泥沙自动装袋机工作装置结构设计

于磊 宋珺颐 吴林峰 朱昊天

摘要：针对黄河中下游河床治理，对打捞后的泥沙自动化处理，设计一款泥沙自动装袋机工作装置，该装置主要由料斗、料斗架、输送带等部分组成。该装置与质量感应装置、送袋机构和封口装置等配套设备配合使用，实现泥沙的自动称重、装袋、封袋和搬运等工作。该装置具有结构简单、通用性强等优点，值得推广使用。

关键词：黄河治理;自动装袋机;工作装置

引言：黄河上游因其地理环境所致河水含有大量泥沙随着河水漂流到下游造成下游河床逐渐抬高，在河南柳园口附近，黄河滩面高出开封市地面7m左右，这一段形成了地上悬河。为了减轻河床继续抬高，有计划的挖掘河床泥沙，是其治理方法之一。打捞上来的泥沙，主要是人工装袋，费时费力成本高。本文针对泥沙装袋，设计一种自动装袋机工作装置，增加装袋效率的同时，节约一定的成本，为黄河机械化治理提供了一定了技术支持[1-3]。

1泥沙自动装袋机工作装置结构组成

该泥沙自动装袋机针对从黄河中下游打捞经自然脱水之后30T/h的输沙量，将输送过来的泥沙，经进料斗改变流动方向，通过输送带输送直接进入料袋。考虑市场编织袋材料大小和运输的便利性，选择50cm*80cm大小尺寸的PP/PE/PA复合的塑料包装袋和传统的编织袋。该装置主要由料斗、料斗架、皮带输送装置、支腿及配套的重量感应装置、送袋机构、封口装置等部分组成。料斗主要负责储存泥沙以方便皮带对泥沙的传送，料斗架是为了支撑料斗，皮带输送装置是将进入料斗的泥沙转变方向并将泥沙输送至料袋中，配套重量感应装置感应和控制沙袋装料量，并反馈给机器控制台让输送皮带停止工，送袋机负责给提供袋子，同时将已经装满泥沙的袋子运到封袋机旁，封袋机负责对装满泥沙的袋子进行封口工作，传送带能够将封好口的泥沙运送到指定的位置。通过以上各部件的分工合作，完成装袋机自动化工作。本文只研究装袋机主机部分料斗、料斗架、皮带输送装置和支腿等，其配套的重量感应装置、传送带、封口装置等借鉴现有技术选择，不在研究范围。

2泥沙自动装袋机工作装置设计

2.1料斗结构设计

物料自然堆积的表面和平面之间的夹角称为物料的自然休止角β[1]，物料泥沙在料斗内不出现积料现象的基本条件是料斗壁倾角大于物料的自然休止角β。料斗常见的形状由圆形和矩形，考虑到圆形料斗制作困难，采用矩形料斗，其结构如图1所示，a、b、c、h分别为料斗的尺寸，d为矩形料斗厚度，可得料斗总体积V=V1+V2，其中V1=a*c*d，为矩形部分的料斗体积;V2=（a+b）*h/2*d，为梯形部分的料斗体积。

由于物料入仓后会出现自然休止角，当料斗顶部的物料与料斗顶持平时，料斗内部会出现一定的空腔，料斗的有效容积实际上应是料斗的实际容积减去空腔容积V3后的容积，即：V有效=V1+V2-V3，V3=1/3*a3*tanβ，取a=2000mm，b=1200mm，c=530mm，d=800mm，h=1200，得到料斗的有效容积为8.843立方米，圆整后有效容积为8.8m³。

2.2输送装置输送带的选型

综合考虑料斗、地势和后续泥沙袋的运输，输送装置选取水平布置，输送带宽度B计算公式为[4-6]：

式中：Q为输送的物料流量（T/h），Q=300*84=25200kg=25.2T/h;V为输送带的速度（m/s），带式给料及有灰尘工况，取V=0.9m/s;γ为物料容重（T/m3），取=1.2;K為断面系数，K与物料的动堆积角ρ及带宽B有关，取K=130;C为倾角系数，取C=1.0;ξ为速度系数，取ξ=1.0。

经计算传送带的宽度B=423mm，结合文献[4]选择标准宽度为500mm的平形塑料带。考虑装袋机为短期工作，选用型号为Y100L-2短期工作制的卧式、单轴伸、防护式交流电动机，其额定功率为3kw满载转速2870r/min，质量为33kg[7]。

2.3料斗架的结构强度校核

根据料斗尺寸确定料斗架选择铝合金型材，尺寸长2100mm，宽800mm，高530mm，密度为2770kg/m³，抗拉压屈服强度为280MPa。承受载荷为P，是料都满载时泥沙和料斗重之和，作用时，取四分之一载荷大小加载立柱上表面。利用Ansys Workbench软件进行建模和求解，得到料斗架总体变形和应力分布，结果显示，其等效变形最大为2mm，最大等效应力为73.94Mpa，满足材料承载能力和工作要求。

2.4工作装置三维虚拟设计

利用SolidWorks软件对设计的装袋机工作装置进行三维建模、装配和干涉检查，结果表明结构合理，满足使用要求。工作时，该自动装袋机结合其辅助装置和控制系统，共同完成泥沙的自动称重、装袋、封袋和搬运，实现泥沙自动化分装工作。

3结语

本文针对黄河中下游泥沙打捞配套设计了相应的泥沙装袋机工作装置，该工作装置结构简单，运输方便，投入成本低，即可作为泥沙的装袋处理设备，还可以用在其他类似泥沙物质的比如玉米、小米等装袋工作中，使用范围广泛，值得推广。

参考文献：

[1]吴林峰，耿明全，许金山.水射流无损插桩机具的研制及试验应用[J].人民黄河，2014，（6）：4-5+25.

[2]吴林峰，程晓萍，韩新民.无损射水插桩破土模型有限元分析[J].人民黄河，2016，38（5）：37-40.

[3]侯艳君，耿明全，吴林峰.水上插桩快速定位装置的设计研究[J].人民黄河，2014，36（6）：11-13.

[4]朱文蔚.料斗设计中应注意的若干问题[J].衡器，1998（01）：14-16.

[5]陈营，陆佳平，李国华.装袋机连续开袋机构设计[J].包装工程，2016，37（17）：177-181.

[6]王晶伟，徐剑.种子数粒装袋机设计[J].农业工程，2015，5（05）：92-94.

[7]焦贺彬.电动机的选择及控制电路的设计[J].科技创业家，2013（21）：40.

作者简介：于磊：1974年11月，女，汉族，河南郑州，工程师，主要从事：水利水电机械设备制造安装、咨询管理及技术工作