智能下水道清理裝置

張冬+蔣亞坤+鄭政+何崇凱

摘要：隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要。傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，而用現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高；為此，文章設計了一款智能、輕便、高效的清理裝置，該作品以履帶式小車為底盤，清理時將裝置放入管道內，為應對管壁粘附物，采用超聲波傳感器及攝像頭探測管內工況，并根據管內工況，自動調節機械臂與工作臺的位置，清理方式則采取旋轉機械臂，沿管壁旋轉松動垃圾，水槍配合沖洗管壁，同時針對管底大量垃圾，通過攝像頭觀測來及時調整機械臂，與清污鏟，水槍配合，將垃圾推出管道，徹底清理管道，此外，如果在雨季前對城市下水道進行排查清理，還可大大提升下水道排污能力，最大程度地保護人們的生命財產。

關鍵詞：下水道清理；人工清理；聯合清污車清理；超聲波傳感器；攝像頭；機械臂

1 作品背景

隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾，給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要，傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高。

2 下水道堵塞實例

據中國新聞網報道，09年7月3日下午，北京通州區新華聯家園北區發生一起污水井中毒事故，造成6名物業人員和一名19歲的消防員死亡，4名新華聯家園中毒物業人員仍在病房內接受治療。09年7月7日，河南安陽安泰苑小區，由于生活垃圾導致管道堵塞，三名工人下窨井打撈生活垃圾，清理污水管道，沼氣中毒，一人窒息搶救無效身亡，兩人還處于昏迷狀態。沼氣中毒，是指人們在污水井、沼氣池等密閉空間內作業，因為吸入了有毒氣體而引起的急性全身性中毒。夏季溫度較高，各種有毒有害氣體聚集和揮發的程度比較高，污水井、下水道內有毒氣體濃度要比以往高，所以發生中毒窒息事故大大增加。如果機器能代替人工就不會出現此類現象。

據法制晚報報道，09年7月1日，北京一條街上總共40個下水井，近一半都出現了堵塞的情況，大部分都是因為鐵井蓋丟失后，大量雜物堆積所致，也被大量的泥土和樹葉填滿。下水道都被堵住，雨天的雨水排不出去，大路就變成了小河，行人，汽車都不好走。天氣一熱，井中的積水泡著垃圾，散發出的臭氣令人作嘔，當地居民對此叫苦不迭。2009年6月4日，福建福州一中學2 000名學生趟水回家，因為學校里的一個工地在施工時不小心弄堵了下水道，當時疏通了一次，可是沒多久，下水道又堵了，沒有一次性解決根本問題。如果城市定期進行下水道維護及保養，保持下水管道的暢通，諸多問題就得以解決。

本智能下水道清理裝置的主要應用領域是市政下水道清污工作；作品的設計理念是智能，輕便，高效。

3 結構組成

本智能下水道清理裝置的主要組成部件有履帶式小車底盤，控制箱，水泵，超聲波傳感器，攝像頭，可擴展機械臂，可升降工作臺，水槍，清污鏟等。圖1所示是這些組成部件的實物圖。

（a）整體圖 （b）水泵

（c）履帶式小車底盤 （d）控制箱

（e）超聲波傳感器 （f）攝像頭

（g）機械臂 （h）可升降工作臺

（i）水槍 （j） 清污鏟

圖1 各組成部件的實物圖

4 工作原理

本智能下水道清理裝置的工作原理如下：

（1）準備。就是利用現有的吸污車將堵塞管道內污水抽出，避免污水干擾裝置工作，然后利用阻流袋隔斷上游污水管道，避免上游污水的干擾；

（2）探測。將裝置從堵塞管道上游工作井放入管內，超聲波傳感器探測管道直徑，攝像頭實時觀測管內狀況，并將探測情況反饋到控制器

（3）調整。控制器根據探測收集的數據，智能調整機械臂與工作臺的位置，以適應管內狀況；

（4）清理。清理主要分為兩部分：第一是針對管壁粘附物--機械臂將伸展至接近管壁，然后機械臂以及端部轉刀同時旋轉，沿管壁旋轉攪動垃圾，同時水槍出水，沖擊管壁，徹底清理管道粘附物；其二是針對管底垃圾--根據攝像頭觀測情況，人為調整機械臂與工作臺位置，逐層切削污泥層，同時下部水槍沖洗切削過的污泥層，使污泥流至下游；此外，針對管底頑固垃圾，清污鏟與水槍配合，實現推除與沖洗同步進行，徹底清理管底垃圾。

