一种浮式防波堤垃圾回收系统及其控制方法与流程

本发明涉及垃圾回收系统及其控制方法，特别是涉及一种浮式防波堤垃圾回收系统及其控制方法。

背景技术：

海洋垃圾是指海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物。海洋垃圾影响海洋景观，威胁航行安全，并对海洋生态系统的健康产生影响，进而对海洋经济产生负面效应。这些海洋垃圾一部分停留在海滩上，一部分可漂浮在海面或沉入海底，如果不采取相应解决措施，海洋将无法负荷。而海洋垃圾长时间的漂浮在海洋表面上，这些垃圾的存在，即影响海洋周边的景观，并且这些漂浮的垃圾同样影响船的航运，同时对海洋的生态平衡有很大的影响。

海洋垃圾打捞装置，目前基本上都是通过打捞船或者海边垃圾打捞装置对这些海洋上漂浮的垃圾进行打捞，通过将海洋垃圾打捞上来，进而减少海洋上的垃圾，从而有助海洋生态平衡的回复。但垃圾回收船的使用耗费人力、物力，收集效率低下。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的之一是提供一种浮式防波堤垃圾回收系统，能够实现海洋垃圾的收集回收，大大降低垃圾回收成本；本发明的目的之二是提供一种浮式防波堤垃圾回收系统的控制方法。

技术方案：本发明的浮式防波堤的垃圾回收处理系统包括防波提主体和锚泊系统，还包括位于防波堤主体两侧的回收装置、位于回收装置外侧的挡板、与挡板滑动连接的扫荡装置，扫荡装置沿挡板的纵向进行滑动；防波堤主体内部设有中央处理器、发电装置、储能装置，防波堤主体顶部设有监测装置和信号收发装置；回收装置与防波堤主体固定连接，挡板与回收装置相连接并可相对于回收装置旋转，扫荡装置沿挡板的纵向进行滑动；发电装置利用水流发电，储能装置与发电装置相连，中央处理器对扫荡装置和回收装置发出控制指令。

发电装置位于防波堤内部的下方位置，发电装置包括水流发电机，水流发电机与储能装置相连，防波堤主体下部还设有位于水流发电机两侧、供水流进出的阻隔网以及沿水流方向设置的引流板。

发电装置利用水流能将动能转化为电能，并将电能储存在储能装置中，发电装置和储能装置通过传输线路为系统供电；同时设置在防波堤下部的波浪发电装置能够一定程度上削弱来流，并提供动力；信号收发装置周期性或按一定频率收发数据信息，监测装置监测海面垃圾状况以及来流波浪的大小，中央处理器根据监测装置和信号收发装置的信息控制垃圾回收系统的运行；扫荡装置在挡板上来回滑动，通过挡板的围挡和扫荡装置的驱赶，海面上的垃圾汇聚至回收装置一侧，后进入回收装置内部实现垃圾的回收。

挡板、主体部分为钢制结构，防波堤主体内部为空心结构，其中，不同的构型的钢结构反应对应的水面消波单元，浮式防波堤一般为典型防波堤构型(如单箱型)或组合型结构(如双方箱型、网箱型)，具体构型以实际工程为依据。例如本发明实施例中选用为典型的箱式浮式防波堤构型。

锚泊系统的锚链锚泊形式可细化为平行式、八字形、人字形和交叉式四种布置形式；例如，本发明实施例中采用典型的八字形锚固方式。

优选地，所述中央处理器根据信号收发装置和监测装置的数据信息控制扫荡装置的滑动和回收装置的回收处理过程，进而控制整个垃圾回收系统的运行。

优选地，所述挡板整体呈弧形，挡板上设有滤孔以及沿挡板纵向设置的滑道，扫荡装置包括扫荡本体、第一驱动装置、与滑道适配的滑轮，扫荡本体上设有滤孔，在第一驱动装置的驱动下，滑轮在滑道上转动进而带动扫荡本体在挡板上来回滑动。

