工業(yè)電雷管卡口裝配工位人機(jī)隔離方案研究*

吳善澤

(福建海峽科化股份有限公司，福建三明 366000)

1 我國電雷管的生產(chǎn)工藝設(shè)備現(xiàn)狀

工業(yè)雷管生產(chǎn)線由裝填線和裝配線組成［1］。裝填是指將引爆藥劑、延期體等爆炸材料依次裝填在基礎(chǔ)雷管內(nèi)。裝配是指帶基礎(chǔ)雷管裝填完成后，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)雷管與引火元件頭配合密封完成卡腰、卡口和激光打碼等工藝過程的生產(chǎn)線，具體裝配工藝如圖1所示。

圖1 電雷管主要裝配工藝

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在工業(yè)雷管生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，其安全事故發(fā)生率最高的是裝配環(huán)節(jié)，發(fā)生事故率達(dá)到了42．0% ，而卡口更是事故的高發(fā)工位［2］?；谏鲜龉I(yè)雷管生產(chǎn)安全現(xiàn)狀，工信部生產(chǎn)安全司提出“加快我國工業(yè)雷管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化步伐、提高工業(yè)雷管本質(zhì)安全水平已成為民爆安全生產(chǎn)的重中之重，也亟需提高工業(yè)雷管生產(chǎn)工藝技術(shù)升級(jí)對(duì)策”［3］。根據(jù)目前技術(shù)狀況分析，國內(nèi)電雷管裝配生產(chǎn)技術(shù)，均能實(shí)現(xiàn)電雷管殼排管、裝藥、壓藥、藥高檢查、裝延期體、剔除廢品等工位人機(jī)隔離、自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)［4］，驗(yàn)電和激光打碼也只是半自動(dòng)化，需要工作人員的干預(yù)，但是由于電雷管卡腰、卡口工序開始仍為手工操作，如圖2電雷管生產(chǎn)裝配的流程圖中虛線框所示，因此整個(gè)電雷管裝配生產(chǎn)線銜接不上，造成電雷管生產(chǎn)線無法真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離的自動(dòng)化，無法達(dá)到電雷管生產(chǎn)的本質(zhì)安全的要求。

引火元件頭，火藥和工業(yè)基礎(chǔ)雷管是工業(yè)雷管三個(gè)主要部分組成［5］。所謂工業(yè)電雷管生產(chǎn)中卡口工序是指將引火元件頭導(dǎo)入到裝有火藥的基礎(chǔ)雷管中，用機(jī)械設(shè)備輔助將引火原件頭與基礎(chǔ)雷管密封。卡口工序銜接出現(xiàn)問題主要是由于引火元件頭后部帶有1～2 m的導(dǎo)線，屬于柔性組件，所以用機(jī)械結(jié)構(gòu)將引火元件頭與雷管殼配合難度很大，另外，由于國內(nèi)雷管制造廠的雷管運(yùn)輸模具較小，用于卡口密封的物理空間不夠，因此很難進(jìn)行多發(fā)工業(yè)雷管同時(shí)卡口工作，而單發(fā)自動(dòng)化卡口的效率還不及人工的效率，所以單發(fā)自動(dòng)化卡口也沒有在企業(yè)中推廣開來，正因?yàn)槿绱?，電雷管裝配線無法形成一個(gè)完整的工藝鏈，因此該工序大多由工人手工操作，造成了該工序人員最密集、勞動(dòng)強(qiáng)度最大，存在不可防范的安全隱患［6－7］。

圖2 電雷管工藝流程圖

2 電雷管卡口工位人機(jī)隔離方案

為了適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化多發(fā)連續(xù)化作業(yè)的要求，實(shí)現(xiàn)電雷管卡口工位人機(jī)隔離的自動(dòng)化，必須將基礎(chǔ)模中的基礎(chǔ)雷管與引火元件頭分別導(dǎo)入到卡口工位在隔爆空間內(nèi)完成卡口。而考慮到上節(jié)中提到基礎(chǔ)雷管的運(yùn)輸模具尺寸較小，因此首先要解決基礎(chǔ)雷管的提取，將其轉(zhuǎn)運(yùn)到物理空間足夠大的模具中。根據(jù)上述思想，建立如圖3中基礎(chǔ)雷管提取方式，基礎(chǔ)模中有50發(fā)待卡口的電雷管，分成XY方向提取，分10次提取，每次提取五發(fā)電雷管，在X方向上依次提取30發(fā)，在Y方向上提取20發(fā)，可將基礎(chǔ)模中的基礎(chǔ)雷管全部提取出來。

圖3 基礎(chǔ)模待卡口的基礎(chǔ)雷管提取方案

將基礎(chǔ)雷管提取完成后，需要將提取的基礎(chǔ)雷管進(jìn)行轉(zhuǎn)模，將提取的基礎(chǔ)雷管經(jīng)直接轉(zhuǎn)?？蛇M(jìn)行下一步裝配工藝，而轉(zhuǎn)模中的排模標(biāo)準(zhǔn)模一般可轉(zhuǎn)換為5的倍數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)模的轉(zhuǎn)模數(shù)量為5，10，……50等標(biāo)準(zhǔn)定制標(biāo)準(zhǔn)模，通過轉(zhuǎn)模可完全間隔出物理尺寸，可直接進(jìn)行下一步工藝。解決了基礎(chǔ)模的提取與轉(zhuǎn)運(yùn)問題，然后接下來就是引火元件的導(dǎo)入問題。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離和工業(yè)化連續(xù)操作的要求，保證操作人員的人身安全，可以制造出標(biāo)準(zhǔn)的引火元件模，如圖4中操作人員在防爆鋼板外將引火元件頭導(dǎo)入到該模，由機(jī)械運(yùn)輸帶將引火元件模導(dǎo)入到卡口模塊與雷管體對(duì)接實(shí)現(xiàn)卡口，完成卡口后，成品電雷管與引火元件模脫離，進(jìn)入成品雷管運(yùn)輸帶進(jìn)行下一步工序。

