目錄中文TOC\t"引言,1,摘要,1,新一級(jí),1,新三級(jí),1,新二級(jí),1,致謝|參考文獻(xiàn),1"\h10738摘要 III1緒論1.1研究背景我國領(lǐng)土寬闊，東西經(jīng)度和南北維度跨度大，擁有種類豐富的水資源。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，過去的藍(lán)天碧水，現(xiàn)在都受到了不同程度的污染，水面垃圾大量出現(xiàn)在池塘、湖泊、海洋和河流中REF_Ref18048\r\h[1]，對(duì)生活在自然界中的人類和動(dòng)植物造成了嚴(yán)重危害。因此，各種水域的水質(zhì)保護(hù)就變得十分重要，而治理水污染的第一步就是對(duì)水面中各種垃圾清理干凈。目前，對(duì)于各種水域的垃圾清理工作，主要是采用人工打撈，或者采用一些簡單的機(jī)械裝置輔助作業(yè)REF_Ref6667\r\h[2]。針對(duì)目前采用的方法，存在工作效率低，工作質(zhì)量不高，更加危險(xiǎn)的是人工打撈時(shí)還存在落水的危險(xiǎn)。目前，無論是國內(nèi)還是國外，對(duì)水面垃圾的清理主要還是依賴于人工打撈和人工駕駛打撈的方法。這兩種方法各有其特點(diǎn)。其中，人工打撈具有操作上的靈活性，其在某些特定場(chǎng)合下可以展現(xiàn)出顯著的價(jià)值和作用。不過，采用這種方法也存在著明顯的不足，例如工作效率不高；安全隱患相對(duì)較高；工作強(qiáng)度較高；對(duì)工人技術(shù)水平要求較高。人工駕駛打撈能夠克服人力打撈所帶來的弊端，但也會(huì)由于技術(shù)不夠成熟仍有不足之處沒有得到完善，且設(shè)備的體型也較為龐大。如今隨著生活水平的不斷提高，生活中的景觀水域和養(yǎng)殖水域等小型水域越來越多，小型水域的垃圾清理成為一個(gè)難題，其具有深度淺，分布不集中和面積不大等特點(diǎn)。對(duì)于以上特點(diǎn)的水域，使用以上兩種方式都無法方便高效地完成清理作業(yè)，因此針對(duì)小型水域的特點(diǎn)，開發(fā)一種專門清理小型水域的水面垃圾清理裝置將可以很好地解決以上難題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家很早就對(duì)水面垃圾清除這一問題進(jìn)行研究，并且取得一系列的成果，已經(jīng)投產(chǎn)使用的設(shè)備種類繁多。在處理水面垃圾清理這一挑戰(zhàn)時(shí)，美國、意大利、西班牙、土耳其等國家擁有先進(jìn)的研究成果。但大多數(shù)研究集中在清理漂浮在水面的污染液體（如石油），以及在海洋等廣闊水域進(jìn)行打撈。國外有幾種代表性的水面垃圾清理裝置如下。國外的UMI公司憑借其卓越的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新精神，設(shè)計(jì)了一款雙體船型的水面垃圾處理裝置，能夠在特定的水域內(nèi)收集垃圾REF_Ref6867\r\h[3]。裝置如圖1所示，該設(shè)備由液壓驅(qū)動(dòng)，主要由：垃圾聚集桶、可開合聚集網(wǎng)、前部的輸送帶、尾部輸送帶等機(jī)構(gòu)組成。清理機(jī)構(gòu)一體化位于船體前端，通過張開式的可開合聚集網(wǎng)將垃圾聚集起來，在前部的輸送帶和尾部輸送帶的共同作用下將垃圾聚集到垃圾桶內(nèi)聚集起來。這款雙體船型水面垃圾處理裝置憑借其先進(jìn)的技術(shù)和高效的工作性能，為水域環(huán)境的保護(hù)提供了一種全新的解決方案。圖1UMI公司的雙體船GLOBECO公司開發(fā)了一種多功能生態(tài)清潔船REF_Ref6971\r\h[4]。此設(shè)計(jì)采用了流線型結(jié)構(gòu)，減少了水面產(chǎn)生的阻力，提高了效率，收集能力強(qiáng)，且裝有無線定位系統(tǒng)以及水深和空氣檢測(cè)系統(tǒng)，配備了大型履帶式起重機(jī)垃圾收集裝置，可防止垃圾中的油性等漂浮污染物擴(kuò)散泄漏。MAVI-DENIZ海洋環(huán)境服務(wù)公司設(shè)計(jì)了一款清理浮游生物的雙體船。該設(shè)備可在不同深度的水域中進(jìn)行清理工作，采用全液壓圓盤傳送帶和分離工具的共同配合完成作業(yè)。隨著可持續(xù)發(fā)展觀以及綠色發(fā)展等觀念的出現(xiàn)，我國越來越提倡綠色設(shè)備。近年來，在國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的共同努力下，在水面垃圾清理方面也取得較大的進(jìn)步，其中有不少清潔船的技術(shù)水平較高，其中以下文所提到的水面清潔裝置最具有代表性：（1）三峽清漂5號(hào)，該船為我國自主設(shè)計(jì)，由三峽集團(tuán)流域管理中心傾力打造，裝置如圖2所示REF_Ref7023\r\h[5]。該船在漂浮物收集和轉(zhuǎn)運(yùn)方式上實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，全船主要由打撈分料、輔助收集、雙線轉(zhuǎn)運(yùn)及內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成，具備對(duì)三峽壩前漂浮物進(jìn)行高效清理的能力，對(duì)電站安全運(yùn)行和水庫水面清潔提供了重要保障。該設(shè)備的主要特點(diǎn)在于其高效的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，經(jīng)過回轉(zhuǎn)排序儲(chǔ)存垃圾，一次操作可以清理和轉(zhuǎn)運(yùn)多達(dá)300m的漂浮物。此外，該設(shè)備還配備了遠(yuǎn)程水炮裝置，這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)使得清理工作更加便捷與高效。當(dāng)遇到大片漂浮物時(shí)，遠(yuǎn)程水炮能夠迅速而準(zhǔn)確地發(fā)揮作用，有效驅(qū)散這些漂浮物，從而確保水域的清潔與整潔。圖2三峽清漂5號(hào)（2）“世紀(jì)之光”是一艘擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的水面垃圾清理裝置，裝置如圖3所示。該裝置的獨(dú)特之處在于其電力推進(jìn)船舶嵌入式控制系統(tǒng)，傳送帶及清理裝置被巧妙地封裝在船的中部，實(shí)現(xiàn)了清理功能的封閉隱藏REF_Ref7128\r\h[6]。這種設(shè)計(jì)不僅使得船體外觀更加整潔美觀，還能夠有效防止垃圾在打撈過程中的散落和二次污染。圖3世紀(jì)之光經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外多種水面垃圾清理裝備進(jìn)行深度探究后，可以發(fā)現(xiàn)這些裝置具有一些相同的性質(zhì)：（1）大多數(shù)水面垃圾清理裝置在工作靈活性方面有所欠缺。