江苏省灌溉动力管理一处 江苏泰州 225300
摘要：在防汛抢险工作过程中，传统的捆抛柳石枕等方法存在较多弊端，如耗用人工多、效率低、成本高、环境效益差，以及安全性差等，本文通过对一种防汛抢险长管袋充填充机总体功能设计及应用情况的介绍，表明该设备具有充填效率高，操作便利，移动灵活等优势，可实现两条长管袋同时快速充填与定位抛投，满足野外作业条件，适用推广应用。
关键词：防汛抢险；长管袋充填机；设备选型；功能设计；抛投技术
1设备组成及工作原理
从结构分析来看，防汛抢险长管袋充填机主体部分主要由承载机构与拖行装置、储料下料机构、驱动系统、场地自行机构以及电气控制系统等组成。而与之配套的抛投装置包括组合式长管袋抛投平台和可调节助滑板。在投入应用之前，将设备拖放到距河道工程坝岸出险部位适当距离，使设备与坝岸边坡坡顶的距离大于水面以上坍塌土体高度，这样既能保障设备与人员安全，又方便抢险操作。长管袋长度要根据出险部位的水深进行确定，并将长管袋套到螺旋输送机出料口上。利用装载机将砂土料物装入储料斗，采用高频振动装置强制下料，料物经下料机构至螺旋机内，再经出料口装入长管袋中，人工辅助作业将长管袋已充填部分移离出料口，螺旋机连续运转，充填好的长管袋不断加长，直至充满整个袋体。长管袋充填完成后，在抛投平台上进行人工封口并系上留绳，人工将封好口的长管袋从抛投平台引导至出险岸坡的助滑板上，长管袋在助滑板上以可控速度下滑入水至预定抢护部位。长管袋充填、抛投平面示意见图1，长管袋充填、抛投立面示意见图2。
图2长管袋充填、抛投立面示意
2研发过程
2.1主要研究内容
2.1.1设备总体功能设计
防汛抢险长管袋充填机应能适应所有人工装袋料物，适应野外恶劣作业条件，实现设备轻型化、操作便利化、移动快速化，减轻劳动强度。
2.1.2承载机构选型
鉴于该设备为防汛抢险专用设备，使用频率较低，整机自身不设快速自行移动动力机构，移动时由外部牵引车拖动。该设备拖曳机构应具备刹车、转向、信号指示等功能，以满足在运输过程中的安全要求。
2.1.3驱动系统选型
整机要实现料物输送、充填等功能，需要相应的驱动系统。驱动系统主要由下料闸门驱动电机、螺旋输送机驱动电机、高频振动强制下料电机及场地自行电机等组成。
2.2技术方案
2.2.1系统功能描述
(1)作业准备。包括设备就位、空载运行、装料、摆放抛投平台等工序。设备到达作业地点后，首先进行设备就位。接通并启动外部电源，将支撑机构的4台升降式电动螺杆支腿升至适当高度。设备就位后，启动电源，设备进行空载试运行(根据使用情况可启动1套或2套系统充填长管袋作业)；采用装载机等机械将料物装入储料斗内。所装料物含有较大块料导致下料困难时，可启动振动装置强制下料。
(2)充填作业。包括套袋、充填、封口、抛投等工序。整机采用两套长管袋充填作业系统，两套系统既可以并行作业，也可以单独作业。每套作业系统由4名操作人员负责，完成一条长管袋的套袋、充填、封口、抛投等连续作业工序。整机电气控制箱由1名电气操作手控制。
充填作业时，人工将长管袋套在螺旋输送机出料口上，首先启动螺旋输送机电机，再启动下料闸门电机，料物从料斗下口处经下料闸门徐徐落入螺旋输送机内，随螺旋管的旋转进入待装长管袋内。操作人员辅助引导长管袋在抛投平台上缓慢移动。待料物充填至袋口处时，关闭下料闸门，关闭螺旋输送机，完成一条长管袋的充填作业。操作人员手持电动缝包机进行封口作业。
2.2.2承载机构与拖行装置
承载机构与拖行装置包括由4台电机分别驱动的升降式螺杆支腿支撑的承载平台、由4只轮胎支撑的前后桥以及拖曳三角架。根据整机质量、设备运输及作业方式，确定支撑机构技术参数、驱动电机的输出功率、输出扭矩等参数。
2.2.3储料下料机构
储料下料机构包括储料斗和下料机构。储料斗由中间隔板分隔为2个独立的料仓，对应料斗下方各悬挂1台螺旋输送机。在抢险现场，装袋料物往往湿度大、黏性强，为保证下料顺利，安装4套高频振动装置。下料机构由驱动电机、减速机、螺旋输送机等组成。输送装料机构包括:用于搅动并输送出料
