多功能铁屑清理一体机设计

尹贻光 张森 靳雪银

【摘 要】多功能铁屑清理一体机是一款集铁屑收集、垃圾清扫以及地面拖洗等功能集于一体的铁屑回收机。铁屑清理机运用永磁滚子所产生的磁场力并搭配有效的传动结构对铁屑进行回收，自动化程度高，工作人员可以通过遥控实现机器的整体运作，在8路继电器模块和电流调速器的搭配工作下完成相应的工作。针对多功能铁屑清理一体机传动系统的控制要求，采用了STM32单片机进行控制，确立了整机具体控制方案，实现了一体机各个工作环节的精准控制。

【关键词】铁屑收集;地面清理;磁场力;再利用

中图分类号： TH122 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0025-002

0 引言

目前国家为实现可持续发展，提倡资源回收利用。如何有效回收处理这些废铁屑成为目前的一大难题。当前铁屑回收后可多方面利用，但现实车间中存在很多废铁屑人工难以实现回收，车间卫生难以清理的问题。

多功能铁屑清理一体机可有效提高废铁屑的回收率以及回收纯度，避免了铁资源的浪费。文中阐述了多功能铁屑清理一体机的整体设计方案，包括铁屑收集结构、清扫拖洗结构，并以STM32单片机为主控芯片，最终可高效地完成铁屑回收工作以及地面清洁工作，大大解放人力，并促进铁屑循环再利用。

1 整体机械设计方案的确立

1.1 收集装置的设计

收集装置作为一体机的核心组成部分，主要部件有支架、永磁滚子、从动轮、输送带、集屑刷、电机和调速装置。如图1所示。

1.集屑刷，2.电机，3.永磁滚子，4.输送带，5.从动滚子，6.支架

1.1.1 输送皮带的设计

输送带在整个收集装置中起着关键的作用。输送带被张紧，使得永磁滚子能够将动力传递到从动滚子上，然后将铁屑运送到切屑收集槽。根据传送物质及传动特点，选择PVC材质的皮带作为输送带，PVC输送带带体弹性好，不易变形。其带芯由高强力优质全棉、尼龙、聚酯帆布制成，同时用纯天然橡胶无污染配合剂制成白色或浅色的输送带[1]。

结合铁屑收集的实际场合，设计最大收集铁屑长度最大为300mm，高度为10mm，宽度为70mm。因此传送带尺寸为：总长度为1200mm，隔断间隔距离100mm，隔断高度5mm。如图2所示。

1.1.2 永磁滚子设计方案

利用永磁铁制作永磁滚子。永磁铁，即永久性磁铁，主要分为两大类： 一是天然磁石，二是人工所制造的，其中磁性最强的是钕铁硼磁铁。永磁铁是具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的材料。最突出的优点就是：磁性力强，稳定性好，性价比高，用途广泛，缺点是易碎[2]。

永磁铁容易将铁制滚筒磁化，造成滚筒侧面和轴在工作时吸附铁屑，为了避免被磁铁磁化，选择滚筒材料时，选择铝材或者合金铝材。

1.2 清理机构的设计

1.2.1 地面清扫机构的设计

地面清扫机构主要由扫地滚刷、传动电机、舵机和垃圾（或杂物）收纳盒等主要四部分构成。工作时，舵机转动将扫地滚刷带至恰当的工作位置，传送电机带动扫地滚刷转动，实现对地面垃圾的清扫。

1.2.2 地面拖洗结构的设计

地面拖洗结构主要由水泵、储水桶、清洗拖把构成。工作时，水泵运行将储水桶的水吸入导管中，后经喷头洒出，将地面润湿，清洗拖把随车前进，将地面拖洗干净，完成拖洗工作。

1.3 转向机构的设计

行走机构主要由24v减速电机（额定功率10w，额定转速100n/min）、链轮、链条、万向轮等部分组成，电机固定在整体框架上，通过链传动将动力传递到驱动轮。利用差速转向原理，万向轮配合后轮实现转向，增大了灵活性，保证机器可多角度工作[3]。

1.集屑刷，2.永磁滚子，3輸送带.，4.从动滚子，5.集屑槽，6.水泵，7.水箱，8.尘推，9.驱动轮，10.驱动电机，11.收纳盒，12.扫地滚刷，13.万向轮

2 整机控制方案设计

2.1 控制核心的选择

采用意法半导体集团公司的STM32单片机作为主控制芯片[5]。以STM32单片机为控制核心，通过矩阵键盘、继电器等设计了多功能铁屑清理一体机的控制系统，实现了铁屑回收、地面清扫、地面拖洗等主要功能。

2.2 控制系统操作方法

控制系统通过对继电器模块的控制，进而控制整个机器的运动。打开机器电路的总开关后，通过按动遥控器上的1、2、3、4、5、6号键分别实现机器的前进、后退、左转弯、右转弯、清扫、回收。电流调速器控制着扫地辊刷的转速可实现对不同质量垃圾的清扫。

3 整机平衡分析与调试

3.1 平衡分析

铁屑回收机的功率平衡和牵引平衡主要依靠利用和分配作业过程中的电动机功率以及牵引力。当收集装置靠近水平地面时进行工作或者拖洗装置中尘推降至地面进行工作时，则为牵引工况;当收集装置和拖洗装置不工作而仅仅行进时，则为行驶工况。牵引工况要比行驶工况速度低，在牵引工况中，一部分牵引力克服尘推所收的摩擦力[4]。

装置阻力，另外一部分克服车辆行驶阻力。牵引力与一切阻力之和相平衡：

3.2 整机调试

当使用人员使用该系统时，根据所想要使用的功能触动按键，按键形成的信号传给单片机，判断哪个按键被按下，进而实现相应功能。如果进行铁屑的回收，根据被按下的按键复位和置位相应的电机，电机带动相应的机械装置进行工作，使永磁滚子将转动并带动输送皮带运动，皮带隔离挡板将铁屑推至高处，铁屑在其重力作用下落入切屑收集槽中，完成铁屑回收;如果是开启地面清扫装置，由舵机转动将扫地滚刷带至工作位置，并且电机转动，带动扫地滚刷转动，实现地面清扫功能;如果开启的是地面拖洗装置，水泵通电工作，对地面进行洒水润湿，通过传动装置将地面拖洗装置缓缓的放下，拖洗装置随铁屑回收清理车的前行，实现地面拖洗的功能。

4 结语

本文所阐述的多功能铁屑清理一体机的设计方案中，铁屑收集结构、清扫结构、拖洗结构三个主要结构在工作时均能稳定运行，在STM32单片机控制条件下，三个主要结构（铁屑收集结构、清扫结构、拖洗结构）能够相互配合，协同运动，实现良好的同步。此设计方案中的多功能铁屑回收一体机回收效率高，地面清洁度好，具有良好的实用性，可产生较好的社会效益。综上所述，此设计方案具备良好的实用性和可行性。

【参考文献】

[1]王兴涛.铁屑收集器系统设计与传动系统优化[D].山东大学，2015.

[2]田录林，贾峰，杨国清，田巧，李知航，李辉.永磁铁磁贴合体的磁场及磁力川.电工技术.

[3]贺银成.浅析汽车驱动形式的类别及利弊[J].江西公路科技.2014（4）：106-108.

[4]周希章，周全常用电动机的选择和应用[M].北京：机械工业出版2007：56-76.

[5]俞文武，程恒文，金天宝，王艳.基于STM32的智能跟踪小车的设计[J].山东工业技术，2017（08）：294.