技术领域
[0001] 本发明涉及用于清理水面垃圾的浮体结构，特别是一种水面垃圾收集船及水面垃圾收集方法。
相关背景技术
[0002] 随着人们对水域污染问题重视程度的提升，水域环境的治理成为一个重要课题。目前，各类公园景点多设置有大小湖泊，但无论是人为或刮风总会有杂物落入湖泊，不仅影响美观，而且容易造成水体污染。
[0003] 目前通常采用人工打捞的方式处理水面垃圾，在实际操作中存在以下不足之处：1、需要配备专用的大型船只，对于一些面积较小的水域或存在狭窄区段的水域，难以正常驶入；2、垃圾清理人员在水上作业时存在一定的安全隐患，由于对于某些水情复杂的湖泊，难以保证垃圾清理人员全面而安全的清理水面垃圾。
具体实施方式
[0023] 实施例1：如图1‑8所示，水面垃圾收集船，包括空心浮体1、垃圾收集仓2和机动艇组。
[0024] 空心浮体1呈中空的正棱柱形。空心浮体1在每个侧壁上分别设有插口和连通至插口的锁定部件腔12，插口和锁定部件腔12均未贯通至空心浮体1的内腔。
[0025] 垃圾收集仓2呈中空的正棱柱形，其固定连接在空心浮体1下端，其中心线与空心浮体1的中心线重合，其每面侧壁上端均设有垃圾入口21，其底面及每个侧壁面上均设有透水孔22。
[0026] 机动艇组包括机动艇3和连接带4。多个机动艇3分别可分离连接在空心浮体1的每面侧壁上，用于提供空心浮体1在水面上移动的动力，每个机动艇3分别通过两条可伸缩的连接带4与相邻的两个机动艇3连接，从而使所有的机动艇3合围形成一个封闭的垃圾收集圈。机动艇3包括防水壳体31、螺旋桨B32、电机D、舵机34、轴座35、转轴B、底板37和弹性卷绕器38。防水壳体31内部中空，其两端分别为头部和尾部，头部设有外凸弧面311，防水壳体31在外凸弧面311处的壁面加厚而形成厚壁部，厚壁部上设有插销通道312，插销通道312在防水壳体31的头部两侧形成插销进出口。防水壳体31的头部形状与空心浮体1的插口形状相匹配。两个螺旋桨B32分别安装在防水壳体31的尾部两侧，并互成夹角布置。两个电机D分别固定安装在防水壳体31的内腔中，两个电机D分别与两个螺旋桨B32连接，以驱动两个螺旋桨B32独立转动。舵机34固定安装在防水壳体31的上表面上。轴座35固定安装在防水壳体31的上表面上，并正对舵机34布置。转轴B一端连接在舵机34的机轴上，另一端可转动安装在轴座35上，并呈水平布置。底板37与转轴B固定连接，其随着转轴B同步转动，进而在水平状态和竖直状态之间转换。弹性卷绕器38内部设有用于收纳连接带4的卷带轴，其一端下部设有供连接带伸出的出带口381。两个弹性卷绕器38以出带口381相背的姿态布置在底板37上表面上。任意一个机动艇3均通过两根连接带4与两侧相邻的机动艇3连接。每根连接带4的两端部分别卷绕在两个弹性卷绕器38的卷带轴上，并通过弹性卷绕器38提供的弹力使连接带4始终保持张紧。当底板37处于水平状态下时，连接带4处于水平状态。当底板37处于竖直状态时，连接带4处于竖直状态。
[0027] 优选，其还包括垃圾粉碎机构。多组垃圾粉碎机构分别安装在垃圾收集仓2的每个垃圾入口21中。垃圾粉碎机构包括电机B和粉碎轴52。两个电机B分别固定安装在垃圾入口21内部的一侧边处，两个电机B的机轴分别向垃圾入口21内部的一侧边伸出。两根粉碎轴52相互平行布置在垃圾入口21中，两根粉碎轴52的一端分别与两个电机B的机轴连接，两根粉碎轴52的另一端分别可转动安装在垃圾入口21内部的另一侧边处，每根粉碎轴52上均间隔固设有多片切割盘，两根粉碎轴52上的切割盘相互交错布置。基于垃圾粉碎机构的设置，一方面可将尺寸大于垃圾入口21的垃圾进行切割和破碎，以便收纳进垃圾收集仓2的内腔，另一方面通过破碎处理可释放出某些含有空腔的垃圾(瓶罐类垃圾)的内部空间，以使垃圾收集仓2的内腔能够盛装更多的垃圾。
