自动装袋技术在防洪抢险中的应用

自动装袋技术在防洪抢险中的应用

郑高安，李增芳，陈仙明

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院，浙江 杭州310018)

摘要：自动装袋技术是提高泥沙袋装填效率的一项关键技术.防洪抢险中的自动装袋技术应集泥沙出料、装填启停控制，自动供袋，自动称重和缝包输送于一体，可应用于洪水溢堤加高坝顶、迎水面护堤防浪和堤坝堵塞漏洞等众多场合.针对泥沙袋装袋效率，对现有装袋技术在防洪抢险等机械化设备中的应用进行了比较分析，指出了自动装袋技术在防洪抢险中的发展趋势.

关键词：自动；装袋技术；防洪抢险

中图分类号：TM 921文献标志码：A

收稿日期：2015-02-01

基金项目：国家自然科学

作者简介：郑高安(1983-)，男，浙江台州人，讲师，从事机电一体化方向教学科研工作.

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

浙江省地处东南沿海，是我国遭受台风影响最严重的地区之一，且具有风力强、潮位增幅大、台风暴雨高潮三碰头频率高、台风灾害损失大的特点[1,2].受台风侵扰和影响的地区，通常会造成不同程度的灾害，严重时甚至会对人民的生命安全与财产造成巨大威胁和难以估量的损失.为此，在受台风影响时如何高效做好防护和减少灾害损失成了防洪抢险中的首要任务.而当前，在浙江的大江大河及湖泊的大堤防洪抢险中，泥沙袋是使用最为广泛的防洪防汛装备.泥沙袋中的泥土沙石常备于堤坝的指定位置，以备不时之需，包装所用塑料编织袋也是防洪防汛必备物品.由于泥沙袋的可获得性，故在洪水溢堤加高坝顶、迎水面护堤防浪、堤坝堵塞漏洞等众多场合被大量使用.因此，泥沙袋的装填效率在防洪抢险中起着关键作用.

自动装袋技术是提高泥沙袋装填效率的一项关键技术.防洪抢险中的自动装袋技术应集泥沙出料、装填启停控制，自动供袋，自动称重和缝包输送于一体的泥沙袋装填流水线生产技术.该技术在食品包装与化肥包装领域应用较为成熟，在防洪抢险设备的开发上值得借鉴.

1防洪抢险中装袋技术应用现状

鉴于泥沙袋在防洪抢险中的普及性，国内相关部门与有关专家学者针对如何提高泥沙的装袋效率给予了很大的关注.较早出现的是2000年由河南黄河河务局李国繁等人研制的组合装袋机[3]，其结构(见图1).该设备主要由集运料装置、螺旋分料机构、自动称重机构与插板开闭机构等部分组成，运行时须1人操作机器，2人负责单个出料口编织袋的装卸，整台设备运行须5人共同完成.由于不能实现自动装卸编织袋和输送功能，导致设备运行时占用较多人力资源，影响防洪抢险.2004年专利文件(ZL03271060.7)中公开了一种防汛抢险用土沙快速装袋机[4].该装袋机采用光电压力传感器来控制沙土的装填，实现沙土装填启停自动化，但工作时须人工将空袋挂于出料口下方，结束时须人工取下土沙袋，整个装袋实施方案与组合装袋机相类似.此外，装袋机作为防洪抢险设备常处于潮湿、碰撞等恶劣环境下工作，若对光电压力传感器不作适当保护，易出故障，造成设备瘫痪.2008年焦作黄河河务局开发了防汛抢险用双向出料式装袋机[5]，其结构(见图2).该机是防汛抢险用土沙快速装袋机的改进，在原来基础上采用了双向出料设计，即两个出料口轮流循环出料，当有一个出料口完成装填泥沙后，换另一个出料口继续出料.虽有效提高了出料口工作的协调性，但装卸泥沙袋依然靠手工进行，在装袋效率上还有很大的提升空间.

图1　给合装袋机 ①蟹爪耙装机构；②铲板升降机构；③履带行 走机构；④刮板运输机构；⑤螺旋分料机构； ⑥自动称重机构；⑦插板开闭机构

图2　双向出料式装袋机 ①机架；②电磁振动器开关；③接料斗；④皮 带输送机；⑤调速电机；⑥换向齿轮箱； ⑦电磁振动器；⑧储料斗

上述设备在一定程度上提高了泥沙装袋效率，但在抢险堵漏的紧急时刻，由于缺少连续、高效和自动装卸袋的机械化设备，现场依靠人工装袋运袋，不但劳动强度大，而且操作人员多，占用了抢险人力资源.因此，设计一种即适用于河道、堤防工程的防洪抢险，又能自动将土料、砂石料或自然土体装入到编织袋中，并实现连续上袋、计量、封口包装与输送的高效防洪抢险装袋机是十分有意义的.

