新型岸邊垃圾或水生植物收集船技術(shù)研究

趙紫謙，劉華明，劉文彬

（中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，青島266580）

1 引言

隨著人們生活水平的日益提升，環(huán)境保護(hù)意識也隨之加強(qiáng)，然而海岸邊的垃圾和水生植物等的泛濫，使得有關(guān)部門對此事非常重視，“太湖藍(lán)藻事件”、“金沙灘景區(qū)”等現(xiàn)象，表明治理措施勢在必行。

2 研究內(nèi)容概述

2.1 研究目的與意義

研究表明，當(dāng)今社會收集海岸上的垃圾或者水生植物等的措施以及機(jī)械產(chǎn)品通常都效率低下，單一，例如，藍(lán)藻打撈船只針對藍(lán)藻。收集與運(yùn)輸方面的突破，尤為關(guān)鍵。

三維建模軟件的出現(xiàn)對機(jī)械裝置模型的制作起到了至關(guān)重要的作用，例如solidworks、CAD、犀牛等都是作為工科學(xué)生的必備軟件工具，另外，太湖事件表明高效快捷地收集藍(lán)藻可以降低水生植物對人們生活的影響。所以，當(dāng)務(wù)之急是如何高效、快捷、全面地提高收集效率，節(jié)省收集時(shí)間。

從收集裝置的外型和結(jié)構(gòu)入手，進(jìn)行分析與改進(jìn)，“量化”一詞已成為當(dāng)今世界的潮流，所以改進(jìn)收集裝置勢在必行。如果將改進(jìn)裝置推廣到全國乃至世界，將會對環(huán)保界產(chǎn)生足夠大的影響。其意義在于提高收集效率，降低對環(huán)境和人們生活的影響，淡水資源得到應(yīng)有的保護(hù)和利用。

收集裝置的的量化為更好地收集岸邊垃圾和水生植物等提出了新思路，這將對環(huán)保界的格局產(chǎn)生重大的影響。

2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當(dāng)今社會收集垃圾或者水面水生植物，單一，效率低，浪費(fèi)太多的人力和物力資源，單一也是現(xiàn)在機(jī)械裝置普遍存在的缺點(diǎn)，藍(lán)藻打撈船只針對藍(lán)藻進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，不能收集岸邊垃圾，這就是筆者攻克的難題之一，而且傳統(tǒng)裝置等主船收集裝滿之后，就要返回岸邊，將收集好的水生植物和垃圾進(jìn)行集中回收處理。突破收集和運(yùn)輸一體化也是攻克的難題之一。

有的地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)落后，水生植物和垃圾對人們的生活產(chǎn)生了影響，淡水資源不能得到利用，人們利用漁船進(jìn)行收集，就會出現(xiàn)垃圾或者水面水生植物收集不徹底等問題，而有的地方大型的機(jī)械裝置不能進(jìn)去進(jìn)行收集，大型裝置的噪音還會影響到人們的正常生活和水中的生物。對此，筆者設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

2.3 主要研究內(nèi)容

2.3.1 三船模型分析

“三船”顧名思義，就是裝置是由三個(gè)船體組成，主船作為主動(dòng)力船帶有收集裝置，而左右各有大小相同的副船，副船的作用是運(yùn)輸收集的垃圾和水生植物，提高收集效率，降低收集對人們生活的影響。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)械收集裝置只有主船，并且在船體中央處，有一個(gè)收集裝置，必需人工進(jìn)行幫助，而三船模型針對這一問題進(jìn)行了改進(jìn)，在主船和副船中間利用了液壓泵體，將收集好的垃圾或者水生植物，運(yùn)輸?shù)礁贝?，這樣就可以提高收集的時(shí)間和效率。

三船中的副船對燃油的消耗也有所降低，與傳統(tǒng)的收集裝置相比較，三船模型，不論從效率還是燃料利用上，都優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械裝置。2.3.2 利用三維軟件建模

利用solidworks、CAD、犀牛等軟件結(jié)合實(shí)際，建立實(shí)物模型，通過動(dòng)畫，最終得出了水上垃圾和水生植物收集船。圖1是建模的圖片。

2.4 創(chuàng)新之處

利用三船模型，主船和旁邊的兩個(gè)副船，主船主要作為收集，而副船作為運(yùn)輸收集好的垃圾和水生植物等，與傳統(tǒng)收集裝置相比較，可知，不論從效率以及燃油消耗上，都優(yōu)于傳統(tǒng)的收集裝置，新型裝置中利用了帶傳動(dòng)，移動(dòng)副等機(jī)械原理，將機(jī)械原理應(yīng)用到環(huán)保上，別出心裁。

圖1 三船裝置的建模圖片

3 方案整體設(shè)計(jì)

方案的提出是在2011年12月份，由于湖面上水生植物的泛濫，以及岸邊垃圾的出現(xiàn)，淡水資源的儲備呈現(xiàn)日益減少的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的收集裝置已不能滿足當(dāng)今發(fā)展的趨勢，于是筆者從12月開始確定研究方向，突破口一：如何改善收集裝置的單一化；突破口二：如何提高裝置的收集效率與縮短收集時(shí)間；突破口三：將對人們生活的影響降到最低。針對以上三個(gè)突破口，開始方案的整體設(shè)計(jì)。

