新型岸边垃圾或水生植物收集船技术研究

赵紫谦，刘华明，刘文彬

（中国石油大学（华东）机电工程学院，青岛266580）

1 引言

随着人们生活水平的日益提升，环境保护意识也随之加强，然而海岸边的垃圾和水生植物等的泛滥，使得有关部门对此事非常重视，“太湖蓝藻事件”、“金沙滩景区”等现象，表明治理措施势在必行。

2 研究内容概述

2.1 研究目的与意义

研究表明，当今社会收集海岸上的垃圾或者水生植物等的措施以及机械产品通常都效率低下，单一，例如，蓝藻打捞船只针对蓝藻。收集与运输方面的突破，尤为关键。

三维建模软件的出现对机械装置模型的制作起到了至关重要的作用，例如solidworks、CAD、犀牛等都是作为工科学生的必备软件工具，另外，太湖事件表明高效快捷地收集蓝藻可以降低水生植物对人们生活的影响。所以，当务之急是如何高效、快捷、全面地提高收集效率，节省收集时间。

从收集装置的外型和结构入手，进行分析与改进，“量化”一词已成为当今世界的潮流，所以改进收集装置势在必行。如果将改进装置推广到全国乃至世界，将会对环保界产生足够大的影响。其意义在于提高收集效率，降低对环境和人们生活的影响，淡水资源得到应有的保护和利用。

收集装置的的量化为更好地收集岸边垃圾和水生植物等提出了新思路，这将对环保界的格局产生重大的影响。

2.2 国内外研究现状

当今社会收集垃圾或者水面水生植物，单一，效率低，浪费太多的人力和物力资源，单一也是现在机械装置普遍存在的缺点，蓝藻打捞船只针对蓝藻进行设计与分析，不能收集岸边垃圾，这就是笔者攻克的难题之一，而且传统装置等主船收集装满之后，就要返回岸边，将收集好的水生植物和垃圾进行集中回收处理。突破收集和运输一体化也是攻克的难题之一。

有的地区由于经济落后，水生植物和垃圾对人们的生活产生了影响，淡水资源不能得到利用，人们利用渔船进行收集，就会出现垃圾或者水面水生植物收集不彻底等问题，而有的地方大型的机械装置不能进去进行收集，大型装置的噪音还会影响到人们的正常生活和水中的生物。对此，笔者设计的装置进行了改进。

2.3 主要研究内容

2.3.1 三船模型分析

“三船”顾名思义，就是装置是由三个船体组成，主船作为主动力船带有收集装置，而左右各有大小相同的副船，副船的作用是运输收集的垃圾和水生植物，提高收集效率，降低收集对人们生活的影响。因为传统的机械收集装置只有主船，并且在船体中央处，有一个收集装置，必需人工进行帮助，而三船模型针对这一问题进行了改进，在主船和副船中间利用了液压泵体，将收集好的垃圾或者水生植物，运输到副船上，这样就可以提高收集的时间和效率。

三船中的副船对燃油的消耗也有所降低，与传统的收集装置相比较，三船模型，不论从效率还是燃料利用上，都优于传统的机械装置。2.3.2 利用三维软件建模

利用solidworks、CAD、犀牛等软件结合实际，建立实物模型，通过动画，最终得出了水上垃圾和水生植物收集船。图1是建模的图片。

2.4 创新之处

利用三船模型，主船和旁边的两个副船，主船主要作为收集，而副船作为运输收集好的垃圾和水生植物等，与传统收集装置相比较，可知，不论从效率以及燃油消耗上，都优于传统的收集装置，新型装置中利用了带传动，移动副等机械原理，将机械原理应用到环保上，别出心裁。

图1 三船装置的建模图片

3 方案整体设计

方案的提出是在2011年12月份，由于湖面上水生植物的泛滥，以及岸边垃圾的出现，淡水资源的储备呈现日益减少的现象，传统的收集装置已不能满足当今发展的趋势，于是笔者从12月开始确定研究方向，突破口一：如何改善收集装置的单一化；突破口二：如何提高装置的收集效率与缩短收集时间；突破口三：将对人们生活的影响降到最低。针对以上三个突破口，开始方案的整体设计。

