石雕粉塵清理裝置研究與實現(xiàn)

柯澤陽 柯清龍 陳劍彬 陳捷芳 盧世偉

摘 要：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，很多東西都得到了改變，但是石雕這個傳統(tǒng)行業(yè)卻沒有得到太多的改變;相比于人工雕刻，用3D打印的技術(shù)來對石雕進行雕刻顯得千篇一律，缺少一絲靈魂，所以市場上的石雕大多是由人工雕刻;人工雕刻的弊端很明顯，在雕刻的過程中，會產(chǎn)生大量的石粉，如果不經(jīng)過處理，很容易吸入肺部，久而久之就會有一些慢性病，為了解決這個問題，設(shè)計出了一種粉塵清理裝置，旨在檢測雕刻過程中空氣含有的石粉含量，通過風(fēng)機將氣體排到沉淀池，并將其環(huán)保的清理。

關(guān)鍵詞：粉塵;清理裝置;檢測粉塵含量;沉淀池

1粉塵清理裝置的設(shè)計

為了解決在人工雕刻的過程中的種種問題，本裝置的目的就是提供一種粉塵清理裝置，在雕刻過程中檢測空氣中的粉塵濃度，控制系統(tǒng)進行判斷，濃度過高會開啟風(fēng)機將粉塵吸取到降塵裝置，最后到沉淀池進行處理[1]。經(jīng)過多次市場調(diào)研，設(shè)計開發(fā)出了粉塵清理裝置，其結(jié)構(gòu)主要特點：粉塵處理桌由鋼桌腳，不銹鋼桌面，兩塊玻璃擋板和一塊桌前擋板組成，桌前擋板上有水龍頭孔和上通風(fēng)口，不銹鋼桌面上有引水斜坡、防水墊板和粉塵過濾網(wǎng)，桌前放置了排插接口和開關(guān)按鈕，粉塵處理桌面下面為粉塵處理桌的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括引水斜坡、引水斜坡、引水斜坡、防水斜坡、桌子排水口[2]。上通風(fēng)口通過通風(fēng)管道連接口與通風(fēng)管道的連接，下通風(fēng)口通過通風(fēng)管道連接口與通風(fēng)管道的連接;通風(fēng)管道的左上端與通風(fēng)管道連接，左下端與通風(fēng)管道連接，右端經(jīng)過粉塵過濾網(wǎng)和吸氣風(fēng)機連接降塵裝置，降塵裝置由水霧噴頭和降成塵通道組成。桌子排水口通過排水管道連接口與排水管道連接。外設(shè)部分包含可移動臺燈、白熾燈、吸氣電機、PM2.5氣體傳感器和PID氣敏控制器，白熾燈可以為石雕工人提供一定范圍的照明，有些地方需要照明而白熾燈沒有照到，就需要用可移動臺燈進行照明，這些開啟關(guān)閉都是通過桌上的開關(guān)按鈕控制[3]。

圖一是粉塵清理裝置的結(jié)構(gòu)圖。

2粉塵清理裝置系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)控制流程

該粉塵處理裝置的控制系統(tǒng)為PID氣敏控制器，該控制器功能為：讀取PM2.5氣體傳感器采集的氣體濃度，然后將控制器將該濃度值顯示在顯示屏上，在程序中預(yù)設(shè)一個的閥值，如果超過該閥值，風(fēng)機開始低功率工作，并用指示燈顯示;在工作一段時間后，該濃度還沒有降到閥值一下，則風(fēng)機開始大功率工作，并用指示燈顯示;直到濃度低于閥值一段時間后，風(fēng)機開始低功率工作;若粉塵濃度低于調(diào)控的范圍，則風(fēng)機停止工作[4]。

2.2PID算法

PID控制器傳遞函數(shù)的一般表達形式為：

其中kp為比例增益;ki為積分增益;kd為微分增益。

調(diào)整PID參數(shù)，以滿足系統(tǒng)要求，從而使被控對象有更優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)響應(yīng)。

比例環(huán)節(jié)：根據(jù)偏差量成比例的調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量，以此產(chǎn)生控制作用，減少偏差。比例系數(shù)的作用是增加系統(tǒng)響應(yīng)的速度，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但系統(tǒng)容易產(chǎn)生超調(diào)，比例系數(shù)過小，會影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)的精度，系統(tǒng)響應(yīng)時間變長，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)變差。

積分環(huán)節(jié)：用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分時間常數(shù)決定著積分環(huán)節(jié)作用的強度，但是積分作用過強的話會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

微分環(huán)節(jié)：根據(jù)偏差量的變化趨勢來調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制量，在偏差信號發(fā)生較大變化之前，提早引入一個校正信號，起到加快系統(tǒng)動作速度，減少調(diào)節(jié)時間的作用，調(diào)節(jié)微分參數(shù)需要注意微分作用太強可能會引起系統(tǒng)振蕩。

