智能型垃圾收集船的应用

李咏学

（江苏科技大学苏州理工学院船舶与建筑工程学院 江苏张家港 215600）

水环境的污染问题越来越受到人们的关注。水环境的保护也越来越受到人们的关注，据专家预测，到2030年前后，中国用水总量将达到每年7000亿至8000亿立方米，而中国实际可用的水资源约为8000亿至9500亿立方米，需水量已接近可利用水量的极限。由于水资源供给的稳定性和需求不断增长。使水具有越来越重要的战略地位。很多年以后，水资源也将成为决定国家是否发达的一种要素。如果水资源受到污染，人类的健康也将会受很大影响。

目前，人工和机械打捞方式是国内外清理水面的主流方式。人工方式回收一般为环卫工人手持网兜等工具直接把垃圾捞上来，然后，划着船到达下一处继续作业，动力度大，工作效率低，而且工人的安全得不到保障；机械方式回收垃圾大多采用翻斗式和导向门式设计的水面清理垃圾船，船体一般比较大，采用液压装置对垃圾进行打捞，受限于狭窄的河道。为了收集船周围的漂浮垃圾，我们利用履带式爬坡输送功能将水面上的垃圾通过履带拉到船上并通过辊筒传输系统来实现垃圾的简单分类。大部分的垃圾收集完了之后，为了进一步收集琐碎的垃圾，在船尾放置一个独立舱，利用水泵让桶内和桶外形成液面差，通过引流的方式让垃圾自动流入收集箱内，这样就形成了垃圾的自动回收，而不需要人工。最后回到岸边由岸上的工作人员进行垃圾的统一回收处理。

2 船型设计

2.1 船型选择

双体船在海上可以承受较大的风浪，在此基础上，与同样吨位的单体船相比，双体船具有更大的甲板面积和舱容，并且有着宽大的甲板面积和空间。不仅如此，船在运行时，设备的振动、水面的波动、水体阻力，再加上前方与水接触少、船尾多，对于单体船来说，会使船体发生纵向和横向的倾斜，为使船体更加稳定，我们采用双体船结构，两个分离的水下船体上部用加强构架连接成一个整体的“船舶”，中间的加强构架也可以做成收集垃圾地方。既节约了材料，又能多收集垃圾，更加环保，实现一个环保型船体。

船首采用深V形，该船首的不同之处在于其表面是层流且光滑，而且尾部采用方形且微微上翘，船首会将水向两边推开，水流在经过船体后，又合拢恢复成原样，不会另起波澜，同时对垃圾的收集起到一个聚拢的作用。

2.2 实时监控

在船顶部分设置一个红外线摄像头，实现对海面情况的实时监测，将拍摄到的景象通过蓝牙无线传输至移动端。人只要在最大的可控范围里，就能够利用自己手中的移动端来观测摄像头传来的画面，判断垃圾回收是否完成。之后让船到其他的海域进行工作，实现对水面垃圾的快速回收，提高垃圾回收的效率。

3 垃圾回收方式设计

针对不同的垃圾类型采取不同的回收处理方式。运用履带和辊筒将垃圾集中到一起进行统一的分类和回收；沉没水面的琐碎小型垃圾，我们利用引流的方式进行回收和收集；生活在水里的水草也是一种自然垃圾，会影响船舶的航行，我们利用锯齿粉碎水草再进行收集处理。

3.1 履带传输式垃圾回收装置

为了解决水面漂浮垃圾的问题，首先在两个船体的船首部位设置支架，用于支撑设置在船首的驱动滚轮和传送带，船在水面上航行时，支架可以控制履带上下摆动，以便方便随时随地将驱动滚轮置于水中，随着船的前进将垃圾放置于传输带上，通过履带的传输将垃圾收集到船上，为了提高垃圾回收的效率，在传输带上加上若干个L形倒钩并固定于履带之上，增大垃圾与履带边缘的摩擦力，摩擦力大于滚轮的圆周时可以避免出现打滑现象。

垃圾被运输到船体的中间甲板上，将辊筒之间的距离差依次增大，将垃圾进行简单的大小分类，并逐个掉落至船体上，再利用船体上的无动力滚轴和高度之间的差距，将中间甲板上的垃圾滑至两侧船体上的回收舱室中。

3.2 利用引流现象的回收装置

对于沉没水面的琐碎小型垃圾，在船尾设置一个容器，放置于水中，并利用引流的原理来进行垃圾的绿色回收。

利用一个圆柱形容器并在下方开个孔，之后通过橡胶导管使其与水泵的抽水孔相连接，再通过一根橡胶导管将出水孔和河水相连接。将容器直于水中，通过水泵将桶中的水抽走，使得桶中的液面与外面海洋的水平面形成一个几厘米的液面差，水往低处流，会出现一种旋涡的水流，把附近的漂浮物都吸引过来，再通过纱网拦住垃圾，从而实现垃圾回收。而且抽上来的水再排回去，可以循环再利用且不会伤害到海里的生物，非常绿色环保。除此以外，可以将很多个单个的装置置于海岸边，也可以将其设定在船上，这样随时随地都能够进行垃圾的回收和处理。

3.3 水下除水草装置设计

针对水下的水草以及沉浸在水里的垃圾，特别是水草，生长过多不仅会影响河内船舶的航行。水草超过一定数量，因缺氧和缺少生长空间，以及平均吸收底泥中肥料相对较少，水草生长速度极慢，甚至停止生长。水草停止生长也就停止吸收氮、磷、就无法净化水质，所以有时也需要对水草进行一些必要的处理。

在船底部设计一个电机控制圆形锯齿的转速，在圆形锯齿和电机之间设计一个伸缩杆可以自由伸出和伸入水底，伸缩杆伸长将圆形锯齿送至水草茂盛区域，进行水草的割除作业，等水草漂浮至水面上之后，再利用船首的履带将其回收至舱内。

4 应用前景

目前我国存在的适合这些小型河流垃圾清理的机器或船舶并不多，而且在打捞或能源等方面还存在着一些技术上的难题。在国内的一些贫苦地区还是只能采用人工的打捞方式完成水面垃圾清理作业。在国外也有越来越多的人制造出各种水面垃圾清理机器人。现在，水面垃圾收集船已经逐渐成为一个人们关注的热点，各种形式的收集船的出现标志着全球对水资源的重视。

从长远的角度看，全世界正在逐步步入AI时代，不久的将来必将会有一部分工作将不需要人工操作，该新型垃圾收集船则会成为船舶行业迈入新时代抛砖引玉。