基于機械+化學清洗的橡膠壩清洗設備設計*

馬曉欣，郭亞楠，吳東昊

(1.河北建筑工程學院，河北 張家口 075000; 2.張家口市清水河河務管理處，河北 張家口 075000)

0 引 言

橡膠壩作為一種的水工建筑物，在國內外的工程上應用十分普遍，僅僅在穿過張家口市區的清水河上就有30座左右充水式橡膠壩，這些橡膠壩起著水閘的作用，可以塌壩泄洪，也可以升壩擋水，形成人工湖，美化環境。這些橡膠壩一側和河水直接接觸，看不到橡膠壩表面的污垢，另一側則能看到橡膠壩表面的污垢，這對人工湖、河道、乃至整個城市環境都有影響。清除這些橡膠壩表面的污垢十分必要。目前，主要是人工清洗橡膠壩表面污垢，人工清洗主要需要工人多、勞動強度大、安全隱患大、清洗效率低。通過使用自動清洗設備可以減少工人人數，提高清洗效率和清洗效果，降低人力成本，降低工人的安全隱患，尤其是冬季等惡劣環境下優勢更顯著[1]。綜上所述，提出設計一種自動清洗設備。重點進行了結構設計和電路設計，并制作了簡易清洗裝置進行了試驗，達到了清洗橡膠壩表面污垢的效果，解決了橡膠壩的自動清洗問題，具有現實的應用價值。

1 自動清洗的工作原理及作業流程

1.1 工作原理

通過噴清洗液，使清洗液和橡膠壩表面污垢進行溶解反應，使大部分污垢和清洗液反應后分解，剩下小部分污垢殘留在橡膠壩表面，由電動機帶動擦洗刷旋轉，擦洗刷和橡膠壩表面污垢連續摩擦，在清洗液和擦洗刷的雙重作用下，污垢被清除，再通過噴河水，在河水和擦洗刷的雙重作用，將橡膠壩表面的殘留污垢和清洗液清洗掉，同時將擦洗刷上的清洗液、水泵及輸液管中的清洗液清洗干凈。

1.2 作業流程

噴清洗液→擦洗刷擦洗→沿長度方向行走→到設定位置裝置停止→噴水→擦洗刷擦洗→反向行走→到設定位置裝置停止→清洗結束。

2 橡膠壩清洗設備結構設計

橡膠壩清洗設備由機架、控制臺、水平旋轉擦洗輪、豎直旋轉擦洗輪、限位板組成。橡膠壩清洗設備整體結構如圖1所示。

圖1 橡膠壩清洗設備整體結構圖1.行走輪 2.行程開關 3.儲液桶 4.輸液軟管 5.水泵 6.蓄電池 7.噴液管 8.支撐板 9.擦洗刷 10.電機座A 11.電機A 12.支撐桿 13.行程開關 14.電機B 15.電 機座B 16.擦洗刷

機架采用框架結構，在機架的上下框架上各裝有2個行走輪，行走輪為帶輪轂電機的電動車輪，上面的行走輪壓在橡膠壩上，下面的行走輪壓在橡膠壩安裝基面上。

控制臺包括支撐板、儲液桶、輸液軟管、水泵、噴液管、蓄電池等，支撐板安裝固定在機架上，儲液桶、輸液軟管、水泵、噴液管、蓄電池均安裝在支撐板上。

水平旋轉擦洗輪由電機座A、電機A、擦洗刷、橫軸組成。電機A安裝在電機座A上；電機座A安裝在機架上；擦洗刷安裝在橫軸上；橫軸一端安裝在電機座A上，另一端安裝在機架上，電機座A也安裝在機架上。

鉛錘旋轉擦洗輪由電機B、電機座B、擦洗刷、豎軸組成。電機B安裝在電機座B上，電機座B安裝在機架上；擦洗刷安裝在豎軸上，豎軸一端安裝在電機座B上，另一端安裝在機架上。

限位板由限位支撐板、行程開關組成，行程開關安裝在限位支撐板上，限位支撐板安裝在機架上。

3 試驗分析

通過試制簡易清洗裝置對設計進行驗證，此次設計水平清洗輪和鉛錘清洗輪的清洗原理和結構相同，僅驗證其中一個清洗輪的清洗效果即可。該簡易清洗裝置如圖2所示，與橡膠壩清洗設備水平清洗輪的清洗原理和結構相同，清洗對象為黑色膠皮板，膠皮板表面涂抹有一層和好的泥巴，泥巴已經干透，如圖3所示。