船體結(jié)構(gòu)通常會(huì)占據(jù)較大水面空間，這導(dǎo)致設(shè)備在狹窄或復(fù)雜的水域中作業(yè)更加地困難，也提高了與周圍環(huán)境碰撞的可能性。另外，這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)的較為復(fù)雜，因此生產(chǎn)以及維護(hù)這些設(shè)備的開銷會(huì)比較大，這無疑加重了使用者的經(jīng)濟(jì)壓力。（2）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被大多數(shù)裝置作為動(dòng)力源。在提供穩(wěn)定的動(dòng)力方面盡管柴油發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)良好，但其也存在著在運(yùn)行過程中噪音較大和污染大氣等一些缺點(diǎn)，若長時(shí)期置身于此環(huán)境，會(huì)對(duì)附近居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生非常嚴(yán)重的負(fù)面影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)人們的健康產(chǎn)生巨大的危害。（3）許多水面垃圾清理設(shè)備都具有多元化的垃圾處理能力REF_Ref7180\r\h[7]。裝置不僅能夠高效地清理水面上的固體垃圾，例如樹葉和塑料瓶等，它們還能夠?qū)τ臀鄣入y以清理的水面頑固污染物進(jìn)行清理。（4）在工作過程中一些水面垃圾清理裝置常常需要操作人員親自站在裝置上進(jìn)行操作。如果操作不規(guī)范或者遇到突如其來的事故，那么操作人員的自身安全將會(huì)受到極大的威脅。通過研究發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)大型水域表面垃圾處理的相關(guān)研究有很多，而且技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)相對(duì)成熟，功能也比較健全，但上述設(shè)備并不能很好的對(duì)小型水域的表面垃圾進(jìn)行清理。使用上述設(shè)備進(jìn)行小水域水面垃圾清理還存在著的多種問題如下：（1）在小型水域中利用現(xiàn)有的水面垃圾清理裝置進(jìn)行工作，由于體積大，裝置的靈活性較差，無法完成對(duì)小水域垃圾的清理工作。（2）大部分的水面清理裝置都以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，會(huì)對(duì)小型水域造成二次污染。（3）大部分的水面清理裝置操作復(fù)雜，工作人員需要經(jīng)過培訓(xùn)后，才能上崗作業(yè)，作業(yè)成本高，前期投入大。綜合分析可知，針對(duì)小型水體表面垃圾清除設(shè)備的研究相對(duì)稀少，并且多數(shù)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)得較為復(fù)雜，現(xiàn)階段國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)該類產(chǎn)品的需求量巨大。為了對(duì)我們的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行更有效的守護(hù)，對(duì)這一領(lǐng)域的探索我們應(yīng)加大研究的深度。本文設(shè)計(jì)的裝置為國內(nèi)市場(chǎng)需求提供了有力的補(bǔ)足，有助于改善小型水體環(huán)境污染的問題，同時(shí)也能夠提高清潔工作的效率，因此具有廣泛的應(yīng)用前景和價(jià)值。

2設(shè)計(jì)方案的選擇鑒于小水域水深淺范圍小，垃圾分布散亂且形態(tài)不規(guī)則等特征，對(duì)于清理設(shè)備的設(shè)計(jì)就有了特殊的要求。結(jié)合現(xiàn)有水域清理設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，并深入分析其不足之處，得出了以下水域清理設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）在水中能夠平穩(wěn)工作，裝拆要方便。（2）能夠清理小水域水面中存在的各種繁雜的漂浮垃圾。（3）水面清理裝置應(yīng)能夠進(jìn)行連續(xù)高效作業(yè)。（4）為了避免造成二次污染和更好地保護(hù)環(huán)境，要求裝置使用清潔能源和電機(jī)。方案一：旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂式清理機(jī)構(gòu)工作原理：使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接捕捉和收集水面上的垃圾，通過輸送帶運(yùn)輸?shù)嚼b箱。優(yōu)點(diǎn)：可以精準(zhǔn)地選擇和清理特定的垃圾物品，減少誤捕；適合于小型固體垃圾的收集，清理效率較高REF_Ref7232\r\h[8]。如塑料瓶、樹枝等；對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾較小，尤其是在需要避免損害水生植物的場(chǎng)合。具體工作流程如圖4所示。圖4方案一的基本流程方案二：吸入式清理機(jī)構(gòu)工作原理：主要利用水基于表面張力的潮汐力原理，內(nèi)核為一個(gè)圓筒，里面放置有攔網(wǎng)，隨著圓筒的上下浮動(dòng)，在水面會(huì)形成渦旋，將水面上漂浮的垃圾收集到桶內(nèi)REF_Ref7271\r\h[9]。裝置的底部裝有一個(gè)自動(dòng)吸水泵，當(dāng)吸水泵將附近的水流吸入時(shí)，水面垃圾會(huì)隨著水流被留在攔網(wǎng)內(nèi)，過濾后的清水則從另外一側(cè)的排水口排出，循環(huán)往復(fù)，以達(dá)到清理水面漂浮垃圾的效果。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為：清理效率高，特別適合于面積廣泛、垃圾分布均勻的水域。設(shè)備操作簡單，維護(hù)成本較低。可以收集細(xì)小的漂浮物質(zhì)，如藻類、塑料碎片等。缺點(diǎn)：只能固定安裝位置，清理范圍有限，無法對(duì)垃圾進(jìn)行準(zhǔn)確的捕撈，容量較小，達(dá)到極限時(shí)需要頻繁人工處理，清理效率較低REF_Ref7317\r\h[10]，清理小型垃圾的時(shí)候吸入式清理可能會(huì)對(duì)水下生態(tài)造成一定影響，尤其是吸入小魚小蝦等生物的風(fēng)險(xiǎn)。過濾系統(tǒng)需要定期清潔和更換，增加了維護(hù)工作量?；玖鞒倘鐖D5所示。圖5方案二的基本流程經(jīng)結(jié)合對(duì)比，本次設(shè)計(jì)選擇方案一旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂式清理機(jī)構(gòu)。

