尹貽光 張森 靳雪銀

【摘 要】多功能鐵屑清理一體機(jī)是一款集鐵屑收集、垃圾清掃以及地面拖洗等功能集于一體的鐵屑回收機(jī)。鐵屑清理機(jī)運(yùn)用永磁滾子所產(chǎn)生的磁場力并搭配有效的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)對鐵屑進(jìn)行回收，自動(dòng)化程度高，工作人員可以通過遙控實(shí)現(xiàn)機(jī)器的整體運(yùn)作，在8路繼電器模塊和電流調(diào)速器的搭配工作下完成相應(yīng)的工作。針對多功能鐵屑清理一體機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制要求，采用了STM32單片機(jī)進(jìn)行控制，確立了整機(jī)具體控制方案，實(shí)現(xiàn)了一體機(jī)各個(gè)工作環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)控制。

【關(guān)鍵詞】鐵屑收集;地面清理;磁場力;再利用

中圖分類號： TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）02-0025-002

0 引言

目前國家為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，提倡資源回收利用。如何有效回收處理這些廢鐵屑成為目前的一大難題。當(dāng)前鐵屑回收后可多方面利用，但現(xiàn)實(shí)車間中存在很多廢鐵屑人工難以實(shí)現(xiàn)回收，車間衛(wèi)生難以清理的問題。

多功能鐵屑清理一體機(jī)可有效提高廢鐵屑的回收率以及回收純度，避免了鐵資源的浪費(fèi)。文中闡述了多功能鐵屑清理一體機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案，包括鐵屑收集結(jié)構(gòu)、清掃拖洗結(jié)構(gòu)，并以STM32單片機(jī)為主控芯片，最終可高效地完成鐵屑回收工作以及地面清潔工作，大大解放人力，并促進(jìn)鐵屑循環(huán)再利用。

1 整體機(jī)械設(shè)計(jì)方案的確立

1.1 收集裝置的設(shè)計(jì)

收集裝置作為一體機(jī)的核心組成部分，主要部件有支架、永磁滾子、從動(dòng)輪、輸送帶、集屑刷、電機(jī)和調(diào)速裝置。如圖1所示。

1.集屑刷，2.電機(jī)，3.永磁滾子，4.輸送帶，5.從動(dòng)滾子，6.支架

1.1.1 輸送皮帶的設(shè)計(jì)

輸送帶在整個(gè)收集裝置中起著關(guān)鍵的作用。輸送帶被張緊，使得永磁滾子能夠?qū)?dòng)力傳遞到從動(dòng)滾子上，然后將鐵屑運(yùn)送到切屑收集槽。根據(jù)傳送物質(zhì)及傳動(dòng)特點(diǎn)，選擇PVC材質(zhì)的皮帶作為輸送帶，PVC輸送帶帶體彈性好，不易變形。其帶芯由高強(qiáng)力優(yōu)質(zhì)全棉、尼龍、聚酯帆布制成，同時(shí)用純天然橡膠無污染配合劑制成白色或淺色的輸送帶[1]。

結(jié)合鐵屑收集的實(shí)際場合，設(shè)計(jì)最大收集鐵屑長度最大為300mm，高度為10mm，寬度為70mm。因此傳送帶尺寸為：總長度為1200mm，隔斷間隔距離100mm，隔斷高度5mm。如圖2所示。

1.1.2 永磁滾子設(shè)計(jì)方案

利用永磁鐵制作永磁滾子。永磁鐵，即永久性磁鐵，主要分為兩大類： 一是天然磁石，二是人工所制造的，其中磁性最強(qiáng)的是釹鐵硼磁鐵。永磁鐵是具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。最突出的優(yōu)點(diǎn)就是：磁性力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，性價(jià)比高，用途廣泛，缺點(diǎn)是易碎[2]。

永磁鐵容易將鐵制滾筒磁化，造成滾筒側(cè)面和軸在工作時(shí)吸附鐵屑，為了避免被磁鐵磁化，選擇滾筒材料時(shí)，選擇鋁材或者合金鋁材。

1.2 清理機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.2.1 地面清掃機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

地面清掃機(jī)構(gòu)主要由掃地滾刷、傳動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)和垃圾（或雜物）收納盒等主要四部分構(gòu)成。工作時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將掃地滾刷帶至恰當(dāng)?shù)墓ぷ魑恢?，傳送電機(jī)帶動(dòng)掃地滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對地面垃圾的清掃。

1.2.2 地面拖洗結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

地面拖洗結(jié)構(gòu)主要由水泵、儲(chǔ)水桶、清洗拖把構(gòu)成。工作時(shí)，水泵運(yùn)行將儲(chǔ)水桶的水吸入導(dǎo)管中，后經(jīng)噴頭灑出，將地面潤濕，清洗拖把隨車前進(jìn)，將地面拖洗干凈，完成拖洗工作。