圖2 簡易清洗裝置

3.1 干式清洗

簡易清洗裝置的輸出轉速為90 r/min,清洗刷旋轉半徑為200 mm，行走速度0.1 m/min，清洗前、后效果分別如圖3和圖4所示。

圖3 清洗前的橡膠板 圖4 干式清洗后的橡膠板

3.2 濕式清洗

簡易清洗裝置的輸出轉速為90 r/min,清洗刷旋轉半徑為200 mm，行走速度0.2 m/min，使用噴水代替清洗液，清洗前、后效果分別如圖5和圖6所示。

圖5 濕式清洗前的橡膠板 圖6 濕式清洗后的橡膠板

3.3 效果分析對比

通過試驗，干式清洗和濕式清洗均可以清除掉橡膠板表面污垢，試驗表明該清洗設備設計方案可行。濕式清洗的清洗效果要優于干式清洗，濕式清洗的清洗速度為干式清洗的2倍，清洗時間只有干式清洗的一半。

4 電路設計

4.1 行走輪電路動作原理

行走輪主電路及其控制電路，如圖7所示。

圖7 行走輪主電路及其控制電路圖

行走輪控制電路的動作原理如下：打開直流電源開關Q，按下行走輪電動機正轉啟動按鈕SBF，接觸器KMF線圈通電吸合并自鎖,KMF主觸頭閉合，行走輪電動機接通電源，行走輪電動機正轉，整個清洗設備正向移動；與此同時，KMF連鎖觸點斷開了反轉接觸器KMR的線圈電路，按下行走輪反轉啟動按鈕，反轉接觸器也不會動作。當運動到指定位置,行程開關SQb觸碰橡膠壩一端終點處的墻壁，SQb的常閉觸點斷開，接觸器 KMF的線圈回路斷電,主觸頭釋放,行走輪電動機斷電停止轉動。按下行走輪電動機的反轉啟動按鈕SBR，使接觸器 KMR線圈通電吸合并自鎖,其主觸頭使電動機電源正負極改變，行走輪電動機反轉，整個清洗設備反向移動；與此同時，KMR連鎖觸點斷開了正轉接觸器KMF的線圈電路，按下行走輪正轉啟動按鈕，正轉接觸器也不會動作。當運動到指定位置時，行程開關SQa觸碰橡膠壩另一端終點處的墻壁，SQa的常閉觸點斷開接觸器 KMR線圈回路，KMR線圈斷電，主觸頭釋放，電動機斷電停止轉動。若要行走輪在擋塊未碰撞行程開關的情況下停止轉動，按下停止按鈕SB1，KMF線圈和KMR線圈均斷電，接觸器主觸頭釋放，電動機斷開電源不轉動。關掉直流電源開關Q，整個主電路及控制電路斷電，運行結束。整個運行過程中，通過熱繼電器FR來實現保護電動機過載。

擦洗輪主電路及其控制電路，水平旋轉擦洗輪和鉛錘旋轉擦洗輪所用主電路及其控制電路相同，但不共用，如圖8所示。

圖8 擦洗輪主電路及其控制電路圖

4.2 擦洗輪電路動作原理

擦洗輪控制電路的動作原理如下：打開直流電源開關Q，按下擦洗輪正轉啟動按鈕SBF，接觸器KMF線圈通電吸合并自鎖,KMF主觸頭閉合接通電源，擦洗輪電動機正轉；與此同時，連鎖觸點斷開了反轉接觸器KMR的線圈電路，按下擦洗輪反轉啟動按鈕，反轉接觸器 KMR也不會動作。按下停止按鈕SB1，再按下擦洗輪反轉啟動按鈕SBR，使接觸器 KMR線圈通電吸合并自鎖,其主觸頭使電動機電源正負極改變，擦洗輪電動機反轉；與此同時， KMR連鎖觸點斷開了正轉接觸器KMF的線圈電路，按下擦洗輪正轉啟動按鈕，正轉接觸器也不會動作。按下擦洗輪電動機停止按鈕SB1，KMF線圈和KMR線圈均斷電，接觸器主觸頭釋放，擦洗輪電動機斷開電源不轉動。關掉直流電源開關Q，整個主電路及控制電路斷電，運行結束。通過熱繼電器FR來實現保護擦洗輪電動機過載。行走輪電動機和擦洗輪電動機可以共用一個直流電源開關Q[2-3]。

通過三個獨立的主電路及其控制電路控制行走輪、水平旋轉擦洗輪和鉛錘旋轉擦洗輪的正轉、反轉及停止，既可以實現清洗設備連續移動清洗，也可以實現只擦洗不移動和只移動不擦洗。

5 結 語

目前橡膠壩清洗主要是人工清洗的方式，按照橡膠壩清洗的工作原理和作業流程，設計一種基于機械+化學清洗的橡膠壩清洗設備，通過制作簡易清洗裝置的試驗，驗證了該橡膠壩清洗設備設計方案的可行性。針對目前缺乏自動清洗設備的問題，該設計方案對后續其它橡膠壩清洗設備的設計具有參考和借鑒意義。該設計后續轉化為產品并投入使用，可以代替人工清洗，提高清洗效率，降低工人的勞動強度和安全風險。