一种小型智能水上垃圾回收无人船的设计.pdf
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1、第52 卷第1期2024年2 月文章编号:10 0 0-38 7 8(2 0 2 4)0 1-0 0 50-0 5造船技术Zaochuan JishuDOI:10.12225/j.issn.1000-3878.2024.01.20240109一种小型智能水上垃圾回收无人船的设计Vol.52 No.1Feb.,2024朱耘志1,王永军1,郭爽(1.中国南水北调集团中线有限公司,北京10 0 0 53;2.武汉长江航道救助打捞局,湖北武汉430 0 14)摘要:为解决中小型湖泊水域水上垃圾的污染问题,设计一种小型智能水上垃圾回收无人船。论述该型船的总体设计思路、结构组成和智能控制系统。与现有的水上
2、垃圾处理装置相比,该型船具有经济性好和绿色环保等特点。关键词:小型智能水上垃圾回收无人船;总体设计;船体结构设计;模块设计;控制系统设计中图分类号:U674.24+7文献标志码:ADesign of a Small Intelligent Water Garbage Recycling Unmanned BoatZHU Yunzhil,WANG Yongjun,GUO Shuang?(1.China South-to-North Water Diversion Middle Route Co.,Ltd.,Beijing 100053,China;2.Wuhan Changjiang Water
3、way Rescue and Salvage Bureau,Wuhan 430014,Hubei,China)Abstract:In order to solve the pollution problem of water garbage in small and medium-sized lakes,a smallintelligent water garbage recycling unmanned boat is designed.The overall design idea,structure composition,and intelligent control system o
4、f the boat are discussed.Compared with the existing water garbage treatmentdevices,the boat is of the characteristics of good economy and green and environmental protection.Key words:small intelligent water garbage recycling unmanned boat;overall design;hull structure design;module design;control sy
5、stem design对垃圾进行分类收集,影响垃圾回收处理效果。针0引言对这一问题,设计一种基于单片机智能控制的小型“碳达峰”“碳中和”战略的提出和实施对国内智能水上垃圾回收无人船,功能如下:立体水域水资源保护提出更高要求。水上垃圾是水资源的主垃圾分类回收;湖泊水域液态垃圾高效处理;要污染源。开发水上垃圾回收处理装置、减少水资船体智能调控与自动巡航。使用该型船可有效提高源污染成为人们关注的重要课题1-2 1。湖泊水域垃圾清理效率,并减少环保部门的人员和国内外采用多种形式的水上垃圾收集装置,但资金投入。目前存在许多不足:大多数装置需要人工操作,1总体设计思路特别是垃圾分类处理需要耗费大量的人力、