（5）反饋調節。用攝像頭與超聲波傳感器實時反饋觀測信息，如存在清理不徹底或其他意外情況，可及時調整裝置，達到最佳清理狀態。

圖2所示是本智能下水道清理裝置的工作流程圖。

圖2 智能下水道清理裝置的工作流程圖

5 作品優勢和應用前景

本裝置體型小巧，能深入直徑在300mm至800mm的小口徑下水道內進行清理，代替人工，避免人工下井工作的危險性。同時，采用近距離清理，降低功耗，彌補大型聯合清污車成本過高的不足。另外就是操作簡便，可反饋下水道狀況，可定期對下水道進行排查清理，保持下水道的暢通，增強下水道的排污能力。

本智能下水道清理裝置可用于雨污水下水道的堵塞清理工作；可定時進行下水道的排查清理，保持下水道的通暢，增強下水道的排污能力，最大程度降低城市內澇的風險，防患于未然；另外，還可對裝置進行改裝，以用于化工管道以及中央空調管道等小型管道的清污工作。

摘要：隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要。傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，而用現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高；為此，文章設計了一款智能、輕便、高效的清理裝置，該作品以履帶式小車為底盤，清理時將裝置放入管道內，為應對管壁粘附物，采用超聲波傳感器及攝像頭探測管內工況，并根據管內工況，自動調節機械臂與工作臺的位置，清理方式則采取旋轉機械臂，沿管壁旋轉松動垃圾，水槍配合沖洗管壁，同時針對管底大量垃圾，通過攝像頭觀測來及時調整機械臂，與清污鏟，水槍配合，將垃圾推出管道，徹底清理管道，此外，如果在雨季前對城市下水道進行排查清理，還可大大提升下水道排污能力，最大程度地保護人們的生命財產。

關鍵詞：下水道清理；人工清理；聯合清污車清理；超聲波傳感器；攝像頭；機械臂

1 作品背景

隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾，給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要，傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高。

2 下水道堵塞實例

據中國新聞網報道，09年7月3日下午，北京通州區新華聯家園北區發生一起污水井中毒事故，造成6名物業人員和一名19歲的消防員死亡，4名新華聯家園中毒物業人員仍在病房內接受治療。09年7月7日，河南安陽安泰苑小區，由于生活垃圾導致管道堵塞，三名工人下窨井打撈生活垃圾，清理污水管道，沼氣中毒，一人窒息搶救無效身亡，兩人還處于昏迷狀態。沼氣中毒，是指人們在污水井、沼氣池等密閉空間內作業，因為吸入了有毒氣體而引起的急性全身性中毒。夏季溫度較高，各種有毒有害氣體聚集和揮發的程度比較高，污水井、下水道內有毒氣體濃度要比以往高，所以發生中毒窒息事故大大增加。如果機器能代替人工就不會出現此類現象。

據法制晚報報道，09年7月1日，北京一條街上總共40個下水井，近一半都出現了堵塞的情況，大部分都是因為鐵井蓋丟失后，大量雜物堆積所致，也被大量的泥土和樹葉填滿。下水道都被堵住，雨天的雨水排不出去，大路就變成了小河，行人，汽車都不好走。天氣一熱，井中的積水泡著垃圾，散發出的臭氣令人作嘔，當地居民對此叫苦不迭。2009年6月4日，福建福州一中學2 000名學生趟水回家，因為學校里的一個工地在施工時不小心弄堵了下水道，當時疏通了一次，可是沒多久，下水道又堵了，沒有一次性解決根本問題。如果城市定期進行下水道維護及保養，保持下水管道的暢通，諸多問題就得以解決。

本智能下水道清理裝置的主要應用領域是市政下水道清污工作；作品的設計理念是智能，輕便，高效。

3 結構組成

本智能下水道清理裝置的主要組成部件有履帶式小車底盤，控制箱，水泵，超聲波傳感器，攝像頭，可擴展機械臂，可升降工作臺，水槍，清污鏟等。圖1所示是這些組成部件的實物圖。

