自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

鄭高安，李增芳，陳仙明

(浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，浙江 杭州310018)

摘要：自動(dòng)裝袋技術(shù)是提高泥沙袋裝填效率的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù).防洪搶險(xiǎn)中的自動(dòng)裝袋技術(shù)應(yīng)集泥沙出料、裝填啟?？刂?，自動(dòng)供袋，自動(dòng)稱重和縫包輸送于一體，可應(yīng)用于洪水溢堤加高壩頂、迎水面護(hù)堤防浪和堤壩堵塞漏洞等眾多場(chǎng)合.針對(duì)泥沙袋裝袋效率，對(duì)現(xiàn)有裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)等機(jī)械化設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行了比較分析，指出了自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)中的發(fā)展趨勢(shì).

關(guān)鍵詞：自動(dòng)；裝袋技術(shù)；防洪搶險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TM 921文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-02-01

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)

作者簡(jiǎn)介：鄭高安(1983-)，男，浙江臺(tái)州人，講師，從事機(jī)電一體化方向教學(xué)科研工作.

Application of Automatic Bagging Technology in Flood

Control and Emergency Salvage

ZHENG Gao-an, LI Zeng-fang, CHEN Xian-ming

(Institute of Mechanical and Automotive Engineering, Zhejiang University of

Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

Abstract:The sandbag is the most basic equipment, widely used to protect the dam, heightening the crest and stopping the leak in flood control and emergency salvage of great rivers and lakes. Aiming at the bagging efficiency of the sandbag, the development trend of automatic bagging technology in flood control and emergency salvage is introduced in this article, based on the comparison and analysis of current bagging technology applied in flood control and emergency salvage.

Key words:automatic; bagging technology; flood control and emergency salvage

0引言

浙江省地處東南沿海，是我國(guó)遭受臺(tái)風(fēng)影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一，且具有風(fēng)力強(qiáng)、潮位增幅大、臺(tái)風(fēng)暴雨高潮三碰頭頻率高、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失大的特點(diǎn)[1,2].受臺(tái)風(fēng)侵?jǐn)_和影響的地區(qū)，通常會(huì)造成不同程度的災(zāi)害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)人民的生命安全與財(cái)產(chǎn)造成巨大威脅和難以估量的損失.為此，在受臺(tái)風(fēng)影響時(shí)如何高效做好防護(hù)和減少災(zāi)害損失成了防洪搶險(xiǎn)中的首要任務(wù).而當(dāng)前，在浙江的大江大河及湖泊的大堤防洪搶險(xiǎn)中，泥沙袋是使用最為廣泛的防洪防汛裝備.泥沙袋中的泥土沙石常備于堤壩的指定位置，以備不時(shí)之需，包裝所用塑料編織袋也是防洪防汛必備物品.由于泥沙袋的可獲得性，故在洪水溢堤加高壩頂、迎水面護(hù)堤防浪、堤壩堵塞漏洞等眾多場(chǎng)合被大量使用.因此，泥沙袋的裝填效率在防洪搶險(xiǎn)中起著關(guān)鍵作用.

自動(dòng)裝袋技術(shù)是提高泥沙袋裝填效率的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù).防洪搶險(xiǎn)中的自動(dòng)裝袋技術(shù)應(yīng)集泥沙出料、裝填啟?？刂疲詣?dòng)供袋，自動(dòng)稱重和縫包輸送于一體的泥沙袋裝填流水線生產(chǎn)技術(shù).該技術(shù)在食品包裝與化肥包裝領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，在防洪搶險(xiǎn)設(shè)備的開發(fā)上值得借鑒.

