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5.2.3挡板机构
为了更好地控制和调节挡板引导装置的伸缩张合角度，我们放弃了液压传动等高成本的传动机构，而采用了丝杆滑块传动机构。其结构简单，成本低，加工制作方便，而且传动稳定，可实现挡板在规定的角度范围内随意改变。工作时挡板可根据具体情况进行调节，这一设计能更好地将把前方垃圾引导到船体的收集范围内，大大地增加了清理垃圾的水域范围。并且挡板的快速转动控制，相当于一个简易的机械臂，可以拨动在角落、岸边等特殊位置的死角垃圾。
5.2.4外观结构设计
在船体结构上，为了增大垃圾收集量与增强收集效果，本收集船采用U型的双船体结构，根据流体力学原理，采用流线形设计船体外形。就同等排水量而言，双船体具有良好的稳定性，操作灵活，同时由于双船体甲板面积大，方便布置各种装置。
另外，本船体外光采用了金属元素风格包装，通过银色的喷漆与贴纸的合理搭配，给船体加上了一层金属光泽，诠释了机械与艺术完美结合的设计理念。
5.2.5挡布设计
为避免在翻斗机构工作中，当翻斗向上翻转倾倒垃圾时，水面垃圾从翻斗的底下溜走的情况，我们在翻斗下加设了挡布装置。即在翻斗的下面增设一挡布，当翻斗向上运动时，翻斗拉动挡布向上运动，通过挡布上重块的重力作用，使得挡布垂直绷直，以达到将垃圾挡在挡布外面，避免垃圾窜进翻斗底部的目的。
5.2.6其他
在船首加设射水枪，前射时可把成堆的垃圾打散，以便收集，后射时则可把船首水面垃圾驱向叶轮，对垃圾收集起到一定的辅助作用。
在动力上，采用高速叶轮驱动的方式，利用船尾舵片控制方向，从而实现船体快速前进和灵活转向的功效。
为了充分体现人性化设计的风格，本船体还配备了音讯系统，在工作时将播放优美的音乐。
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5.3 船体结构与尺寸设计
本实物作品为“碧水一号”水面垃圾收集船的模型，为了保证模型试验结果能应用到实船上，根据相似理论，必须保证试验在模型与实船动力相似的条件下进行。为了减少试验中的尺度效应，同时又不至于增加太多的模型制作成本，我们选用模型与实船长度比系数为1：3 设计和制作。值得强调的是：试验过程中采用的垃圾不是模拟的，而是真实的，从而使试验的效果反映到实船更有保障。
5.3.1船体结构设计
为了尽可能地扩大水面垃圾收集范围，增大垃圾的收集量，在船体的设计上采用双船体的结构设计。这样的船体设计，使垃圾可以快速地进入到两船体之间，然后顺利地被收集进仓。
船体主要由两部分组成：上层甲板和浮体。上层甲板主要用于固定机械机构，采用既牢固又质轻的杉木割据拼凑成“U”字形；而浮体采用普通泡沫材料，为整个船体提供稳定可靠的浮力，分别固定于船体两侧的甲板下面，用泡沫胶粘合。
5.3.2船体尺寸设计
考虑到时间、资金和能力的限制，我们按比例缩小制作模型船。但为尽可能的体现出收集船的收集效果，经过计算分析，我们把船体的整体尺寸定为400mm × 800mm ，其中两边船体甲板的宽为70mm ，中间收集区的宽为 260mm ，船体甲板厚度为22mm。
5.4 水面垃圾收集船船体机构设计
5.4.1挡板引导装置的设计
安装在船首的挡板引导装置一部分浸在水中，呈外八字向前张开，且可以自由张合控制张角。在非作业状态时，收拢紧贴在船体首部舷侧板；工作时可根据具体情况进行调节，更好地将把前方垃圾引导到垃圾斗的宽度范围内，大大地增加了清理范围。
如图5.3所示，引导装置由滤水挡板和丝杆滑块机构等两部分组成。挡板一端通过活页固定于船首，并且可以0~180°之间自由转动。工作时，电机转动带动丝杆转动，使滑块在丝杆上发生相对移动，滑块推动连杆，连杆与挡板活动链
