遙控式水面垃圾自動清理器

唐術杰　涂樸勛　王澤霖

摘 要：針對水面垃圾的清理，研制了一種遙控式水面垃圾清理器，主要由船體、垃圾聚集裝置、垃圾收集裝置、供能系統、動力系統和遙控系統組成。由電機帶動的垃圾聚集裝置和垃圾收集裝置提高了垃圾收集效率，而遙控系統的設計實現了水面垃圾清理的高自動化，對營造綠色的生態環境有著重要的科學意義和良好的應用前景。

關鍵詞：水面垃圾清理 遙控 垃圾聚集 垃圾收集

中圖分類號：TU234 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（a）-0106-02

隨著我國經濟的快速發展，水資源環境保護也越來越受到人們的關注。部分環保意識淡薄的人直接將垃圾丟棄進湖泊，不僅污染環境且逐步威脅到水資源的利用和旅游觀光業等。因此清理水面垃圾已成為重要的水域環境保護措施之一。

目前，國內外對水面垃圾的清理主要采用人工打撈和機械打撈兩種方式。人工打撈利用半艙式或甲板機動駁船，由環衛工人手持網兜站在甲板邊上直接把垃圾撈上來，這種作業方式勞動強度大、工作環境惡劣、人身安全沒有保障，不僅清理難度大、綜合成本高，而且無法治理在大雨臺風季節暴發的水葫蘆等海域污染。而機械打撈裝置具有間斷性、笨拙性、耗時性等明顯缺點，無法適應小型河流、湖泊等水面垃圾清理的需要。針對以上情況，項目組研制了一種遙控式水面垃圾清理器，為小型河流、湖泊的垃圾清理提供技術支持。

1 結構設計

垃圾清理器結構設計如圖1所示，主要由船體及六大系統組成：船體、動力系統、垃圾聚集系統、垃圾收集系統、遙控系統、供能系統、反饋系統。

其中，船體（1）采用單船體“凹”字形設計，材料選用木材，結構簡單，浮力較大；垃圾收集系統主要由直流電機（5）、垃圾聚集器（4）、傳送帶（15）、網狀鉤臂（16）、減速電機（10）、減速電機支撐臺（9）、齒輪組（11）、傳送帶滾筒支撐架（14）及垃圾箱（12）組成。在船體的前方兩邊固定有電機支座，電機與垃圾聚集裝置通過傳動軸傳動。從動滾筒固定在船體的中前部，主動滾筒固定在傳送帶滾筒支撐架內，主、從動滾筒繃緊傳送帶且與船體呈一定的角度。傳送帶上固定有若干網狀鉤臂，用于勾起水面垃圾的同時將垃圾與水分離。減速電機置于減速電機支撐臺上且減速電機的動力用齒輪組傳輸給傳送帶。傳送帶的后方放置有垃圾箱，使得傳送帶上的網狀鉤臂上的垃圾能在傳送帶傳送過程中自由地落入后方的垃圾筐。

動力系統主要由螺旋槳（2）、電機（5）和電機支座組成。其中，電機固定于電機支座上，電機支座固定于船體的后方兩側，電機與螺旋槳通過傳動軸連接；遙控系統，主要由遙控器、接收機和電子調速器組成。其中接受機主要控制清理器的5個電機，且動力系統中后方的兩個電機與接受裝置之間連有電子調速器，用于清理器的變速及差速轉彎。供能系統主要由蓄電池（13）和太陽能板（7）組成。蓄電池置于船體的右方，太陽能板置于船體的前方的支撐板上，用于給蓄電池充電；反饋系統主要由前置攝像頭（8）和后置攝像頭（3）組成。前置攝像頭固定于船體前方的支撐板上，用于反饋前方的水面狀況。后置攝像頭固定于船體的后方，用于反饋船體后方的水面狀況和船體后方的垃圾筐內的垃圾量。

2 工作原理

為達到清理垃圾的目的，六大系統需要協調工作，工作原理流程圖如圖2所示。通過遙控器控制清理器聚集電機的異向旋轉，產生平行反向水流，起到聚集垃圾的效果，經聚集過后的垃圾經凹形導槽流向垃圾收集裝置。通過減速馬達與齒輪組帶動主動滾筒的旋轉，傳送帶由主動滾筒與從動滾筒繃緊連接，附著在上面的網狀勾臂可將垃圾源源不斷地運輸至可拆卸垃圾箱中。網狀勾臂即可起到勾起垃圾的作用，又可將垃圾水分過濾。

船體的前進、后退、轉彎及加速均可由遙控系統控制，其控制原理如下：遙控器發射控制信號，接收機接收遙控信號后，通過電子調速器控制兩臺動力電機的正反轉和轉速的大小，可以實現船體的前進、后退和差速轉彎，具體體現在當兩電機同時正轉或反轉時，船體前進或后退；當兩臺電機轉速有差異時，船體向轉速慢的一側轉彎。

安裝在船體頂部的太陽能板能在陽光充裕的情況下為蓄電池充電，可起到節約能源的作用。安裝在船體前后部的攝像頭可有效監控水面情況以及垃圾量狀況，起到將視覺信息反饋給地面工作人員的作用。

3 結語

遙控式水面垃圾清理器具有裝置結構簡單、成本低廉、自動化程度高、操作方便和運行可靠等優點，十分適用于各種小型湖泊、河流的水面垃圾的清理，降低了人工打撈的人工成本及水上作業的風險。相信在日益注重水資源保護和生態環境保護的當下，遙控式水面垃圾清理器對營造綠色的生態環境有著重要的科學意義和良好的應用前景。

參考文獻

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