双工位迷宫式滴灌带设备定量挤出及收卷装置研究

第１４卷　２０１４笠　第１期　１月　中　国水运　Ｏｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｒｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｎｏ．１　２Ｏ１４　

双工位迷宫式滴灌带设备定量挤出及收卷装置研究　

张向阳　，赵晓栋　，贺岳年　，袁跃峰　，俞意刚。　

（１浙江海洋学院船舶与海洋工程学院，浙江舟山３１６０２２；２舟山市安格机械有限公司，浙江舟山３１６０００）　

摘要：滴灌是一种迄今为止对水的有效利用程度最高的灌溉技术，与传统灌溉方式相比，可以节约高达５０％￣６０％　

的淡水资源，具有广阔的应用前景。本文提出双工位迷宫式滴灌带的挤出工艺，设计了定量挤出装置和六工位收卷　装置，实现了滴灌带在成型过程中匀速稳定挤出及连续收卷。改进后正常生产线速度为１２０～１４０ｍ／ｍｉｎ，比传统　

的单工位滴灌带生产线效率提高了近１倍，同时占地面积、耗电量、用工量均有较大幅度降低。　关键词：滴灌带；挤出设备ｉ双工位；定量挤出装置；收卷装置　

中图分类号：ＴＨ１４５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７９７３（２０１４）０１—０１２２—０２　