3清理裝置的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)首先，在三維建模軟件SolidWorks對(duì)各功能部件進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后再對(duì)這些部件在建模軟件中進(jìn)行裝配，最后完成水面清理裝置整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該裝置的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)包括:推進(jìn)機(jī)構(gòu)、船體、清理收集機(jī)構(gòu)等。水面垃圾清理裝置的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6。圖6水面清理裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖3.1推進(jìn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的水面清潔裝置在船體上配備了一系列機(jī)構(gòu)。通過控制系統(tǒng)使這些機(jī)構(gòu)可以相互協(xié)作，密切配合，高效地完成水面清潔任務(wù)。這些機(jī)構(gòu)各有其獨(dú)特的功能，但它們的共同目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)水面清潔。其中，推進(jìn)機(jī)構(gòu)無疑是整個(gè)水面清潔裝置運(yùn)動(dòng)的核心部件。它不僅是驅(qū)動(dòng)裝置前進(jìn)的動(dòng)力源，也是保證裝置穩(wěn)定航行、靈活運(yùn)行的關(guān)鍵。在本次設(shè)計(jì)中，我們選用螺旋槳作為推進(jìn)機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。螺旋槳機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖7所示。推進(jìn)機(jī)構(gòu)通過電機(jī)支架直接固定在船體上。這種設(shè)計(jì)既便于后期的維護(hù)和更換，又保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過電機(jī)直接帶動(dòng)螺旋槳旋旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)裝置在水面上靈活移動(dòng)REF_Ref7399\r\h[11]。通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們可以精確控制整個(gè)裝置的速度。圖7推進(jìn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖船舶等水中運(yùn)動(dòng)設(shè)備最常用的動(dòng)力裝置是采用螺旋槳推進(jìn)。一般來說螺旋槳由多個(gè)槳葉組成，隨著動(dòng)力源裝置使主軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)槳葉，使得槳葉呈現(xiàn)圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。其螺旋槳的工作原理如下：螺旋槳在旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，在軸向方向前進(jìn)的距離稱為進(jìn)程，螺距P和進(jìn)程hp的差稱為滑脫REF_Ref7454\r\h[12]?；摵吐菥嚅g的比值稱為滑脫比Sa，可表示為：Sa=p?v/n式中：Sap：螺距；n：螺漿轉(zhuǎn)速；V：水中裝置的航速；由于存在滑脫，所以在槳葉表面產(chǎn)生了壓力，由于這個(gè)力是流體從螺旋槳前方的一點(diǎn)到后方的一點(diǎn)受力的變化，故而形成了螺旋槳推力。當(dāng)螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其邊界是受到一定的限制的，則在螺旋槳前X剖面處的壓力為P0，而在后方Y(jié)剖面處的壓力也會(huì)回到PT=ρAv1式中：ρ：水的密度；A：螺旋槳的投影盤面積；v1va、v由公式1和公式2可推導(dǎo)出，若滑脫為零，則va3.2清理收集裝置的設(shè)計(jì)清理收集機(jī)構(gòu)，作為水面清理裝置的核心組成部分，承擔(dān)著水面垃圾清理的主要工作任務(wù)，是確保整個(gè)清理過程順利進(jìn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這一機(jī)構(gòu)的主要功能是將分散在水面上的垃圾進(jìn)行有效聚集，并將這些聚集好的垃圾安全地運(yùn)送至垃圾存儲(chǔ)區(qū)域。清理收集機(jī)構(gòu)主要由固定架、聚集機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)和垃圾存儲(chǔ)箱等主要部件組成，總體機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖8所示。圖8清理收集機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖3.2.1固定架的設(shè)計(jì)在清理收集系統(tǒng)中，固定架作為核心支撐元件，承載著整個(gè)裝置中的大部分關(guān)鍵部件。在本設(shè)計(jì)中，收集機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)直接牢固地安裝在固定框架上，依靠固定框架提供的堅(jiān)實(shí)支撐，確保在清理作業(yè)過程中穩(wěn)定運(yùn)行，不受外界因素干擾。同時(shí)，垃圾儲(chǔ)存箱通過固定架與船體緊密配合，完成固定工作。這樣的設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了垃圾儲(chǔ)存箱的穩(wěn)定性，還有效防止了清理過程中可能出現(xiàn)的晃動(dòng)或位移，從而保證了整個(gè)清理過程的順利進(jìn)行。考慮到固定架在裝置中需要承受較大的力以及經(jīng)濟(jì)性等因素，所以在本設(shè)計(jì)中固定架的材料選用鋁合金。通過圖9，我們可以更加直觀地了解固定架在清理收集裝置中的重要性及其作用。圖9詳細(xì)展示了固定架的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，各部件之間能夠緊密可靠地連接，保證了整個(gè)裝置的安全性和穩(wěn)定性。