多功能鐵屑清理一體機設計

尹貽光 張森 靳雪銀

【摘 要】多功能鐵屑清理一體機是一款集鐵屑收集、垃圾清掃以及地面拖洗等功能集于一體的鐵屑回收機。鐵屑清理機運用永磁滾子所產生的磁場力并搭配有效的傳動結構對鐵屑進行回收，自動化程度高，工作人員可以通過遙控實現機器的整體運作，在8路繼電器模塊和電流調速器的搭配工作下完成相應的工作。針對多功能鐵屑清理一體機傳動系統的控制要求，采用了STM32單片機進行控制，確立了整機具體控制方案，實現了一體機各個工作環節的精準控制。

【關鍵詞】鐵屑收集;地面清理;磁場力;再利用

中圖分類號： TH122 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）02-0025-002

0 引言

目前國家為實現可持續發展，提倡資源回收利用。如何有效回收處理這些廢鐵屑成為目前的一大難題。當前鐵屑回收后可多方面利用，但現實車間中存在很多廢鐵屑人工難以實現回收，車間衛生難以清理的問題。

多功能鐵屑清理一體機可有效提高廢鐵屑的回收率以及回收純度，避免了鐵資源的浪費。文中闡述了多功能鐵屑清理一體機的整體設計方案，包括鐵屑收集結構、清掃拖洗結構，并以STM32單片機為主控芯片，最終可高效地完成鐵屑回收工作以及地面清潔工作，大大解放人力，并促進鐵屑循環再利用。

1 整體機械設計方案的確立

1.1 收集裝置的設計

收集裝置作為一體機的核心組成部分，主要部件有支架、永磁滾子、從動輪、輸送帶、集屑刷、電機和調速裝置。如圖1所示。

1.集屑刷，2.電機，3.永磁滾子，4.輸送帶，5.從動滾子，6.支架

1.1.1 輸送皮帶的設計

輸送帶在整個收集裝置中起著關鍵的作用。輸送帶被張緊，使得永磁滾子能夠將動力傳遞到從動滾子上，然后將鐵屑運送到切屑收集槽。根據傳送物質及傳動特點，選擇PVC材質的皮帶作為輸送帶，PVC輸送帶帶體彈性好，不易變形。其帶芯由高強力優質全棉、尼龍、聚酯帆布制成，同時用純天然橡膠無污染配合劑制成白色或淺色的輸送帶[1]。

結合鐵屑收集的實際場合，設計最大收集鐵屑長度最大為300mm，高度為10mm，寬度為70mm。因此傳送帶尺寸為：總長度為1200mm，隔斷間隔距離100mm，隔斷高度5mm。如圖2所示。

1.1.2 永磁滾子設計方案

利用永磁鐵制作永磁滾子。永磁鐵，即永久性磁鐵，主要分為兩大類： 一是天然磁石，二是人工所制造的，其中磁性最強的是釹鐵硼磁鐵。永磁鐵是具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經磁化即能保持恒定磁性的材料。最突出的優點就是：磁性力強，穩定性好，性價比高，用途廣泛，缺點是易碎[2]。

永磁鐵容易將鐵制滾筒磁化，造成滾筒側面和軸在工作時吸附鐵屑，為了避免被磁鐵磁化，選擇滾筒材料時，選擇鋁材或者合金鋁材。

1.2 清理機構的設計

1.2.1 地面清掃機構的設計

地面清掃機構主要由掃地滾刷、傳動電機、舵機和垃圾（或雜物）收納盒等主要四部分構成。工作時，舵機轉動將掃地滾刷帶至恰當的工作位置，傳送電機帶動掃地滾刷轉動，實現對地面垃圾的清掃。

1.2.2 地面拖洗結構的設計

地面拖洗結構主要由水泵、儲水桶、清洗拖把構成。工作時，水泵運行將儲水桶的水吸入導管中，后經噴頭灑出，將地面潤濕，清洗拖把隨車前進，將地面拖洗干凈，完成拖洗工作。

1.3 轉向機構的設計

行走機構主要由24v減速電機（額定功率10w，額定轉速100n/min）、鏈輪、鏈條、萬向輪等部分組成，電機固定在整體框架上，通過鏈傳動將動力傳遞到驅動輪。利用差速轉向原理，萬向輪配合后輪實現轉向，增大了靈活性，保證機器可多角度工作[3]。

