乳化炸藥生產線裝藥包裝工序自動化的應用研究

李光輝，王東延

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乳化炸藥生產線裝藥包裝工序自動化的應用研究

李光輝，王東延

（中國平煤神馬集團力源化工有限公司，河南 平頂山 467300）

研究了采用自動捆扎機和皮帶運輸機代替原來的手動捆扎機捆扎、人力推車裝車的作業方式，提高了乳化炸藥生產線裝藥包裝工序的自動化水平、壓減現場作業人員數量。項目從總體技術方案和功能研究入手，根據生產線產能及現場具體情況，確定了所需設備；對各設備進一步深入研究，根據現場情況及設備的性能，確定各設備的技術參數和自動控制技術，達到工程實施和應用的程度。

自動捆扎；阻止與放行；皮帶運輸

中國平煤神馬集團力源化工有限公司是國家定點民爆器材生產企業，年產炸藥8000噸（36萬箱），炸藥包裝箱一直采用手動捆扎機捆扎、人力推車裝車的作業方式，勞動強度大，用人多（捆扎、裝車需要6或7人），而且不符合國家對生產現場定員的安全要求，所以需研究對炸藥包裝箱實現自動捆扎和皮帶運輸、壓減現場作業人員。

需要改進的捆扎和運輸裝車作業屬于乳化炸藥生產線裝藥包裝工序，該工序現有操作人員12人，下藥1人、裝藥機操作4人、捆扎機操作4人、運輸裝車3人，操作過程為：下藥人員將炸藥分配給4臺裝藥機，每臺裝藥機由1人操作，每臺裝藥機配1臺捆扎機由1人操作，裝滿的炸藥包裝箱被推送至捆扎機捆箱，然后5箱擺成1摞由3個裝車人員用手推車推出工房裝上成品炸藥運輸車，完成整個生產線的生產操作。

1 總體技術方案研究

該研究的中心是用一臺自動捆扎機代替原先的四臺人工手動捆扎機完成對炸藥包裝箱的捆扎任務，以自動捆扎機為核心建立起集炸藥包裝箱捆扎、運輸的系統。為此需要引進自動捆扎機，在自動捆扎機前需設置一套炸藥包裝箱收集輸送系統，收集裝藥包裝箱并運送至自動捆扎機處，實現無人自動捆扎，捆扎操作由4人減至0人；自動捆扎機捆扎后炸藥包裝箱還需通過皮帶運輸系統運送到成品炸藥運輸車上，車上有1名裝車人員將炸藥包裝箱擺在車廂內，作業方式由原來的3人用手推車裝車改為1人在成品炸藥運輸車上擺箱。

自動捆扎機的技術比較成熟，可在市場上買到，只要提出工況技術要求即可。該自動捆扎及皮帶運輸系統實施的關鍵是炸藥包裝箱收集輸送系統與捆扎機的銜接，以及捆扎后皮帶運輸系統與成品炸藥運輸車的銜接問題。為此，在捆扎機的前端增設一臺軌道運輸機，作為緩沖設備，皮帶與成品車的銜接采用伸縮皮帶，能自由伸進車廂內。

所需的機械設備及功能敘述如下。

（1）自4#裝藥機至1#裝藥機南北向布置1#皮帶輸送機，收集四臺裝藥機裝好的炸藥包裝箱，并運送至捆扎處。

由于四臺裝藥機往1#皮帶上推送炸藥包裝箱的時間及炸藥包裝箱的間距不統一，會造成后面自動捆扎機的負荷變化較大，所以在1#皮帶輸送機與自動捆扎機中間設置一臺軌道運輸機做為緩沖設備，當自動捆扎機上已有炸藥包裝箱時，軌道運輸機能阻止炸藥包裝箱繼續進入自動捆扎機，當自動捆扎機上沒有炸藥包裝箱時，軌道運輸機就放行1個炸藥包裝箱至自動捆扎機捆扎[1]。

（2）自動捆扎機按照自身的程序對炸藥包裝箱進行捆扎。自動捆扎機作業面上帶有動力托輥，捆好的炸藥包裝箱被自動推送至下一條皮帶上。自動捆扎機后呈南北向布置2#皮帶輸送機，將捆好的炸藥包裝箱及時轉運至東西向布置的3#皮帶輸送機上。

