石雕粉尘清理装置研究与实现

柯泽阳 柯清龙 陈剑彬 陈捷芳 卢世伟

摘 要：随着工业技术的发展，很多东西都得到了改变，但是石雕这个传统行业却没有得到太多的改变;相比于人工雕刻，用3D打印的技术来对石雕进行雕刻显得千篇一律，缺少一丝灵魂，所以市场上的石雕大多是由人工雕刻;人工雕刻的弊端很明显，在雕刻的过程中，会产生大量的石粉，如果不经过处理，很容易吸入肺部，久而久之就会有一些慢性病，为了解决这个问题，设计出了一种粉尘清理装置，旨在检测雕刻过程中空气含有的石粉含量，通过风机将气体排到沉淀池，并将其环保的清理。

关键词：粉尘;清理装置;检测粉尘含量;沉淀池

1粉尘清理装置的设计

为了解决在人工雕刻的过程中的种种问题，本装置的目的就是提供一种粉尘清理装置，在雕刻过程中检测空气中的粉尘浓度，控制系统进行判断，浓度过高会开启风机将粉尘吸取到降尘装置，最后到沉淀池进行处理[1]。经过多次市场调研，设计开发出了粉尘清理装置，其结构主要特点：粉尘处理桌由钢桌脚，不锈钢桌面，两块玻璃挡板和一块桌前挡板组成，桌前挡板上有水龙头孔和上通风口，不锈钢桌面上有引水斜坡、防水垫板和粉尘过滤网，桌前放置了排插接口和开关按钮，粉尘处理桌面下面为粉尘处理桌的内部结构，该结构包括引水斜坡、引水斜坡、引水斜坡、防水斜坡、桌子排水口[2]。上通风口通过通风管道连接口与通风管道的连接，下通风口通过通风管道连接口与通风管道的连接;通风管道的左上端与通风管道连接，左下端与通风管道连接，右端经过粉尘过滤网和吸气风机连接降尘装置，降尘装置由水雾喷头和降成尘通道组成。桌子排水口通过排水管道连接口与排水管道连接。外设部分包含可移动台灯、白炽灯、吸气电机、PM2.5气体传感器和PID气敏控制器，白炽灯可以为石雕工人提供一定范围的照明，有些地方需要照明而白炽灯没有照到，就需要用可移动台灯进行照明，这些开启关闭都是通过桌上的开关按钮控制[3]。

图一是粉尘清理装置的结构图。

2粉尘清理装置系统设计

2.1系统控制流程

该粉尘处理装置的控制系统为PID气敏控制器，该控制器功能为：读取PM2.5气体传感器采集的气体浓度，然后将控制器将该浓度值显示在显示屏上，在程序中预设一个的阀值，如果超过该阀值，风机开始低功率工作，并用指示灯显示;在工作一段时间后，该浓度还没有降到阀值一下，则风机开始大功率工作，并用指示灯显示;直到浓度低于阀值一段时间后，风机开始低功率工作;若粉尘浓度低于调控的范围，则风机停止工作[4]。

2.2PID算法

PID控制器传递函数的一般表达形式为：

其中kp为比例增益;ki为积分增益;kd为微分增益。

调整PID参数，以满足系统要求，从而使被控对象有更优良的动态响应和静态响应。

比例环节：根据偏差量成比例的调节系统控制量，以此产生控制作用，减少偏差。比例系数的作用是增加系统响应的速度，比例系数越大，系统响应越快，但系统容易产生超调，比例系数过小，会影响系统调节的精度，系统响应时间变长，系统的动态响应变差。

积分环节：用于消除静差，提高系统的无差度，积分时间常数决定着积分环节作用的强度，但是积分作用过强的话会影响系统的稳定性。

微分环节：根据偏差量的变化趋势来调节系统控制量，在偏差信号发生较大变化之前，提早引入一个校正信号，起到加快系统动作速度，减少調节时间的作用，调节微分参数需要注意微分作用太强可能会引起系统振荡。

一个典型工业过程通常可以等效为二阶系统加上一个非线性环节（如纯滞后），给出如下经典控制对象传递函数的一般形式：

其中模糊控制规则是模糊控制器的核心，是设计控制系统的主要内容。

一个基本模糊控制器主要有三个功能：

（1）模糊化：把精确量（如偏差e和偏差变化ec）转化为相应的模糊量（E、EC）;

