一種密閉防腐噸袋解包投料機構

張偉偉 張元國 薛曉麟 許俊偉 管騰飛 曹曉玉 毛智勛

（1.鄭州高端裝備與信息產業技術研究院有限公司，鄭州450001；2.鄭州機械研究所，鄭州450001）

粉體物料作為原材料在工業生產中普遍存在，用途十分廣泛。其中一些特殊粉體在空氣環境中會發生各種反應，生成強酸強堿，釋放有毒有害氣體。甚至有些粉體為易燃易爆物質，在運輸、轉移和存儲過程中均需要隔絕空氣，進行密閉防護[1-2]。本文針對粉體投料過程進行研究，提出一種密閉防腐的噸袋解包投料機構，與常用噸袋投料機構對比，在密閉性能和防腐性能方面都有了較大提高和改善。

噸袋開袋站是常用的噸袋投料機構，用于噸袋包裝粉體物料解包卸料作業，如圖1所示。該裝置通過提升噸袋至設備進料口，人工拆開噸袋下口，打開閥門并拍打機構促使噸袋內粉粒狀物料靠重力落進貯斗中，完成整個拆包卸料工作。該裝置廣泛用于化工、食品、醫藥等行業，可滿足一般粉體物料噸袋開袋卸料[3]。但針對特殊粉體物料，需要在密閉環境下進行開袋解包投料作業，常規噸袋開袋站在此過程中做不到完全密閉，會使物料與空氣接觸，造成有毒有害物質污染泄露，操作人員在投料過程中需要全身穿著防護服，并且口帶防毒面具，工作起來非常不方便，尤其在夏天，工作條件十分艱苦。針對這種情況，本文提出一種密閉防腐噸袋投料機構，在惰性氣體保護的密封狀態下進行噸袋開袋投料，很好地解決了此類物料投料安全問題。

圖1 噸袋開袋站

1 密閉防腐噸袋投料系統工作原理

1.1 噸袋投料系統結構示意圖

密閉防腐噸袋投料系統結構如圖2所示，系統主要由限位氣缸機構、密封蓋板（吊架）、噸袋密封倉、密封倉惰性氣體進氣管、擠壓機構（氣動敲擊錘）、解包手套箱、換氣排氣管和行車等幾部分組成[4]。

噸袋來料吊裝可以使用行車等工具來完成，系統設計有噸袋吊架工裝，使噸袋吊裝操作更加方便可靠。在材料和工藝方面，系統各部分均采用襯塑工藝處理，使容器內部與物料有接觸部分均能具備耐強酸腐蝕性能，最大限度提升系統設備的耐腐蝕性[5]。

圖2 噸袋投料系統結構示意圖

1.2 噸袋投料系統工藝流程

在整個解包過程中，系統始終保證處在微正壓狀態，約0.01MPa，該狀態可有效避免內部物料與外界空氣接觸，系統的投料工藝流程描述如圖3所示。

1.2.1 噸袋吊裝作業

打開換氣排氣閥，密封倉內壓力下降到接近外界大氣壓時，松開蓋板鎖緊機構，操作行車吊起密封蓋板，當蓋板離開后關閉換氣排氣閥，同時自動打開密封倉和手套箱的進氣閥，向倉內添加惰性氣體，使手套箱和密封倉保持在惰性氣體微正壓防護狀態，操作人員將噸袋掛在密封蓋板上，并吊起完成解袋準備工作，然后將噸袋吊入密封倉。蓋上密封蓋板后打開換氣排氣閥，同時關閉密封倉和手套箱的進氣閥，排出密封倉內氣體使內部氣壓為零，排完后啟動蓋板鎖緊機構鎖緊密封蓋，打開密封倉進氣閥，進行倉內氣體置換，置換完成后關閉排氣閥，進氣閥調節進氣壓力，使密封倉內壓力保持微正壓。

圖3 噸袋投料系統的工藝流程

1.2.2 物料投料作業

噸袋吊裝到位后啟動破碎機、打開氣動插板閥，物料準備進入倒料儲料倉。打開手套箱吹掃排氣閥和過濾除塵器放料閥，使儲料倉和手套箱處在均壓狀態，操作員人工在手套箱中解開袋口開始投料。打開排氣閥，此排氣管道上裝有節流孔板，能保證倉內壓力穩定，使下料過程在惰性氣體流動狀態下進行，保證下料順暢。在下料時發現袋內有結塊，啟動擠壓機構，敲擊擠壓動作三次后自動停止。噸袋物料放空后，人工拍打袋口將袋口的殘余物料清理干凈，收緊袋口。

1.2.3 吹掃置換作業

投料后關閉儲料倉閥，使手套箱與儲料倉隔絕。手套箱下部繼續吹掃一段時間，將手套箱內粉塵抽走，關閉吹掃排氣閥，打開換氣排氣閥，當密封倉內壓力接近零時，松開鎖緊機構，操作行車吊走密封蓋板和空袋，密封蓋板離開時關閉換氣排氣閥，完成一次投料作業。