前言　

随着船运业的发展，尤其是远洋船运的发展，旅客、船　

员对航行中的生活环境要求越来越高，需要新鲜的绿色蔬菜，　需要花草等绿色环境，这就要求研究船舶的花草蔬菜等的种　

植与灌溉技术，其中船舶航行中淡水的有效利用是关键点之　

一。此外，随着水运技术的发展，使一些岛屿逐渐有人居住　成为可能，最近的例子是我国新设立的三沙市。海洋经济的　

发展、海洋资源的开发和利用也使新兴海岛城市的建设面临　

重大的机遇和挑战。海岛居住面临的主要问题广—］广一　是岛上陆地面积有限，既没有地表水，地下水Ｉ　Ｈ　“　

也极为匮乏，从而限制了海岛农业经济（粮食Ｌ——Ｊ　Ｌ　

与蔬菜）发展。随着海岛开发力度的深入，淡水资源的地位　

也日趋重要，纵观各国海岛淡水资源开发利用的方式，其供　

水主要来自于大陆引水、常规水源供水等。其中从大陆引水　的方式有船运、跨海架桥和铺设海底管道等…，运输成本相　

当高，因而海岛农业经济节水成为必然。采取滴灌、地膜覆　

盖、微喷灌等节水灌溉方式能够充分利用有限的淡水资源。　滴灌是迄今为止对水的有效利用程度最高的灌溉技术之一，　

是一种精密的灌溉方式ｌ２】，根据农作物的用水需求，通过以　

滴灌带纽成的低压管道系统，将农作物生长过程中所需的水　分和各种营养成分以较小的流量，均匀、准确、稳定地送到　

农作物根部的土壤中，使作物根部始终保持适宜的湿度，保　证其良好的生长态势ｌ３。Ｊ。　

滴灌带是滴灌技术的核心，其生产装置的研发、生产水　平直接影响着滴灌技术的应用水平。以色列、美国等国家较　

早采用滴灌技术，在滴灌带挤出生产装置的设计、研发、生　

产领域已经处于世界的领先水平。以耐特菲姆公司为例，截　至目前已经推出了它的第六代产品Ｉ　。国内滴灌带挤出生产　

线正处在刚刚起步阶段，与国外的先进技术水平相比存在着　

比较大的差距，而进口成本又居高不下，因此提高滴灌带生　

产装备的技术水平已经迫在眉睫。　实现单翼迷宫式滴灌带生产线从单工位到双工位乃至今　

后多工位生产线的技术瓶颈的突破，是亟待解决的关键问题。　

本文设计了双工位迷宫式滴灌带挤出装备的定量挤出及收卷　装置等核心部件，并在实际生产中进行了验证。　

一、双工位滴灌带挤出工艺流程　

双工位迷宫式滴灌带生产线是以双成型轮延压成型，结　合成双股后分割成四条迷宫式滴灌带，工艺流程图设计如图　

１所示。　

物料分　配＿器　姜　Ｈ　Ｈ　Ｈ　

图１　双工位滴灌带挤出工艺流程图　

双工位滴灌带挤出工艺流程如下：将聚乙烯原料通过加　

料装置送到挤出机，由螺杆在机筒中加热并塑化，原料颗粒　经过挤出机螺杆的混合熔融后变成温度为１　５０￣Ｃ的熔融物，　

通过物料分配器把聚乙烯熔体一分为二，均匀等分给后续的　

两个定量挤出装置。然后经模头的口模和心模之间的环形缝　隙挤压成管状，形成具有一定直径、形状等技术指标的滴灌　

带管泡。接着进入定型装置冷却预定型，挤出的热管泡通过　真空吸附成型轮被吸出迷宫式流道以及进出水口，随即被后　

面的风冷装置冷却，然后被安装在挤出机上的刀具切割成四　

条滴灌带，实现双工位“一出四”成型，再进入冷却水槽冷　

却。充分冷却的滴灌带由无级调速的牵引装置均匀的拉出，　最后在六工位收卷机上收卷并按设定的长度切断，即可获得　

壁厚稳定、质量可靠的四条滴灌带成品。　二、定量挤出及收卷装置设计　１．物料分配器设计　

为适应双轮型设备一出四的成型技术，熔体经独特设计　

的螺杆充分塑化后，面Ｉ临的问题是如何过滤塑化的物料并分　配进入定量装置和模头。传统型的单轮型设备只有一个换网　

单元，手工操作简单，但存在压力流窜和压力不稳定问题。　

收稿日期：２０１３—１０—１５　作者简介：张向阳（１９８７一），男，河南洛阳人，浙江海洋学院船舶与海洋工程学院研究生，研究方向为渔业机械现代化。　

赵晓栋（１９７９一），男，山东东平人，博士，浙江海洋学院船舶与海洋工程学院副教授，研究方向为工程材料。　

基金项目：本研究得到了浙江省科技厅项目（２０１２Ｃ０１０１４—２，２０１２Ｃ０２００１－２）和舟山市科技局项目（２０１１Ｃ１２０１４、　

２０１２Ｃ２３０３１、２０１３Ｃ４１００３）的大力支持。

　第１期　张向阳等：双工位迷宫式滴灌带设备定量挤出及收卷装置研究　１２３　

本文设计了独特结构的双边换网模体装置，也称为物料　分配器（如图２所示），有效地解决了压力流窜和压力不稳定　

问题，模体中滤芯顶锥面与模体内锥面的微密封使压力的流　

窜减小到最低状态，保证了物料在进入定量装置前压力的稳　

定状态，并为后续物料定量挤出和促进膜泡稳定奠定基础。　

图２物料分配器　

２．定量挤出装置设计　

要实现滴灌带在成型过程中匀速稳定挤出，首先要解决　