3.1 收集装置

传统收集装置的收集比较单一，例如收集蓝藻的打捞船只针对蓝藻，而不能对海岸上的垃圾和其他水生植物进行收集，而三船收集装置可以收集垃圾或者水生植物。它利用了带传动原理、移动副等机械原理。

带传动机械原理：靠带做中间体而靠摩擦力工作的一种传动。当带绕在轮上时，带的任一边都受到相同的初拉力 。带传动工作时，带与轮之间产生摩擦力 ，主动轮上的摩擦力与带的运动方向相同，即主动轮通过摩擦力驱动带运动；从动轮上的摩擦力与带的运动方向相反，即通过摩擦力驱动从动轮。由于摩擦力的作用，带绕主动轮的一边被拉紧，称为紧边；带绕从动轮的一边被放松，称为松边。

移动副原理：是一种低副，在平面内一种相对移动。

3.2 实施方案

当船体向前运行时，如图1所示，T形大前爪收拦大量的水葫芦，通过液压马达带动清杂部件转动，将水葫芦甩到传送带上。由传送带运输到船上，经过挡刷将蓝藻清理下来，到船上的传送装置上，再由运输的托运船上来，由其运回上岸。其中槽型钢架与连杆（滑块）构成移动副可以调节钢架高度。

利用三船模型装置，主船负责收集垃圾和水生植物，两个副船运输到岸边，由岸边的人进行回收处理。主船和副船可以分离开，副船产生的噪音对人们生活不会产生太大的影响。高效率和便捷是此装置的特色。实物模型在笔者全体成员的共同努力下即将做出来，虽然它只是个模型，但是如果将其做成实物，那么在环保机械界将是一个亮点。

4 三船实用性分析

4.1 方案适用场合

（1）由于装置利用率较高，适用于湖面或者海岸边。

（2）由于装置前段的T型大前爪可以抬起，也可以作为船使用。

（3）适用于收集海上垃圾。

4.2 装置高效环保预测

采用三船模型就是提高其收集效率，可以用副船进行运输，降低其燃油消耗率。此装置收集物品不单一，可以回收海上垃圾和水生植物等，对环境起到净化作用，还有重要的一点就是关于淡水资源的问题，“太湖蓝藻”事件足以说明现在湖面上水生植物泛滥，使得很多淡水资源遭到破坏，此装置可以进行高效的收集。净化环境是此装置的首要任务之一。

4.3 装置应用分析

装置一旦做成实物，首先对全国重点污染区进行收集作业，例如“太湖”、“金沙滩风景区”这些地方都是人们居住的场所。实际场所还要考虑风速、天气等因素，此装置会在以后补充关于如何在下雨天和风大的天气工作的实验数据。如果将此装置应用于实际，那么其影响力将会影响一代对岸边垃圾和湖面水生植物的收集装置的存在。

5 总结与展望

团队成员从2011年12月份开始在一起讨论与研究，确定研究方向，主要针对我国淡水资源正由于海上垃圾和水生植物等破坏而日益减少的现象，了解到当今社会收集垃圾和水生植物的装置比较落后，然后确定方向，研究出三船模型装置。并运用三维软件建模等方法，将此装置的模型制作出来，运用了模拟实验的方法，得出三船收集装置相比传统的收集装置，提高了收集效率，对我国淡水资源净化起到了至关重要的作用。

希望更多的人了解此装置，更多的人去保护我国的淡水资源，让三船收集装置应用到实际生活当中去。

[1]刘灿嘉，贾亚梅，徐 缇，等.江苏省太湖蓝藻打捞与处置资金运行模式[J].环境科技，2012（4）：41～44.

[2]李 娇，关长涛，徐希尧，等.射流式浒苔打捞机的设计与试验[J].渔民专业化，2009（1）：35～37.

[3]李旭英，尚士友，杜建明，等.9GSCC 114H型沉水植物收割机船队的设计[N].农业机械学报，2006－01－25（1）.

[4]赵国兴.9SCGC－1.5型水草收割船的研制[J].农业科技与装备，2010（12）.

[5]张丽珍，陈金稳，李 俊，等.SCSGJ－2.6型水草收割机的研制[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2008（11）.

[6]章伟明，周方兴，王志勇，等.ZS 2800水面清扫船[J].浙江水利水电专科学校学报，2006（2）.