乳化炸藥生產(chǎn)線裝藥包裝工序自動(dòng)化的應(yīng)用研究

李光輝，王東延

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乳化炸藥生產(chǎn)線裝藥包裝工序自動(dòng)化的應(yīng)用研究

李光輝，王東延

（中國(guó)平煤神馬集團(tuán)力源化工有限公司，河南 平頂山 467300）

研究了采用自動(dòng)捆扎機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)代替原來的手動(dòng)捆扎機(jī)捆扎、人力推車裝車的作業(yè)方式，提高了乳化炸藥生產(chǎn)線裝藥包裝工序的自動(dòng)化水平、壓減現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量。項(xiàng)目從總體技術(shù)方案和功能研究入手，根據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)能及現(xiàn)場(chǎng)具體情況，確定了所需設(shè)備；對(duì)各設(shè)備進(jìn)一步深入研究，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及設(shè)備的性能，確定各設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，達(dá)到工程實(shí)施和應(yīng)用的程度。

自動(dòng)捆扎；阻止與放行；皮帶運(yùn)輸

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)力源化工有限公司是國(guó)家定點(diǎn)民爆器材生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)炸藥8000噸（36萬箱），炸藥包裝箱一直采用手動(dòng)捆扎機(jī)捆扎、人力推車裝車的作業(yè)方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，用人多（捆扎、裝車需要6或7人），而且不符合國(guó)家對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)定員的安全要求，所以需研究對(duì)炸藥包裝箱實(shí)現(xiàn)自動(dòng)捆扎和皮帶運(yùn)輸、壓減現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。

需要改進(jìn)的捆扎和運(yùn)輸裝車作業(yè)屬于乳化炸藥生產(chǎn)線裝藥包裝工序，該工序現(xiàn)有操作人員12人，下藥1人、裝藥機(jī)操作4人、捆扎機(jī)操作4人、運(yùn)輸裝車3人，操作過程為：下藥人員將炸藥分配給4臺(tái)裝藥機(jī)，每臺(tái)裝藥機(jī)由1人操作，每臺(tái)裝藥機(jī)配1臺(tái)捆扎機(jī)由1人操作，裝滿的炸藥包裝箱被推送至捆扎機(jī)捆箱，然后5箱擺成1摞由3個(gè)裝車人員用手推車推出工房裝上成品炸藥運(yùn)輸車，完成整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)操作。

1 總體技術(shù)方案研究

該研究的中心是用一臺(tái)自動(dòng)捆扎機(jī)代替原先的四臺(tái)人工手動(dòng)捆扎機(jī)完成對(duì)炸藥包裝箱的捆扎任務(wù)，以自動(dòng)捆扎機(jī)為核心建立起集炸藥包裝箱捆扎、運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)。為此需要引進(jìn)自動(dòng)捆扎機(jī)，在自動(dòng)捆扎機(jī)前需設(shè)置一套炸藥包裝箱收集輸送系統(tǒng)，收集裝藥包裝箱并運(yùn)送至自動(dòng)捆扎機(jī)處，實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)捆扎，捆扎操作由4人減至0人；自動(dòng)捆扎機(jī)捆扎后炸藥包裝箱還需通過皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送到成品炸藥運(yùn)輸車上，車上有1名裝車人員將炸藥包裝箱擺在車廂內(nèi)，作業(yè)方式由原來的3人用手推車裝車改為1人在成品炸藥運(yùn)輸車上擺箱。

自動(dòng)捆扎機(jī)的技術(shù)比較成熟，可在市場(chǎng)上買到，只要提出工況技術(shù)要求即可。該自動(dòng)捆扎及皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)施的關(guān)鍵是炸藥包裝箱收集輸送系統(tǒng)與捆扎機(jī)的銜接，以及捆扎后皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)與成品炸藥運(yùn)輸車的銜接問題。為此，在捆扎機(jī)的前端增設(shè)一臺(tái)軌道運(yùn)輸機(jī)，作為緩沖設(shè)備，皮帶與成品車的銜接采用伸縮皮帶，能自由伸進(jìn)車廂內(nèi)。