（2）模糊推理：按总结的语言规则（模糊控制规划表）进行模糊推理;

（3）模糊判决：把推理结果（U）从模糊量转化为可以用于实际控制的精确量（u）。

3具体操作过程

当石雕工人准备工作的时候，开启装置的电源，打开白炽灯和可移动台灯的开关，将可移动台灯调到适合的角度，在手动模式下，可以选择低功率运行或者高功率运行，也可以切换成自动状态;在自动状态下，粉尘含量测试传感器的值低于设定值则低功率运行，若高于设定值贼高功率运行，同时将浓度显示在开关按钮旁边。石雕雕刻工具的水管接到到桌前挡板上的水龙头孔里的水龙头，需要时在开启它[6]。

一开始对一块石头进行粗雕步骤，因为要根据设计进行大的粗雕，雕制过程中需要进一步把握石材的质地、色彩、裂纹等，及时调整、修正设计方案，这些工作使用的工具会照常比较大、多的粉尘，而这时候这个低功率的电机就已经不足将所有的粉尘吸走，就需要转换成高功率的电机。

接下来对石头进行精雕和细雕的话，是在粗雕的基础进行总体雕刻的深入，使作品基本成型，雕刻作品的细部，使作品润色出彩。这些步骤用的工具产生的粉尘会相对比较小，所以只需要开启低功率的电机就可以了。

单独的粉尘会在上通风口被吸入，经过通风管道和通风管道，再被粉尘过滤网过滤后到达降尘装置，通过水雾降尘把粉尘降到了沉淀池;一些单独的粉尘没有被上通风口吸收，通过粉尘过滤网下去，在从下通风口被吸入，经过通风管道和通风管道，被粉尘过滤网过滤后到达降尘装置，通过水雾降尘把粉尘降到了沉淀池。

当工人在雕刻的时候有时要加一些水用来帮助雕刻，使得雕刻更加顺滑，那么这时就会产生水和粉尘的混合物，混合物就会通过引水斜坡从粉尘过滤网中流下去，接下来大部分通过引水斜坡2继续往下流，少部分被吸气风机吸引，然后被防水挡板挡住后，通过引水斜坡继续往下流，最后通过引水斜坡和引水斜坡流到桌子排水口，通过排水管道流到沉淀池。

所有的粉尘和水的混合物最终都会流到沉淀池，粉尘主要是二氧化硅，加入一些聚合剂是粉尘进行沉淀，然后就粉尘沉淀完的水排出到特地的地方进行净化，就消除了石雕造成的粉尘污染和水污染。

4 总结

本设计提出一种粉尘清理处理装置，在石雕工人开始工作时，会产生一些粉尘飘散和一些水和粉尘的混合物该装置通过吸气风机从上通风口和下通风口将粉尘吸走，经过过滤网和降尘装置的处理到达沉淀池，而水和混合物通过粉尘过滤网在经过多个引水斜坡到达桌子排水口，经过排水管道流入沉淀池，在沉淀池中加入聚合剂使粉尘沉淀，将沉淀完的水排出后在进行净化，这样就可以消除粉尘污染和水污染的问题，当粉尘含量测试传感器超过设定值会加快吸气电机工作效率。

参考文献

[1]汤学成， 龚高峰， 闫汝举，等.一种防水卷材生产线进料端粉尘处理装置： CN210229461U[P].2020.

[2]罗贻文.直缝埋弧焊管氧化铁及粉尘的吸附处理装置[J].办公自动化：办公设备与耗材， 2005， 000（009）：P18-19.

[3]王景民， 姜孝国.连续喷雾式消尘封闭装置处理选煤粉尘[J].煤炭加工与综合利用， 1997， 000（001）：40-41.

[4][1]董仕宏.湿式粉尘处理装置：， CN103566688A[P].2014.

[5]申屠新强， 廖艺嘉.一种喷淋式硅酮胶生产粉尘处理装置： CN211025666U[P].2020.

[6]杨建锋， 卢源明， 李丹枫，等.喷淋式烟气粉尘处理装置： CN209967980U[P].2020.福建省中青年教师教育科研项目（科技类），项目编号：JAT191839

作者简介：

柯泽阳（1999），男，已发表论文4篇。

基金项目：

福建省中青年教师教育科研项目（科技类），项目编号：JAT191839