优选地，所述回收装置包括回收舱、与回收舱固连的升降机构，升降机构位于回收舱外侧的下部位置，回收舱上设有垃圾入口，垃圾入口位于升降机构的正上方，挡板与回收舱相连接，可将挡板的根部与回收舱固定连接；挡板与回收舱的连接位置位于升降机构上方、垃圾入口一侧，使垃圾经挡板和扫荡装置汇聚到升降机构上方后，升降机构将垃圾升起并经由垃圾入口投入回收舱。即是通过挡板对海洋漂浮物或垃圾，并通过扫荡装置、升降机构将其送入回收舱，回收舱对垃圾或漂浮物进行后续的处理。

进一步地，所述回收舱内设有处理箱和回收箱，两者之间可设置隔板进行隔开。处理箱内从上至下依次设有上传送带组件、破碎轮组件、垂直安装于破碎轮组件下方的压缩轮组件、下传送带组件；其中，上传送带组件的上传送带设置于垃圾入口处，垃圾由垃圾入口进入回收舱，后经上传送带传送下落，并依次经过破碎轮、压缩轮，后下落至下传送带组件的下传送带上，并经下传送带传送至回收箱内。即对收集到的海洋垃圾或漂浮物，进行破碎、压缩后送至回收箱内进行存储。

进一步地，所述下传送带下方设有压缩装置，回收箱上设有回收门，回收门的位置与压缩装置的压缩方向相对，且回收系统运行时回收门处于关闭状态；当对回收箱内的垃圾进行回收时，控制压缩装置对垃圾进行压缩，后打开回收门取出经压缩处理的垃圾。

其中，所述升降机构包括底座、上滤水板、连接底座和上滤水板的剪叉式伸缩结构、第二驱动装置，第二驱动装置驱动剪叉式伸缩结构伸长和缩短，以及上滤水板的抬升和复位。在第二驱动装置的驱动下，剪叉式伸缩结构伸长，从而使得上滤水板上升，第二驱动装置驱动上滤水板抬升，从而汇聚的垃圾被送入回收舱内。

本发明还提供了一种浮式防波堤的垃圾回收系统的控制方法，发电装置利用水流实时将动能转化为电能，并将电能储存在储能装置中，发电装置和储能装置为系统供电；信号收发装置周期性收发数据信息，监测装置监测海面垃圾状况以及来流波浪的大小，中央处理器根据监测装置和信号收发装置的信息控制垃圾回收系统的运行；中央处理器控制扫荡装置和回收装置根据不同工况进行调整，中央处理器的控制方式包括通过人为操作指令控制或程序自动控制。

即中央处理器根据监测装置和信号收发装置的信息进行判断是否会对回收系统运行发生干扰；当监测到海面工况会对回收系统的运行发生干扰时，中央处理器中止回收系统的运行；当海面工况恢复正常时，中央处理器控制回收系统正常运行。如设定海面波浪大于1m或风力达到6级以上时，中央处理器应立即控制系统停止工作。具体工作情况以实际应用为准，根据信号收发装置所收集到的天气预报、海况预报情况以及监测装置所监测的波浪情况，决定系统关闭或开启；当满足工作要求时(垃圾阻隔适量且工作安全)时，系统开始工作。在垃圾回收系统的服役过程中，定期进行设备的维修保养，减少工作时段的机械设备故障。

进一步地，中央处理器根据接收的信息控制回收系统的运行频率，可以系统设定垃圾量的阈值，当监测到海面垃圾数量高于设定阈值时，则提高回收系统的垃圾回收运行频率；当监测到海面垃圾数量低于阈值时，则控制系统的回收运行频率回归正常频率。即垃圾或漂浮物数量剧增，则控制整个系统回收运输的频率提高；当回归正常情况时，按正常的周期进行垃圾回收工作。

进一步地，回收系统正常运行时，挡板处于张开状态，扫荡装置沿挡板循环往复滑动，扫荡装置初始位置位于挡板边缘处，中央处理器控制扫荡装置沿挡板进行滑动至挡板的另一端，扫荡装置将垃圾汇聚至回收装置一侧，经升降机构送入回收舱后，扫荡装置反向滑动并复位至初始位置；回收装置的升降机构将漂浮物抬升，并通过上滤水板的倾斜将其置于回收舱之内，此时处理箱内开始同步工作，将处理后的回收物传送到回收箱中。同时可根据垃圾收集情况，及时对回收箱进行进行回收，并定期进行设备的维修保养，减少工作时段的机械设备故障。