1.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

行走機(jī)構(gòu)主要由24v減速電機(jī)（額定功率10w，額定轉(zhuǎn)速100n/min）、鏈輪、鏈條、萬向輪等部分組成，電機(jī)固定在整體框架上，通過鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)輪。利用差速轉(zhuǎn)向原理，萬向輪配合后輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，增大了靈活性，保證機(jī)器可多角度工作[3]。

1.集屑刷，2.永磁滾子，3輸送帶.，4.從動(dòng)滾子，5.集屑槽，6.水泵，7.水箱，8.塵推，9.驅(qū)動(dòng)輪，10.驅(qū)動(dòng)電機(jī)，11.收納盒，12.掃地滾刷，13.萬向輪

2 整機(jī)控制方案設(shè)計(jì)

2.1 控制核心的選擇

采用意法半導(dǎo)體集團(tuán)公司的STM32單片機(jī)作為主控制芯片[5]。以STM32單片機(jī)為控制核心，通過矩陣鍵盤、繼電器等設(shè)計(jì)了多功能鐵屑清理一體機(jī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鐵屑回收、地面清掃、地面拖洗等主要功能。

2.2 控制系統(tǒng)操作方法

控制系統(tǒng)通過對繼電器模塊的控制，進(jìn)而控制整個(gè)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)。打開機(jī)器電路的總開關(guān)后，通過按動(dòng)遙控器上的1、2、3、4、5、6號鍵分別實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、清掃、回收。電流調(diào)速器控制著掃地輥刷的轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)對不同質(zhì)量垃圾的清掃。

3 整機(jī)平衡分析與調(diào)試

3.1 平衡分析

鐵屑回收機(jī)的功率平衡和牽引平衡主要依靠利用和分配作業(yè)過程中的電動(dòng)機(jī)功率以及牽引力。當(dāng)收集裝置靠近水平地面時(shí)進(jìn)行工作或者拖洗裝置中塵推降至地面進(jìn)行工作時(shí)，則為牽引工況;當(dāng)收集裝置和拖洗裝置不工作而僅僅行進(jìn)時(shí)，則為行駛工況。牽引工況要比行駛工況速度低，在牽引工況中，一部分牽引力克服塵推所收的摩擦力[4]。

裝置阻力，另外一部分克服車輛行駛阻力。牽引力與一切阻力之和相平衡：

3.2 整機(jī)調(diào)試

當(dāng)使用人員使用該系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)所想要使用的功能觸動(dòng)按鍵，按鍵形成的信號傳給單片機(jī)，判斷哪個(gè)按鍵被按下，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。如果進(jìn)行鐵屑的回收，根據(jù)被按下的按鍵復(fù)位和置位相應(yīng)的電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)的機(jī)械裝置進(jìn)行工作，使永磁滾子將轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)輸送皮帶運(yùn)動(dòng)，皮帶隔離擋板將鐵屑推至高處，鐵屑在其重力作用下落入切屑收集槽中，完成鐵屑回收;如果是開啟地面清掃裝置，由舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將掃地滾刷帶至工作位置，并且電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)掃地滾刷轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)地面清掃功能;如果開啟的是地面拖洗裝置，水泵通電工作，對地面進(jìn)行灑水潤濕，通過傳動(dòng)裝置將地面拖洗裝置緩緩的放下，拖洗裝置隨鐵屑回收清理車的前行，實(shí)現(xiàn)地面拖洗的功能。

4 結(jié)語

本文所闡述的多功能鐵屑清理一體機(jī)的設(shè)計(jì)方案中，鐵屑收集結(jié)構(gòu)、清掃結(jié)構(gòu)、拖洗結(jié)構(gòu)三個(gè)主要結(jié)構(gòu)在工作時(shí)均能穩(wěn)定運(yùn)行，在STM32單片機(jī)控制條件下，三個(gè)主要結(jié)構(gòu)（鐵屑收集結(jié)構(gòu)、清掃結(jié)構(gòu)、拖洗結(jié)構(gòu)）能夠相互配合，協(xié)同運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)良好的同步。此設(shè)計(jì)方案中的多功能鐵屑回收一體機(jī)回收效率高，地面清潔度好，具有良好的實(shí)用性，可產(chǎn)生較好的社會(huì)效益。綜上所述，此設(shè)計(jì)方案具備良好的實(shí)用性和可行性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王興濤.鐵屑收集器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化[D].山東大學(xué)，2015.

[2]田錄林，賈峰，楊國清，田巧，李知航，李輝.永磁鐵磁貼合體的磁場及磁力川.電工技術(shù).

[3]賀銀成.淺析汽車驅(qū)動(dòng)形式的類別及利弊[J].江西公路科技.2014（4）：106-108.

[4]周希章，周全常用電動(dòng)機(jī)的選擇和應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版2007：56-76.

[5]俞文武，程恒文，金天寶，王艷.基于STM32的智能跟蹤小車的設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（08）：294.