所需的機(jī)械設(shè)備及功能敘述如下。

（1）自4#裝藥機(jī)至1#裝藥機(jī)南北向布置1#皮帶輸送機(jī)，收集四臺(tái)裝藥機(jī)裝好的炸藥包裝箱，并運(yùn)送至捆扎處。

由于四臺(tái)裝藥機(jī)往1#皮帶上推送炸藥包裝箱的時(shí)間及炸藥包裝箱的間距不統(tǒng)一，會(huì)造成后面自動(dòng)捆扎機(jī)的負(fù)荷變化較大，所以在1#皮帶輸送機(jī)與自動(dòng)捆扎機(jī)中間設(shè)置一臺(tái)軌道運(yùn)輸機(jī)做為緩沖設(shè)備，當(dāng)自動(dòng)捆扎機(jī)上已有炸藥包裝箱時(shí)，軌道運(yùn)輸機(jī)能阻止炸藥包裝箱繼續(xù)進(jìn)入自動(dòng)捆扎機(jī)，當(dāng)自動(dòng)捆扎機(jī)上沒有炸藥包裝箱時(shí)，軌道運(yùn)輸機(jī)就放行1個(gè)炸藥包裝箱至自動(dòng)捆扎機(jī)捆扎[1]。

（2）自動(dòng)捆扎機(jī)按照自身的程序?qū)φㄋ幇b箱進(jìn)行捆扎。自動(dòng)捆扎機(jī)作業(yè)面上帶有動(dòng)力托輥，捆好的炸藥包裝箱被自動(dòng)推送至下一條皮帶上。自動(dòng)捆扎機(jī)后呈南北向布置2#皮帶輸送機(jī)，將捆好的炸藥包裝箱及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至東西向布置的3#皮帶輸送機(jī)上。

（3）3#皮帶輸送機(jī)東西向布置，將炸藥包裝箱運(yùn)送至室外走廊。3#皮帶輸送機(jī)中間設(shè)置自動(dòng)噴碼機(jī)，并預(yù)留在炸藥包裝箱上自動(dòng)貼條形碼標(biāo)貼的貼標(biāo)機(jī)。

（4）在室外走廊布置南北向的4#皮帶輸送機(jī)，接住3#皮帶輸送機(jī)輸送的炸藥包裝箱，將炸藥包裝箱輸送至裝車平臺(tái)。

（5）南北向布置的5#皮帶輸送機(jī)接到4#皮帶輸送機(jī)運(yùn)送來的炸藥包裝箱，送至車廂內(nèi)。該皮帶可以伸進(jìn)成品炸藥運(yùn)輸車車廂內(nèi)部，也可退至車廂外部，擺箱人可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整機(jī)頭位置。

設(shè)備的總體布局如圖1所示。

圖1 自動(dòng)捆扎及皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

2 需要研究解決的問題及研究結(jié)果

2.1 自動(dòng)捆扎機(jī)技術(shù)參數(shù)的確定及自動(dòng)控制技術(shù)

整個(gè)裝藥包裝工序有4臺(tái)裝藥機(jī)，平均每分鐘生產(chǎn)炸藥4箱，捆扎速度要大于生產(chǎn)線的產(chǎn)能，所以自動(dòng)捆扎機(jī)單臺(tái)捆扎能力應(yīng)不小于5箱/分鐘，適合最大紙箱規(guī)格470×350×200 mm的自動(dòng)捆扎。選用MH－102A全自動(dòng)捆扎機(jī)，捆扎能力6箱/分鐘，承重能力100 kg，工作臺(tái)面高度750 mm，捆扎規(guī)格最小包裝尺寸W60mm×H60mm，最大包裝尺寸W700mm×H450mm，該捆扎機(jī)具有自動(dòng)捆扎和手動(dòng)捆扎功能。捆扎機(jī)臺(tái)面設(shè)有動(dòng)力輥軸，實(shí)現(xiàn)炸藥包裝箱在捆扎臺(tái)面上的自動(dòng)向前輸送。自動(dòng)捆扎機(jī)臺(tái)面上設(shè)置三個(gè)光電開關(guān)傳感器感知炸藥包裝箱的位置，當(dāng)前兩個(gè)傳感器識(shí)別到炸藥包裝箱時(shí)，臺(tái)面上輥軸不再運(yùn)行，炸藥包裝箱靜止，自動(dòng)捆扎一道包裝帶；然后輥軸啟動(dòng)，炸藥包裝箱再往前行進(jìn)，直到三個(gè)傳感器都識(shí)別到時(shí)再次停下來捆第二道包裝帶；接著輥軸啟動(dòng)，炸藥包裝箱被送到下一個(gè)皮帶運(yùn)輸機(jī)上。自動(dòng)捆扎機(jī)電源連接方式，采用防爆插座[2]。