一個典型工業(yè)過程通?？梢缘刃槎A系統(tǒng)加上一個非線性環(huán)節(jié)（如純滯后），給出如下經(jīng)典控制對象傳遞函數(shù)的一般形式：

其中模糊控制規(guī)則是模糊控制器的核心，是設(shè)計控制系統(tǒng)的主要內(nèi)容。

一個基本模糊控制器主要有三個功能：

（1）模糊化：把精確量（如偏差e和偏差變化ec）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊量（E、EC）;

（2）模糊推理：按總結(jié)的語言規(guī)則（模糊控制規(guī)劃表）進行模糊推理;

（3）模糊判決：把推理結(jié)果（U）從模糊量轉(zhuǎn)化為可以用于實際控制的精確量（u）。

3具體操作過程

當(dāng)石雕工人準(zhǔn)備工作的時候，開啟裝置的電源，打開白熾燈和可移動臺燈的開關(guān)，將可移動臺燈調(diào)到適合的角度，在手動模式下，可以選擇低功率運行或者高功率運行，也可以切換成自動狀態(tài);在自動狀態(tài)下，粉塵含量測試傳感器的值低于設(shè)定值則低功率運行，若高于設(shè)定值賊高功率運行，同時將濃度顯示在開關(guān)按鈕旁邊。石雕雕刻工具的水管接到到桌前擋板上的水龍頭孔里的水龍頭，需要時在開啟它[6]。

一開始對一塊石頭進行粗雕步驟，因為要根據(jù)設(shè)計進行大的粗雕，雕制過程中需要進一步把握石材的質(zhì)地、色彩、裂紋等，及時調(diào)整、修正設(shè)計方案，這些工作使用的工具會照常比較大、多的粉塵，而這時候這個低功率的電機就已經(jīng)不足將所有的粉塵吸走，就需要轉(zhuǎn)換成高功率的電機。

接下來對石頭進行精雕和細雕的話，是在粗雕的基礎(chǔ)進行總體雕刻的深入，使作品基本成型，雕刻作品的細部，使作品潤色出彩。這些步驟用的工具產(chǎn)生的粉塵會相對比較小，所以只需要開啟低功率的電機就可以了。

單獨的粉塵會在上通風(fēng)口被吸入，經(jīng)過通風(fēng)管道和通風(fēng)管道，再被粉塵過濾網(wǎng)過濾后到達降塵裝置，通過水霧降塵把粉塵降到了沉淀池;一些單獨的粉塵沒有被上通風(fēng)口吸收，通過粉塵過濾網(wǎng)下去，在從下通風(fēng)口被吸入，經(jīng)過通風(fēng)管道和通風(fēng)管道，被粉塵過濾網(wǎng)過濾后到達降塵裝置，通過水霧降塵把粉塵降到了沉淀池。

當(dāng)工人在雕刻的時候有時要加一些水用來幫助雕刻，使得雕刻更加順滑，那么這時就會產(chǎn)生水和粉塵的混合物，混合物就會通過引水斜坡從粉塵過濾網(wǎng)中流下去，接下來大部分通過引水斜坡2繼續(xù)往下流，少部分被吸氣風(fēng)機吸引，然后被防水擋板擋住后，通過引水斜坡繼續(xù)往下流，最后通過引水斜坡和引水斜坡流到桌子排水口，通過排水管道流到沉淀池。

所有的粉塵和水的混合物最終都會流到沉淀池，粉塵主要是二氧化硅，加入一些聚合劑是粉塵進行沉淀，然后就粉塵沉淀完的水排出到特地的地方進行凈化，就消除了石雕造成的粉塵污染和水污染。

4 總結(jié)

本設(shè)計提出一種粉塵清理處理裝置，在石雕工人開始工作時，會產(chǎn)生一些粉塵飄散和一些水和粉塵的混合物該裝置通過吸氣風(fēng)機從上通風(fēng)口和下通風(fēng)口將粉塵吸走，經(jīng)過過濾網(wǎng)和降塵裝置的處理到達沉淀池，而水和混合物通過粉塵過濾網(wǎng)在經(jīng)過多個引水斜坡到達桌子排水口，經(jīng)過排水管道流入沉淀池，在沉淀池中加入聚合劑使粉塵沉淀，將沉淀完的水排出后在進行凈化，這樣就可以消除粉塵污染和水污染的問題，當(dāng)粉塵含量測試傳感器超過設(shè)定值會加快吸氣電機工作效率。

參考文獻

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[6]楊建鋒， 盧源明， 李丹楓，等.噴淋式煙氣粉塵處理裝置： CN209967980U[P].2020.福建省中青年教師教育科研項目（科技類），項目編號：JAT191839

作者簡介：

柯澤陽（1999），男，已發(fā)表論文4篇。

基金項目：

福建省中青年教師教育科研項目（科技類），項目編號：JAT191839