圖9固定架3.2.2聚集機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)聚集機(jī)構(gòu)在工作過程中的主要作用是把垃圾高效地從水體中分離出來，然后把垃圾搬運(yùn)到運(yùn)送機(jī)構(gòu)中。聚集機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，但每一個(gè)部件都發(fā)揮著不可或缺的作用。它由聚集電機(jī)、電機(jī)支座、同步帶、軸承支座和旋轉(zhuǎn)收集機(jī)構(gòu)等多個(gè)關(guān)鍵部件組成。其中，收集機(jī)構(gòu)作為整個(gè)機(jī)構(gòu)的核心，主要由收集支撐桿、軸承支座和旋轉(zhuǎn)收集架構(gòu)成。這些部件相互協(xié)作，共同完成了垃圾的收集與搬運(yùn)工作，具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖10所示。其中聚集電機(jī)為聚集機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，它通過電機(jī)支座直接固定安裝在固定架的內(nèi)部，確保了動(dòng)力的穩(wěn)定傳輸。同步帶則直接固定安裝在固定架的外側(cè)面上，通過其精準(zhǔn)的傳動(dòng)作用，將聚集電機(jī)的動(dòng)力傳遞給收集機(jī)構(gòu)。收集支撐桿作為收集機(jī)構(gòu)的骨架，左右兩側(cè)的前端通過軸承支座安裝在固定架上，確保了整個(gè)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。而其后端則通過軸承支座將旋轉(zhuǎn)收集架固定住。聚集電機(jī)通過同步帶的傳遞作用帶動(dòng)收集桿轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)垃圾的聚集工作。圖10聚集機(jī)構(gòu)3.2.3運(yùn)送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)送機(jī)構(gòu)也是整個(gè)裝置的關(guān)鍵組成機(jī)構(gòu)之一，聚集機(jī)構(gòu)在工作過程中的主要任務(wù)是把垃圾高效地輸送到垃圾存儲(chǔ)箱中，該機(jī)構(gòu)主要由運(yùn)送電機(jī)、電機(jī)支座、同步帶、傳送帶和軸承支座等部件組成，其中運(yùn)送電機(jī)通過電機(jī)支座被牢牢地固定在固定架的內(nèi)側(cè)，這種固定連接方式不僅避免了外界因素對(duì)電機(jī)運(yùn)行的干擾，也確保了電機(jī)在工作時(shí)的穩(wěn)定性。運(yùn)送電機(jī)通過同步帶的傳遞作用帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，即當(dāng)運(yùn)送電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)輸出軸通過摩擦力將電機(jī)的動(dòng)力傳遞給同步帶，再由同步帶驅(qū)動(dòng)傳送帶主軸旋轉(zhuǎn)，最終使傳送帶完成預(yù)定的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)垃圾的輸送功能。該機(jī)構(gòu)的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖11所示。從中我們可以清晰地看到各部件之間的連接關(guān)系和相互作用。該機(jī)構(gòu)有利于提高垃圾運(yùn)輸?shù)男?，也為整個(gè)水面清理裝置的運(yùn)行提供了有力的支持。圖11運(yùn)送機(jī)構(gòu)3.2.4垃圾存儲(chǔ)箱的設(shè)計(jì)垃圾存儲(chǔ)箱的主要作用是將收集機(jī)構(gòu)從水面中聚集起來的垃圾進(jìn)行安全、有效的儲(chǔ)存，以便在清理工作完成后，能夠?qū)⑦@些垃圾帶回岸上，進(jìn)行集中的環(huán)保處理。這一機(jī)構(gòu)極大地方便了后續(xù)的垃圾處理工作。其主要結(jié)構(gòu)有限位固定塊和收集箱，通過這些部件的協(xié)同作用，使垃圾存儲(chǔ)箱的穩(wěn)定性和實(shí)用性得到保證。其中限位固定塊的主要作用為固定收集箱，它與固定架緊密配合，使收集箱牢固地固定在船體上，確保了在工作過程中即使是遇到風(fēng)浪，收集箱也不會(huì)移位或傾倒。當(dāng)收集箱裝滿垃圾時(shí)，操作員可以非常輕松地將其取出。由于收集箱是由限位固定塊和固定架共同固定的，因此只需松動(dòng)限位塊上的螺絲，便可直接垂直向上輕松地取出垃圾收集箱。這種設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了操作時(shí)間，也進(jìn)一步提高了清理的工作效率，使整個(gè)水面清理工作更加順暢、高效。垃圾存儲(chǔ)箱的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖12所示。圖12垃圾存儲(chǔ)箱3.3船體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想應(yīng)明確:1、船體的設(shè)計(jì)是一個(gè)需要綜合考量多個(gè)因素的復(fù)雜過程，需要平衡好結(jié)構(gòu)功能、船體質(zhì)量、所需空間等多個(gè)因素，在盡可能地滿足多方需求中得出最終方案；2、由于是針對(duì)于小型水域的垃圾清理，結(jié)構(gòu)的靈活性需要重點(diǎn)研究，小水域的地形和水流條件往往復(fù)雜多變，這就要求船體能夠在不同環(huán)境下靈活應(yīng)對(duì)，以確保清理工作順利進(jìn)行；3、無論是船體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性還是操作便捷性，都必須以安全為前提。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要嚴(yán)格遵守相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保船體在各種條件下都能保持安全穩(wěn)定的狀態(tài)。經(jīng)過對(duì)所搜集到的相關(guān)資料進(jìn)行深入地分析和研究之后，船體機(jī)械結(jié)構(gòu)的最終設(shè)計(jì)如圖13所示。這一船體設(shè)計(jì)考慮了實(shí)際應(yīng)用中的各項(xiàng)需求，其在清理工作中具有的突出的表現(xiàn)。其主要的結(jié)構(gòu)包括船底和兩個(gè)同樣大小的氣囊，與單體船相比，該船體整體的興波阻力得到了顯著減小，有利于減少能量的消耗。船體占用的水域空間相對(duì)較小，因此可以在狹窄或復(fù)雜的水域環(huán)境中靈活作業(yè)，提高清理工作的效率。