2.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)的技術(shù)參數(shù)確定及自動(dòng)控制技術(shù)

采用皮帶運(yùn)輸機(jī)為輸送成品炸藥包裝箱（每箱重24 kg）的裝置。皮帶運(yùn)輸機(jī)的皮帶面高度要與捆扎機(jī)和裝藥機(jī)出口臺(tái)面高度相適應(yīng)，選750 mm，采用4 mm厚的PVC防靜電皮帶，皮帶機(jī)的皮帶凈寬550 mm（炸藥包裝箱規(guī)格：長(zhǎng)×寬×高470×340×180 mm），動(dòng)力全部采用減速電機(jī)（IP65級(jí)）剛性聯(lián)軸器連接，皮帶的運(yùn)輸速度為25～30 m/min，帶防跑偏張緊裝置，皮帶架子采用304不銹鋼材料（40×40×3方鋼），傳動(dòng)部位設(shè)有防護(hù)裝置。

共有5條皮帶運(yùn)輸機(jī)：1#長(zhǎng)14000 mm，2#長(zhǎng)1300 mm，3#長(zhǎng)11000 mm，4#長(zhǎng)14500 mm，5#伸縮部分長(zhǎng)4000 mm、高650 mm，伸縮有效長(zhǎng)度為3000 mm。

1#、2#、3#、4#皮帶運(yùn)輸機(jī)兩邊帶擋板，5#伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)兩邊不帶擋板。在4#皮帶運(yùn)輸機(jī)尾端，增設(shè)應(yīng)急防爆開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)1#、2#、3#、4#皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制。

1#、2#、3#、4#、5#皮帶運(yùn)輸機(jī)和軌道運(yùn)輸機(jī)由6臺(tái)1.5 kW的三相異步電機(jī)分別提供動(dòng)力，6臺(tái)設(shè)備設(shè)1套控制程序，在軌道運(yùn)輸機(jī)處設(shè)控制開關(guān)，提供“急?！薄ⅰ皢?dòng)”和“停止”控制，在配電柜內(nèi)設(shè)PLC提供順序控制技術(shù)。按下“急?！卑粹o，整個(gè)系統(tǒng)立即停止運(yùn)行；按下“啟動(dòng)”按鈕，系統(tǒng)按5#、4#、3#、2#皮帶運(yùn)輸機(jī)、軌道運(yùn)輸機(jī)、1#皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序等時(shí)間間隔啟動(dòng)，保證每個(gè)皮帶上都不會(huì)堆積炸藥包裝箱；按下“停止”按鈕，系統(tǒng)按1#皮帶運(yùn)輸機(jī)、軌道運(yùn)輸機(jī)、2#、3#、4#、5#皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序等時(shí)間間隔停止，保證各部的炸藥包裝箱都能送至炸藥運(yùn)輸車內(nèi)。

2.3 軌道運(yùn)輸機(jī)上對(duì)炸藥包裝箱的阻止與放行自動(dòng)控制技術(shù)[3]