3.1 收集裝置

傳統(tǒng)收集裝置的收集比較單一，例如收集藍(lán)藻的打撈船只針對藍(lán)藻，而不能對海岸上的垃圾和其他水生植物進(jìn)行收集，而三船收集裝置可以收集垃圾或者水生植物。它利用了帶傳動(dòng)原理、移動(dòng)副等機(jī)械原理。

帶傳動(dòng)機(jī)械原理：靠帶做中間體而靠摩擦力工作的一種傳動(dòng)。當(dāng)帶繞在輪上時(shí)，帶的任一邊都受到相同的初拉力 。帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶與輪之間產(chǎn)生摩擦力 ，主動(dòng)輪上的摩擦力與帶的運(yùn)動(dòng)方向相同，即主動(dòng)輪通過摩擦力驅(qū)動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)；從動(dòng)輪上的摩擦力與帶的運(yùn)動(dòng)方向相反，即通過摩擦力驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪。由于摩擦力的作用，帶繞主動(dòng)輪的一邊被拉緊，稱為緊邊；帶繞從動(dòng)輪的一邊被放松，稱為松邊。

移動(dòng)副原理：是一種低副，在平面內(nèi)一種相對移動(dòng)。

3.2 實(shí)施方案

當(dāng)船體向前運(yùn)行時(shí)，如圖1所示，T形大前爪收攔大量的水葫蘆，通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)清雜部件轉(zhuǎn)動(dòng)，將水葫蘆甩到傳送帶上。由傳送帶運(yùn)輸?shù)酱?，?jīng)過擋刷將藍(lán)藻清理下來，到船上的傳送裝置上，再由運(yùn)輸?shù)耐羞\(yùn)船上來，由其運(yùn)回上岸。其中槽型鋼架與連桿（滑塊）構(gòu)成移動(dòng)副可以調(diào)節(jié)鋼架高度。

利用三船模型裝置，主船負(fù)責(zé)收集垃圾和水生植物，兩個(gè)副船運(yùn)輸?shù)桨哆?，由岸邊的人進(jìn)行回收處理。主船和副船可以分離開，副船產(chǎn)生的噪音對人們生活不會產(chǎn)生太大的影響。高效率和便捷是此裝置的特色。實(shí)物模型在筆者全體成員的共同努力下即將做出來，雖然它只是個(gè)模型，但是如果將其做成實(shí)物，那么在環(huán)保機(jī)械界將是一個(gè)亮點(diǎn)。

4 三船實(shí)用性分析

4.1 方案適用場合

（1）由于裝置利用率較高，適用于湖面或者海岸邊。

（2）由于裝置前段的T型大前爪可以抬起，也可以作為船使用。

（3）適用于收集海上垃圾。

4.2 裝置高效環(huán)保預(yù)測

采用三船模型就是提高其收集效率，可以用副船進(jìn)行運(yùn)輸，降低其燃油消耗率。此裝置收集物品不單一，可以回收海上垃圾和水生植物等，對環(huán)境起到凈化作用，還有重要的一點(diǎn)就是關(guān)于淡水資源的問題，“太湖藍(lán)藻”事件足以說明現(xiàn)在湖面上水生植物泛濫，使得很多淡水資源遭到破壞，此裝置可以進(jìn)行高效的收集。凈化環(huán)境是此裝置的首要任務(wù)之一。

4.3 裝置應(yīng)用分析

裝置一旦做成實(shí)物，首先對全國重點(diǎn)污染區(qū)進(jìn)行收集作業(yè)，例如“太湖”、“金沙灘風(fēng)景區(qū)”這些地方都是人們居住的場所。實(shí)際場所還要考慮風(fēng)速、天氣等因素，此裝置會在以后補(bǔ)充關(guān)于如何在下雨天和風(fēng)大的天氣工作的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果將此裝置應(yīng)用于實(shí)際，那么其影響力將會影響一代對岸邊垃圾和湖面水生植物的收集裝置的存在。

5 總結(jié)與展望

團(tuán)隊(duì)成員從2011年12月份開始在一起討論與研究，確定研究方向，主要針對我國淡水資源正由于海上垃圾和水生植物等破壞而日益減少的現(xiàn)象，了解到當(dāng)今社會收集垃圾和水生植物的裝置比較落后，然后確定方向，研究出三船模型裝置。并運(yùn)用三維軟件建模等方法，將此裝置的模型制作出來，運(yùn)用了模擬實(shí)驗(yàn)的方法，得出三船收集裝置相比傳統(tǒng)的收集裝置，提高了收集效率，對我國淡水資源凈化起到了至關(guān)重要的作用。

希望更多的人了解此裝置，更多的人去保護(hù)我國的淡水資源，讓三船收集裝置應(yīng)用到實(shí)際生活當(dāng)中去。

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