关键词：静电发生器；静电消除器；荷电喷雾；履带式

1  引言

如今城市生活的垃圾日益增多，生活垃圾污染问题已成为城市环境污染的重大问题^[1]。传统的垃圾回收车能够有效地减小生活垃圾对城市的影响，但其普遍具有耗能大、功能单一、异味严重等缺点。本系统在工作时能够有效地回收城市道路垃圾、处理城市灰尘、减轻垃圾车异味。垃圾回收车包括两个模块，分别是垃圾收集模块和灰尘收集处理模块：垃圾收集模块中的垃圾集中装置由两个逆向转动的毛刷、履带式垃圾传送装置、垃圾收集箱组成；灰尘收集处理模块用于吸附灰尘，集中清理灰尘，其主要包括静电吸附装置、履带式灰尘运输装置、离子风机和荷电喷雾装置。本作品适用于城市道路的灰尘垃圾收集处理，与现有的城市垃圾车相比，可实现对不同大小的垃圾和细小的灰尘进行收集处理的目的；此外本作品具有机构简单，占用空间小，除尘效率高等特点。

2   设计方案

本文阐述垃圾回收系统和灰尘收集处理系统两部分的组成与工作原理。

2.1  垃圾回收模块

其中垃圾回收模块由三部分组成，如图1所示为该模块技术路线图。

图1  垃圾收集模块技术路线图

（1） 转盘式垃圾集中装置：装置由两个逆向转动的转盘毛刷组成，在毛刷的转动作用下，垃圾集中在垃圾传送装置的前端；

（2） 履带式垃圾传送装置：在履带上装有工业毛刷，在毛刷的带动以及挡板的约束下，将垃圾运输至垃圾回收箱中；

（3） 除异味垃圾回收箱：垃圾回收箱的外部装配有竹炭纤维，竹炭纤维具有超强的吸附能力，能够去除异味。

2.2  灰尘收集模块

灰尘收集处理由静电发生器灰尘吸附装置、履带式灰尘转移装置、离子风机灰尘脱落装置、荷电喷雾结块处理装置四部分组成，如图2所示为系统技术路线图。

图2  灰尘收集处理模块技术路线图

（1）静电发生器灰尘吸附装置：连接在静电发生器上的静电棒让PE板携带静电，根据静电吸附原理来吸附灰尘；

（2）履带式灰尘转移装置：在履带上装有PE板，在履带转动的过程中实现灰尘的转移；

（3）离子风机灰尘脱落装置：离子风机吹出正负离子中和PE板上的静电，灰尘在风力的作用下进入到灰尘回收箱中；

（4）荷电喷雾结块处理装置：灰尘回收箱的上端装有荷电喷雾喷头，灰尘进入回收箱后与水雾结合，从而结块进行收集。

3    数据分析及仿真分析

3.1  机构尺寸数据研究及仿真

由于皮带毛刷及压辊的尺寸直接影响到本作品的垃圾回收效率，因此，项目组对其所需的尺寸进行了研究和实验，经过综合分析，我们确定了各零件技术参数如表1和表2所示。
       

图3  压辊的ANSYS静力学分析应变云图

图4 传动轴的ANSYS静力学分析应变云图

3.2    静电材料数据研究

灰尘的吸附率与材料所带电荷的多少密切相关，显然材料的绝缘性能越好，电荷的损耗率越小。为了保证材料能够较好地带上静电且不漏电，项目组查阅了《电工手册》（第四版），了解了各种材料的电阻率并做了多组对比试验，参考下列的电阻率表格，我们根据经济性和可行性选择了其中的几种材料作为实验对象^[4]。

经过实验效果的综合分析，再结合该机器的机构要求后，我们最终选择了以PE（聚乙烯）板作为静电材料^[5]。

4    电气控制部分

4.1    整机工作流程

电气控制部分由静电发生器、离子风机、直流电机和蓄电池等组成，其电气控制系统示意图如图5所示。

图5  电控系统示意图

蓄电池为垃圾清扫模块、灰尘收集模块和行走模块供电，手动打开开关后，三个模块开始工作。在行走过程中，垃圾清扫模块通过电机带动的毛刷将垃圾扫入垃圾收集箱；灰尘收集模块工作时，首先静电发生器使PE板带静电，然后吸附地面灰尘，然后离子风机可产生大量的带有正负电荷的气流，可中和PE板上的静电，并将其上的灰尘吹入灰尘收集箱。在各模块工作过程中，时时将清扫结果反馈给各模块，各模块通过改变静电产生量或速度等方式，做出适当调整以达到最好的清扫效果。

4.2    静电发生器工作原理

图6  静电发生器电控系统

如图6所示，该静电发生器由电源、震荡、功率放大、高压升压与倍压整流、恒流自动控制等部分组成。电网220V电源加入变压器输入端，次级两个绕组提供+12V直流稳压电源和+1.25V~+27V直流稳压电源。+12V直流电源作为振荡电路的工作电压，产生15kHz左右的脉冲方波信号。+1.25V~+27V直流稳压电源是功率转换的主要能源，高压静电是通过脉冲高压经倍压整流而获得，基脉冲信号由振荡电路产生，经功率放大电路放大后，在高频脉冲变压器的升压下，最终输出12kV左右的高压信号，经倍压整流使输出电压可达35kV。恒流自动控制取样高压回路的静电工作电流，在恒流时，其负载加大不会引起工作电流的上升^[6]。

4.3    离子风机工作原理

图7  离子风机电控系统

如图7所示，离子风机采用市电输入，220V交流电压经过整流滤波后变成直流电，再将该直流电输送到逆变电路中，将其逆变成高频的交流电，最后通过高压整流电路将高压交流电转换为符合要求的高压直流输出。由于主电路采用的电力电子元器件具有可控性，因此可以加入反馈环节对输出进行采样取值，将采样结果送入控制环节，根据控制策略调节整流电路和逆变电路中电力电子元器件的信号，从而控制整个高压电源的工作状态。

5    结束语

本项目通过对原有处理设备工作原理的研究，结合有关文献资料，提出了本项目作品的基本原理，包括空气倍增原理、旋风收集原理、超声波雾化原理等。通过资料的查询及分析，使用这些原理知识基本可以达到我们的预期目的且在实际运用中具有其可行性。本作品适用于城市道路的灰尘垃圾收集处理，与现有的城市垃圾车相比，可实现对不同大小的垃圾和细小的灰尘进行收集处理的目的；此外本作品具有机构简单，占用空间小，除尘效率高等特点。