2装袋技术在防洪抢险中的应用分析

目前自动装袋技术在防洪抢险中的研究[3-9]主要集中在装填启停控制，自动供袋，自动称重和缝包输送等四个方面.

2.1启停控制

防洪抢险中自动装袋技术的装填启停控制研究主要以机械控制和传感器辅助的半自动控制为主.机械控制是利用肉眼来判断泥沙袋的装填任务完成与否，然后再通过人工操作控制机器的启停，如专利文件(ZL03271060.7)中公开的一种防汛抢险用土沙快速装袋机.这种方法以人工为主，泥沙装袋精度不高，效率较低.传感器辅助的半自动控制是利用重力传感器感知泥沙袋的重量，从而判断泥沙是否装填完成，进而控制装填动作的启停，如焦作黄河河务局开发了防汛抢险用双向出料式装袋机.这种方法相对于机械控制不仅在效率上有较大的提升，而且启停精度也适用于泥沙等非贵重物质的装填.但，关键是传感器辅助的半自动控制不能将启停信号与自动供袋工序相连，进而无法实现防洪抢险设备的连续、高效运行.当前装袋技术启停控制应用较为成功的主要在食品和工业包装上，不仅启停精度高，而且启停信号与后续工序相通，实现包装设备的包装成型、制袋、承重、填充、封口等一系列动作.

2.2自动供袋

自动供袋技术是自动装袋技术在防洪抢险应用中的核心技术之一.自动供袋的可靠性与效率直接关系着防洪抢险中泥沙装袋的数量.据公开资料显示，由人工完成装袋与卸袋的泥沙装袋速度达20袋每分钟,而现有在产的防洪抢险机械化设备中，能可靠实现自动供袋的机械化设备甚少.若能实现自动供袋，则此类机械化设备在防洪抢险中定能发挥更大的作用.

当前，自动供袋技术在食品包装与化肥包装领域应用较为广泛并趋于成熟[10-15]，故其对防洪抢险机械化设备开发具有一定的参考意义.以化肥包装为例，自动供袋一般由上袋、夹袋和开袋等三部分组成，工作时一般由吸盘或机械手将空包装袋取出，然后使用袋夹将空袋固定在出料口.空袋固定好后，再由真空吸盘抽真空来吸住袋口，同时真空吸盘移动打开袋口，使包装袋处于待装料状态.在化肥包装机械中上述动作一般由PLC作控制器完成.化肥包装中的自动供袋技术面向化肥类产品，对设备的无菌处理、杂质检测以及重量精度控制要求较高，而在防洪抢险过程中包装对象主要面向沙土与碎石，精度控制要求相对较低，以可靠实现上袋、夹袋和开袋等三大功能为主.防洪抢险过程中的工作环境较为恶劣，设备常受水浸、沙浆等干扰，且装填完成的泥沙袋仅用于防洪抢险，故无需实现无菌与杂质检测等功能要求，而要加强设备在水浸、沙浆等干扰下的装填可靠性与高效性.

2.3自动称重

自动称重是用于判定单袋泥沙袋是否装袋完成的一道工序.在相关防洪抢险机械化设备中，自动称重功能主要采用机械定重装置与压力传感器等两种方式.机械定重装置类似于杠杆原理，当达到设定重量时，定重装置的一端被撬动，然后撞击行程开关或限位开关，同时发出装袋完成信号.机械定重装置精度控制较低，但结构简单，可靠性强非常适合防洪抢险中的恶劣环境.压力传感器以光电为主，精度控制较高，但光电传感器在水浸、沙浆等恶劣环境下易出故障，造成设备瘫痪.另外，防洪抢险中的泥沙袋主要装填泥沙与碎石，其重量控制在0.5公斤范围内即可，精度要求较低.因此，在防洪抢险中宜采用机械定重装置.

2.4缝包输送

缝包输送是自动装袋技术最后一道工序.该道工序主要采用缝线封口处理机完成，功能包括：智能折边、缝包、切断缝线和输送等.此类设备国内较为成熟，典型的有青工LFS系列、纽朗A1-PB系列以及蓝光机电DCS系列等，缝口针距在5～10毫米内可调，速度达200～400包/小时，符合现有防洪抢险自动装袋设备的要求.

3结语

自动装袋技术在防洪抢机械化设备中的应用是提高防洪抢险效率的一项有效途径.根据我国现有自动装袋技术与当前防洪抢险机械化设备应用现状，一种新型防洪抢险自动装袋机需包含以下几个特点：(1)能实现自动连续供袋、称重、缝包与输送，效率高，操作人员少，且适用于河道、堤防工程的紧急防洪抢险.(2)整机可移动，环境适应能力强，有较高的机动性.

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