1防洪搶險(xiǎn)中裝袋技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

鑒于泥沙袋在防洪搶險(xiǎn)中的普及性，國(guó)內(nèi)相關(guān)部門與有關(guān)專家學(xué)者針對(duì)如何提高泥沙的裝袋效率給予了很大的關(guān)注.較早出現(xiàn)的是2000年由河南黃河河務(wù)局李國(guó)繁等人研制的組合裝袋機(jī)[3]，其結(jié)構(gòu)(見圖1).該設(shè)備主要由集運(yùn)料裝置、螺旋分料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)稱重機(jī)構(gòu)與插板開閉機(jī)構(gòu)等部分組成，運(yùn)行時(shí)須1人操作機(jī)器，2人負(fù)責(zé)單個(gè)出料口編織袋的裝卸，整臺(tái)設(shè)備運(yùn)行須5人共同完成.由于不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卸編織袋和輸送功能，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行時(shí)占用較多人力資源，影響防洪搶險(xiǎn).2004年專利文件(ZL03271060.7)中公開了一種防汛搶險(xiǎn)用土沙快速裝袋機(jī)[4].該裝袋機(jī)采用光電壓力傳感器來控制沙土的裝填，實(shí)現(xiàn)沙土裝填啟停自動(dòng)化，但工作時(shí)須人工將空袋掛于出料口下方，結(jié)束時(shí)須人工取下土沙袋，整個(gè)裝袋實(shí)施方案與組合裝袋機(jī)相類似.此外，裝袋機(jī)作為防洪搶險(xiǎn)設(shè)備常處于潮濕、碰撞等惡劣環(huán)境下工作，若對(duì)光電壓力傳感器不作適當(dāng)保護(hù)，易出故障，造成設(shè)備癱瘓.2008年焦作黃河河務(wù)局開發(fā)了防汛搶險(xiǎn)用雙向出料式裝袋機(jī)[5]，其結(jié)構(gòu)(見圖2).該機(jī)是防汛搶險(xiǎn)用土沙快速裝袋機(jī)的改進(jìn)，在原來基礎(chǔ)上采用了雙向出料設(shè)計(jì)，即兩個(gè)出料口輪流循環(huán)出料，當(dāng)有一個(gè)出料口完成裝填泥沙后，換另一個(gè)出料口繼續(xù)出料.雖有效提高了出料口工作的協(xié)調(diào)性，但裝卸泥沙袋依然靠手工進(jìn)行，在裝袋效率上還有很大的提升空間.

圖1　給合裝袋機(jī) ①蟹爪耙裝機(jī)構(gòu)；②鏟板升降機(jī)構(gòu)；③履帶行 走機(jī)構(gòu)；④刮板運(yùn)輸機(jī)構(gòu)；⑤螺旋分料機(jī)構(gòu)； ⑥自動(dòng)稱重機(jī)構(gòu)；⑦插板開閉機(jī)構(gòu)

圖2　雙向出料式裝袋機(jī) ①機(jī)架；②電磁振動(dòng)器開關(guān)；③接料斗；④皮 帶輸送機(jī)；⑤調(diào)速電機(jī)；⑥換向齒輪箱； ⑦電磁振動(dòng)器；⑧儲(chǔ)料斗

上述設(shè)備在一定程度上提高了泥沙裝袋效率，但在搶險(xiǎn)堵漏的緊急時(shí)刻，由于缺少連續(xù)、高效和自動(dòng)裝卸袋的機(jī)械化設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)依靠人工裝袋運(yùn)袋，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且操作人員多，占用了搶險(xiǎn)人力資源.因此，設(shè)計(jì)一種即適用于河道、堤防工程的防洪搶險(xiǎn)，又能自動(dòng)將土料、砂石料或自然土體裝入到編織袋中，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)上袋、計(jì)量、封口包裝與輸送的高效防洪搶險(xiǎn)裝袋機(jī)是十分有意義的.

2裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)中的應(yīng)用分析

目前自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)中的研究[3-9]主要集中在裝填啟?？刂疲詣?dòng)供袋，自動(dòng)稱重和縫包輸送等四個(gè)方面.

2.1啟?？刂?/p>

防洪搶險(xiǎn)中自動(dòng)裝袋技術(shù)的裝填啟停控制研究主要以機(jī)械控制和傳感器輔助的半自動(dòng)控制為主.機(jī)械控制是利用肉眼來判斷泥沙袋的裝填任務(wù)完成與否，然后再通過人工操作控制機(jī)器的啟停，如專利文件(ZL03271060.7)中公開的一種防汛搶險(xiǎn)用土沙快速裝袋機(jī).這種方法以人工為主，泥沙裝袋精度不高，效率較低.傳感器輔助的半自動(dòng)控制是利用重力傳感器感知泥沙袋的重量，從而判斷泥沙是否裝填完成，進(jìn)而控制裝填動(dòng)作的啟停，如焦作黃河河務(wù)局開發(fā)了防汛搶險(xiǎn)用雙向出料式裝袋機(jī).這種方法相對(duì)于機(jī)械控制不僅在效率上有較大的提升，而且啟停精度也適用于泥沙等非貴重物質(zhì)的裝填.但，關(guān)鍵是傳感器輔助的半自動(dòng)控制不能將啟停信號(hào)與自動(dòng)供袋工序相連，進(jìn)而無法實(shí)現(xiàn)防洪搶險(xiǎn)設(shè)備的連續(xù)、高效運(yùn)行.當(dāng)前裝袋技術(shù)啟?？刂茟?yīng)用較為成功的主要在食品和工業(yè)包裝上，不僅啟停精度高，而且啟停信號(hào)與后續(xù)工序相通，實(shí)現(xiàn)包裝設(shè)備的包裝成型、制袋、承重、填充、封口等一系列動(dòng)作.

