一種鐵屑回收車的設計

張明航 薛蕊 曾實現 劉紀新 呂家琪 和雷濤

摘 要：在機械加工制造過程中，會產生大量的鐵屑物，鐵屑物的處理是車間5s管理中的重要工作，直接影響車間管理水平。鐵屑按其形狀可分為顆粒狀、卷曲狀和細粉狀，顆粒狀、卷曲狀鐵屑收集起來相對容易，而對于細粉狀鐵屑收集過程則相對繁瑣。該鐵屑收集車采用編程控制能夠自主識別規劃運行路線，脫離人工操作，回收裝置能夠有效收集散落在機械加工車間內的細小鐵屑，制作簡單，成本低，在節能減排方面更具有優勢。

關鍵詞：鐵屑;收集;自動控制

1 緒論

我國是資源貧乏的國家，運用該裝置對工廠內的大量鐵屑進行快速收集，減少資源浪費[1]。對鐵砂的收集和利用，可以在一定程度上緩解鐵礦石的對外依賴程度[2]。本產品能做到勞動生產率比手工作業高10倍以上，在一個工作日中可以取得可觀的經濟效益[3]。該裝置可以適用于大部分機加工工廠，適應性好，成本低廉，易于維護，在未來可以全方面取代人工對廢鐵屑進行收集回收。

2 設計方案

2.1 整體方案確定

本設計采用STM32RBT6單片機作為控制核心，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。通過控制底盤驅動和轉向機構來控制小車的運行軌跡，避障傳感器用來避開障礙物，鐵屑收集裝置用來收集地面上散落的鐵屑。

2.2 鐵屑收集方式選擇

采用永磁鐵。永磁鐵它的磁鐵極性是永遠都不會發生任何的改變，所以永磁鐵它不容易失去磁性，也不容易被磁化。經過實驗驗證裝置工作時，永磁鐵能夠滿足裝置的要求。而且節約電量。

2.3 鐵屑吸附收集裝置

通過對收集物鐵屑進行分析，鐵屑顆粒小，是一種灰色至灰黑色無定形細粒或粉末的工業原料或加工廢料。考慮到磁鐵可以對鐵屑進行吸附且不會跟其他垃圾混合，設計出這種鐵屑收集裝置，通過三根軸的轉動，帶動傳送帶進行運動，在傳送帶內部加上磁鐵，小車在行進過程中，地面上的鐵屑被吸附在傳送帶上，隨傳送帶的運動方向開始運動，當到達右側斜坡失去磁力吸附，掉入集砂槽，從而完成對鐵屑的收集。考慮到光滑傳送帶易造成鐵屑自身重力和磁力達到平衡而使鐵屑在斜坡上掉不下去，在傳送帶上加上如圖所示擋板，打破該平衡，成功使鐵屑進入集砂槽。

2.4 清掃收集裝置設計

對鐵屑的清掃收集采用兩個側輪相對向轉動，讓鐵屑向收集裝置中心靠攏，用一個滾動清掃輪將側輪收集的鐵屑清掃到傳送帶上，然后進行吸附收集。

2.5 傳動軸的設計

由電機通過齒輪齒合帶動主動軸轉動，另外兩根為從動軸，三根軸呈三角形放置[2]。主動軸做為傳送帶運輸的動力，兩根從動軸尺寸一樣。

2.6 轉向機構的設計

考慮到小車運行環境復雜，障礙物多，用兩輪差速來帶動萬向輪轉動，使小車運行更加靈活，設計出小車轉向機構。

2.7 底盤的設計

小車底盤需要承載鐵屑清掃裝置、收集裝置和控制裝置等部件，設計一定得滿足使用要求，根據實際情況設計出小車底盤。

2.8 驅動芯片的選型

小車上運用的是小型直流電動機，驅動芯片選用的是L298N。L298N是一種雙H橋電機驅動芯片，其中每個H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5-48v，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。一般情況下，功率部分的電壓應大于6V否則芯片可能不能正常工作。

2.9 控制部分總體設計

根據小車運行要求和功能需要，設計本電路控制部分。TM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核，主頻高，功耗低，資源豐富，穩定性好，功能強大。電源芯片：LM2596和LM1117-3.3LM2596是5V開關型穩壓電源芯片，輸出電流可達3A。LM1117-3.3，用于5V轉3.3V。完成制作后，作品實物外形照片見圖四。

4 結論

該裝置可以適用于大部分機加工工廠，適應性好，成本低廉，易于維護，在未來可以全方面取代人工對廢鐵屑進行收集回收。我們設計的鐵屑收集車采用編程控制能夠自主識別規劃運行路線，脫離人工操作，回收裝置能夠有效收集散落在機械加工車間內的細小鐵屑，制作簡單，成本低廉。該裝置利用永磁材料節能、環保、安全、使用壽命長的特點將磁吸附技術應用于磁力鐵屑收集裝置中，有效的解決了地面鐵屑統一收集的問題。清掃裝置采用三輪聯動，使得收集效率更高。采用兩輪差速控制方向，兩輪差速帶動萬向輪轉向，有很高的響應速度，使車有更高的工作效率。將原有的工廠鐵屑收集器與原始的鐵屑分離方法合二為一，實現了一機多用的功能。避免制造業中產生的鐵屑的資源浪費、降低成本、減少鐵屑對人身的安全。

參考文獻

[1]金鑫，高偉江，王云鵬，朱永奇.智能控制小車的設計[J].汽車實用技術，2019（09）：64-65.

[2]陳相宇，陳志偉，姜新波.可折疊傳送帶的結構設計[J].林業機械與木工設備，2018，46（03）：15-17+20.

[3]呂中蘭，梁寶忠.工廠的鐵屑處理[J].汽車工藝與材料，2007（10）：33-34.

作者簡介：

張明航（1997.11—），男，漢族，山東青島人，學生，機械設計制造及其自動化專業

薛蕊（1981.06-），女，漢族，山東濟寧人，碩士，副教授，主要研究方向為控制工程