多功能水上垃圾清洁装置设计张海军 曹建波

方建军等

【摘 要】针对水体污染和环境危机的加剧，我国正在加快环境治理和水体保护的研究。为解决传统人工水上垃圾清洁方式，本文通过对现有水上垃圾清洁装置的原理研究，开发了一种多功能水上垃圾清洁装置，并进行了机械结构的三维造型。该装置既可以清洁水上的塑料、藻类等多类垃圾，也可以收集废油，进而直接进行油水分离。该新型多功能水上垃圾清洁装置既可以净化我们赖以生存的水资源，也可以回收利用资源。

【关键词】水体污染；垃圾清洁；收集废油；机械结构

0 引言

由于水体污染和环境危机的加剧，水上清洁技术成为发展趋势之一，在未来具有很大的市场空间，并且具有广泛的应用范围。水中垃圾处理模式与陆地上垃圾处理模式不同[1-3]，其成本会比陆地上的垃圾处理更高，因为需要加上打捞、运输、晾晒等成本，所以需要设计经济便捷的垃圾清洁装置[4-5]。另外，近年来多次发生的泄油事件，其所造成的生态损伤和经济损失不可估量，再一次敲醒了人类对水体污染的警钟。基于以上背景，本文设计了一种多功能水上垃圾清洁装置，除能够清理水上固体垃圾之外，还能够处理油水污染，快速的分离油水同时可将废油的收集起来。

1 总体方案设计

要实现水上垃圾清洁装置高效、灵活地完成清洁任务，就要求该装置具备体积小、动作精确、功能齐全、拥有先进收集方式等特点。本文将垃圾清洁装置分为移动部分，控制部分，收集部分，分离部分和整理部分五个部分，总体实施方案如图1所示，采用逐一突破，整体调试的方法来研究。主要的技术难点包括：

1.1 实现清洁装置在水面上灵活运动

了解当前水上垃圾清洁装置的运动性能，进行清洁装置运动部分机械结构的设计，确定尺寸大小，使得其能够在水面上灵活运动。对该装置的移动部分进行仿真模拟实验，检验机械结构是否合理，能否达到预期效果。

1.2 实现垃圾的收集、分离功能

了解现有先进收集方式，将其与分离部分有机结合，分离部分机械结构的设计和尺寸的确定；收集、分离部分模拟仿真的实验，检验其结构可靠性与实际可操作性；分离部分清洗结束后自行整理的机械结构设计。

1.3 实现收集、部分与主体的连接

收集、分离部分与主体的连接结构设计与确定，并利用软件验证其结构的可行性。

1.4 控制电路设计

设计配套的控制电路，使用该控制电路驱动电机来实现收集爪精确确定垃圾实际位置，并能控制整个清洁装置在水上的移动。

2 主要机械结构设计

根据实际放置空间的限制最终确定多功能水上垃圾清洁装置的尺寸为长650mm，宽550mm，高450mm。装置分为上下两层，上层固定座椅和操作控制装置转向与前进等元件，下层用于固定油水分离泵。上下层的分隔板离地高约50mm。

2.1 自动油水分离泵设计

自动油水分离泵放置在本装置支撑板上，位于座椅右后方，该部件尺寸为长250mm，宽250mm，高150mm，油水分离器位于座椅左后方，中间通过管道连接。这样的布局利于本装置的平衡。本文设计的自动油水分离泵系统如图2所示。

2.2 前进与转向设计

为了方便实现前进与转向功能，即可以自动，也可以人为控制，采用V带传动，带型为B型，带的2个圆弧中心距为450mm，小圆弧半径为20mm，大圆弧的半径为40mm。

通过对以上零部件的设计，得到新型多功能水上垃圾清洁装置的装配图，如图3所示

3 结论

无论国内还是国外，目前的水上垃圾清洁船存在的主要问题是：清洁功能单一；结构复杂；制造成本较高；能耗大。新型多功能水上垃圾清洁装置可实现水上多种垃圾的有效清洁，并能分离和回收再利用泄露的石油，将推动和促进我国对水上环境的保护，具有很广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]李定龙.城市生活垃圾处理处置工程及应用[M].北京：中国石化出版社， 2009.

[2]焦守田，冯建国. 农村垃圾的资源化管理[M]. 北京：中国发展出版社， 2008.

[3]马丹萍， 李勇， 梁勤欧. 无线遥控智能小车的运动模拟及轨迹绘制[J]. 浙江师范大学学报：自然科学版， 2015， 38（1）： 116-120.

[4]杰里·麦克纳尼. 清洁能源发展：美国经验与展望[M]. 上海：上海财经大学出版社， 2013.

[5]杨再鹏. 清洁生产理论与实践[M]. 北京：中国标准出版社， 2008.

[责任编辑：曹明明]