智能下水道清理装置

2014-04-19张冬蒋亚坤郑政何崇凯

物联网技术 2014年4期

张冬+蒋亚坤+郑政+何崇凯

摘要：随着我国城市化进程的推进，城市人口增多，大量的生活垃圾给下水道排污带来巨大压力，因此，城市下水道的维护对城市发展越来越重要。传统人工清理，工作量大，环境恶劣，效率低，效果不佳，而用现代联合清污车清理，针对大型管道效率高，效果好，但对分布更广，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不够灵活，成本过高；为此，文章设计了一款智能、轻便、高效的清理装置，该作品以履带式小车为底盘，清理时将装置放入管道内，为应对管壁粘附物，采用超声波传感器及摄像头探测管内工况，并根据管内工况，自动调节机械臂与工作台的位置，清理方式则采取旋转机械臂，沿管壁旋转松动垃圾，水枪配合冲洗管壁，同时针对管底大量垃圾，通过摄像头观测来及时调整机械臂，与清污铲，水枪配合，将垃圾推出管道，彻底清理管道，此外，如果在雨季前对城市下水道进行排查清理，还可大大提升下水道排污能力，最大程度地保护人们的生命财产。

关键词：下水道清理；人工清理；联合清污车清理；超声波传感器；摄像头；机械臂

1 作品背景

随着我国城市化进程的推进，城市人口增多，大量的生活垃圾，给下水道排污带来巨大压力，因此，城市下水道的维护对城市发展越来越重要，传统人工清理，工作量大，环境恶劣，效率低，效果不佳，现代联合清污车清理，针对大型管道效率高，效果好，但对分布更广，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不够灵活，成本过高。

2 下水道堵塞实例

据中国新闻网报道，09年7月3日下午，北京通州区新华联家园北区发生一起污水井中毒事故，造成6名物业人员和一名19岁的消防员死亡，4名新华联家园中毒物业人员仍在病房内接受治疗。09年7月7日，河南安阳安泰苑小区，由于生活垃圾导致管道堵塞，三名工人下窨井打捞生活垃圾，清理污水管道，沼气中毒，一人窒息抢救无效身亡，两人还处于昏迷状态。沼气中毒，是指人们在污水井、沼气池等密闭空间内作业，因为吸入了有毒气体而引起的急性全身性中毒。夏季温度较高，各种有毒有害气体聚集和挥发的程度比较高，污水井、下水道内有毒气体浓度要比以往高，所以发生中毒窒息事故大大增加。如果机器能代替人工就不会出现此类现象。

据法制晚报报道，09年7月1日，北京一条街上总共40个下水井，近一半都出现了堵塞的情况，大部分都是因为铁井盖丢失后，大量杂物堆积所致，也被大量的泥土和树叶填满。下水道都被堵住，雨天的雨水排不出去，大路就变成了小河，行人，汽车都不好走。天气一热，井中的积水泡着垃圾，散发出的臭气令人作呕，当地居民对此叫苦不迭。2009年6月4日，福建福州一中学2 000名学生趟水回家，因为学校里的一个工地在施工时不小心弄堵了下水道，当时疏通了一次，可是没多久，下水道又堵了，没有一次性解决根本问题。如果城市定期进行下水道维护及保养，保持下水管道的畅通，诸多问题就得以解决。

本智能下水道清理装置的主要应用领域是市政下水道清污工作；作品的设计理念是智能，轻便，高效。

3 结构组成

本智能下水道清理装置的主要组成部件有履带式小车底盘，控制箱，水泵，超声波传感器，摄像头，可扩展机械臂，可升降工作台，水枪，清污铲等。图1所示是这些组成部件的实物图。

（a）整体图（b）水泵

（c）履带式小车底盘（d）控制箱

（e）超声波传感器（f）摄像头

（g）机械臂（h）可升降工作台

（i）水枪（j）清污铲

图1 各组成部件的实物图

4 工作原理

本智能下水道清理装置的工作原理如下：

（1）准备。就是利用现有的吸污车将堵塞管道内污水抽出，避免污水干扰装置工作，然后利用阻流袋隔断上游污水管道，避免上游污水的干扰；

（2）探测。将装置从堵塞管道上游工作井放入管内，超声波传感器探测管道直径，摄像头实时观测管内状况，并将探测情况反馈到控制器

（3）调整。控制器根据探测收集的数据，智能调整机械臂与工作台的位置，以适应管内状况；

（4）清理。清理主要分为两部分：第一是针对管壁粘附物--机械臂将伸展至接近管壁，然后机械臂以及端部转刀同时旋转，沿管壁旋转搅动垃圾，同时水枪出水，冲击管壁，彻底清理管道粘附物；其二是针对管底垃圾--根据摄像头观测情况，人为调整机械臂与工作台位置，逐层切削污泥层，同时下部水枪冲洗切削过的污泥层，使污泥流至下游；此外，针对管底顽固垃圾，清污铲与水枪配合，实现推除与冲洗同步进行，彻底清理管底垃圾。

（5）反馈调节。用摄像头与超声波传感器实时反馈观测信息，如存在清理不彻底或其他意外情况，可及时调整装置，达到最佳清理状态。

图2所示是本智能下水道清理装置的工作流程图。

图2 智能下水道清理装置的工作流程图

5 作品优势和应用前景