張明航 薛蕊 曾實(shí)現(xiàn) 劉紀(jì)新 呂家琪 和雷濤

摘 要：在機(jī)械加工制造過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的鐵屑物，鐵屑物的處理是車間5s管理中的重要工作，直接影響車間管理水平。鐵屑按其形狀可分為顆粒狀、卷曲狀和細(xì)粉狀，顆粒狀、卷曲狀鐵屑收集起來相對(duì)容易，而對(duì)于細(xì)粉狀鐵屑收集過程則相對(duì)繁瑣。該鐵屑收集車采用編程控制能夠自主識(shí)別規(guī)劃運(yùn)行路線，脫離人工操作，回收裝置能夠有效收集散落在機(jī)械加工車間內(nèi)的細(xì)小鐵屑，制作簡(jiǎn)單，成本低，在節(jié)能減排方面更具有優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鐵屑;收集;自動(dòng)控制

1 緒論

我國(guó)是資源貧乏的國(guó)家，運(yùn)用該裝置對(duì)工廠內(nèi)的大量鐵屑進(jìn)行快速收集，減少資源浪費(fèi)[1]。對(duì)鐵砂的收集和利用，可以在一定程度上緩解鐵礦石的對(duì)外依賴程度[2]。本產(chǎn)品能做到勞動(dòng)生產(chǎn)率比手工作業(yè)高10倍以上，在一個(gè)工作日中可以取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益[3]。該裝置可以適用于大部分機(jī)加工工廠，適應(yīng)性好，成本低廉，易于維護(hù)，在未來可以全方面取代人工對(duì)廢鐵屑進(jìn)行收集回收。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 整體方案確定

本設(shè)計(jì)采用STM32RBT6單片機(jī)作為控制核心，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。通過控制底盤驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來控制小車的運(yùn)行軌跡，避障傳感器用來避開障礙物，鐵屑收集裝置用來收集地面上散落的鐵屑。

2.2 鐵屑收集方式選擇

采用永磁鐵。永磁鐵它的磁鐵極性是永遠(yuǎn)都不會(huì)發(fā)生任何的改變，所以永磁鐵它不容易失去磁性，也不容易被磁化。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證裝置工作時(shí)，永磁鐵能夠滿足裝置的要求。而且節(jié)約電量。

2.3 鐵屑吸附收集裝置

通過對(duì)收集物鐵屑進(jìn)行分析，鐵屑顆粒小，是一種灰色至灰黑色無定形細(xì)?；蚍勰┑墓I(yè)原料或加工廢料?？紤]到磁鐵可以對(duì)鐵屑進(jìn)行吸附且不會(huì)跟其他垃圾混合，設(shè)計(jì)出這種鐵屑收集裝置，通過三根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳送帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在傳送帶內(nèi)部加上磁鐵，小車在行進(jìn)過程中，地面上的鐵屑被吸附在傳送帶上，隨傳送帶的運(yùn)動(dòng)方向開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)右側(cè)斜坡失去磁力吸附，掉入集砂槽，從而完成對(duì)鐵屑的收集?？紤]到光滑傳送帶易造成鐵屑自身重力和磁力達(dá)到平衡而使鐵屑在斜坡上掉不下去，在傳送帶上加上如圖所示擋板，打破該平衡，成功使鐵屑進(jìn)入集砂槽。

2.4 清掃收集裝置設(shè)計(jì)

對(duì)鐵屑的清掃收集采用兩個(gè)側(cè)輪相對(duì)向轉(zhuǎn)動(dòng)，讓鐵屑向收集裝置中心靠攏，用一個(gè)滾動(dòng)清掃輪將側(cè)輪收集的鐵屑清掃到傳送帶上，然后進(jìn)行吸附收集。

2.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)

由電機(jī)通過齒輪齒合帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另外兩根為從動(dòng)軸，三根軸呈三角形放置[2]。主動(dòng)軸做為傳送帶運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力，兩根從動(dòng)軸尺寸一樣。

2.6 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

考慮到小車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，障礙物多，用兩輪差速來帶動(dòng)萬向輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車運(yùn)行更加靈活，設(shè)計(jì)出小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

2.7 底盤的設(shè)計(jì)

小車底盤需要承載鐵屑清掃裝置、收集裝置和控制裝置等部件，設(shè)計(jì)一定得滿足使用要求，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出小車底盤。

2.8 驅(qū)動(dòng)芯片的選型

小車上運(yùn)用的是小型直流電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)芯片選用的是L298N。L298N是一種雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其中每個(gè)H橋可以提供2A的電流，功率部分的供電電壓范圍是2.5-48v，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。一般情況下，功率部分的電壓應(yīng)大于6V否則芯片可能不能正常工作。

2.9 控制部分總體設(shè)計(jì)

根據(jù)小車運(yùn)行要求和功能需要，設(shè)計(jì)本電路控制部分。TM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M內(nèi)核，主頻高，功耗低，資源豐富，穩(wěn)定性好，功能強(qiáng)大。電源芯片：LM2596和LM1117-3.3LM2596是5V開關(guān)型穩(wěn)壓電源芯片，輸出電流可達(dá)3A。LM1117-3.3，用于5V轉(zhuǎn)3.3V。完成制作后，作品實(shí)物外形照片見圖四。

4 結(jié)論

該裝置可以適用于大部分機(jī)加工工廠，適應(yīng)性好，成本低廉，易于維護(hù)，在未來可以全方面取代人工對(duì)廢鐵屑進(jìn)行收集回收。我們?cè)O(shè)計(jì)的鐵屑收集車采用編程控制能夠自主識(shí)別規(guī)劃運(yùn)行路線，脫離人工操作，回收裝置能夠有效收集散落在機(jī)械加工車間內(nèi)的細(xì)小鐵屑，制作簡(jiǎn)單，成本低廉。該裝置利用永磁材料節(jié)能、環(huán)保、安全、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)將磁吸附技術(shù)應(yīng)用于磁力鐵屑收集裝置中，有效的解決了地面鐵屑統(tǒng)一收集的問題。清掃裝置采用三輪聯(lián)動(dòng)，使得收集效率更高。采用兩輪差速控制方向，兩輪差速帶動(dòng)萬向輪轉(zhuǎn)向，有很高的響應(yīng)速度，使車有更高的工作效率。將原有的工廠鐵屑收集器與原始的鐵屑分離方法合二為一，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用的功能。避免制造業(yè)中產(chǎn)生的鐵屑的資源浪費(fèi)、降低成本、減少鐵屑對(duì)人身的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]金鑫，高偉江，王云鵬，朱永奇.智能控制小車的設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（09）：64-65.

[2]陳相宇，陳志偉，姜新波.可折疊傳送帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2018，46（03）：15-17+20.

[3]呂中蘭，梁寶忠.工廠的鐵屑處理[J].汽車工藝與材料，2007（10）：33-34.

作者簡(jiǎn)介：

張明航（1997.11—），男，漢族，山東青島人，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)

薛蕊（1981.06-），女，漢族，山東濟(jì)寧人，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)榭刂乒こ?/p>