2 噸袋投料系統各部件設計

2.1 密封蓋板（吊架）機構

噸袋密封蓋板（吊架）起到方便吊裝噸袋的作用，結構如圖4所示。設計時根據噸袋吊耳長度和位置，設計對稱吊耳固定桿和掛鉤，使噸袋吊裝起來更加穩定，有助于吊裝進入密封倉和投料下料。

2.2 噸袋密封倉

噸袋密封倉主要由噸袋密封蓋板（吊架）、限位氣缸、密封倉、密封倉惰性氣體進氣管、噸袋擠壓錘和換氣排氣管組成，其主要功能是噸袋吊裝、容器密封、惰性氣體防護和粉體毒氣清除吹掃等，具體結構如圖5所示。

圖4 密封蓋板（吊架）機構示意圖

圖5 密封倉結構示意圖

密封倉同樣是根據噸袋尺寸大小進行設計，密封倉尺寸符合噸袋開袋投料時情況，噸袋口距離投料口預留距離與噸袋投料口尺寸相符，并且當噸袋內出現較大結塊或成拱時，方便擠壓錘擠壓和人手工操作[6-7]。

惰性氣體進氣管路設置有壓力表和壓力調節裝置，氣動元件采用SMC品牌元件，使進氣壓力穩定在微正壓狀態。

2.3 解包手套箱

解包手套箱用于人工解開噸袋，主要由手套箱體、惰性氣體進氣管、吹掃排氣管、手套孔和透明視窗等構成[8]。

手套孔和透明視窗的主要功能是方便人工完成解袋、投料等操作。為保證系統的密封性，手套箱與密封倉直接焊接連接。人工操作手套和各部位密封件均使用耐強酸腐材質。

2.4 限位氣缸機構

限位氣缸機構作為蓋板鎖緊機構可以有效鎖緊密封蓋，該機構主要由壓板、杠桿、制動塊、活塞桿和缸體構成，具體結構如圖6所示。

限位氣缸即氣缸帶動連桿運動，從而固定密封蓋板的機構，具有結構緊湊、性能穩定等優點。氣缸的活塞桿與制動塊相連，當密封蓋板落在密封倉上時，活塞帶動制動塊運動，制動塊帶動杠桿運動，使杠桿另一端的壓板壓住密封蓋板，進而鎖緊密封蓋板，進一步提高了密封倉的密閉性。

2.5 擠壓捶打機構

針對特殊化工粉體容易受潮結塊特性，在密封倉底部錐體部分設計了噸袋啟動敲擊錘，三個敲擊錘均勻分布在錐體圓周上，當噸袋投料過程中出現拱料結塊等情況時，啟動敲擊錘對準噸袋底部進行捶打，有效起到破拱下料作用。本系統選用氣動敲擊錘如圖7所示，主要由錘頭、基板、磁鐵和彈簧構成。

圖6 限位氣缸機構示意圖

圖7 氣動敲擊錘機構示意圖

氣動敲擊錘的錘頭內部有一塊強磁力磁鐵，在未動作前，磁性錘頭緊貼在磁力基板上，通電后，進氣壓力大于貼合磁力時，磁性錘頭高速脫離基板，向噸袋沖擊，沖擊后斷電，錘頭復位。錘頭的沖擊力傳遞到噸袋物料，使物料能夠順利流出。氣動敲擊錘具有沖擊間隔時間可控、磁力沖擊大和擊打效果好等優點，每次動作產生一個沖擊波，能夠達到卸料順利的目的。

3 應用效果

使用400kg容量噸袋進行投料作業，密閉防腐噸袋投料系統投料相比人工方式投料具有以下優點：

（1）實現了特殊化工粉體物料噸袋投料的自動化操作，投料效率得到明顯提升，完成一袋物料投料時間由原來的15min減少到了6min。

（2）有效降低了勞動強度，并節省了作業人員，消除了操作人員手持工具進行敲打破拱作業環節，節省人工成本，投料操作人員由3人減少至1人。

（3）由于系統密閉除塵過濾作用，噸袋物料受潮所產生的少量酸性有害氣體可以得到有效控制和排除，作業環境極大改善，操作人員不用再穿防護服進行工作。

4 結語

密閉防腐噸袋投料系統是針對特殊化工粉體物料特性而專門設計的一套投料系統，該系統很好解決了特殊化工粉體投料作業過程需要密閉和耐酸腐處理的問題。整個投料過程全部使用惰性氣體防護，并在微正壓狀態進行投料作業，有效避免了物料與空氣接觸而產生有害氣體的現象，減少了環境污染，提高了投料作業自動化水平，降低了勞動強度。