1#皮帶輸送機(jī)傳送過來的炸藥包裝箱雖然平均速度為4箱/分鐘，但瞬時(shí)速率變化較大，有時(shí)可能出現(xiàn)4臺(tái)裝藥機(jī)同時(shí)往1#皮帶輸送機(jī)上推送炸藥包裝箱的極端情況，在其后的自動(dòng)捆扎機(jī)會(huì)出現(xiàn)“有時(shí)不夠吃、有時(shí)吃不完”的情況，所以在自動(dòng)捆扎機(jī)前要有一個(gè)緩沖裝置。引入了帶有對(duì)炸藥包裝箱阻止與放行裝置的軌道運(yùn)輸機(jī)連接1#皮帶輸送機(jī)和自動(dòng)捆扎機(jī)。

軌道運(yùn)輸機(jī)長(zhǎng)3000 mm、寬650 mm、高800 mm，設(shè)炸藥包裝箱阻擋裝置，保證每次只放行一個(gè)炸藥包裝箱進(jìn)入自動(dòng)捆扎機(jī)。軌道運(yùn)輸機(jī)與自動(dòng)捆扎機(jī)能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，軌道運(yùn)輸機(jī)尾端設(shè)置一炸藥包裝箱識(shí)別傳感器，感知自動(dòng)捆扎機(jī)上是否有炸藥包裝箱，若有則立即啟動(dòng)阻擋裝置阻止炸藥包裝箱，軌道運(yùn)輸機(jī)滾軸不運(yùn)轉(zhuǎn)，保證捆扎機(jī)上只有一個(gè)炸藥包裝箱；啟動(dòng)阻擋裝置的同時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，過10 s后（炸藥包裝箱進(jìn)入自動(dòng)捆扎機(jī)第二道捆扎位置并捆扎完畢向前輸送）阻止程序關(guān)閉，軌道運(yùn)輸機(jī)再放行一個(gè)炸藥包裝箱至自動(dòng)捆扎機(jī)。軌道運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭端也設(shè)一炸藥包裝箱識(shí)別傳感器，當(dāng)軌道運(yùn)輸機(jī)上炸藥包裝箱積存至機(jī)頭時(shí)，該傳感器識(shí)別出炸藥包裝箱過多，系統(tǒng)即刻停止1#皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行，炸藥包裝箱不再繼續(xù)往軌道運(yùn)輸機(jī)上輸送，直到機(jī)頭炸藥包裝箱識(shí)別傳感器識(shí)別不到炸藥包裝箱為止。

2.4 伸縮皮帶輸送機(jī)的技術(shù)研究

室外走廊的4#皮帶輸送機(jī)只能將炸藥包裝箱運(yùn)送至站臺(tái)處，在4#皮帶輸送機(jī)后設(shè)置了5#伸縮皮帶輸送機(jī)，伸出時(shí)可直達(dá)車廂最里面，縮回時(shí)可收到4#皮帶下面，伸出長(zhǎng)度可隨時(shí)由在炸藥運(yùn)輸車車廂內(nèi)的擺箱人控制，可達(dá)到最佳位置，擺箱人從皮帶機(jī)上搬起炸藥包裝箱一扭身就可將箱子擺好，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

5#伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)采用腹藏式結(jié)構(gòu)，4#皮帶下面安裝軌道支撐5#皮帶的腳輪，5#皮帶尾部設(shè)兩個(gè)帶輪支腿支撐一端，支腿可在炸藥運(yùn)輸車廂內(nèi)移動(dòng)。5#伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)退出車廂外可藏在4#皮帶運(yùn)輸機(jī)腹內(nèi)。

2.5 皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)彎處的技術(shù)

該系統(tǒng)的運(yùn)輸皮帶總長(zhǎng)44.8 m，中間有2個(gè)90°轉(zhuǎn)彎，炸藥包裝箱自裝藥機(jī)上皮帶時(shí)也要轉(zhuǎn)彎90°，使炸藥包裝箱順利轉(zhuǎn)向是保證皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)正常運(yùn)行的又一關(guān)鍵技術(shù)。在轉(zhuǎn)彎處安裝了轉(zhuǎn)向?qū)л?，使炸藥包裝箱能在此順利轉(zhuǎn)向，確保運(yùn)輸流暢。

