遥控式水面垃圾自动清理器

唐术杰　涂朴勋　王泽霖

摘 要：针对水面垃圾的清理，研制了一种遥控式水面垃圾清理器，主要由船体、垃圾聚集装置、垃圾收集装置、供能系统、动力系统和遥控系统组成。由电机带动的垃圾聚集装置和垃圾收集装置提高了垃圾收集效率，而遥控系统的设计实现了水面垃圾清理的高自动化，对营造绿色的生态环境有着重要的科学意义和良好的应用前景。

关键词：水面垃圾清理 遥控 垃圾聚集 垃圾收集

中图分类号：TU234 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0106-02

随着我国经济的快速发展，水资源环境保护也越来越受到人们的关注。部分环保意识淡薄的人直接将垃圾丢弃进湖泊，不仅污染环境且逐步威胁到水资源的利用和旅游观光业等。因此清理水面垃圾已成为重要的水域环境保护措施之一。

目前，国内外对水面垃圾的清理主要采用人工打捞和机械打捞两种方式。人工打捞利用半舱式或甲板机动驳船，由环卫工人手持网兜站在甲板边上直接把垃圾捞上来，这种作业方式劳动强度大、工作环境恶劣、人身安全没有保障，不仅清理难度大、综合成本高，而且无法治理在大雨台风季节暴发的水葫芦等海域污染。而机械打捞装置具有间断性、笨拙性、耗时性等明显缺点，无法适应小型河流、湖泊等水面垃圾清理的需要。针对以上情况，项目组研制了一种遥控式水面垃圾清理器，为小型河流、湖泊的垃圾清理提供技术支持。

1 结构设计

垃圾清理器结构设计如图1所示，主要由船体及六大系统组成：船体、动力系统、垃圾聚集系统、垃圾收集系统、遥控系统、供能系统、反馈系统。

其中，船体（1）采用单船体“凹”字形设计，材料选用木材，结构简单，浮力较大；垃圾收集系统主要由直流电机（5）、垃圾聚集器（4）、传送带（15）、网状钩臂（16）、减速电机（10）、减速电机支撑台（9）、齿轮组（11）、传送带滚筒支撑架（14）及垃圾箱（12）组成。在船体的前方两边固定有电机支座，电机与垃圾聚集装置通过传动轴传动。从动滚筒固定在船体的中前部，主动滚筒固定在传送带滚筒支撑架内，主、从动滚筒绷紧传送带且与船体呈一定的角度。传送带上固定有若干网状钩臂，用于勾起水面垃圾的同时将垃圾与水分离。减速电机置于减速电机支撑台上且减速电机的动力用齿轮组传输给传送带。传送带的后方放置有垃圾箱，使得传送带上的网状钩臂上的垃圾能在传送带传送过程中自由地落入后方的垃圾筐。

动力系统主要由螺旋桨（2）、电机（5）和电机支座组成。其中，电机固定于电机支座上，电机支座固定于船体的后方两侧，电机与螺旋桨通过传动轴连接；遥控系统，主要由遥控器、接收机和电子调速器组成。其中接受机主要控制清理器的5个电机，且动力系统中后方的两个电机与接受装置之间连有电子调速器，用于清理器的变速及差速转弯。供能系统主要由蓄电池（13）和太阳能板（7）组成。蓄电池置于船体的右方，太阳能板置于船体的前方的支撑板上，用于给蓄电池充电；反馈系统主要由前置摄像头（8）和后置摄像头（3）组成。前置摄像头固定于船体前方的支撑板上，用于反馈前方的水面状况。后置摄像头固定于船体的后方，用于反馈船体后方的水面状况和船体后方的垃圾筐内的垃圾量。

2 工作原理

为达到清理垃圾的目的，六大系统需要协调工作，工作原理流程图如图2所示。通过遥控器控制清理器聚集电机的异向旋转，产生平行反向水流，起到聚集垃圾的效果，经聚集过后的垃圾经凹形导槽流向垃圾收集装置。通过减速马达与齿轮组带动主动滚筒的旋转，传送带由主动滚筒与从动滚筒绷紧连接，附着在上面的网状勾臂可将垃圾源源不断地运输至可拆卸垃圾箱中。网状勾臂即可起到勾起垃圾的作用，又可将垃圾水分过滤。

船体的前进、后退、转弯及加速均可由遥控系统控制，其控制原理如下：遥控器发射控制信号，接收机接收遥控信号后，通过电子调速器控制两台动力电机的正反转和转速的大小，可以实现船体的前进、后退和差速转弯，具体体现在当两电机同时正转或反转时，船体前进或后退；当两台电机转速有差异时，船体向转速慢的一侧转弯。

安装在船体顶部的太阳能板能在阳光充裕的情况下为蓄电池充电，可起到节约能源的作用。安装在船体前后部的摄像头可有效监控水面情况以及垃圾量状况，起到将视觉信息反馈给地面工作人员的作用。

3 结语

遥控式水面垃圾清理器具有装置结构简单、成本低廉、自动化程度高、操作方便和运行可靠等优点，十分适用于各种小型湖泊、河流的水面垃圾的清理，降低了人工打捞的人工成本及水上作业的风险。相信在日益注重水资源保护和生态环境保护的当下，遥控式水面垃圾清理器对营造绿色的生态环境有着重要的科学意义和良好的应用前景。

参考文献

[1] 張玉新，王帅.水面垃圾清理船执行机构的仿真设计与研究[J].机械设计与制造，2011（4）：62-64.

[2] 丁丽佳，刘鑫，赵岳，等.遥控式水面垃圾清理船[J].科技信息，2009（11）：108-109.

[3] 袁胜发，许德昌，谭桂斌，等.气动式水面垃圾清理装置的研究[J].液压与气动，2008（12）：55-56.