一种铁屑回收车的设计

张明航 薛蕊 曾实现 刘纪新 吕家琪 和雷涛

摘 要：在机械加工制造过程中，会产生大量的铁屑物，铁屑物的处理是车间5s管理中的重要工作，直接影响车间管理水平。铁屑按其形状可分为颗粒状、卷曲状和细粉状，颗粒状、卷曲状铁屑收集起來相对容易，而对于细粉状铁屑收集过程则相对繁琐。该铁屑收集车采用编程控制能够自主识别规划运行路线，脱离人工操作，回收装置能够有效收集散落在机械加工车间内的细小铁屑，制作简单，成本低，在节能减排方面更具有优势。

关键词：铁屑;收集;自动控制

1 绪论

我国是资源贫乏的国家，运用该装置对工厂内的大量铁屑进行快速收集，减少资源浪费[1]。对铁砂的收集和利用，可以在一定程度上缓解铁矿石的对外依赖程度[2]。本产品能做到劳动生产率比手工作业高10倍以上，在一个工作日中可以取得可观的经济效益[3]。该装置可以适用于大部分机加工工厂，适应性好，成本低廉，易于维护，在未来可以全方面取代人工对废铁屑进行收集回收。

2 设计方案

2.1 整体方案确定

本设计采用STM32RBT6单片机作为控制核心，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。通过控制底盘驱动和转向机构来控制小车的运行轨迹，避障传感器用来避开障碍物，铁屑收集装置用来收集地面上散落的铁屑。

2.2 铁屑收集方式选择

采用永磁铁。永磁铁它的磁铁极性是永远都不会发生任何的改变，所以永磁铁它不容易失去磁性，也不容易被磁化。经过实验验证装置工作时，永磁铁能够满足装置的要求。而且节约电量。

2.3 铁屑吸附收集装置

通过对收集物铁屑进行分析，铁屑颗粒小，是一种灰色至灰黑色无定形细粒或粉末的工业原料或加工废料。考虑到磁铁可以对铁屑进行吸附且不会跟其他垃圾混合，设计出这种铁屑收集装置，通过三根轴的转动，带动传送带进行运动，在传送带内部加上磁铁，小车在行进过程中，地面上的铁屑被吸附在传送带上，随传送带的运动方向开始运动，当到达右侧斜坡失去磁力吸附，掉入集砂槽，从而完成对铁屑的收集。考虑到光滑传送带易造成铁屑自身重力和磁力达到平衡而使铁屑在斜坡上掉不下去，在传送带上加上如图所示挡板，打破该平衡，成功使铁屑进入集砂槽。

2.4 清扫收集装置设计

对铁屑的清扫收集采用两个侧轮相对向转动，让铁屑向收集装置中心靠拢，用一个滚动清扫轮将侧轮收集的铁屑清扫到传送带上，然后进行吸附收集。

2.5 传动轴的设计

由电机通过齿轮齿合带动主动轴转动，另外两根为从动轴，三根轴呈三角形放置[2]。主动轴做为传送带运输的动力，两根从动轴尺寸一样。

2.6 转向机构的设计

考虑到小车运行环境复杂，障碍物多，用两轮差速来带动万向轮转动，使小车运行更加灵活，设计出小车转向机构。

2.7 底盘的设计

小车底盘需要承载铁屑清扫装置、收集装置和控制装置等部件，设计一定得满足使用要求，根据实际情况设计出小车底盘。

2.8 驱动芯片的选型

小车上运用的是小型直流电动机，驱动芯片选用的是L298N。L298N是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。一般情况下，功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能正常工作。

2.9 控制部分总体设计

根据小车运行要求和功能需要，设计本电路控制部分。TM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核，主频高，功耗低，资源丰富，稳定性好，功能强大。电源芯片：LM2596和LM1117-3.3LM2596是5V开关型稳压电源芯片，输出电流可达3A。LM1117-3.3，用于5V转3.3V。完成制作后，作品实物外形照片见图四。

4 结论

该装置可以适用于大部分机加工工厂，适应性好，成本低廉，易于维护，在未来可以全方面取代人工对废铁屑进行收集回收。我们设计的铁屑收集车采用编程控制能够自主识别规划运行路线，脱离人工操作，回收装置能够有效收集散落在机械加工车间内的细小铁屑，制作简单，成本低廉。该装置利用永磁材料节能、环保、安全、使用寿命长的特点将磁吸附技术应用于磁力铁屑收集装置中，有效的解决了地面铁屑统一收集的问题。清扫装置采用三轮联动，使得收集效率更高。采用两轮差速控制方向，两轮差速带动万向轮转向，有很高的响应速度，使车有更高的工作效率。将原有的工厂铁屑收集器与原始的铁屑分离方法合二为一，实现了一机多用的功能。避免制造业中产生的铁屑的资源浪费、降低成本、减少铁屑对人身的安全。

参考文献

[1]金鑫，高伟江，王云鹏，朱永奇.智能控制小车的设计[J].汽车实用技术，2019（09）：64-65.

[2]陈相宇，陈志伟，姜新波.可折叠传送带的结构设计[J].林业机械与木工设备，2018，46（03）：15-17+20.

[3]吕中兰，梁宝忠.工厂的铁屑处理[J].汽车工艺与材料，2007（10）：33-34.

作者简介：

张明航（1997.11—），男，汉族，山东青岛人，学生，机械设计制造及其自动化专业

薛蕊（1981.06-），女，汉族，山东济宁人，硕士，副教授，主要研究方向为控制工程