基于節(jié)能減排原理對多用智能除塵器的設計研究

張金珂 孟青青 劉志興 張瑋峰

摘?要：本文針對傳統(tǒng)除塵器的效率低、勞動量大、粉塵污染嚴重、危險系數(shù)極高等多種弊端，本項目主要從除塵器的供電系統(tǒng)、行走及控制系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)三個方面進行研究，旨在研究能夠節(jié)能環(huán)保，安裝方便、智能識別、自動無塵擦除、操作簡單的多用智能除塵器。

關(guān)鍵詞：除塵器;自供電電源系統(tǒng);行走系統(tǒng)

節(jié)能減排的原理研究設計出能夠智能識別、節(jié)能環(huán)保、適應性強的多用智能除塵器。首先，對自供電電源系統(tǒng)進行研究，即自己帶有太陽能發(fā)電、充電以及蓄電的裝置，不需要提供外部供電電源，可以根據(jù)用戶的需要隨時啟動和停止;其次，對行走控制系統(tǒng)進行研究，通過全覆蓋遍歷路徑規(guī)劃的實現(xiàn)方案，使除塵器在不同路段自動識別以恒定速度清掃，提高清掃質(zhì)量;最后，對除塵系統(tǒng)進行研究，對除塵器的設計及其關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使除塵器適用于屋頂、大棚、平原、丘陵等多種區(qū)域和地形，能夠一機多用。

1 自供電電源系統(tǒng)

首先，對除塵器的自供電電源系統(tǒng)進行研究，即自帶充電以及存蓄電的裝置，能夠自己供電，不需要提供外部供電電源，以根據(jù)用戶的需要隨時啟動和停止，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.1 自供電電源系統(tǒng)組成

自供電電源系統(tǒng)是由匹配電路、整流電路、儲能電容、控制電路及放電電路組成。

1.2 實驗

在自供電設計研究后，自供電電源系統(tǒng)的實時性和整體數(shù)據(jù)的丟失率的大小也是自供電系統(tǒng)性能的好壞衡量標準。本次實驗根據(jù)實際情況測試了數(shù)據(jù)的丟失率，推導出數(shù)據(jù)的無線傳輸距離之間的關(guān)系，通過系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)的丟失率、數(shù)據(jù)的實時性以及自供電電源電壓受環(huán)境能量變化的影響測試了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。

1.2.1 可靠性測試

表1所示的是在不同距離下，路由節(jié)點接收到傳感器的節(jié)點數(shù)據(jù)組數(shù)的統(tǒng)計情況。

從表1可以看出傳感器的節(jié)點與路由節(jié)點之間的距離應該大概在30m以內(nèi)，如果超過30m，可以在傳感器的節(jié)點和路由節(jié)點之間加入若干個中繼節(jié)點，達到延拓通信距離的目的。

從表2中可以看出整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟失率大約為1%，這主要是由路由節(jié)點到服務器間的數(shù)據(jù)丟失引起的。因此在實際測量過程中如果想及時地了解監(jiān)測電線的安全狀況，可以通過通過觀察實時地從服務器上接收到傳感節(jié)點采集到的電線的相關(guān)信息達到目的。

1.2.2 自供電電源電壓測試

傳感器節(jié)點在工作時會消耗能量，當監(jiān)測電線有電流通過時，自供電電源的電壓會相應變化。圖2是自供電電源電壓隨著傳感器節(jié)點工作時間發(fā)生變化的趨勢圖。

圖2可以看出，電池電壓隨著傳感器節(jié)點工作而上下波動，并且波動幅度小，傳感器節(jié)點的能耗也比較低。

2 除塵器的行走系統(tǒng)及控制系統(tǒng)

除塵器是利用離心力將粉塵從旋轉(zhuǎn)氣流中分離出來并進行捕集的一種分離裝置，由于該裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉、能耗低、耐高溫和高壓，對于捕5μm以上的顆粒粉塵效率較高。我們所得到的除塵效率公式為：

η0=1-escapenumber-tracked×100%

對除塵器內(nèi)顆粒粒徑1.50-15.00μm進行線性回歸。

最后，對除塵擦的除塵系統(tǒng)進行研究，在保證除塵器高效、穩(wěn)定運行的基礎上除塵器的設計及其關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證除塵器能夠高效、穩(wěn)定運行的基礎上基于優(yōu)化理論合理的選擇除塵的行走路線，對影響除塵器運行的配套系統(tǒng)如除塵方式、儲灰系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)以及電氣自動控制系統(tǒng)等進行了分析研究，并提出了改進措施，使除塵器適用于屋頂、大棚、平原、湖面、丘陵、沙漠等多種區(qū)域和地形，可全天候工作，達到適應能力強一機多用的目標。

參考文獻：

[1]李小川，羅會清，胡海彬，等.自激式除塵器壓力波動特性與氣液體合研究[J].煤炭學報，2015，40（12）：3001-3006.

[2]土冬雪，李小川，魏濤，等.自激式除塵器在線of測系統(tǒng)設計[J].工礦自動化，2017，43（10）：7-13.

項目：黑龍江省2018年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目：基于節(jié)能減排原理對多用智能除塵器的設計研究，項目編號：201813744020