为了更好地拦截海面垃圾，两侧的挡板长度一般较长；由于海面情况复杂，当海面工况会对回收系统的运行发生干扰，如当风浪较大时可能会将搭板打断；因此，当回收系统需要中止时，中央处理器控制扫荡装置复位至初始位置后，两侧处于张开状态的挡板均向内旋转九十度至收起状态；当回收系统恢复运行时，中央处理器控制挡板从收起状态恢复至张开状态；收起状态的挡板还可以保护防波堤主体，以免内部元件如中央处理器受损。优选地，可以采用第三驱动装置和回拢轴的配合，实现挡板的收起状态和张开状态的调整，也可采用现有技术中其它驱动方式实现。当回收系统需要中止时，第三驱动装置驱动回拢轴旋转，带动挡板旋转90度，直至两侧的挡板收起；若遇到超恶劣海况，也可将整个回收系统转移位置，避免直接面对恶劣风浪；当满足正常工作要求时，回拢轴反向旋转，挡板结构恢复正常工作状态。

防波堤是一种用于保护海洋结构物的一种水工结构物，而浮式防波堤有着浮式防波堤作为一种重要海洋工程结构物，具有适应性强、水体交换能力好、建造方便、成本合理等优点；若浮式防波堤能够做到垃圾收集回收甚至后处理的作用，那便能够大大降低垃圾回收成本，对人力资源的浪费得到缓解。因此，本发明将垃圾回收系统与浮式防波堤相结合，设计出一种浮式防波堤垃圾回收系统，自动化程度高，稳定性高，可以根据实际工况和环境进行实时调整，并且将垃圾回收状态和各设备的运行情况等定期发生给数据中心，以便实际运行过程中的检修以及垃圾回收工作。本发明可布置在存在海洋垃圾污染的海域，能够高效拦截漂浮物垃圾，并且整个系统能够完成对垃圾的回收以及后处理，自动化程度高，能够很大程度上降低回收海洋垃圾的成本以及人力资源的浪费。

有益效果：

(1)与传统垃圾回收装置不同，本发明将垃圾回收系统与浮式防波堤相结合，在保护海岸或海洋工程结构物的同时，对海洋漂浮物及垃圾进行阻隔回收，实现了自动化回收过程，省去了船舶运输未处理垃圾的成本，可适用于开放水域或垃圾经过集中的区域，适用性强；

(2)在收集垃圾的同时并对垃圾有后处理功能，防止所收集垃圾对环境的二次污染；并且对所回收的垃圾进行破碎压缩处理，节省了空间，减少回收频率；很大程度上避免海洋垃圾对工程以及环境的影响，减少垃圾清理船产生经济成本以及人力资源的浪费；

(3)本发明的垃圾回收系统可根据实际工况改变运行状态，提高系统运行的安全性和稳定性；并可以根据实际待处理垃圾数量实时调整垃圾回收频率，提高了系统的适应性和处理效果。

附图说明

图1为浮式防波堤垃圾回收系统的前部整体结构示意图；

图2为浮式防波堤垃圾回收系统的后部整体结构示意图；

图3为整体结构后视图；

图4为整体结构俯视图；

图5为整体结构侧视图；

图6为防波堤主体的示意图；

图7为防波堤主体内部的结构示意图；

图8为防波堤主体上部的结构示意图；

图9为防波堤主体底部的结构示意图；

图10为回收装置的结构示意图；

图11为回收舱的内部结构示意图；

图12为升降机构升起状态下的结构示意图；

图13为挡板及扫荡装置的正面结构示意图；

图14为挡板及扫荡装置的背面结构示意图；

图15为扫荡装置的放大示意图；

图16为扫荡装置的侧剖视图；

图17为监测装置的结构示意图；

图18为本发明的控制逻辑图；

图19为本发明垃圾位置变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步地描述。

如图1～5所示，本实施例的浮式防波堤的垃圾回收处理系统包括防波提主体1和锚泊系统10，防波堤主体1采用典型箱式浮式防波堤构型，锚泊系统10采用八字型锚泊方式。

该系统还包括位于防波堤主体1两侧的回收装置2、位于回收装置2外侧的挡板3、与挡板3滑动连接的扫荡装置4，扫荡装置4可沿挡板3的纵向进行滑动；防波堤主体1内部设有中央处理器6、发电装置7、储能装置8，防波堤主体1顶部设有监测装置5和信号收发装置9。发电装置7利用水流发电，储能装置8与发电装置7相连；回收装置2与防波堤主体1固定连接，挡板3与回收装置2相连接并可相对于回收装置旋转，中央处理器6对扫荡装置4和回收装置2发出控制指令。其中，回收装置2、挡板3和扫荡装置4均对称地设置在防波堤主体1的两侧，为加强结构稳定性，挡板3与回收装置2、回收装置2与防波堤主体1采用焊接加固。监测装置5包括固定底座40和前后双向摄像机41。

