智能型垃圾收集船的應(yīng)用研究

劉暢 張郭楊

摘? 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們過(guò)于重視工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，忽視了對(duì)環(huán)境的保護(hù)，使得近幾年來(lái)世界水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境惡化，嚴(yán)重地威脅了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅了人類(lèi)的生存。文章針對(duì)船型的選擇、水面漂浮物的特點(diǎn)和問(wèn)題提出解決措施。船型方面，雙體船具有穩(wěn)性好以及甲板面積大、艙容空間大滿足收集處理的條件，并利用紅外線攝像頭進(jìn)行掃描和搜尋垃圾點(diǎn)。第二，在雙體船船體內(nèi)通過(guò)履帶和輥筒協(xié)調(diào)的垃圾收集處理。第三，船首圓形鋸齒和負(fù)壓控制引流裝置相配合的垃圾收集系統(tǒng)。進(jìn)一步配合岸上回收處理，真正意義上實(shí)現(xiàn)水面垃圾的船上岸上綜合治理

關(guān)鍵詞：雙體船;履帶輥筒;紅外線攝像頭;回收處理

中圖分類(lèi)號(hào)：U674.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0161-02

1 背景

水環(huán)境的污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。水環(huán)境的保護(hù)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2030年前后，中國(guó)用水總量將達(dá)到每年7000億至8000億立方米，而中國(guó)實(shí)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(zhǎng)，使水具有越來(lái)越重的戰(zhàn)略地位。很多年以后，水資源也將成為一種決定國(guó)家是否發(fā)達(dá)的要素。如果水資源受到污染，人類(lèi)的健康也將會(huì)受很大影響。

目前，人工和機(jī)械打撈方式是國(guó)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(lái)，然后，劃著船到達(dá)下一處繼續(xù)作業(yè)，動(dòng)力度大，工作效率低，而且工人的安全得不到保證;機(jī)械方式回收垃圾大多采用翻斗式和導(dǎo)向門(mén)式設(shè)計(jì)的水面清理垃圾船，船體一般比較大，采用液壓裝置對(duì)垃圾進(jìn)行打撈，受限于狹窄的河道。為了收集船周?chē)钠±覀兝寐膸脚榔螺斔凸δ軐⑺嫔系睦ㄟ^(guò)履帶拉到船上并通過(guò)輥筒傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)垃圾的簡(jiǎn)單分類(lèi)。為了收集分布瑣碎的垃圾，在船尾放置一個(gè)獨(dú)立艙，利用水泵讓桶內(nèi)和桶外形成液面差通過(guò)引流的方式讓垃圾自動(dòng)流入收集箱內(nèi)，這樣就形成了垃圾的自動(dòng)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(jì)

2.1 船型選擇

因?yàn)殡p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，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(yùn)行時(shí)，設(shè)備的振動(dòng)、水面的波動(dòng)、水體阻力，再加上前方與水接觸少、船尾多，對(duì)于單體船來(lái)說(shuō)，會(huì)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)，使兩個(gè)分離的水下船體上部用加強(qiáng)構(gòu)架連接成一個(gè)整體的“船舶”，中間的加強(qiáng)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，更加的環(huán)保，成為一個(gè)環(huán)保型船體。

船首采用深V型，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(huì)將水向兩邊推開(kāi)，水流在經(jīng)過(guò)船體后，又合攏恢復(fù)成原樣，不會(huì)另起波瀾，同時(shí)對(duì)垃圾的收集起到一個(gè)聚攏的作用。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

在船頂部分設(shè)置一個(gè)紅外攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)海面情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將拍攝到的景象通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線傳輸至移動(dòng)端。人只要在最大的可控的范圍里就能夠利用自己手中的移動(dòng)端來(lái)觀測(cè)攝像頭傳來(lái)的畫(huà)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(shí)現(xiàn)對(duì)河面垃圾的快速回收，提高垃圾回收的效率。

3 垃圾回收方式設(shè)計(jì)

針對(duì)于不同的垃圾類(lèi)型將采取不同的回收處理方式。運(yùn)用履帶和輥筒將垃圾集中到一起進(jìn)行統(tǒng)一的分類(lèi)和回收;沉沒(méi)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;生活在水里的水草是一種自然垃圾會(huì)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(wèn)題，首先在兩個(gè)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(dòng)滾輪和傳送帶，船在水面上航行時(shí)，支架可以控制履帶上下擺動(dòng)，以便隨時(shí)隨地將驅(qū)動(dòng)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(guò)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(gè)L型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的時(shí)候可以避免出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

垃圾被運(yùn)輸?shù)酱w的中間甲板的時(shí)候，將輥筒之間的距離差依次增大，將垃圾進(jìn)行簡(jiǎn)單的大小分類(lèi)，并逐個(gè)掉落至船體上，再利用船體上的無(wú)動(dòng)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(duì)于沉沒(méi)水面的瑣碎小型垃圾，在船尾設(shè)置一個(gè)容器，放置于水中并利用引流的原理來(lái)進(jìn)行垃圾的綠色回收。

利用一個(gè)圓柱形容器并在下方開(kāi)個(gè)孔，之后通過(guò)橡膠導(dǎo)管使其與水泵的抽水孔相連接，再通過(guò)一根橡膠導(dǎo)管將出水孔和河水相連接。將容器至于水中，通過(guò)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(gè)幾厘米的液面差，水往低處流，出現(xiàn)一種旋渦的水流，把附近的漂浮物都吸引過(guò)來(lái)，再通過(guò)紗網(wǎng)攔住垃圾，這樣實(shí)現(xiàn)了垃圾的回收。而且抽上來(lái)的水再排回去，就可以循環(huán)再利用而且也不會(huì)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(gè)單個(gè)的裝置置于海岸邊，也可以將其設(shè)定在船上，這樣隨時(shí)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(jì)

水草生長(zhǎng)過(guò)多會(huì)影響河內(nèi)船舶的航行，水草超過(guò)一定數(shù)量，因缺氧和缺少生長(zhǎng)空間，以及平均吸收底泥中肥料相對(duì)較少，水草生長(zhǎng)速度極慢，甚至停止生長(zhǎng)。水草停止生長(zhǎng)也就停止吸收氮、磷，也就無(wú)法凈化水質(zhì)，所以有時(shí)也需要對(duì)水草進(jìn)行一些必要的處理。

在船底部設(shè)計(jì)一個(gè)電機(jī)控制圓形鋸齒的轉(zhuǎn)速，在與圓形鋸齒和電機(jī)之間設(shè)計(jì)一個(gè)伸縮桿使得自由伸出和伸入水底，伸縮桿伸長(zhǎng)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

目前我們國(guó)內(nèi)存在的適合這些小型河流垃圾清理的機(jī)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。而且在國(guó)內(nèi)的一些相對(duì)落后的地方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(guó)外也有越來(lái)越多的人制造出各種水面垃圾清理機(jī)器人。現(xiàn)在，水面垃圾收集船已經(jīng)逐漸成為一個(gè)人們關(guān)注的熱點(diǎn)，各種各樣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(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，全世界正在逐步步入AI時(shí)代，不久的將來(lái)必將會(huì)有一部分工作將不需要人工親自操作，該新型垃圾收集船將會(huì)在船舶行業(yè)邁入新時(shí)代的過(guò)程中起到拋磚引玉的作用。

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