3 施工安裝及試用情況

該自動(dòng)捆扎、運(yùn)輸系統(tǒng)所用的設(shè)備經(jīng)過招投標(biāo)、委托制造及單機(jī)調(diào)試等程序，于2015年1月開始在生產(chǎn)線安裝。2015年1月20日安裝完畢進(jìn)入調(diào)試階段，用空箱運(yùn)行一天，對(duì)裝藥裝車工序的操作工及維修工進(jìn)行了技術(shù)培訓(xùn)，1月25日投入試運(yùn)行。在試運(yùn)行階段，發(fā)現(xiàn)炸藥包裝箱在運(yùn)輸皮帶轉(zhuǎn)彎處有時(shí)不能順利轉(zhuǎn)彎，調(diào)整了轉(zhuǎn)向?qū)л喌奈恢?，系統(tǒng)運(yùn)行順暢。

試運(yùn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到立項(xiàng)目標(biāo)要求，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠。現(xiàn)場(chǎng)操作人員減少6人，職工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度沒有增加。炸藥包裝箱捆扎質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)組織順暢，捆扎、運(yùn)輸能力滿足需要，公司及職工反映良好。

4 研究結(jié)論

選擇1臺(tái)自動(dòng)捆扎機(jī)代替原來的4臺(tái)手動(dòng)捆扎機(jī)對(duì)炸藥包裝箱進(jìn)行捆扎作業(yè)，選用皮帶運(yùn)輸機(jī)代替用手推車推著炸藥包裝箱裝上成品炸藥運(yùn)輸車的方式，可有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，壓減現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人數(shù)。

自動(dòng)捆扎及皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)能夠順暢運(yùn)行的關(guān)鍵是帶有對(duì)炸藥包裝箱阻止與放行裝置的軌道運(yùn)輸機(jī)的應(yīng)用，它連接1#皮帶輸送機(jī)和自動(dòng)捆扎機(jī)，保證不論收集皮帶上過來的炸藥包裝箱多密集，對(duì)自動(dòng)捆扎機(jī)都是按預(yù)定的時(shí)間間隔放行炸藥包裝箱。

伸縮皮帶的應(yīng)用可使炸藥包裝箱直接運(yùn)輸至合適的位置，擺箱人可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整機(jī)頭位置，將皮帶運(yùn)輸?shù)谋憷园l(fā)揮出來。

在皮帶運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)彎處安裝轉(zhuǎn)向?qū)л喛墒拐ㄋ幇b箱在此處順利轉(zhuǎn)向，保證輸送流暢。

[1]杜麗萍. 自動(dòng)化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[1]張海斌. 設(shè)備自主管理與維修[J]. 機(jī)械，2016，43（S1）：80-81

[2]GB 50089－2007，民用爆破器材工程設(shè)計(jì)安全規(guī)范[S].

[3]封蘇偉. 自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]于天彪，喬木，李明. 基于遺傳算法的醫(yī)藥碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 機(jī)電工程，2016（11）：1289-1294

The Packaging Process of Emulsion Explosive Production Line Charge Applied Research of Automation

LI Guanghui，WANG Dongyan

( China Pingmei Shenma Group Liyuan Chemical Co. Ltd., Pingdingshan 467300, China )

Studied using automatic strapping machine and belt conveyor to replace the original manual strapping machine banding, human cart loading mode of operation, improve the automation level of emulsified explosive production line packaging processes, reduce on-site personnel number. The project started with the overall technical scheme and functional research, and determined the required equipment according to the production capacity of the production line and the specific situation of the site. Based on the field situation and the performance of the equipment, the technical parameters and automatic control technology of the equipment are determined to reach the degree of engineering implementation and application.

automatic binding；prevent and release；belt transport.

TQ560.8

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.07.012

1006－0316 (2018) 07－0048－04

2017－10－31

李光輝（1975－），男，河南平頂山人，本科，工程師，主要從事民爆工藝技術(shù)工作；王東延（1968－），男，河南平頂山人，本科，工程師，主要從事民爆機(jī)電技術(shù)工作。