船體的承載面更寬，不容易發(fā)生側(cè)翻等危險(xiǎn)情況。其中船體進(jìn)行挖空設(shè)計(jì)，為其他重要部件提供了安裝空間，使整個(gè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)更加緊湊，也有助于進(jìn)一步減輕設(shè)備的整體重量。輕巧的設(shè)計(jì)能夠增強(qiáng)船體的可操作性，使水面垃圾收集更加容易，從而提高工作效率。圖13船體3.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)所采用的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制兩個(gè)水流推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向機(jī)制在多種水下或水面無人裝置（如遙控船只和潛水器）中得到應(yīng)用，因?yàn)樗梢蕴峁┝己玫臋C(jī)動(dòng)性和精確的控制。下面是這種機(jī)構(gòu)的一些關(guān)鍵要點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是在設(shè)備的左右兩側(cè)各安裝一個(gè)可以單獨(dú)控制的水流推進(jìn)器。在運(yùn)行過程中，通過控制系統(tǒng)分別精確地控制和調(diào)節(jié)兩個(gè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通過兩個(gè)推進(jìn)器的速度差，進(jìn)而生成所需要的不同種驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的轉(zhuǎn)向功能REF_Ref7562\r\h[13]。在作業(yè)過程中，需要執(zhí)行轉(zhuǎn)向操作時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)按照操作人員發(fā)出的指令分別調(diào)節(jié)兩個(gè)推進(jìn)器的速度。比如，當(dāng)操作人員發(fā)出右轉(zhuǎn)的命令時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)適當(dāng)?shù)靥嵘髠?cè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度或者降低右側(cè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這樣就會(huì)使得左側(cè)推進(jìn)器所產(chǎn)生的推進(jìn)力將比右側(cè)推進(jìn)器產(chǎn)生的推進(jìn)力大，從而讓裝置產(chǎn)生向右轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。反之，要使裝置完成向右轉(zhuǎn)的命令，則要使左側(cè)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)速度下降或者使右側(cè)推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度增大。這樣的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，對(duì)于小水域水面垃圾清理工作而言是極其適用的。該差速轉(zhuǎn)向技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向，而且可以根據(jù)實(shí)際操作需求來進(jìn)行微調(diào)，從而適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。在進(jìn)行像清潔水面垃圾的這類任務(wù)中，精準(zhǔn)的方向調(diào)整是十分關(guān)鍵的。小水域水面垃圾的分布并不總是均勻的，所設(shè)計(jì)的裝置應(yīng)有能力靈活調(diào)整其自身的運(yùn)動(dòng)方向，以確保能夠準(zhǔn)確地到達(dá)并清理每一處垃圾。差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的應(yīng)用恰恰是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。該機(jī)構(gòu)能夠使裝置在復(fù)雜的水域環(huán)境中保持精確穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)軌跡，并有效地完成垃圾的清理任務(wù)。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖14所示。圖14轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

4重要零部件的有限元分析和計(jì)算4.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)校核計(jì)算和選型在整個(gè)裝置中，作業(yè)過程中所要完成的所有的工作動(dòng)作都需要電機(jī)配合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。推進(jìn)裝置，收集清理裝置中的聚集機(jī)構(gòu)和運(yùn)送機(jī)構(gòu)都需要通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)?？紤]到推進(jìn)機(jī)構(gòu)、聚集機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的操作流程，我們需要一個(gè)轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行靈活調(diào)整電機(jī)，并且該電機(jī)的轉(zhuǎn)速要相對(duì)穩(wěn)定。鑒于戶外水面清潔設(shè)備在操作時(shí)，連接電源存在相當(dāng)大的問題。本次設(shè)計(jì)選擇了鋰電池作為動(dòng)力源，它能滿足設(shè)計(jì)要求，它也可以很好地提供直流電源，確保設(shè)備正常運(yùn)行，因此在本次設(shè)計(jì)的裝置中電機(jī)都選用直流電機(jī)。盡管利用逆變器去采用交流電機(jī)也是可行的選擇，但它們會(huì)增加水面清潔設(shè)備的設(shè)計(jì)費(fèi)用，而直流電機(jī)則完全能夠達(dá)到這些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。