[0028] 优选，其还包括垃圾拨扒机构。多组垃圾拨扒机构绕空心浮体1的中心线呈环形均布安装在空心浮体1的侧壁面上，并分别位于每组垃圾粉碎机构的上端。垃圾拨扒机构包括电机C61、转轴A62和拨板63。电机C61固定安装在空心浮体1的侧壁面上。转轴A62一端与电机C61的机轴连接，另一端可转动安装在空心浮体1的侧壁面上。拨板63一端固定安装在转轴A62上，另一端设有向空心浮体1内侧卷曲的弧形卷边631，拨板63上设有贯通其两侧表面的多个通水孔632，拨板63在电机C61的驱动下绕转轴A62转动，以遮蔽或敞开下端对应的垃圾入口21。基于垃圾拨扒机构的设置，通过拨板63的转动，可将垃圾入口21附近的水面上的垃圾拨扒进入垃圾入口21中，提高了收集垃圾的效率，拨板63上的通水孔632可降低拨板63在水中的转动阻力，拨板63的弧形卷边631可防止垃圾从拨板63的边缘处逃逸，提高了拨板63拨扒垃圾的可靠性。
[0029] 优选，其还包括涡流制造机构。涡轮制造机构包括防水外壳71、电机A72、螺旋桨A73和隔离网罩74。防水外壳71固定安装在垃圾收集仓2的内腔底面中心处，其内部从下至上设有电池腔711和电机腔712。电机A72固定安装在防水外壳71内部的电机腔712中，其机轴平行于垃圾收集仓2的中心线布置，并从防水外壳71的顶面穿出。螺旋桨A73连接在电机A72的机轴上端，并位于防水外壳71外部，其转动平面平行于垃圾收集仓2的径向平面。隔离网罩74固定安装在垃圾收集仓2的内腔底面中心处，并将防水外壳71、电机A72和螺旋桨A73包容在内。基于涡流制造机构的设置，可在垃圾收集仓2的周边形成涡流，涡流中的水流从垃圾收集仓2的垃圾入口21进入垃圾收集仓2的内腔，再从垃圾收集仓2底部的透水孔22排出，从而起到助力水面上的垃圾收集仓2的垃圾入口21流动收拢，提高了垃圾收集的效率。
[0030] 优选，其还包括船锚收放机构。船锚收放机构包括钢缆收放器81、钢缆82和船锚83。钢缆收放器81安装在垃圾收集仓2的下端外侧底面上。钢缆82一端卷绕在钢缆收放器81上，另一端与船锚83连接。基于船锚收放机构的设置，可将空心浮体1和垃圾收集仓2定位在水面的指定区域，以便于开展后续的垃圾收集操作。
[0031] 优选，空心浮体1和垃圾收集仓2均呈正六棱柱形，两者的径向截面尺寸一致，并且，垃圾收集仓2的六个侧壁面分别与空心浮体1六个侧壁面的延伸平面重合。
[0032] 优选，机动艇3通过锁定机构与空心浮体1的侧壁可拆卸连接。锁定机构包括电机E91、齿条92、导轨93及齿轮94。电机E91固定安装在空心浮体1的锁定部件腔12中。齿条92可滑动安装在导轨93上。导轨93固定安装在锁定部件腔12中。齿轮94固定安装在电机E91的机轴上，并与齿条92啮合，齿轮94转动以驱动齿条92沿导轨93滑动。当机动艇3的防水壳体31的头部插入插口后，机动艇3的插销通道312处在齿条92的移动路径上，此状态下，齿条92穿过机动艇3的插销通道312，即将机动艇3锁定在空心浮体3上。齿条92退出机动艇3的插销通道312，即解除机动艇3与空心浮体1的锁定。基于锁定机构的设置，可实现机动艇3与空心浮体1的可分离连接，机动艇3的头部的外凸弧面311便于机动艇3插入空心浮体1的插口中，降低了机动艇3返回空心浮体1时的操作难度。机动艇3与空心浮体1之间采用了“插销式”连接，牢固可靠并且无需很高的对接精度。
[0033] 优选，空心浮体1的内腔上端设有空气压缩机13，空气压缩机13用于将外界空气压缩后输入空心浮体1的内腔中，空心浮体1的上端设有排气压力可调节的排气阀，空心浮体1的下端设有排水压力可调节的排水阀，排气阀和排水阀均连通至空心浮体1的内腔。基于该结构，当垃圾收集仓2内持续装填垃圾，使垃圾收集仓2的重量增加，导致水面垃圾收集船吃水深度下降时，可通过空气压缩机13向空心浮体1的内腔中充入高压空气，使空心浮体1内腔下部存留的一部分水在压力作用下从排水阀排出，进而达到调节空心浮体1的浮力大小，维持水面垃圾收集船吃水深度不变的效果，既方便机动艇3的放出与收回，又保证了垃圾拨扒机构的正常运行。
[0034] 简述本发明的工作流程：一种水面垃圾收集方法，基于上述的水面垃圾收集船，执行垃圾收集操作之前，水面垃圾收集船放置在水面上，并处在初始状态，在初始状态下：
1、空心浮体1的内腔中装填有一定量的水，以使所有的机动艇3均浸没在水面下方；
2、所有的机动艇3分别通过锁定机构连接在空心浮体1的各面侧壁上；
3、用于连接各机动艇3的连接带4处于水平状态，并浸没在水面下方；
4、垃圾拨扒机构的拨板63遮蔽其下端对应的垃圾入口21；
