多功能水上垃圾清潔裝置設計張海軍 曹建波

方建軍等

【摘 要】針對水體污染和環境危機的加劇，我國正在加快環境治理和水體保護的研究。為解決傳統人工水上垃圾清潔方式，本文通過對現有水上垃圾清潔裝置的原理研究，開發了一種多功能水上垃圾清潔裝置，并進行了機械結構的三維造型。該裝置既可以清潔水上的塑料、藻類等多類垃圾，也可以收集廢油，進而直接進行油水分離。該新型多功能水上垃圾清潔裝置既可以凈化我們賴以生存的水資源，也可以回收利用資源。

【關鍵詞】水體污染；垃圾清潔；收集廢油；機械結構

0 引言

由于水體污染和環境危機的加劇，水上清潔技術成為發展趨勢之一，在未來具有很大的市場空間，并且具有廣泛的應用范圍。水中垃圾處理模式與陸地上垃圾處理模式不同[1-3]，其成本會比陸地上的垃圾處理更高，因為需要加上打撈、運輸、晾曬等成本，所以需要設計經濟便捷的垃圾清潔裝置[4-5]。另外，近年來多次發生的泄油事件，其所造成的生態損傷和經濟損失不可估量，再一次敲醒了人類對水體污染的警鐘。基于以上背景，本文設計了一種多功能水上垃圾清潔裝置，除能夠清理水上固體垃圾之外，還能夠處理油水污染，快速的分離油水同時可將廢油的收集起來。

1 總體方案設計

要實現水上垃圾清潔裝置高效、靈活地完成清潔任務，就要求該裝置具備體積小、動作精確、功能齊全、擁有先進收集方式等特點。本文將垃圾清潔裝置分為移動部分，控制部分，收集部分，分離部分和整理部分五個部分，總體實施方案如圖1所示，采用逐一突破，整體調試的方法來研究。主要的技術難點包括：

1.1 實現清潔裝置在水面上靈活運動

了解當前水上垃圾清潔裝置的運動性能，進行清潔裝置運動部分機械結構的設計，確定尺寸大小，使得其能夠在水面上靈活運動。對該裝置的移動部分進行仿真模擬實驗，檢驗機械結構是否合理，能否達到預期效果。

1.2 實現垃圾的收集、分離功能

了解現有先進收集方式，將其與分離部分有機結合，分離部分機械結構的設計和尺寸的確定；收集、分離部分模擬仿真的實驗，檢驗其結構可靠性與實際可操作性；分離部分清洗結束后自行整理的機械結構設計。

1.3 實現收集、部分與主體的連接

收集、分離部分與主體的連接結構設計與確定，并利用軟件驗證其結構的可行性。

1.4 控制電路設計

設計配套的控制電路，使用該控制電路驅動電機來實現收集爪精確確定垃圾實際位置，并能控制整個清潔裝置在水上的移動。

2 主要機械結構設計

根據實際放置空間的限制最終確定多功能水上垃圾清潔裝置的尺寸為長650mm，寬550mm，高450mm。裝置分為上下兩層，上層固定座椅和操作控制裝置轉向與前進等元件，下層用于固定油水分離泵。上下層的分隔板離地高約50mm。

2.1 自動油水分離泵設計

自動油水分離泵放置在本裝置支撐板上，位于座椅右后方，該部件尺寸為長250mm，寬250mm，高150mm，油水分離器位于座椅左后方，中間通過管道連接。這樣的布局利于本裝置的平衡。本文設計的自動油水分離泵系統如圖2所示。

2.2 前進與轉向設計

為了方便實現前進與轉向功能，即可以自動，也可以人為控制，采用V帶傳動，帶型為B型，帶的2個圓弧中心距為450mm，小圓弧半徑為20mm，大圓弧的半徑為40mm。

通過對以上零部件的設計，得到新型多功能水上垃圾清潔裝置的裝配圖，如圖3所示

3 結論

無論國內還是國外，目前的水上垃圾清潔船存在的主要問題是：清潔功能單一；結構復雜；制造成本較高；能耗大。新型多功能水上垃圾清潔裝置可實現水上多種垃圾的有效清潔，并能分離和回收再利用泄露的石油，將推動和促進我國對水上環境的保護，具有很廣闊的應用前景。

【參考文獻】

[1]李定龍.城市生活垃圾處理處置工程及應用[M].北京：中國石化出版社， 2009.

[2]焦守田，馮建國. 農村垃圾的資源化管理[M]. 北京：中國發展出版社， 2008.

[3]馬丹萍， 李勇， 梁勤歐. 無線遙控智能小車的運動模擬及軌跡繪制[J]. 浙江師范大學學報：自然科學版， 2015， 38（1）： 116-120.

[4]杰里·麥克納尼. 清潔能源發展：美國經驗與展望[M]. 上海：上海財經大學出版社， 2013.

[5]楊再鵬. 清潔生產理論與實踐[M]. 北京：中國標準出版社， 2008.

[責任編輯：曹明明]