1.集屑刷，2.永磁滾子，3輸送帶.，4.從動滾子，5.集屑槽，6.水泵，7.水箱，8.塵推，9.驅動輪，10.驅動電機，11.收納盒，12.掃地滾刷，13.萬向輪

2 整機控制方案設計

2.1 控制核心的選擇

采用意法半導體集團公司的STM32單片機作為主控制芯片[5]。以STM32單片機為控制核心，通過矩陣鍵盤、繼電器等設計了多功能鐵屑清理一體機的控制系統，實現了鐵屑回收、地面清掃、地面拖洗等主要功能。

2.2 控制系統操作方法

控制系統通過對繼電器模塊的控制，進而控制整個機器的運動。打開機器電路的總開關后，通過按動遙控器上的1、2、3、4、5、6號鍵分別實現機器的前進、后退、左轉彎、右轉彎、清掃、回收。電流調速器控制著掃地輥刷的轉速可實現對不同質量垃圾的清掃。

3 整機平衡分析與調試

3.1 平衡分析

鐵屑回收機的功率平衡和牽引平衡主要依靠利用和分配作業過程中的電動機功率以及牽引力。當收集裝置靠近水平地面時進行工作或者拖洗裝置中塵推降至地面進行工作時，則為牽引工況;當收集裝置和拖洗裝置不工作而僅僅行進時，則為行駛工況。牽引工況要比行駛工況速度低，在牽引工況中，一部分牽引力克服塵推所收的摩擦力[4]。

裝置阻力，另外一部分克服車輛行駛阻力。牽引力與一切阻力之和相平衡：

3.2 整機調試

當使用人員使用該系統時，根據所想要使用的功能觸動按鍵，按鍵形成的信號傳給單片機，判斷哪個按鍵被按下，進而實現相應功能。如果進行鐵屑的回收，根據被按下的按鍵復位和置位相應的電機，電機帶動相應的機械裝置進行工作，使永磁滾子將轉動并帶動輸送皮帶運動，皮帶隔離擋板將鐵屑推至高處，鐵屑在其重力作用下落入切屑收集槽中，完成鐵屑回收;如果是開啟地面清掃裝置，由舵機轉動將掃地滾刷帶至工作位置，并且電機轉動，帶動掃地滾刷轉動，實現地面清掃功能;如果開啟的是地面拖洗裝置，水泵通電工作，對地面進行灑水潤濕，通過傳動裝置將地面拖洗裝置緩緩的放下，拖洗裝置隨鐵屑回收清理車的前行，實現地面拖洗的功能。

4 結語

本文所闡述的多功能鐵屑清理一體機的設計方案中，鐵屑收集結構、清掃結構、拖洗結構三個主要結構在工作時均能穩定運行，在STM32單片機控制條件下，三個主要結構（鐵屑收集結構、清掃結構、拖洗結構）能夠相互配合，協同運動，實現良好的同步。此設計方案中的多功能鐵屑回收一體機回收效率高，地面清潔度好，具有良好的實用性，可產生較好的社會效益。綜上所述，此設計方案具備良好的實用性和可行性。

【參考文獻】

[1]王興濤.鐵屑收集器系統設計與傳動系統優化[D].山東大學，2015.

[2]田錄林，賈峰，楊國清，田巧，李知航，李輝.永磁鐵磁貼合體的磁場及磁力川.電工技術.

[3]賀銀成.淺析汽車驅動形式的類別及利弊[J].江西公路科技.2014（4）：106-108.

[4]周希章，周全常用電動機的選擇和應用[M].北京：機械工業出版2007：56-76.

[5]俞文武，程恒文，金天寶，王艷.基于STM32的智能跟蹤小車的設計[J].山東工業技術，2017（08）：294.