发电装置7利用水流能将动能转化为电能，并将电能储存在储能装置8中，发电装置7和储能装置8通过传输线路40为系统供电；同时设置在防波堤下部的波浪发电装置7能够一定程度上削弱来流，并提供动力；信号收发装置9周期性收发数据信息，监测装置5监测海面垃圾状况以及来流波浪的大小，中央处理器6根据监测装置5和信号收发装置9的信息控制垃圾回收系统的运行；扫荡装置4在挡板3上来回滑动，通过挡板3的围挡和扫荡装置4的驱赶，海面上的垃圾汇聚至回收装置2一侧，而后进入回收装置2内部。

具体地，如图6～9所示，发电装置7位于防波堤内部的下方位置，发电装置7包括前后两组水流发电机11，通过水中来流推动其转动发电，水流发电机11与储能装置8相连。防波堤主体1的前后侧下部位置均设有阻隔网13，阻隔网13用于阻止少量漂浮物或其他生物的游入，避免干扰桨叶的运行；防波提主体1内部设有两组引流板12，沿水流方向分别设置于水流发电机11的两侧，能够对来流进行汇聚；水流经阻隔网13进入防波提主体1内部，桨叶转动，水流能转化为电能；发电装置7上方设有蓄能装置8，将机械能转换化电能后并存储，用于整个系统的日常供能。

如图10～17所示，两侧的挡板3整体均呈弧形，挡板3上设有滤孔14，用于水流通过挡板3；挡板的正面结构示意图、背面结构示意图分别如图13、14所示，挡板3背部中间位置设有沿挡板3纵向的两条平行的第一滑道15，挡板3前部表面的两侧边缘处设有第二滑道16。扫荡装置4包括扫荡本体18、第一驱动装置19、第一滑轮20、第二滑轮21，第一滑轮20与第一滑道15适配，第二滑轮21与第二滑道16适配；扫荡本体18朝向挡板3正向安装，扫荡本体18的上缘向内弯，内弯部分设有滤水孔14；第一驱动19装置安装于挡板3背部，包括电机22和电机驱动的连接轴23，两个第一滑轮20分别安装于第一滑道15内，并与连接轴23固定连接，第一驱动装置19通过一侧的固定支架17与扫荡本体18下部固定连接，两个第二滑轮21分别安装于第二滑道16内。通过第一驱动装置19的驱动，扫荡装置4沿挡板3纵向进行来回滑动。

回收装置2固定于防波堤主体1的两侧，回收装置2包括回收舱24以及与回收舱24固连的升降机构25，升降机构25位于回收舱24外侧的下部位置；回收舱24上设有垃圾入口26，垃圾入口26位于升降机构25的正上方，挡板3的根部与回收舱24固定连接，挡板3与回收舱24的连接位置位于升降机构25上方、垃圾入口一侧，使垃圾经挡板3和扫荡装置4汇聚到升降机构25上方后，升降机构25将垃圾升起并经由垃圾入口26投入回收舱24。升降机构25包括底座35、上滤水板36、连接底座35和上滤水板36的剪叉式伸缩结构37、第二驱动装置38，第二驱动装置38驱动剪叉式伸缩结构37伸长和缩短，以及上滤水板36的抬升，并通过旋转轴承39倾斜倒入垃圾入口中。

回收舱24内设有处理箱27和回收箱28，两者之间设有隔板隔开，回收箱内可以根据需要存放一定量的干燥剂；处理箱27内从上至下依次设有上传送带组件29、破碎轮组件30、垂直安装于破碎轮组件30下方的压缩轮组件31、下传送带组件32；其中，上传送带组件29的上传送带设置于垃圾入口26处，垃圾由垃圾入口26进入回收舱24，后经上传送带29传送下落，并依次经过破碎轮30、压缩轮31，后下落至下传送带组件32的下传送带上，并经下传送带32传送至回收箱28内。即对收集到的海洋垃圾或漂浮物，进行破碎、压缩后送至回收箱28内进行存储。

