摘要：水上環(huán)衛(wèi)機(jī)在水面污染治理和整治預(yù)防水生植物泛濫上發(fā)揮著越來越重要的作用，為使水上環(huán)衛(wèi)機(jī)能夠更智能化、更自動(dòng)化、更適應(yīng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的市場環(huán)境，水上環(huán)衛(wèi)機(jī)需要一款新型的結(jié)構(gòu)控制體系，文章針對在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)市場環(huán)境需要下對水上環(huán)衛(wèi)機(jī)高效益的結(jié)構(gòu)要求，在結(jié)構(gòu)的收納桶、主副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、PLC的選型、線路布置和程序等方面做出產(chǎn)品設(shè)計(jì)，更加符合市場需求和時(shí)代趨勢，具備廣闊的市場前景。

　　關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;垃圾清潔;機(jī)械結(jié)構(gòu);水體污染

　　當(dāng)前是大數(shù)據(jù)的時(shí)代，是挑戰(zhàn)與機(jī)遇共行的時(shí)代，是“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的時(shí)代。同時(shí)，自進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，水污染問題已成為全球化問題。而在中國，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，近年來，水污染也已成為我國城市面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題。它不僅危害到市民的公共健康，抑制我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡。面對如此嚴(yán)重的水污染問題，目前我國政府和各級(jí)地方政府及有關(guān)部門提高了對污水處理事業(yè)的重視[1]。在這樣的社會(huì)背景和時(shí)代條件下，針對河道漂浮的生活垃圾以及水生漂浮植物進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)處理的新機(jī)器——水上環(huán)衛(wèi)機(jī)出現(xiàn)了，它用以避免人工打撈出現(xiàn)的諸多弊端，快速而持續(xù)的清理河道漂浮的生活垃圾，以及水生漂浮植物，管控、解決現(xiàn)存凸顯的污染問題，及時(shí)有效處理城市水面環(huán)境污染及預(yù)防整治部分水生植物泛濫。

　　1水上環(huán)衛(wèi)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

　　1.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1.2收納桶設(shè)計(jì)

　　水上環(huán)衛(wèi)機(jī)的主體部分——塑料制收納桶，樣機(jī)初步設(shè)計(jì)尺寸為：上直徑500mm，下直徑130-150mm，桶深550mm，后期根據(jù)實(shí)際測算進(jìn)行調(diào)整和修改。管道設(shè)計(jì)成插口式連接，方便水泵安裝、維護(hù)及更換。其內(nèi)容積相當(dāng)于一個(gè)倒圓臺(tái)加一個(gè)圓柱，圓臺(tái)體積為大圓錐體積與小圓錐體積之差，即得出容積約為121.4dm3，若全部蓄滿水(假設(shè)水的密度為1g/cm3)計(jì)算流量：Q=uA(2P/p)/2u=80A=2.5πdm2P=pghQ≈15dm3/s蓄滿水需要約12秒的時(shí)間。結(jié)論：流量過大，需用大功率水泵。市場上約在500元價(jià)位的水泵，抽水最大工作效率一般90m3/h，合為0.025m3/s，可以正常使用，可選用最高流量在60-70m3/s之間的水泵。

　　在收納桶底部放置活性炭過濾網(wǎng)，可以有效的去除水中的雜質(zhì)。在清除可見污染垃圾的基礎(chǔ)上，再從根本上提高水的清潔度和無毒性，改善水質(zhì)，更好地維護(hù)了生態(tài)的平衡。管道采用UPVCDN80-φ89mm(無Cl殘留，較PVC管更環(huán)保、耐用)[2]。桶內(nèi)的濾網(wǎng)采用普通魚線網(wǎng)材質(zhì)，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，耐腐蝕和浸泡，為了使濾網(wǎng)在自動(dòng)提起翻倒清理垃圾時(shí)方便，需對濾網(wǎng)進(jìn)行定型，固定其總體形狀，防止發(fā)生變形，創(chuàng)新使用十字定型法。十字形為不銹鋼制質(zhì)硬鋼絲固定，在節(jié)約成本的同時(shí)也可以防止濾網(wǎng)在傾倒垃圾時(shí)出現(xiàn)變形，塌陷或堵塞。勾柄：勾柄左端與濾網(wǎng)內(nèi)的鋼條相接，右端固定在驅(qū)動(dòng)濾網(wǎng)上升和下降的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件上，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件上下運(yùn)動(dòng)將濾網(wǎng)提起或放入收納桶中。

　　1.3主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　其安裝于機(jī)器下端左側(cè)收納桶外壁與主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連，因在設(shè)計(jì)過程中，考慮到其在驅(qū)動(dòng)力作用下，容積較大且入水前所受浮力相對較強(qiáng)，為確保其可靠性和牢固性，故整個(gè)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和收納筒外殼選用3mm厚不銹鋼外殼。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制收納桶的上下位置，副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制濾網(wǎng)的吊起及復(fù)位。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源-電機(jī)箱，采用螺旋機(jī)構(gòu)上升和下降，中間一根為絲桿，兩邊兩根為光桿，由主電機(jī)提供動(dòng)力，位于頂部擋板處為其上線位極限位置，當(dāng)托板上升到頂處時(shí)則停止。下部有浮球，當(dāng)收納桶下降至水位以下5cm處，浮球便會(huì)觸及下限位開關(guān)，則電機(jī)停止。