筒中的料物的螺旋输送机；用于驱动螺旋输送机转动的输送电机；用于盛装螺旋输送机和来自储料斗的料物的出料筒。螺旋输送机包括输送轴、螺旋叶片，螺旋叶片固定在输出轴上；螺旋输送机装设于出料筒中，出料筒一端靠近输送电机，另一端作为长管袋充填机出料口；输送电机输出轴连接输送轴一端，输送轴另一端固定在出料筒端口一侧。
2.3关键技术参数选取
2.3.1螺旋管出口倾角
下倾式螺旋充填装置可节约充填动力消耗。综合考虑采用下倾式螺旋管对整机高度、宽度与充填影响程度，采用出口倾角为12°。
2.3.2螺旋管管径及套袋管长
螺旋管管径要满足不同规格口径的长管袋充填，长度要方便人工套袋。经理论计算并试验验证，管径为50cm时可以满足直径为70-100cm的长管袋正常充填，长度为50cm的套袋管即可满足长度为5-10m的长管袋进行人工套袋。
2.3.3螺旋轴转速
螺旋输送机工作转速与料物特性有密切关系，转速过小则会导致充填效率过低；在满足输送能力的条件下也不宜过高，以免料物受过大的切向力而被抛起，以致无法向前输送。其转速n不能超过极限转速nj:
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式中:A为料物综合系数，不同充填料物，其综合系数不同，如块状干黏土取15，块状湿黏土取20，粒径﹤60mm的无磨琢性或半磨琢性块料以及砂性料物取30；D为螺旋管管径，取500mm。经计算，结合实际抢险所用料物，选取螺旋轴转速n为35r/min。
2.3.4输送能力
确定螺旋管径D及螺旋轴转速n后，输送能力Q采用下式计算:
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式中:t为螺距，取螺旋管径D的80%，即400mm；ρ为料物松散密度，t/m3；ψ为充填系数，块状干黏土及块状湿黏土取0．125～0．20，粒径﹤60mm的无磨琢性或半磨琢性块料取0．20～0．25，砂性料物取0．25～0．30；
C为输送机倾角系数，取0．70。经计算，单机输送能力为30m3/h，整机输送能力为60m3/h。
3推广应用
从设备就位、配套装置摆放设备调试、充填到抛投长管袋，仅用时20min左右，到了快速抛投、快速抢护，为有效防御洪水对河道工边流淘刷及遏制坝裆回流淘刷发挥了重要作用通过对该设备应用现场实际检测，该设备一次位可满足8m宽的最大抛投范围，一般30min左右完成8m宽出险范围的边坡防护。该设备能够满足风、扬尘、降雨等各种不利天气的野外作业条件，适于松散土料、沙土及粒径10cm以下的碎石、砂石混料等天然防汛抢险材料，充填长管袋效率达到设计标，可满足不同河道工程及堤防的长管袋抢险条件采用该设备充填、抛投的长管袋为顺坡立式长土袋，与传统抛投柳石枕水平堆放状态相比，顺坡立式长管土袋袋体柔软、变形能力强，更能适应冲刷变形沉降，不易拉裂，不易走失，在自身荷载作用下可很好地贴附于边坡和河床上，便于稳定边坡和河床，对河道工程抢险非常有利。该设备所用长管袋为工厂化定制，利用黄河泥沙作为充填材料，资源丰富，可避免传统险所用块石、柳梢等材料对生态环境造成的破坏。利用该设备抢险速度快、效果好，可广泛应用于抗洪抢险、水利工程施工等现场，推广应用前景广阔。
结束语
防汛抢险长管袋充填机为环保型防汛抢险设备，充填、抛投效率高，操作便利，移动灵活，可实现快速充填长管袋，利用配套装置可快速定位抛投。该设备极大地降低了抢险作业人员的劳动强度，提高了充填速度和工作效率，为抗洪抢险争取了大量的宝贵时间，可广泛应用于抗洪抢险、水利工程施工等现场，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益，推广应用前景广阔。
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