常見的直流電機(jī)主要分為減速電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)兩大類，以下是它們的詳細(xì)特性REF_Ref7611\r\h[14]:（1）減速電機(jī)在實(shí)際工業(yè)領(lǐng)域中，大多數(shù)電機(jī)都應(yīng)用的是減速電機(jī)，它的顯著優(yōu)勢(shì)有：通過精密的齒輪制造工藝，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度能夠被有效地限制到預(yù)定的最小水平；當(dāng)減速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)可以大大提高輸出的扭矩，從而使得負(fù)載能更快地完成多種任務(wù)；具有相當(dāng)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速能力，并且在負(fù)載波動(dòng)發(fā)生的情況下，它仍然能保持很好的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密緊湊，這使得在一個(gè)特定的空間中它可以被安裝和操作；采納優(yōu)質(zhì)的原材料及制造過程，確保其高度的穩(wěn)定性與持久性，從而能夠適應(yīng)長時(shí)期的運(yùn)行要求；為適應(yīng)各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的需求，減速電機(jī)可以根據(jù)需要，對(duì)其減速比、轉(zhuǎn)速以及扭矩等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行個(gè)性化定制。其中DC減速電機(jī)，利用齒輪箱，能夠很好地完成無級(jí)調(diào)速，且低速性能表現(xiàn)出色，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也能夠?qū)崿F(xiàn)很好地控制。（2）步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，其輸出轉(zhuǎn)角的大小嚴(yán)格與輸入脈沖數(shù)相匹配，這也使得它可以進(jìn)行準(zhǔn)確的位置控制，尤其適合用于需要精確控制位移的系統(tǒng)REF_Ref7647\r\h[15]。步進(jìn)電機(jī)擁有出色的啟動(dòng)和終止性能，并且擁有良好的反轉(zhuǎn)響應(yīng)，這使其成為需要頻繁調(diào)整其動(dòng)作狀態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)景中的理想選擇。因沒有電刷，所以具備較高的可靠性，并且故障率相對(duì)較少，壽命長。然而步進(jìn)電機(jī)也存在其不足，例如，若控制不恰當(dāng)，它容易發(fā)生失步現(xiàn)象，即實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，這樣有可能會(huì)導(dǎo)致定位的準(zhǔn)確性受到影響；步進(jìn)電機(jī)在高速下工作可能會(huì)有約束，使其難以實(shí)現(xiàn)非常高的轉(zhuǎn)速；就尺寸和重量而言，它沒有任何優(yōu)越性；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在高速運(yùn)行或負(fù)載增大的場(chǎng)合中工作時(shí)，它很可能產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪音。從上述的分析可以看出，盡管步進(jìn)電機(jī)有許多優(yōu)勢(shì)，但其特點(diǎn)并不適用于本次裝置的設(shè)計(jì)需要。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中只需要能夠很好地控制轉(zhuǎn)速即可。減速電機(jī)的減速箱可以很好地實(shí)現(xiàn)減速增矩，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，也可以實(shí)現(xiàn)無極變速并且控制筒單。故本次設(shè)計(jì)選擇DC減速電機(jī)。水面垃圾清理所面對(duì)的常見垃圾類型一般為小型固體垃圾。絮狀物飄浮垃圾（垃圾混合物）等，這些垃圾有體積小，分散的特點(diǎn)，比如塑料瓶、泡沫，塑料袋等。這些垃圾的單體重量大約在50g到100g之間，絮狀物垃圾的密度更高，重量更大，常見絮狀物垃圾經(jīng)過查詢資料得知，在濾水后其密度一般0.4到0.6t/m3，在這里取密度為0.5t/m3。假設(shè)在收集時(shí)絮狀物垃圾可以鋪滿整個(gè)傳送帶，根據(jù)以下公式可以計(jì)算出傳送帶最大的垃圾清理質(zhì)量應(yīng)為:M=p?s?h式中：——質(zhì)量,單位是千克(kg)；P——絮狀物垃圾濾水后其密度，一般0.4到0.6t/m3，本次取0.5；s——傳送帶承載垃圾面積,單位為平方米(m2)；0.14；h——垃圾厚度，一般為0.08-0.12m，本次取0.12；經(jīng)計(jì)算的得出：M=8.4kg，最大垃圾負(fù)載為8.4千克。電機(jī)所需扭矩：LK=fK式中：——扭矩；fK——垃圾重力，82.32NL——同步輪的半徑，0.0195m；計(jì)算得所需電機(jī)扭矩至少為:=1.60525Nm；因此選擇一款GW31ZY-12GN直流減速電機(jī)，扭矩是2Nm，能夠滿足本次設(shè)計(jì)要求。4.2推進(jìn)器的計(jì)算和選型裝置運(yùn)動(dòng)阻力主要偶摩擦阻力和粘滯阻力，總阻力為:Rt=Rf=SRpv=SρCf=摩擦阻力系數(shù)∶Rf——摩擦阻力(N)Cpv——粘滯阻力系數(shù)Cf——摩擦阻力系數(shù)p——水密度；v——裝置航速；Led——船體水線長，取0.56mγ——水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；S——裝置濕面積；計(jì)算得：Rt=12.5N，圖15R6493-12GU直流減速電機(jī)4.3動(dòng)力源的計(jì)算和選型在水面上進(jìn)行作業(yè)是本裝置的主要工作環(huán)境，主要工作是對(duì)水的表層垃圾進(jìn)行清理，在選擇電源時(shí)，不能對(duì)環(huán)境造成二次污染。目前，市面上的許多小型的水面垃圾清理裝置多為燃油型設(shè)備，其工作過程中產(chǎn)生的廢氣、噪聲會(huì)對(duì)環(huán)境造成進(jìn)一步的污染，影響人們的健康生活，因此本次設(shè)計(jì)要選用清潔能源來完成裝置的作業(yè)工作。常見的清潔能源包括以下三種類型：（1）太陽能電池板電源太陽能電板是通過吸收太陽光，將太陽輻射能通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置REF_Ref7699\r\h[16]，大部分太陽能電池板的主要材料為“硅”，綠色環(huán)保，有利于對(duì)環(huán)境的保護(hù)，但太陽能電池板的生產(chǎn)成本相比于其他電源來說相對(duì)較高。