2.2自動(dòng)供袋

自動(dòng)供袋技術(shù)是自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶險(xiǎn)應(yīng)用中的核心技術(shù)之一.自動(dòng)供袋的可靠性與效率直接關(guān)系著防洪搶險(xiǎn)中泥沙裝袋的數(shù)量.據(jù)公開資料顯示，由人工完成裝袋與卸袋的泥沙裝袋速度達(dá)20袋每分鐘,而現(xiàn)有在產(chǎn)的防洪搶險(xiǎn)機(jī)械化設(shè)備中，能可靠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供袋的機(jī)械化設(shè)備甚少.若能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供袋，則此類機(jī)械化設(shè)備在防洪搶險(xiǎn)中定能發(fā)揮更大的作用.

當(dāng)前，自動(dòng)供袋技術(shù)在食品包裝與化肥包裝領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛并趨于成熟[10-15]，故其對(duì)防洪搶險(xiǎn)機(jī)械化設(shè)備開發(fā)具有一定的參考意義.以化肥包裝為例，自動(dòng)供袋一般由上袋、夾袋和開袋等三部分組成，工作時(shí)一般由吸盤或機(jī)械手將空包裝袋取出，然后使用袋夾將空袋固定在出料口.空袋固定好后，再由真空吸盤抽真空來吸住袋口，同時(shí)真空吸盤移動(dòng)打開袋口，使包裝袋處于待裝料狀態(tài).在化肥包裝機(jī)械中上述動(dòng)作一般由PLC作控制器完成.化肥包裝中的自動(dòng)供袋技術(shù)面向化肥類產(chǎn)品，對(duì)設(shè)備的無菌處理、雜質(zhì)檢測(cè)以及重量精度控制要求較高，而在防洪搶險(xiǎn)過程中包裝對(duì)象主要面向沙土與碎石，精度控制要求相對(duì)較低，以可靠實(shí)現(xiàn)上袋、夾袋和開袋等三大功能為主.防洪搶險(xiǎn)過程中的工作環(huán)境較為惡劣，設(shè)備常受水浸、沙漿等干擾，且裝填完成的泥沙袋僅用于防洪搶險(xiǎn)，故無需實(shí)現(xiàn)無菌與雜質(zhì)檢測(cè)等功能要求，而要加強(qiáng)設(shè)備在水浸、沙漿等干擾下的裝填可靠性與高效性.

2.3自動(dòng)稱重

自動(dòng)稱重是用于判定單袋泥沙袋是否裝袋完成的一道工序.在相關(guān)防洪搶險(xiǎn)機(jī)械化設(shè)備中，自動(dòng)稱重功能主要采用機(jī)械定重裝置與壓力傳感器等兩種方式.機(jī)械定重裝置類似于杠桿原理，當(dāng)達(dá)到設(shè)定重量時(shí)，定重裝置的一端被撬動(dòng)，然后撞擊行程開關(guān)或限位開關(guān)，同時(shí)發(fā)出裝袋完成信號(hào).機(jī)械定重裝置精度控制較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)非常適合防洪搶險(xiǎn)中的惡劣環(huán)境.壓力傳感器以光電為主，精度控制較高，但光電傳感器在水浸、沙漿等惡劣環(huán)境下易出故障，造成設(shè)備癱瘓.另外，防洪搶險(xiǎn)中的泥沙袋主要裝填泥沙與碎石，其重量控制在0.5公斤范圍內(nèi)即可，精度要求較低.因此，在防洪搶險(xiǎn)中宜采用機(jī)械定重裝置.

2.4縫包輸送

縫包輸送是自動(dòng)裝袋技術(shù)最后一道工序.該道工序主要采用縫線封口處理機(jī)完成，功能包括：智能折邊、縫包、切斷縫線和輸送等.此類設(shè)備國(guó)內(nèi)較為成熟，典型的有青工LFS系列、紐朗A1-PB系列以及藍(lán)光機(jī)電DCS系列等，縫口針距在5～10毫米內(nèi)可調(diào)，速度達(dá)200～400包/小時(shí)，符合現(xiàn)有防洪搶險(xiǎn)自動(dòng)裝袋設(shè)備的要求.

3結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)裝袋技術(shù)在防洪搶機(jī)械化設(shè)備中的應(yīng)用是提高防洪搶險(xiǎn)效率的一項(xiàng)有效途徑.根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有自動(dòng)裝袋技術(shù)與當(dāng)前防洪搶險(xiǎn)機(jī)械化設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀，一種新型防洪搶險(xiǎn)自動(dòng)裝袋機(jī)需包含以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)供袋、稱重、縫包與輸送，效率高，操作人員少，且適用于河道、堤防工程的緊急防洪搶險(xiǎn).(2)整機(jī)可移動(dòng)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，有較高的機(jī)動(dòng)性.

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