(jī)的動力用齒輪組傳輸給傳送帶。傳送帶的后方放置有垃圾箱，使得傳送帶上的網(wǎng)狀鉤臂上的垃圾能在傳送帶傳送過程中自由地落入后方的垃圾筐。

動力系統(tǒng)主要由螺旋槳（2）、電機(jī)（5）和電機(jī)支座組成。其中，電機(jī)固定于電機(jī)支座上，電機(jī)支座固定于船體的后方兩側(cè)，電機(jī)與螺旋槳通過傳動軸連接；遙控系統(tǒng)，主要由遙控器、接收機(jī)和電子調(diào)速器組成。其中接受機(jī)主要控制清理器的5個電機(jī)，且動力系統(tǒng)中后方的兩個電機(jī)與接受裝置之間連有電子調(diào)速器，用于清理器的變速及差速轉(zhuǎn)彎。供能系統(tǒng)主要由蓄電池（13）和太陽能板（7）組成。蓄電池置于船體的右方，太陽能板置于船體的前方的支撐板上，用于給蓄電池充電；反饋系統(tǒng)主要由前置攝像頭（8）和后置攝像頭（3）組成。前置攝像頭固定于船體前方的支撐板上，用于反饋前方的水面狀況。后置攝像頭固定于船體的后方，用于反饋船體后方的水面狀況和船體后方的垃圾筐內(nèi)的垃圾量。

2 工作原理

為達(dá)到清理垃圾的目的，六大系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)工作，工作原理流程圖如圖2所示。通過遙控器控制清理器聚集電機(jī)的異向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生平行反向水流，起到聚集垃圾的效果，經(jīng)聚集過后的垃圾經(jīng)凹形導(dǎo)槽流向垃圾收集裝置。通過減速馬達(dá)與齒輪組帶動主動滾筒的旋轉(zhuǎn)，傳送帶由主動滾筒與從動滾筒繃緊連接，附著在上面的網(wǎng)狀勾臂可將垃圾源源不斷地運輸至可拆卸垃圾箱中。網(wǎng)狀勾臂即可起到勾起垃圾的作用，又可將垃圾水分過濾。

船體的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎及加速均可由遙控系統(tǒng)控制，其控制原理如下：遙控器發(fā)射控制信號，接收機(jī)接收遙控信號后，通過電子調(diào)速器控制兩臺動力電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速的大小，可以實現(xiàn)船體的前進(jìn)、后退和差速轉(zhuǎn)彎，具體體現(xiàn)在當(dāng)兩電機(jī)同時正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，船體前進(jìn)或后退；當(dāng)兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)速有差異時，船體向轉(zhuǎn)速慢的一側(cè)轉(zhuǎn)彎。

安裝在船體頂部的太陽能板能在陽光充裕的情況下為蓄電池充電，可起到節(jié)約能源的作用。安裝在船體前后部的攝像頭可有效監(jiān)控水面情況以及垃圾量狀況，起到將視覺信息反饋給地面工作人員的作用。

3 結(jié)語

遙控式水面垃圾清理器具有裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、自動化程度高、操作方便和運行可靠等優(yōu)點，十分適用于各種小型湖泊、河流的水面垃圾的清理，降低了人工打撈的人工成本及水上作業(yè)的風(fēng)險。相信在日益注重水資源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的當(dāng)下，遙控式水面垃圾清理器對營造綠色的生態(tài)環(huán)境有著重要的科學(xué)意義和良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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