（2）動(dòng)力儲(chǔ)能電池電源動(dòng)力儲(chǔ)能電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置REF_Ref7755\r\h[17]REF_Ref19521\r\h。在充電時(shí)，外部電源提供的電能通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部；而在放電時(shí)，這些儲(chǔ)存的化學(xué)能則再次通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能輸出，以供設(shè)備使用。整個(gè)過程中，正負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜等組件協(xié)同工作，確保電能的高效轉(zhuǎn)換與穩(wěn)定輸出。但隨著我國近些年來對(duì)新能源技術(shù)的不斷大力發(fā)展，鋰電池憑借著其出色的儲(chǔ)能能力和便捷的充電方式，逐漸被當(dāng)做新能源電池的首選。常用的鋰電池具有同容量下質(zhì)量相對(duì)較輕、使用壽命相對(duì)較長、能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電且具有低自放電率等顯著優(yōu)勢(shì)。近些年，我國工業(yè)化的規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)技術(shù)水平也日益穩(wěn)固，鋰電池的制造成本在不斷降低。因此，現(xiàn)在許多以前使用鉛酸電池作為動(dòng)力源的裝置，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被用鋰電池所替代。（3）交流電源通過電線直接將家用220V電壓或者工業(yè)用380V電壓傳輸?shù)焦ぷ麟姍C(jī)，為電機(jī)提供能量，使電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而完成工作目標(biāo)。在所列舉的以上能源中，通過綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，太陽能電池板確實(shí)是非常環(huán)保的一種清潔能源。然而，它也伴隨著高昂的生產(chǎn)制造成本、較低的光電轉(zhuǎn)換效率以及在戶外工作時(shí)天氣的不穩(wěn)定性等問題。交流電源要依靠電纜線來進(jìn)行能源傳輸，而在室外水域進(jìn)行作業(yè)，使用電纜帶來的不便是非常顯著的。在動(dòng)力蓄電池領(lǐng)域，鉛酸電池有較大的重量、長時(shí)間的充電需求以及較大的體積等不利方面。鋰電池作為新的能源形式，在相同的容量下，具有更輕便的重量、更小巧的大小、更短的充電時(shí)長以及不具備記憶功能的優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)進(jìn)行充電放電。此外，這種新型能源鋰電池受到了國家的高度重視。近年來，我國鋰電產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，并在技術(shù)層面不斷突破各種問題，使得鋰電池的穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。目前市場(chǎng)上以三元鋰電池為主流，所以本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力源選擇三元鋰電池。整個(gè)機(jī)器總功率：W=式中：——機(jī)器總負(fù)載功率;——驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率;——水流推進(jìn)器功率;——控制系統(tǒng)其他電氣元件總功率;計(jì)算得機(jī)器總負(fù)載功率為31.8W。根據(jù)本次設(shè)計(jì)所選用電機(jī)的功率之和，故本次設(shè)計(jì)選擇24V150ah防水三元鋰電池作為本裝置的電源，該電池的容量為G=960Wh，且具有定位功能，可以準(zhǔn)確地記錄清理船行走軌跡。機(jī)器最大運(yùn)行時(shí)間：t=計(jì)算得機(jī)器最大運(yùn)行時(shí)間為30h，考慮到鋰電池會(huì)因?yàn)檫^度放電而導(dǎo)致?lián)p壞，所以在一般使用時(shí)，鋰電池的電量最低應(yīng)該保持到20%~30%之間，我們選擇剩余30%的電量，可以直接對(duì)使用時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，那么實(shí)際使用時(shí)間約為t=30h×0.7=21h，小型水面垃圾清理裝置在只依靠電池提供動(dòng)力時(shí)可連續(xù)工作時(shí)間的21小時(shí)。4.4收集機(jī)構(gòu)的有限元分析如上文所述，收集機(jī)構(gòu)采用了獨(dú)特的懸臂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要通過收集支撐桿承受整個(gè)旋轉(zhuǎn)收集架和軸承支座的重量，具體結(jié)構(gòu)如圖16所示。我們對(duì)收集支撐桿進(jìn)行了嚴(yán)格的有限元仿真校核，首先是檢驗(yàn)收集支撐桿能否承受住整個(gè)重量；研究了支撐桿的變形情況，通過模擬計(jì)算，我們分析了支撐桿在工作過程中可能產(chǎn)生的變形量，并評(píng)估了這種變形是否會(huì)對(duì)收集機(jī)構(gòu)的正常功能造成影響。圖16收集機(jī)構(gòu)（1）有限元分析模型建立為了減少有限元分析的計(jì)算量，我們需要在確保分析結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，對(duì)前期通過SolidWorks構(gòu)建的收集支撐桿的三維模型進(jìn)行必要的簡化。具體來說，就是需要識(shí)別并移除那些對(duì)分析結(jié)果幾乎無影響的細(xì)節(jié)部件，如螺栓、電機(jī)和螺紋孔等。從上圖結(jié)構(gòu)可以看出，收集機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，故在建立有限元模型時(shí)，我們可以只考慮一側(cè)的收集支撐桿，而無需對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模。這種處理方式進(jìn)一步減少了計(jì)算量，也能夠有效的降低分析的難度。將簡化后的收集支撐桿的三維模型導(dǎo)入到ABAQUS中。根據(jù)收集機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，為每個(gè)零部件設(shè)置相應(yīng)的材料屬性。其中，旋轉(zhuǎn)收集架采用GB7075-T6，收集支撐桿采用不銹鋼304。材料屬性如表1所示。