工業電雷管卡口裝配工位人機隔離方案研究*

吳善澤

(福建海峽科化股份有限公司，福建三明 366000)

1 我國電雷管的生產工藝設備現狀

工業雷管生產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雷管內。裝配是指帶基礎雷管裝填完成后，實現基礎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線，具體裝配工藝如圖1所示。

圖1 電雷管主要裝配工藝

據有關統計數據顯示，在工業雷管生產環節中，其安全事故發生率最高的是裝配環節，發生事故率達到了42．0% ，而卡口更是事故的高發工位［2］。基于上述工業雷管生產安全現狀，工信部生產安全司提出“加快我國工業雷管產品結構調整與優化步伐、提高工業雷管本質安全水平已成為民爆安全生產的重中之重，也亟需提高工業雷管生產工藝技術升級對策”［3］。根據目前技術狀況分析，國內電雷管裝配生產技術，均能實現電雷管殼排管、裝藥、壓藥、藥高檢查、裝延期體、剔除廢品等工位人機隔離、自動化、連續化生產［4］，驗電和激光打碼也只是半自動化，需要工作人員的干預，但是由于電雷管卡腰、卡口工序開始仍為手工操作，如圖2電雷管生產裝配的流程圖中虛線框所示，因此整個電雷管裝配生產線銜接不上，造成電雷管生產線無法真正實現人機隔離的自動化，無法達到電雷管生產的本質安全的要求。

引火元件頭，火藥和工業基礎雷管是工業雷管三個主要部分組成［5］。所謂工業電雷管生產中卡口工序是指將引火元件頭導入到裝有火藥的基礎雷管中，用機械設備輔助將引火原件頭與基礎雷管密封。卡口工序銜接出現問題主要是由于引火元件頭后部帶有1～2 m的導線，屬于柔性組件，所以用機械結構將引火元件頭與雷管殼配合難度很大，另外，由于國內雷管制造廠的雷管運輸模具較小，用于卡口密封的物理空間不夠，因此很難進行多發工業雷管同時卡口工作，而單發自動化卡口的效率還不及人工的效率，所以單發自動化卡口也沒有在企業中推廣開來，正因為如此，電雷管裝配線無法形成一個完整的工藝鏈，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、勞動強度最大，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隔離方案

為了適應工業自動化多發連續化作業的要求，實現電雷管卡口工位人機隔離的自動化，必須將基礎模中的基礎雷管與引火元件頭分別導入到卡口工位在隔爆空間內完成卡口。而考慮到上節中提到基礎雷管的運輸模具尺寸較小，因此首先要解決基礎雷管的提取，將其轉運到物理空間足夠大的模具中。根據上述思想，建立如圖3中基礎雷管提取方式，基礎模中有50發待卡口的電雷管，分成XY方向提取，分10次提取，每次提取五發電雷管，在X方向上依次提取30發，在Y方向上提取20發，可將基礎模中的基礎雷管全部提取出來。

圖3 基礎模待卡口的基礎雷管提取方案

將基礎雷管提取完成后，需要將提取的基礎雷管進行轉模，將提取的基礎雷管經直接轉模可進行下一步裝配工藝，而轉模中的排模標準模一般可轉換為5的倍數，即標準模的轉模數量為5，10，……50等標準定制標準模，通過轉模可完全間隔出物理尺寸，可直接進行下一步工藝。解決了基礎模的提取與轉運問題，然后接下來就是引火元件的導入問題。為了實現人機隔離和工業化連續操作的要求，保證操作人員的人身安全，可以制造出標準的引火元件模，如圖4中操作人員在防爆鋼板外將引火元件頭導入到該模，由機械運輸帶將引火元件模導入到卡口模塊與雷管體對接實現卡口，完成卡口后，成品電雷管與引火元件模脫離，進入成品雷管運輸帶進行下一步工序。

圖4 電雷管卡口工位人機隔離方案示意圖

根據制定的工業雷管工藝流程和生產線結構示意圖設計生產線的單工位虛擬樣機，根據虛擬樣機加工出生產線單工位樣機，將單工位樣機串連成組件(每十個單工位單元組成一條生產線)，即可組裝成工業雷管人機隔離自動化裝配生產線。

3 人機隔離方案先進性對比分析

結合上述電雷管卡口工位人機隔離方案，可逐步設計出整個電雷管裝配工藝方案，將上述工藝方案與傳統電雷管裝配工藝進行對比，從生產線結構上，實現人機隔離操作、并具備工藝參數監控、自動報警、自動停機等功能的自動化、連續化生產方式，能大量減少危險工位人數以及整個生產工藝人數，提高電雷管生產效率，如表1所示傳統方式與人際隔離自動化方式所需人數與生產效率對比;

表1 傳統方式與人際隔離方式生產效率對比

從生產工藝上，具有全過程安全監控和聯鎖功能，消除了雷管裝填、裝配生產線人工直接操作危險品的崗位，增加轉模、脫模、成品轉運工藝，但這些增加的工藝是貫穿于整個自動化生產線中，如圖5并沒有增加操作工人，同時改善工業雷管用起爆藥等各類火工藥劑生產安全基本條件。

從安全生產上，現有輸送帶傳輸基礎雷管裝填生產線，各工序應實現危險品自動傳輸，抗爆間室外的危險品傳輸、操作人之間具有可靠的防護裝置，各類藥劑采用了從傳遞窗自動向裝藥器添加藥、自動回收剩余藥劑的方式生產;因工房尺寸原因無法實現自動添加藥時，采取了安全聯鎖裝置和措施，并設置視頻音頻監控系統、防靜電等安全措施;

新型的裝配工藝方案無論從工藝、結構亦或是生產效率來說都是十分突出的。不僅能提高生產產能，而且可以降低操作人員的勞動強度，同時符合國家對于雷管生產的本質安全的要求。

圖5 傳統裝配方式與人機隔離自動化裝配方式工藝對比

4 結語

近年來，國家針對民爆行業的技術準入越來越嚴，雷管生產企業一旦出現傷亡事故，輕則停產整頓，重則關閉，可謂具有“一票否決權”，企業面臨著巨大生存的風險，同時多項行業規范已明確指出工業雷管生產必須采用人機隔離、自動化生產方式。本文中電雷管人機隔離卡口方案以升級改造現有落后的工業雷管生產設備為目標，用于解決多發工業雷管自動化裝配線的問題，為后續實現工業雷管自動裝配中的卡口、卡腰與激光打碼連續自動化的工作奠定了堅實的基礎，同時將使整個工業雷管裝配工藝鏈銜接上，逐步實現工業雷管裝填與裝配的全程自動化。

［1］ 劉文波，陳白寧，段智敏．火工品自動裝配技術［M］．北京:國防工業出版社，2010．

［2］ 汪旭光，沈立晉．工業雷管技術的現狀和發展［J］．工程爆破，2003，9(3):52－57．

［3］ 工信部和信息化部關于民用爆炸物品行業技術進步的指導意見(工信部安［2O10］227號)［S］．

［4］ 楊組一，曹曉宏，蔣榮光，等．工業雷管人機隔離自動化連續化生產技術現狀分析及發展展望［C］．中國爆破器材行業工作簡報，2011．

［5］ 嚴 龍，李紅軍，王東風，等．氣缸位置分布對管殼體卡痕的影響［J］．機械研究與應用．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．