模头的定量挤出问题。传统的单轮挤出模头由于受前道过滤　网通行率的影响，会使滴灌带在挤出过程中出现厚度和宽度　

不稳定的变化，势必造成滴灌带质量的不稳定，形成废品。　

图３定量挤出机构　本文在物料分配器与挤出模头之间设计了一个定量挤出　

装置（如图３所示），只要在定量装置入口处有一定的料压，　

电机转速恒定，就能始终地以均匀的流量和稳定的压力向模　头输送聚乙烯物料，从而可以把挤压系统产生的压力波动与　

模头隔离开来，使挤出模具里面的料压始终处于同一水平，　

实现滴灌带管泡定量定速的挤出。这对膜泡的稳定挤出起到　

了至关重要的作用，进而使成型后的滴灌带的厚度和宽度始　终处于稳定状态，解决了传统机型挤出不稳定问题。　３．六工位收卷装置设计　

传统的收卷机收卷效率低，且在换卷过程中其中一根带　

子要停止收卷。为提高收卷效率，使带子在生产过程中不停　

止收卷，且为适应双工位一出四滴灌带高效成型技术，本文　相应设计了六工位收卷装置，在其中一个工位收卷满盘时，　

可以快速过渡到另一预备工位上继续收卷，实现了连续生产　

时的不停歇收卷，降低了工人的劳动强度并提升了收卷质量。　六工位收卷在试制过程中出现了频繁翻带问题。主要由　

于传统双工位收卷设计滴灌带排列角度小，不会造成翻带；　

六工位在四根带子同时对称收卷时摇摆角度较大，带子碰触　

到排线器导轮就会产生反复翻带，严重影响了绕卷质量。为　此在收卷装置前方设计了两个导向装置来解决这个问题。通　

过对牵引出来的滴灌带进行导向，使滴灌带不碰触到排线导　轮的边沿，翻带问题迎刃而解，并使绕卷质量得到提升。　

图４六工位收卷装置　三、实际生产验证　

采用舟山市安格机械有限公司滴灌带挤出生产线对本研　

究进行实际生产验证。设备主要设计参数如下：　螺杆直径及长径比：ｑｂ６５ｍｍ、３０：１；　

主电机功率及转速：３７ＫＷ、１，４７０ｒｐｍ；　

螺杆转速：９０ｒｐｍ；　成型轮转速：１５．６ｒ／ｍｉｎ；　

经验证，滴灌带挤出产量达ｌ００ｋｇ／ｈ，正常生产线速度　

为１２０￣１４０ｍ／ｒａｉｎ。与传统的单工位滴灌带生产线相比，　

生产效率提高了近ｌ倍，同时占地面积、耗电量、用工量均　有较大幅度的降低。同时，生产过程中滴灌带厚度稳定在　

０．１９ｍｍ～０．２ｌｍｍ之间，整套设备运行平稳，成型轮组件　

密封良好，未见渗水、漏水现象；迷宫式流道均匀、饱满，　

滴灌带表面光滑，无凸凹不平缺陷，收卷过程中未见翻带现　象发生。　四、结论　

设计了双工位滴灌带成型设备中的定量挤出装置和收卷　装置，实现了滴灌带在生产过程中匀速稳定挤出及连续收卷。　

改进后滴灌带正常生产线速度为１　２０—１　４０ｍ／ｒａｉｎ，比　

传统的单工位滴灌带生产线效率提高了近１倍，同时占地面　积、耗电量、用工量均有较大幅度降低。　

参考文献　

【１　Ｊ张俊娥，高季章．国内外海岛水资源的开发利用　中国防　

汛抗旱，２（）１２，（１）：３９—４３．　【２１傅强．浅谈滴灌３－程设计　中国水运，２０１２，（１２）：　

１　６６－１６７．　【３］刘洁，魏青松，芦刚等．滴灌带生产线技术的发展概ａｔＵ］．　节水灌溉，２００９，（７　１：４０—４３．　

【４］郭庆人，魏茂庆，朱嘉冀等．迷宫式滴灌带生产及其在节　

水灌溉中的应用　中国塑料，２０００，（２）：５３—５６．　

【５　Ｊ　Ｍａｌａ．ＧＭ，Ｌｉ　Ｄ　Ｑ．Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆｗａｔｅｒ　ｉｎ　ｍｉｃｒ—ｔｕｂｅｓ　

．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅａｔ　ａｎｄ　Ｆｌｕｉｄ　Ｆｌｏｗ．１　９９９，２０：　１４２—１４８．　【６】Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｅｎｇ￣ｕｎ，Ｚｈａｉ　Ｇｕｏｌｉａｎｇ，Ｚｈａｏ　Ｈｕｉｍｉｎ，ｅｔ　ａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ａｎｔｉ——ｃｌｏｇｇｉｎｇ　

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｙｅｓｔ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｗｉｎｇ　ｌａｂｙｒｉｎｔｈ　ｔｙｐｅ　ｄｒｉｐ　ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ　

ｈｏｓｅ［Ｊ１．Ｗａｔｅｒ　Ｓａｖｉｎｇ　Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，２００９，（１２）：３２～３６．