（3）3#皮帶輸送機東西向布置，將炸藥包裝箱運送至室外走廊。3#皮帶輸送機中間設置自動噴碼機，并預留在炸藥包裝箱上自動貼條形碼標貼的貼標機。

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

（5）南北向布置的5#皮帶輸送機接到4#皮帶輸送機運送來的炸藥包裝箱，送至車廂內。該皮帶可以伸進成品炸藥運輸車車廂內部，也可退至車廂外部，擺箱人可以根據需要隨時調整機頭位置。

設備的總體布局如圖1所示。

圖1 自動捆扎及皮帶運輸系統示意圖

2 需要研究解決的問題及研究結果

2.1 自動捆扎機技術參數的確定及自動控制技術

整個裝藥包裝工序有4臺裝藥機，平均每分鐘生產炸藥4箱，捆扎速度要大于生產線的產能，所以自動捆扎機單臺捆扎能力應不小于5箱/分鐘，適合最大紙箱規格470×350×200 mm的自動捆扎。選用MH－102A全自動捆扎機，捆扎能力6箱/分鐘，承重能力100 kg，工作臺面高度750 mm，捆扎規格最小包裝尺寸W60mm×H60mm，最大包裝尺寸W700mm×H450mm，該捆扎機具有自動捆扎和手動捆扎功能。捆扎機臺面設有動力輥軸，實現炸藥包裝箱在捆扎臺面上的自動向前輸送。自動捆扎機臺面上設置三個光電開關傳感器感知炸藥包裝箱的位置，當前兩個傳感器識別到炸藥包裝箱時，臺面上輥軸不再運行，炸藥包裝箱靜止，自動捆扎一道包裝帶；然后輥軸啟動，炸藥包裝箱再往前行進，直到三個傳感器都識別到時再次停下來捆第二道包裝帶；接著輥軸啟動，炸藥包裝箱被送到下一個皮帶運輸機上。自動捆扎機電源連接方式，采用防爆插座[2]。

2.2 皮帶運輸機的技術參數確定及自動控制技術

采用皮帶運輸機為輸送成品炸藥包裝箱（每箱重24 kg）的裝置。皮帶運輸機的皮帶面高度要與捆扎機和裝藥機出口臺面高度相適應，選750 mm，采用4 mm厚的PVC防靜電皮帶，皮帶機的皮帶凈寬550 mm（炸藥包裝箱規格：長×寬×高470×340×180 mm），動力全部采用減速電機（IP65級）剛性聯軸器連接，皮帶的運輸速度為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），傳動部位設有防護裝置。

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

1#、2#、3#、4#皮帶運輸機兩邊帶擋板，5#伸縮皮帶運輸機兩邊不帶擋板。在4#皮帶運輸機尾端，增設應急防爆開關，實現對1#、2#、3#、4#皮帶運輸機的控制。

1#、2#、3#、4#、5#皮帶運輸機和軌道運輸機由6臺1.5 kW的三相異步電機分別提供動力，6臺設備設1套控制程序，在軌道運輸機處設控制開關，提供“急?！?、“啟動”和“停止”控制，在配電柜內設PLC提供順序控制技術。按下“急停”按鈕，整個系統立即停止運行；按下“啟動”按鈕，系統按5#、4#、3#、2#皮帶運輸機、軌道運輸機、1#皮帶運輸機的順序等時間間隔啟動，保證每個皮帶上都不會堆積炸藥包裝箱；按下“停止”按鈕，系統按1#皮帶運輸機、軌道運輸機、2#、3#、4#、5#皮帶運輸機的順序等時間間隔停止，保證各部的炸藥包裝箱都能送至炸藥運輸車內。

2.3 軌道運輸機上對炸藥包裝箱的阻止與放行自動控制技術[3]

1#皮帶輸送機傳送過來的炸藥包裝箱雖然平均速度為4箱/分鐘，但瞬時速率變化較大，有時可能出現4臺裝藥機同時往1#皮帶輸送機上推送炸藥包裝箱的極端情況，在其后的自動捆扎機會出現“有時不夠吃、有時吃不完”的情況，所以在自動捆扎機前要有一個緩沖裝置。引入了帶有對炸藥包裝箱阻止與放行裝置的軌道運輸機連接1#皮帶輸送機和自動捆扎機。