下传送带32下方设有压缩装置33，回收箱28上设有回收门34，回收门34的位置与压缩装置33的压缩方向相对，且回收系统正常运行时，回收门34处于关闭状态；当对回收箱28内的垃圾进行回收时，控制压缩装置33对垃圾进行压缩，然后打开回收门取出垃圾。

挡板3靠近回收装置2一侧设有回拢轴44以及第三驱动装置43，第三驱动装置安装于挡板3的背面，并与回拢轴44相配合，驱动两侧的挡板3的张开和收起。

本实施例的浮式防波堤垃圾回收系统在使用时，其控制方法为：发电装置7利用水流实时将动能转化为电能，并将电能储存在储能装置8中，发电装置7和储能装置8通过传输线路40为系统供电；信号收发装置9周期性收发数据信息，监测装置5监测海面垃圾状况以及来流波浪的大小；信号收发装置9接收后台数据中心发送的环境信息以及人为控制等指令信息，并将信息发送至中央处理器6；并同时将垃圾回收状态以及系统各部分运行情况定期发生给后台数据中心，以便更好地对回收系统进行操控和维护。

中央处理器6根据监测装置5和信号收发装置9的信息控制垃圾回收系统的运行，扫荡装置4和回收装置2根据不同工况进行调整，中央处理器6的控制方式包括通过人为操作指令控制或程序自动控制。即中央处理器6根据监测装置5和信号收发装置9的信息进行判断是否会对回收系统的运行发生干扰；当监测到海面工况会对回收系统的运行发生干扰时，中央处理器6中止回收系统的运行；当海面工况恢复正常时，中央处理器6控制回收系统正常运行。如设定海面波浪大于1m或风力达到6级以上时，中央处理器6立即控制系统停止工作。具体工作情况以实际应用为准，根据信号收发装置9所收集到的天气预报、海况预报情况以及监测装置5所监测的波浪情况，决定系统关闭或开启；当满足工作要求时(垃圾阻隔适量且工作安全)时，系统开始工作。在垃圾回收系统的服役过程中，定期进行设备的维修保养，减少工作时段的机械设备故障。

中央处理器6根据接收的信息控制回收系统的运行频率，可以系统设定垃圾量的阈值，当监测到海面垃圾数量高于设定阈值时，则提高回收系统的垃圾回收运行频率；当监测到海面垃圾数量低于阈值时，则控制系统的回收运行频率回归正常频率。即垃圾或漂浮物数量剧增，则控制整个系统回收运输的频率提高；当回归正常情况时，按正常的周期进行垃圾回收工作。

回收系统正常运行时，挡板3处于张开状态，扫荡装置4沿挡板3循环往复滑动从而实现垃圾的汇聚和收集。扫荡装置4初始位置位于挡板3边缘处，中央处理器6控制扫荡装置4沿挡板3进行滑动至挡板3的另一端，扫荡装置4将垃圾汇聚至回收装置2一侧，经升降机构25送入回收舱24后，扫荡装置4反向滑动并复位至初始位置；回收装置的升降机构将漂浮物抬升，并通过上滤水板的倾斜将其置于回收舱之内，此时处理箱27内开始同步工作，将处理后的回收物传送到回收箱中。同时可根据垃圾收集情况，及时对回收箱进行回收，并定期进行设备的维修保养，减少工作时段的机械设备故障。

当回收系统需要中止时，中央处理器6通过控制第三驱动装置43和回拢轴44，调整挡板3的状态；中央处理器6控制扫荡装置4复位至初始位置(即挡板边缘处)后并停止滑动，第三驱动装置43驱动回拢轴44，带动两侧处于张开状态的挡板3均向内旋转九十度至收起状态，类似手臂合拢状；当回收系统恢复运行时，第三驱动装置43驱动回拢轴44反向旋转九十度，中央处理器6控制挡板3从收起状态恢复至张开状态，提高回收系统的安全性和稳定性，延长了使用寿命。若遇到超恶劣海况，也可将整个回收系统转移位置，避免直接面对恶劣风浪。