泥沙自動裝袋機工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

于磊 宋珺頤 吳林峰 朱昊天

摘要：針對黃河中下游河床治理，對打撈后的泥沙自動化處理，設(shè)計一款泥沙自動裝袋機工作裝置，該裝置主要由料斗、料斗架、輸送帶等部分組成。該裝置與質(zhì)量感應(yīng)裝置、送袋機構(gòu)和封口裝置等配套設(shè)備配合使用，實現(xiàn)泥沙的自動稱重、裝袋、封袋和搬運等工作。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性強等優(yōu)點，值得推廣使用。

關(guān)鍵詞：黃河治理;自動裝袋機;工作裝置

引言：黃河上游因其地理環(huán)境所致河水含有大量泥沙隨著河水漂流到下游造成下游河床逐漸抬高，在河南柳園口附近，黃河灘面高出開封市地面7m左右，這一段形成了地上懸河。為了減輕河床繼續(xù)抬高，有計劃的挖掘河床泥沙，是其治理方法之一。打撈上來的泥沙，主要是人工裝袋，費時費力成本高。本文針對泥沙裝袋，設(shè)計一種自動裝袋機工作裝置，增加裝袋效率的同時，節(jié)約一定的成本，為黃河機械化治理提供了一定了技術(shù)支持[1-3]。

1泥沙自動裝袋機工作裝置結(jié)構(gòu)組成

該泥沙自動裝袋機針對從黃河中下游打撈經(jīng)自然脫水之后30T/h的輸沙量，將輸送過來的泥沙，經(jīng)進(jìn)料斗改變流動方向，通過輸送帶輸送直接進(jìn)入料袋。考慮市場編織袋材料大小和運輸?shù)谋憷裕x擇50cm*80cm大小尺寸的PP/PE/PA復(fù)合的塑料包裝袋和傳統(tǒng)的編織袋。該裝置主要由料斗、料斗架、皮帶輸送裝置、支腿及配套的重量感應(yīng)裝置、送袋機構(gòu)、封口裝置等部分組成。料斗主要負(fù)責(zé)儲存泥沙以方便皮帶對泥沙的傳送，料斗架是為了支撐料斗，皮帶輸送裝置是將進(jìn)入料斗的泥沙轉(zhuǎn)變方向并將泥沙輸送至料袋中，配套重量感應(yīng)裝置感應(yīng)和控制沙袋裝料量，并反饋給機器控制臺讓輸送皮帶停止工，送袋機負(fù)責(zé)給提供袋子，同時將已經(jīng)裝滿泥沙的袋子運到封袋機旁，封袋機負(fù)責(zé)對裝滿泥沙的袋子進(jìn)行封口工作，傳送帶能夠?qū)⒎夂每诘哪嗌尺\送到指定的位置。通過以上各部件的分工合作，完成裝袋機自動化工作。本文只研究裝袋機主機部分料斗、料斗架、皮帶輸送裝置和支腿等，其配套的重量感應(yīng)裝置、傳送帶、封口裝置等借鑒現(xiàn)有技術(shù)選擇，不在研究范圍。

2泥沙自動裝袋機工作裝置設(shè)計

2.1料斗結(jié)構(gòu)設(shè)計

物料自然堆積的表面和平面之間的夾角稱為物料的自然休止角β[1]，物料泥沙在料斗內(nèi)不出現(xiàn)積料現(xiàn)象的基本條件是料斗壁傾角大于物料的自然休止角β。料斗常見的形狀由圓形和矩形，考慮到圓形料斗制作困難，采用矩形料斗，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，a、b、c、h分別為料斗的尺寸，d為矩形料斗厚度，可得料斗總體積V=V1+V2，其中V1=a*c*d，為矩形部分的料斗體積;V2=（a+b）*h/2*d，為梯形部分的料斗體積。

由于物料入倉后會出現(xiàn)自然休止角，當(dāng)料斗頂部的物料與料斗頂持平時，料斗內(nèi)部會出現(xiàn)一定的空腔，料斗的有效容積實際上應(yīng)是料斗的實際容積減去空腔容積V3后的容積，即：V有效=V1+V2-V3，V3=1/3*a3*tanβ，取a=2000mm，b=1200mm，c=530mm，d=800mm，h=1200，得到料斗的有效容積為8.843立方米，圓整后有效容積為8.8m3。

2.2輸送裝置輸送帶的選型

綜合考慮料斗、地勢和后續(xù)泥沙袋的運輸，輸送裝置選取水平布置，輸送帶寬度B計算公式為[4-6]：

式中：Q為輸送的物料流量（T/h），Q=300*84=25200kg=25.2T/h;V為輸送帶的速度（m/s），帶式給料及有灰塵工況，取V=0.9m/s;γ為物料容重（T/m3），取=1.2;K為斷面系數(shù)，K與物料的動堆積角ρ及帶寬B有關(guān)，取K=130;C為傾角系數(shù)，取C=1.0;ξ為速度系數(shù)，取ξ=1.0。

經(jīng)計算傳送帶的寬度B=423mm，結(jié)合文獻(xiàn)[4]選擇標(biāo)準(zhǔn)寬度為500mm的平形塑料帶?？紤]裝袋機為短期工作，選用型號為Y100L-2短期工作制的臥式、單軸伸、防護(hù)式交流電動機，其額定功率為3kw滿載轉(zhuǎn)速2870r/min，質(zhì)量為33kg[7]。

2.3料斗架的結(jié)構(gòu)強度校核

根據(jù)料斗尺寸確定料斗架選擇鋁合金型材，尺寸長2100mm，寬800mm，高530mm，密度為2770kg/m3，抗拉壓屈服強度為280MPa。承受載荷為P，是料都滿載時泥沙和料斗重之和，作用時，取四分之一載荷大小加載立柱上表面。利用Ansys Workbench軟件進(jìn)行建模和求解，得到料斗架總體變形和應(yīng)力分布，結(jié)果顯示，其等效變形最大為2mm，最大等效應(yīng)力為73.94Mpa，滿足材料承載能力和工作要求。

2.4工作裝置三維虛擬設(shè)計

利用SolidWorks軟件對設(shè)計的裝袋機工作裝置進(jìn)行三維建模、裝配和干涉檢查，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)合理，滿足使用要求。工作時，該自動裝袋機結(jié)合其輔助裝置和控制系統(tǒng)，共同完成泥沙的自動稱重、裝袋、封袋和搬運，實現(xiàn)泥沙自動化分裝工作。

3結(jié)語

本文針對黃河中下游泥沙打撈配套設(shè)計了相應(yīng)的泥沙裝袋機工作裝置，該工作裝置結(jié)構(gòu)簡單，運輸方便，投入成本低，即可作為泥沙的裝袋處理設(shè)備，還可以用在其他類似泥沙物質(zhì)的比如玉米、小米等裝袋工作中，使用范圍廣泛，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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[6]王晶偉，徐劍.種子數(shù)粒裝袋機設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程，2015，5（05）：92-94.

[7]焦賀彬.電動機的選擇及控制電路的設(shè)計[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（21）：40.

作者簡介：于磊：1974年11月，女，漢族，河南鄭州，工程師，主要從事：水利水電機械設(shè)備制造安裝、咨詢管理及技術(shù)工作