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接，从而拉动挡板，调节角度。根据实际的水面情况，通过控制电机的正反转来控制挡板的角度，从而控制引导装置的张开和闭合来调节收集范围。
图5.3 挡板引导装置（左：模型图，右：设计图）
5.4.2叶轮的设计
收集船的两侧船体前端之间安装有导水叶轮，它通过划动水面引起局部水流将垃圾引入收集区，通过叶片将垃圾拨入收集工作区，同时还可以防止垃圾漂出垃圾收集区。在船体停止前进的时候，可以利用叶轮制造的局部水流继续收集垃圾。
如图5.4和图5.5所示，导水叶轮主要由3片相同的叶片通过盘形支架固定于转动轴上，叶片的尺寸为 230mm × 120mm。叶轮的转动由直流电机提供动力，通过一对齿数相同，分度圆直径为22mm的齿轮组合实现传动，带动转动轴，从而实现叶轮转动。根据实际情况，经过设计计算，叶轮的转速为80r/min左右为最佳效果，所以我们选取功率为6W，转速为80r/min的37型直流减速电机。
图5.4 导水叶轮装置
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图5.5 导水叶轮装置
5.4.3 间歇性翻斗机构
当垃圾进入收集区时，通过翻斗机构上下反复翻转将垃圾收集进垃圾仓。翻斗机构由斗、曲柄摇杆机构和不完全齿轮传动组等三部分组成。
图5.6 间歇性翻斗机构
如图5.6所示，曲柄一端与不完全齿轮组的输出轴固定，翻斗左壁作为摇杆。通过计算确定各杆的长度，确定摇杆的摆角当达到120°时，垃圾能够顺利地从翻斗中倒出。设计翻斗的水平初始位置为曲柄摇杆机构的一极限位置，翻斗的翻转角度达到最大时为另一极限位置。其中利用了四杆机构的急回特性来实现翻斗的快速复位。其设计优点在于中间过程不用控制电机就能使翻斗的收集动作能自动的进行。另外，本翻斗机构还采用了不完全齿轮传动，即由一对一个去掉一定齿数的主动轮和一个完整的从动轮组成，从而实现按一定的间歇时间传动动力的效果，保证了翻斗在水面垃圾收集的时间和快速翻转倾倒垃圾的效果。
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5.4.4 动力驱动机构
考虑到收集船在收集过程中需要一定的时间，垃圾进入收集区的速度要和间歇性翻斗机构的收集速度相一致等因素，我们把船的推进速度定在了一个中等的速度范围，确定为0.1m/min左右。
根据实际情况，我们选用了同轴的双叶轮作为船的动力机构（如图5.7所示）。其中，每个叶轮有6片叶片组成，通过盘形固定支座固定于转动轴上。整个机构通过同步带实现动力传动，两叶轮固定转动轴端的同步带轮固定于两叶轮之间，另一个同步带轮与固定在甲板上电机的轴固定。此机构的优点在于有利于电机的固定和安放，还可以通过控制电机的转速来实现船体的推进速度控制，同时同步带轮也能实现无速度损失传动。
图5.7 动力驱动机构
5.4.5 方向控制机构
为了能实现水域垃圾的全面收集，有必要使船在垃圾收集过程中实现灵活转向控制（如图5.8所示）。为配合船的双叶轮动力推进机构，方向控制系统采用了双舵机构。它比单舵片的方向控制更快速有效，而且安装在船体甲板两侧也能使船在行驶时更加稳定。此双舵机构由舵片和连杆机构组成。连杆为一组双平行四边形连杆机构组成，中间的主动杆由一个转速是5 r/min 的37型直流减速电机提供动力。从动杆与舵片连接，通过轴承座固定于甲板上，这样就实现了两舵片同步转向的控制。
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