圖4 電雷管卡口工位人機(jī)隔離方案示意圖

根據(jù)制定的工業(yè)雷管工藝流程和生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)生產(chǎn)線的單工位虛擬樣機(jī)，根據(jù)虛擬樣機(jī)加工出生產(chǎn)線單工位樣機(jī)，將單工位樣機(jī)串連成組件(每十個(gè)單工位單元組成一條生產(chǎn)線)，即可組裝成工業(yè)雷管人機(jī)隔離自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線。

3 人機(jī)隔離方案先進(jìn)性對(duì)比分析

結(jié)合上述電雷管卡口工位人機(jī)隔離方案，可逐步設(shè)計(jì)出整個(gè)電雷管裝配工藝方案，將上述工藝方案與傳統(tǒng)電雷管裝配工藝進(jìn)行對(duì)比，從生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)隔離操作、并具備工藝參數(shù)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等功能的自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)方式，能大量減少危險(xiǎn)工位人數(shù)以及整個(gè)生產(chǎn)工藝人數(shù)，提高電雷管生產(chǎn)效率，如表1所示傳統(tǒng)方式與人際隔離自動(dòng)化方式所需人數(shù)與生產(chǎn)效率對(duì)比;

表1 傳統(tǒng)方式與人際隔離方式生產(chǎn)效率對(duì)比

從生產(chǎn)工藝上，具有全過程安全監(jiān)控和聯(lián)鎖功能，消除了雷管裝填、裝配生產(chǎn)線人工直接操作危險(xiǎn)品的崗位，增加轉(zhuǎn)模、脫模、成品轉(zhuǎn)運(yùn)工藝，但這些增加的工藝是貫穿于整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中，如圖5并沒有增加操作工人，同時(shí)改善工業(yè)雷管用起爆藥等各類火工藥劑生產(chǎn)安全基本條件。

從安全生產(chǎn)上，現(xiàn)有輸送帶傳輸基礎(chǔ)雷管裝填生產(chǎn)線，各工序應(yīng)實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)品自動(dòng)傳輸，抗爆間室外的危險(xiǎn)品傳輸、操作人之間具有可靠的防護(hù)裝置，各類藥劑采用了從傳遞窗自動(dòng)向裝藥器添加藥、自動(dòng)回收剩余藥劑的方式生產(chǎn);因工房尺寸原因無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)添加藥時(shí)，采取了安全聯(lián)鎖裝置和措施，并設(shè)置視頻音頻監(jiān)控系統(tǒng)、防靜電等安全措施;

新型的裝配工藝方案無論從工藝、結(jié)構(gòu)亦或是生產(chǎn)效率來說都是十分突出的。不僅能提高生產(chǎn)產(chǎn)能，而且可以降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)符合國家對(duì)于雷管生產(chǎn)的本質(zhì)安全的要求。

圖5 傳統(tǒng)裝配方式與人機(jī)隔離自動(dòng)化裝配方式工藝對(duì)比

4 結(jié)語

近年來，國家針對(duì)民爆行業(yè)的技術(shù)準(zhǔn)入越來越嚴(yán)，雷管生產(chǎn)企業(yè)一旦出現(xiàn)傷亡事故，輕則停產(chǎn)整頓，重則關(guān)閉，可謂具有“一票否決權(quán)”，企業(yè)面臨著巨大生存的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)多項(xiàng)行業(yè)規(guī)范已明確指出工業(yè)雷管生產(chǎn)必須采用人機(jī)隔離、自動(dòng)化生產(chǎn)方式。本文中電雷管人機(jī)隔離卡口方案以升級(jí)改造現(xiàn)有落后的工業(yè)雷管生產(chǎn)設(shè)備為目標(biāo)，用于解決多發(fā)工業(yè)雷管自動(dòng)化裝配線的問題，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)雷管自動(dòng)裝配中的卡口、卡腰與激光打碼連續(xù)自動(dòng)化的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)將使整個(gè)工業(yè)雷管裝配工藝鏈銜接上，逐步實(shí)現(xiàn)工業(yè)雷管裝填與裝配的全程自動(dòng)化。

［1］ 劉文波，陳白寧，段智敏．火工品自動(dòng)裝配技術(shù)［M］．北京:國防工業(yè)出版社，2010．

［2］ 汪旭光，沈立晉．工業(yè)雷管技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］．工程爆破，2003，9(3):52－57．

［3］ 工信部和信息化部關(guān)于民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見(工信部安［2O10］227號(hào))［S］．

［4］ 楊組一，曹曉宏，蔣榮光，等．工業(yè)雷管人機(jī)隔離自動(dòng)化連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展展望［C］．中國爆破器材行業(yè)工作簡報(bào)，2011．

［5］ 嚴(yán) 龍，李紅軍，王東風(fēng)，等．氣缸位置分布對(duì)管殼體卡痕的影響［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用．2013，127(5):83－85．

［6］ Shanze Wu，Hongjun Li．Assembly production status and development trend of industrial electric detonator［J］．Applied Mechanics and Materials，2014(644):4714－4717．

［7］ Hongjun Li，Jiujiang Yan，Long Yan，Wei Chen．Application of man－machine isolation automation assembly for industrial electric detonator［J］．Applied Mechanics and Materials，2014(717):1522－1526．