表1材料屬性材料名稱密度/(kg.m-3)彈性模量/(MPa)屈服強(qiáng)度(MPa)拉伸強(qiáng)度/(MPa)泊松比GB7075T62810710004555240.33不銹鋼30479301940202055200.3有限元分析中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是劃分網(wǎng)格，它是后期分析計(jì)算的一個(gè)重要的基礎(chǔ)，網(wǎng)格劃分的疏密將直接影響著有限元的求解的時(shí)間和分析的準(zhǔn)確性。將簡化后的收集支撐桿的模型導(dǎo)入ABAQUS中并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到的有限元模型。（2）邊界和載荷收集支撐桿與小徑一端進(jìn)行固定約束，中間支撐塊以緩解支撐桿受力集中的情況，在另一端施加一個(gè)集中力；將收集旋轉(zhuǎn)架和軸承支座在Solidworks中賦予材料屬性進(jìn)行測(cè)量可以得到整體重力為200N，為收集支撐桿所受到的載荷。本模型為一個(gè)零部件不涉及接觸屬性。（3）分析計(jì)算結(jié)果在結(jié)構(gòu)施加載荷和約束之后，通過ABAQUS的通用分析模塊ABAQUS/Standard進(jìn)行計(jì)算求解得到圖17所示收集支撐桿在上述工況的應(yīng)力云圖和圖18所示的變形云圖。圖17應(yīng)力云圖圖18變形云圖由圖17應(yīng)力云圖可以看出最大應(yīng)力為97.50MPa，發(fā)生在支撐架的端部，因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)所采用的的材料為不銹鋼304，經(jīng)查閱資料可知材料的屈服強(qiáng)度為205MPa。本次設(shè)計(jì)取安全系數(shù)為2，計(jì)算得材料的許用應(yīng)力為102.50MPa，通過比較可知最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，故該機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。由圖18位移變形圖可得，最大位移變形為1.090mm，位于收集支撐桿的最遠(yuǎn)端，滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)論本文以高效地完成對(duì)小水域水面固體垃圾清理為研究目的，專門設(shè)計(jì)了一款針對(duì)于小型水域的垃圾清理設(shè)備。該設(shè)備主要由船體、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、清理收集機(jī)構(gòu)等主要部分組成。本設(shè)計(jì)操作簡單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工作可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水面固體垃圾的準(zhǔn)確清理，也進(jìn)一步提高了對(duì)水面垃圾清理的效率，操作人員的安全也得到了有效保證。面對(duì)小型水域的特點(diǎn)，我們必須深度研究其水深淺、面積有限以及垃圾分散和形狀不固定等多種影響因素?？紤]到這一點(diǎn)，本文從市場(chǎng)上現(xiàn)有的水面垃圾清除裝置中吸取了大量的有益經(jīng)驗(yàn)，并深入探討了在實(shí)際操作過程中設(shè)備可能出現(xiàn)的各種問題?；谶@些深入的分析，本文明確了小型水域清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并努力在確保高效率清潔的前提下，去適應(yīng)各種復(fù)雜的水域條件。在設(shè)計(jì)過程中，本文采用了從點(diǎn)到面、從局部到整體的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)方法。首要任務(wù)是對(duì)船體的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了細(xì)致的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以確保船體能在淺水區(qū)域內(nèi)穩(wěn)固地航行，同時(shí)也能靈活適應(yīng)其他復(fù)雜的水域環(huán)境。然后，對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的設(shè)計(jì)，確保其除了提供充足的驅(qū)動(dòng)力，也能降低能量使用并增強(qiáng)工作效率。清理收集機(jī)構(gòu)是該系統(tǒng)的核心組成部分，在本研究中，我們投入了大量的心血和關(guān)注來完成其設(shè)計(jì)工作。經(jīng)過周密的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，我們成功地設(shè)計(jì)出了一個(gè)能有效收集散亂垃圾并且不會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來第二次污染的綜合收集裝置。另外，本文還特別對(duì)動(dòng)力源進(jìn)行了研究，經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)上眾多類型電機(jī)的比較，最終篩選出了既滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)又高效實(shí)用的動(dòng)力源。為了確保水面清理裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，本文特別對(duì)清理收集機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元法分析。采用這一方法，我們有能力能夠準(zhǔn)確地了解這些部件在承受各種力作用下的變形和應(yīng)力分布情況，進(jìn)而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的結(jié)構(gòu)性問題。最終，成功設(shè)計(jì)出了一個(gè)適應(yīng)小型水域，運(yùn)行效率高并可靠水面垃圾清理設(shè)備。這一設(shè)計(jì)不僅為水域環(huán)境的保護(hù)提供了有力支持，也為未來水面清理技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5.1創(chuàng)新點(diǎn)（1）增強(qiáng)了工作效率，聚集機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)使裝置的收集效率大大提高，活動(dòng)式的存儲(chǔ)箱的設(shè)計(jì)，方便人工拆卸。（2）提高了設(shè)