5、钢缆收放器81将钢缆82充分卷绕，以使船锚83处在其升降行程的最上端。
[0035] 垃圾收集方法如下：S01，行驶至目标水域：
a、处在水岸边的操作人员操纵各个机动艇3的运行状态，基于各个机动艇3运动速度和运动方向的矢量合成，驱动水面垃圾收集船向目标水域行驶；
b、当水面垃圾收集船抵达目标水域后，钢缆收放器81启动，驱动钢缆82放线，使船锚83下沉至水域底部，从而实现水面垃圾收集船在目标水域的定位。
[0036] S02，机动艇组包围目标水域：a、电机E91启动，通过齿轮94带动齿条92沿导轨93移动，使齿条92退出机动艇3的插销通道312，从而解除机动艇3与空心浮体1的锁定；
b、处在水岸边的操作人员操纵各个机动艇3的运行状态，使各机动艇3分别退出空心浮体1的插口，并分别向远离空心浮体1的方向移动；随着各机动艇3的移动，相邻机动艇3之间的距离逐渐拉远，相邻机动艇3之间的连接带4也相应的被拉长，由各机动艇3合围形成的垃圾收集圈也相应的扩大，当垃圾收集圈扩大至将目标水域包围在内，或相邻机动艇3之间的连接带4已拉伸至最长时，所有的机动艇3均停止移动。
[0037] S03，收拢水面垃圾：a、舵机34启动，带动转轴B和底板37同步转动，使底板37从水平状态转动至竖直状态，进而使连接带4由水平状态变为竖直状态，从而做好收拢垃圾的准备；
b、处在水岸边的操作人员操纵各个机动艇3的运行状态，使各机动艇3分别向靠近空心浮体1的方向移动；随着各机动艇3的移动，相邻机动艇3之间的距离逐渐靠近，相邻机动艇3之间的连接带4也相应的缩短，由各机动艇3合围形成的垃圾收集圈也相应的缩小，从而推动目标水域的垃圾向空心浮体1移动。
[0038] S04，粉碎并收集垃圾：当垃圾收集圈缩小至一定尺寸后，所有的机动艇3均停止移动，然后同时执行以下三项操作：1、电机A72启动，带动螺旋桨A73转动，从而形成以螺旋桨A73为中心的涡流，涡流中的水流从垃圾收集仓2的垃圾入口21进入垃圾收集仓2的内腔，再从垃圾收集仓2底部的透水孔22排出，以助力垃圾收集圈内的垃圾向垃圾收集仓2的垃圾入口21流动收拢；2、电机C61启动，通过转轴A62带动拨板63转动，使拨板63做周期性的摆动，将水面上的垃圾拨扒进入垃圾收集仓2的垃圾入口21中；3、垃圾粉碎机构中的两个电机B同步启动，驱动位于同一个垃圾入口21中的两根粉碎轴52同步反向转动，将垃圾入口21外侧的垃圾切碎并送入垃圾收集仓2的内腔中。
[0039] 本步骤中，当垃圾进入垃圾收集仓2内腔的过程中，为了维持水面垃圾收集船的吃水深度不变，不间断的通过空气压缩机13向空心浮体1的内腔中充入高压空气，使空心浮体1内腔下部存留的一部分水在压力作用下从排水阀持续的排出，进而达到调节空心浮体1的浮力大小，维持水面垃圾收集船的吃水深度不变的效果。
[0040] 本步骤中，当拨板63向上转动至极限位置时，拨板63部分伸出在水面上方，并相对于水平面向上倾斜，然后拨板63暂停一段时间，等待水面上的垃圾随着涡流流动至拨板63下方之后，拨板63再向下转动。
[0041] 本步骤中，垃圾收集圈缩小后的尺寸不干涉拨板63的正常转动。
[0042] S05，携带垃圾返回：a、当垃圾收集圈内的垃圾全部收集完毕后，同时执行以下四项操作：1、电机C61启动，通过转轴A62带动拨板63转动，使拨板63向下转动至遮蔽其下端的垃圾入口21；2、电机A72关闭，使螺旋桨A73停止转动；3、垃圾粉碎机构中的两个电机B均关闭，使两根粉碎轴52停止转动；4、舵机34启动，带动转轴B和底板37同步转动，使底板37从竖直状态转动至水平状态，进而使连接带4由竖直状态变为水平状态；
b、处在水岸边的操作人员操纵各个机动艇3的运行状态，使各机动艇3分别向靠近空心浮体1的方向移动；直至各机动艇3的防水壳体31的头部分别插入空心浮体1对应侧壁上的插口中后，操作人员操纵各个机动艇3停止移动；
c、电机E91启动，通过齿轮94带动齿条92沿导轨93移动，使齿条92伸入机动艇3的插销通道312，从而将机动艇3与空心浮体1锁定为一体；
d、钢缆收放器81启动，驱动钢缆82收线，使船锚83上升回到初始状态；然后处在水岸边的操作人员操纵各个机动艇3的运行状态，基于各个机动艇3运动速度和运动方向的矢量合成，驱动水面垃圾收集船返回到岸边。