（a）整體圖 （b）水泵

（c）履帶式小車底盤 （d）控制箱

（e）超聲波傳感器 （f）攝像頭

（g）機械臂 （h）可升降工作臺

（i）水槍 （j） 清污鏟

圖1 各組成部件的實物圖

4 工作原理

本智能下水道清理裝置的工作原理如下：

（1）準備。就是利用現有的吸污車將堵塞管道內污水抽出，避免污水干擾裝置工作，然后利用阻流袋隔斷上游污水管道，避免上游污水的干擾；

（2）探測。將裝置從堵塞管道上游工作井放入管內，超聲波傳感器探測管道直徑，攝像頭實時觀測管內狀況，并將探測情況反饋到控制器

（3）調整。控制器根據探測收集的數據，智能調整機械臂與工作臺的位置，以適應管內狀況；

（4）清理。清理主要分為兩部分：第一是針對管壁粘附物--機械臂將伸展至接近管壁，然后機械臂以及端部轉刀同時旋轉，沿管壁旋轉攪動垃圾，同時水槍出水，沖擊管壁，徹底清理管道粘附物；其二是針對管底垃圾--根據攝像頭觀測情況，人為調整機械臂與工作臺位置，逐層切削污泥層，同時下部水槍沖洗切削過的污泥層，使污泥流至下游；此外，針對管底頑固垃圾，清污鏟與水槍配合，實現推除與沖洗同步進行，徹底清理管底垃圾。

（5）反饋調節。用攝像頭與超聲波傳感器實時反饋觀測信息，如存在清理不徹底或其他意外情況，可及時調整裝置，達到最佳清理狀態。

圖2所示是本智能下水道清理裝置的工作流程圖。

圖2 智能下水道清理裝置的工作流程圖

5 作品優勢和應用前景

本裝置體型小巧，能深入直徑在300mm至800mm的小口徑下水道內進行清理，代替人工，避免人工下井工作的危險性。同時，采用近距離清理，降低功耗，彌補大型聯合清污車成本過高的不足。另外就是操作簡便，可反饋下水道狀況，可定期對下水道進行排查清理，保持下水道的暢通，增強下水道的排污能力。

本智能下水道清理裝置可用于雨污水下水道的堵塞清理工作；可定時進行下水道的排查清理，保持下水道的通暢，增強下水道的排污能力，最大程度降低城市內澇的風險，防患于未然；另外，還可對裝置進行改裝，以用于化工管道以及中央空調管道等小型管道的清污工作。

摘要：隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要。傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，而用現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高；為此，文章設計了一款智能、輕便、高效的清理裝置，該作品以履帶式小車為底盤，清理時將裝置放入管道內，為應對管壁粘附物，采用超聲波傳感器及攝像頭探測管內工況，并根據管內工況，自動調節機械臂與工作臺的位置，清理方式則采取旋轉機械臂，沿管壁旋轉松動垃圾，水槍配合沖洗管壁，同時針對管底大量垃圾，通過攝像頭觀測來及時調整機械臂，與清污鏟，水槍配合，將垃圾推出管道，徹底清理管道，此外，如果在雨季前對城市下水道進行排查清理，還可大大提升下水道排污能力，最大程度地保護人們的生命財產。

關鍵詞：下水道清理；人工清理；聯合清污車清理；超聲波傳感器；攝像頭；機械臂

1 作品背景

隨著我國城市化進程的推進，城市人口增多，大量的生活垃圾，給下水道排污帶來巨大壓力，因此，城市下水道的維護對城市發展越來越重要，傳統人工清理，工作量大，環境惡劣，效率低，效果不佳，現代聯合清污車清理，針對大型管道效率高，效果好，但對分布更廣，更易堵塞的小型管道而言，清理方式不夠靈活，成本過高。