軌道運輸機長3000 mm、寬650 mm、高800 mm，設炸藥包裝箱阻擋裝置，保證每次只放行一個炸藥包裝箱進入自動捆扎機。軌道運輸機與自動捆扎機能實現聯動，軌道運輸機尾端設置一炸藥包裝箱識別傳感器，感知自動捆扎機上是否有炸藥包裝箱，若有則立即啟動阻擋裝置阻止炸藥包裝箱，軌道運輸機滾軸不運轉，保證捆扎機上只有一個炸藥包裝箱；啟動阻擋裝置的同時計時器開始計時，過10 s后（炸藥包裝箱進入自動捆扎機第二道捆扎位置并捆扎完畢向前輸送）阻止程序關閉，軌道運輸機再放行一個炸藥包裝箱至自動捆扎機。軌道運輸機機頭端也設一炸藥包裝箱識別傳感器，當軌道運輸機上炸藥包裝箱積存至機頭時，該傳感器識別出炸藥包裝箱過多，系統即刻停止1#皮帶輸送機的運行，炸藥包裝箱不再繼續往軌道運輸機上輸送，直到機頭炸藥包裝箱識別傳感器識別不到炸藥包裝箱為止。

2.4 伸縮皮帶輸送機的技術研究

室外走廊的4#皮帶輸送機只能將炸藥包裝箱運送至站臺處，在4#皮帶輸送機后設置了5#伸縮皮帶輸送機，伸出時可直達車廂最里面，縮回時可收到4#皮帶下面，伸出長度可隨時由在炸藥運輸車車廂內的擺箱人控制，可達到最佳位置，擺箱人從皮帶機上搬起炸藥包裝箱一扭身就可將箱子擺好，大大降低了勞動強度。

5#伸縮皮帶運輸機采用腹藏式結構，4#皮帶下面安裝軌道支撐5#皮帶的腳輪，5#皮帶尾部設兩個帶輪支腿支撐一端，支腿可在炸藥運輸車廂內移動。5#伸縮皮帶運輸機退出車廂外可藏在4#皮帶運輸機腹內。

2.5 皮帶運輸機轉彎處的技術

該系統的運輸皮帶總長44.8 m，中間有2個90°轉彎，炸藥包裝箱自裝藥機上皮帶時也要轉彎90°，使炸藥包裝箱順利轉向是保證皮帶運輸系統正常運行的又一關鍵技術。在轉彎處安裝了轉向導輪，使炸藥包裝箱能在此順利轉向，確保運輸流暢。

3 施工安裝及試用情況

該自動捆扎、運輸系統所用的設備經過招投標、委托制造及單機調試等程序，于2015年1月開始在生產線安裝。2015年1月20日安裝完畢進入調試階段，用空箱運行一天，對裝藥裝車工序的操作工及維修工進行了技術培訓，1月25日投入試運行。在試運行階段，發現炸藥包裝箱在運輸皮帶轉彎處有時不能順利轉彎，調整了轉向導輪的位置，系統運行順暢。

試運行各項性能指標均達到立項目標要求，系統運行平穩，安全可靠?，F場操作人員減少6人，職工作業勞動強度沒有增加。炸藥包裝箱捆扎質量穩定，生產組織順暢，捆扎、運輸能力滿足需要，公司及職工反映良好。

4 研究結論

選擇1臺自動捆扎機代替原來的4臺手動捆扎機對炸藥包裝箱進行捆扎作業，選用皮帶運輸機代替用手推車推著炸藥包裝箱裝上成品炸藥運輸車的方式，可有效降低工人的勞動強度，提高生產效率，壓減現場作業人數。

自動捆扎及皮帶運輸系統能夠順暢運行的關鍵是帶有對炸藥包裝箱阻止與放行裝置的軌道運輸機的應用，它連接1#皮帶輸送機和自動捆扎機，保證不論收集皮帶上過來的炸藥包裝箱多密集，對自動捆扎機都是按預定的時間間隔放行炸藥包裝箱。

伸縮皮帶的應用可使炸藥包裝箱直接運輸至合適的位置，擺箱人可以根據需要隨時調整機頭位置，將皮帶運輸的便利性發揮出來。

在皮帶運輸機轉彎處安裝轉向導輪可使炸藥包裝箱在此處順利轉向，保證輸送流暢。

[1]杜麗萍. 自動化生產線安裝與調試[M]. 北京：機械工業出版社，2015.

[1]張海斌. 設備自主管理與維修[J]. 機械，2016，43（S1）：80-81

[2]GB 50089－2007，民用爆破器材工程設計安全規范[S].

[3]封蘇偉. 自動化控制系統設計實例手冊[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]于天彪，喬木，李明. 基于遺傳算法的醫藥碼垛機器人結構參數優化研究[J]. 機電工程，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，主要從事民爆機電技術工作。