基于節能減排原理對多用智能除塵器的設計研究

張金珂 孟青青 劉志興 張瑋峰

摘?要：本文針對傳統除塵器的效率低、勞動量大、粉塵污染嚴重、危險系數極高等多種弊端，本項目主要從除塵器的供電系統、行走及控制系統、除塵系統三個方面進行研究，旨在研究能夠節能環保，安裝方便、智能識別、自動無塵擦除、操作簡單的多用智能除塵器。

關鍵詞：除塵器;自供電電源系統;行走系統

節能減排的原理研究設計出能夠智能識別、節能環保、適應性強的多用智能除塵器。首先，對自供電電源系統進行研究，即自己帶有太陽能發電、充電以及蓄電的裝置，不需要提供外部供電電源，可以根據用戶的需要隨時啟動和停止;其次，對行走控制系統進行研究，通過全覆蓋遍歷路徑規劃的實現方案，使除塵器在不同路段自動識別以恒定速度清掃，提高清掃質量;最后，對除塵系統進行研究，對除塵器的設計及其關鍵部件的結構優化，使除塵器適用于屋頂、大棚、平原、丘陵等多種區域和地形，能夠一機多用。

1 自供電電源系統

首先，對除塵器的自供電電源系統進行研究，即自帶充電以及存蓄電的裝置，能夠自己供電，不需要提供外部供電電源，以根據用戶的需要隨時啟動和停止，從而達到節能環保的目的。

1.1 自供電電源系統組成

自供電電源系統是由匹配電路、整流電路、儲能電容、控制電路及放電電路組成。

1.2 實驗

在自供電設計研究后，自供電電源系統的實時性和整體數據的丟失率的大小也是自供電系統性能的好壞衡量標準。本次實驗根據實際情況測試了數據的丟失率，推導出數據的無線傳輸距離之間的關系，通過系統整體數據的丟失率、數據的實時性以及自供電電源電壓受環境能量變化的影響測試了系統的穩定性及可靠性。

1.2.1 可靠性測試

表1所示的是在不同距離下，路由節點接收到傳感器的節點數據組數的統計情況。

從表1可以看出傳感器的節點與路由節點之間的距離應該大概在30m以內，如果超過30m，可以在傳感器的節點和路由節點之間加入若干個中繼節點，達到延拓通信距離的目的。

從表2中可以看出整體系統的數據丟失率大約為1%，這主要是由路由節點到服務器間的數據丟失引起的。因此在實際測量過程中如果想及時地了解監測電線的安全狀況，可以通過通過觀察實時地從服務器上接收到傳感節點采集到的電線的相關信息達到目的。

1.2.2 自供電電源電壓測試

傳感器節點在工作時會消耗能量，當監測電線有電流通過時，自供電電源的電壓會相應變化。圖2是自供電電源電壓隨著傳感器節點工作時間發生變化的趨勢圖。

圖2可以看出，電池電壓隨著傳感器節點工作而上下波動，并且波動幅度小，傳感器節點的能耗也比較低。

2 除塵器的行走系統及控制系統

除塵器是利用離心力將粉塵從旋轉氣流中分離出來并進行捕集的一種分離裝置，由于該裝置結構簡單、操作方便、價格低廉、能耗低、耐高溫和高壓，對于捕5μm以上的顆粒粉塵效率較高。我們所得到的除塵效率公式為：

η0=1-escapenumber-tracked×100%

對除塵器內顆粒粒徑1.50-15.00μm進行線性回歸。

最后，對除塵擦的除塵系統進行研究，在保證除塵器高效、穩定運行的基礎上除塵器的設計及其關鍵部件的結構優化，在保證除塵器能夠高效、穩定運行的基礎上基于優化理論合理的選擇除塵的行走路線，對影響除塵器運行的配套系統如除塵方式、儲灰系統、降溫系統以及電氣自動控制系統等進行了分析研究，并提出了改進措施，使除塵器適用于屋頂、大棚、平原、湖面、丘陵、沙漠等多種區域和地形，可全天候工作，達到適應能力強一機多用的目標。

參考文獻：

[1]李小川，羅會清，胡海彬，等.自激式除塵器壓力波動特性與氣液體合研究[J].煤炭學報，2015，40（12）：3001-3006.

[2]土冬雪，李小川，魏濤，等.自激式除塵器在線of測系統設計[J].工礦自動化，2017，43（10）：7-13.

項目：黑龍江省2018年大學生創新創業訓練計劃項目：基于節能減排原理對多用智能除塵器的設計研究，項目編號：201813744020