　　根據(jù)前文所述收納箱容積為121.4dm3，當(dāng)收納桶浸入水中，受到向上的最大浮力約為其裝滿水的容積，即：F浮=pgv=1189.72N設(shè)備自重控制在65kg左右：G=mg=637NF浮-G=552.72N出于保守考慮，實(shí)際存在摩擦損耗，阻力損耗和內(nèi)能流失損耗，機(jī)械效率測算為75%，而電機(jī)也受到的是全部浮力和設(shè)備自重，也就是1189.72N。由此可見，主驅(qū)動(dòng)對動(dòng)力要求較大，而采用螺旋結(jié)構(gòu)，可以降低對電機(jī)的要求，有效的提高動(dòng)力輸出。(而相反的是，機(jī)械效率也會(huì)降低)[3]。

　　1.4副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要負(fù)載對象是濾網(wǎng)，濾網(wǎng)內(nèi)的垃圾以及一些輕型構(gòu)件和自重，和主驅(qū)動(dòng)相同，都是螺旋機(jī)構(gòu)，其主要運(yùn)動(dòng)是：帶動(dòng)濾網(wǎng)沿著螺桿上升并翻扣，將垃圾倒出到回收垃圾桶后并返回到收納桶內(nèi)(有限位)，其運(yùn)動(dòng)軌跡由螺桿控制，并有兩根光桿同時(shí)約束，使其翻倒垃圾時(shí)的位置能夠精確，濾網(wǎng)較輕，所以對電機(jī)動(dòng)力要求不高。

　　1.5工作原理

　　環(huán)衛(wèi)機(jī)的垃圾處理由1-收納桶中7-水泵接口連接水泵的制造水流落差產(chǎn)生渦流，將垃圾聚集并吸進(jìn)4-內(nèi)層收納桶漏斗，并進(jìn)行周期性過濾。通過監(jiān)控水流速度和船速來調(diào)整漏斗下潛深度，以保證漩渦吸力。完成垃圾打撈后，環(huán)衛(wèi)機(jī)2-主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)箱提供電力，螺旋機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌中央的絲桿及兩端光纖做上升下降，到達(dá)頂部擋板處，上限位停止，上沿處皮帶帶動(dòng)收納桶運(yùn)動(dòng)，將垃圾傾倒入船身，以上是環(huán)衛(wèi)機(jī)垃圾收集原理[4]。

　　2電路控制系統(tǒng)PLC的選型

　　2.1PLC的選型

　　FX2N-24MR-001是三菱公司的可編程控制器(PLC)，繼電器輸出及輸入24點(diǎn)，輸出24點(diǎn).FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，其有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。可通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接[5-6]。

　　生態(tài)設(shè)計(jì)論文投稿刊物：《美術(shù)大觀》(月刊)創(chuàng)刊于1988年，由遼寧美術(shù)出版社主辦。《美術(shù)大觀》堅(jiān)持四項(xiàng)基本原則，堅(jiān)持“二為”方向，貫徹“雙百方針，立足東北，面向全國;堅(jiān)持普及與提高相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)群眾性、知識(shí)性、學(xué)術(shù)性與時(shí)代精神，為繁榮美術(shù)出版事業(yè)做貢獻(xiàn)。

　　2市場前景分析

　　在生態(tài)環(huán)境保護(hù)越發(fā)得到重視的，在機(jī)械自動(dòng)化取代人工的如今，機(jī)械自動(dòng)化環(huán)境治理市場無疑有了朝陽產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)。在經(jīng)過對蘇州一帶的市場調(diào)研結(jié)果分析和營銷預(yù)期后，可以對產(chǎn)品銷量和銷售收入做如下預(yù)測：第一年目標(biāo)市場在蘇州市周莊和同里到所有景區(qū)，預(yù)測銷量1200臺(tái)，隨著產(chǎn)品知名度和市場接納度的提高，將市場擴(kuò)大到全國各大景區(qū)，預(yù)計(jì)之后每年銷售量會(huì)增加，每年增長率為50%、28%、39%、88%[7]。我們團(tuán)隊(duì)在充分市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，對水上環(huán)衛(wèi)機(jī)項(xiàng)目的目標(biāo)市場進(jìn)行了詳細(xì)的分析。考慮到其盈利能力和經(jīng)營能力，以及其風(fēng)險(xiǎn)評估，確信其發(fā)展前景十分廣闊。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]姚震寰.長春市環(huán)境污染治理難點(diǎn)及對策[J].合作經(jīng)濟(jì)與科技，2019(19)：22-23.

　　[2]李君華，李銳.基于生態(tài)設(shè)計(jì)的城市水上垃圾清潔器設(shè)計(jì)研究[J].美術(shù)大觀，2017(05)：128-129.

　　[3]邱江.機(jī)械化清掃船設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問題的探討[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2000(02)：52-55.

　　作者：李政，高泰，孫康圣