6、精力和财力;可处理的垃圾种类较单一,大多数装置只能打捞水草和大型固态垃圾;装置体型过大,自动化程度低,各类零件十分笨重,运行费用和维护成本高3-4。水上垃圾收集装置处理垃圾能力有限,且无法固态垃圾收集模块通过传送带和滚轮收集漂浮于水面的固态可回收垃圾,例如塑料瓶等,并通过传送带的漏网可实现部分液态垃圾的收集,例如水藻等。液态垃圾收集模块通过耙吸头和离心泵收集液态垃圾,例如漂浮于水面的废油等,离心泵安放作者简介:朱耘志(19 7 2 一),男,高级工程师,研究方向为水利工程建设与运行管理朱耘志,等:一种小型智能水上垃圾回收无人船的设计于船体左前舱室。垃圾处理模块通过固态垃圾收集舱收集固态垃圾,通
7、过液态垃圾处理箱收集处理液态垃圾,收集装置放置于单体船中央连接部分。驱动模块通过船体两侧的明轮进行动力推进5。该型船采用SolidWorks软件进行建模,其船体三维模型如图1所示。挡板传送带船上框液态垃圾处理箱吊架固态垃圾收集舱离心泵图1船体三维模型2结构组成2.1船体结构设计船体分为单体和双体。单体船设计简便,价格便宜,后期保养和维修成本低,但稳定性相对较低,船舱储存空间较小。该型船工作区域为城市内湖,湖面波浪能量相对较低,即对船体稳定性要求较低,且工作水域面积有限,水上垃圾量对于收集清理来说不需要具有较大储存空间。综合考虑选择单体船作为该型船船体,船体结构如图2 所示。图2 船体结构2.2
8、土垃圾收集模块设计2.2.1固态垃圾收集模块设计考虑湖面垃圾分布较为分散,为使船体结构简单轻便、工作效率高且制造成本低,该型船的固态垃圾收集方式选择传送式。固态垃圾收集模块由传输皮带、挡板、电机与传送带、电推杆和用于固定的船上框等组成,如图3所示。设计思路:根据垃圾性质设计传输皮带与挡板部分,并考虑船体尺寸和船身前后部分的质量平51电推杆船上框船上框传输皮带挡板电机与传送带图3固态垃圾收集模块耙吸头衡;根据传输皮带尺寸参数设计对应的电机与传送带,以保证传输皮带的传动能力;根据船体尺寸设计船上框,用于固定传输皮带并连接船体;设计电水下推进器推杆,用于保证该模块的可调节性。2.2.2液态垃圾收集模
9、块设计液态垃圾收集模块由离心泵、绞缆机、吊架、耙吸头和渐扩管等组成,如图4所示。吊架绞缆机离心泵图4液态垃圾收集模块设计思路:根据垃圾性质设计耙吸头与渐扩管,并考虑船体尺寸和船身前后部分的质量平衡;根据粑吸头尺寸参数选择功率合适的离心泵,以保证耙吸头对液态垃圾的收集能力;根据耙吸头尺寸设计绞缆机和吊架,用于控制耙吸头幅度,以适应不同工况。2.3垃圾处理模块设计2.3.1固态垃圾处理模块设计固态垃圾处理模块的主体部分为固态垃圾收集舱,如图5所示。图5固态垃圾收集舱粑吸头渐扩管522.3.2液态垃圾处理模块设计液态垃圾处理模块的主体部分为液态垃圾处理箱,其结构如图6 所示。进污口残渣篮过滤网隔板过
10、滤池1广过滤池2 过滤池3隔离的油污0%00000油污因密度小水沉底的杂质深层过滤板浮于水面图6 液态垃圾处理箱结构针对液态垃圾的回收处理通过三重过滤机制实现。具体流程如下:液态垃圾在流人处理箱后进人过滤池1进行第一次过滤,较大体积垃圾被残渣篮拦截;剩余垃圾在通过过滤网进行第二次过滤后进入过滤池2,油污因密度小于水,无法进人过滤池2 底部开口的高效过滤管,绝大部分留至过滤池1和过滤池2;剩余油污通过高效过滤管进行第三次过滤,流人过滤池3;通过深层过滤板进行第四次过滤;通过出水口排出净水。根据连通器原理,可在一定范围内调整出水口高度,以调整处理箱内的水位高度,实现对船体质量的调整。在工业环境中常
11、采用渗滤膜分离技术处理液态垃圾,例如现阶段运用较多的反渗透膜分离处理技术,其原理是运用人工制作的生物半滤膜作为材料,通过渗透压作用和生物半滤膜只能通过特定物质的特性将目标物质与水分离6。渗滤膜分离技术优点在于过滤效果好、材料无污染、操作方式简单和不需要过多的人为操作,但该技术不足之处在于所使用的材料大多以人工合成材料为主,造价成本相对较高,前期资金投入较大。类似的处理技术几乎均用于污水处理厂等大型作业环境,对工作条件要求严格,在工作时需要较大压强,且成本较高。该型船具有良好的过滤功能,对工作条件要求低,在不降低处理效果的前提下实现便携化,成本较低,并可根据不同工作环境与船舶的要求进行个性化定制
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