2 下水道堵塞實例

據中國新聞網報道，09年7月3日下午，北京通州區新華聯家園北區發生一起污水井中毒事故，造成6名物業人員和一名19歲的消防員死亡，4名新華聯家園中毒物業人員仍在病房內接受治療。09年7月7日，河南安陽安泰苑小區，由于生活垃圾導致管道堵塞，三名工人下窨井打撈生活垃圾，清理污水管道，沼氣中毒，一人窒息搶救無效身亡，兩人還處于昏迷狀態。沼氣中毒，是指人們在污水井、沼氣池等密閉空間內作業，因為吸入了有毒氣體而引起的急性全身性中毒。夏季溫度較高，各種有毒有害氣體聚集和揮發的程度比較高，污水井、下水道內有毒氣體濃度要比以往高，所以發生中毒窒息事故大大增加。如果機器能代替人工就不會出現此類現象。

據法制晚報報道，09年7月1日，北京一條街上總共40個下水井，近一半都出現了堵塞的情況，大部分都是因為鐵井蓋丟失后，大量雜物堆積所致，也被大量的泥土和樹葉填滿。下水道都被堵住，雨天的雨水排不出去，大路就變成了小河，行人，汽車都不好走。天氣一熱，井中的積水泡著垃圾，散發出的臭氣令人作嘔，當地居民對此叫苦不迭。2009年6月4日，福建福州一中學2 000名學生趟水回家，因為學校里的一個工地在施工時不小心弄堵了下水道，當時疏通了一次，可是沒多久，下水道又堵了，沒有一次性解決根本問題。如果城市定期進行下水道維護及保養，保持下水管道的暢通，諸多問題就得以解決。

本智能下水道清理裝置的主要應用領域是市政下水道清污工作；作品的設計理念是智能，輕便，高效。

3 結構組成

本智能下水道清理裝置的主要組成部件有履帶式小車底盤，控制箱，水泵，超聲波傳感器，攝像頭，可擴展機械臂，可升降工作臺，水槍，清污鏟等。圖1所示是這些組成部件的實物圖。

（a）整體圖 （b）水泵

（c）履帶式小車底盤 （d）控制箱

（e）超聲波傳感器 （f）攝像頭

（g）機械臂 （h）可升降工作臺

（i）水槍 （j） 清污鏟

圖1 各組成部件的實物圖

4 工作原理

本智能下水道清理裝置的工作原理如下：

（1）準備。就是利用現有的吸污車將堵塞管道內污水抽出，避免污水干擾裝置工作，然后利用阻流袋隔斷上游污水管道，避免上游污水的干擾；

（2）探測。將裝置從堵塞管道上游工作井放入管內，超聲波傳感器探測管道直徑，攝像頭實時觀測管內狀況，并將探測情況反饋到控制器

（3）調整。控制器根據探測收集的數據，智能調整機械臂與工作臺的位置，以適應管內狀況；

（4）清理。清理主要分為兩部分：第一是針對管壁粘附物--機械臂將伸展至接近管壁，然后機械臂以及端部轉刀同時旋轉，沿管壁旋轉攪動垃圾，同時水槍出水，沖擊管壁，徹底清理管道粘附物；其二是針對管底垃圾--根據攝像頭觀測情況，人為調整機械臂與工作臺位置，逐層切削污泥層，同時下部水槍沖洗切削過的污泥層，使污泥流至下游；此外，針對管底頑固垃圾，清污鏟與水槍配合，實現推除與沖洗同步進行，徹底清理管底垃圾。

（5）反饋調節。用攝像頭與超聲波傳感器實時反饋觀測信息，如存在清理不徹底或其他意外情況，可及時調整裝置，達到最佳清理狀態。

圖2所示是本智能下水道清理裝置的工作流程圖。

圖2 智能下水道清理裝置的工作流程圖

5 作品優勢和應用前景

本裝置體型小巧，能深入直徑在300mm至800mm的小口徑下水道內進行清理，代替人工，避免人工下井工作的危險性。同時，采用近距離清理，降低功耗，彌補大型聯合清污車成本過高的不足。另外就是操作簡便，可反饋下水道狀況，可定期對下水道進行排查清理，保持下水道的暢通，增強下水道的排污能力。

本智能下水道清理裝置可用于雨污水下水道的堵塞清理工作；可定時進行下水道的排查清理，保持下水道的通暢，增強下水道的排污能力，最大程度降低城市內澇的風險，防患于未然；另外，還可對裝置進行改裝，以用于化工管道以及中央空調管道等小型管道的清污工作。