广东宏大韶化民爆有限公司 广东 韶关 512000
摘要:为了提高乳化炸药生产线的可靠性和自动化程度，本文对乳化炸药自动包装生产线技术进行升级改造研究，通过对药卷整理机、枕式包装机、开箱机、跌落式装箱机以及生产线控制系统等一系列的升级改造措施，实现了整个乳化炸药中包的整理、包装并装箱的无固定操作人员的生产。
关键词:乳化炸药;包装;生产线;对比
引言
随着人们对安全操作意识的不断提高，如何高效又安全地实现工业炸药的生产成为了当前民爆行业需要解决的首要问题。为此，近年来民爆行业逐步采用自动化生产手段取代传统的手工、半机械化生产方式。然而，目前采用自动化控制的包装工序在运行过程中仍存在着一些问题，需要进行进一步的升级改造。乳化炸药自动包装生产线是乳化炸药生产线的主要组成部分，也是实现乳化炸药生产少人无人化的关键部分，本文以乳化炸药自动包装生产线为研究对象，在该生产线关键工序的技术原理和设备方面进行升级改造，以提升生产线的可靠性和自动化程度。
1.技术方案
1.1生产线组成
乳化炸药中包装箱生产线主要由药卷输送系统、整理机、自动码卡机、枕式包装机、中包输送机、跌落式装箱机、辊道输送机、开箱机、封箱机、捆扎机等设备组成，可以完成药卷自动输送，自动整理、自动堆码、装袋成型封口、装箱、封箱、捆扎、自动投标等功能，实现药卷整理至装箱出品全过程的自动化包装。利用PLC控制系统和伺服控制系统实现乳化炸药包装生产线的连续化、自动化、智能化生产。
1.药卷输送系统2.药卷整理机3.自动码卡机4.枕式包装机5.中包输送机6.跌落式装箱机7.辊道输送机8.封箱机9.开箱机10.捆扎机
图1 整线布局图
1.2生产线工艺流程
乳化炸药中包装箱生产线工艺流程图，如下图2所示。
图2 工艺流程图
2.乳化炸药中包装箱生产线的工作原理及结构设计
乳化炸药由药卷输送机输送至包装工房，经过药卷整理机整形后将其排列成2×10的规格后进入枕式包装机的输送工作面上；枕式包装机将进入其中乳化炸药（2×10的排列)进行封口、装袋，并送入跌落式装箱机中；开箱机将堆叠整齐的箱坯依次开箱并送入跌落式装箱机中；跌落式装箱机将进入其中的药卷跌落进开箱机送入的纸箱中，并把装好箱的小药卷中包送入后端封箱机；封箱机将装好箱的药卷中包纸箱进行贴胶带包装、捆扎，包装完毕后将纸箱成品送入后端工序，从而实现整个乳化炸药中包的整理、包装并装箱的无固定操作人员的生产。
2.1药卷整理机工作原理及结构设计
如图3所示，药卷整理机由输送部件I、输送部件II、分道部件组成，输送部件I中防爆电机带减速机驱动链轮旋转，链条分别绕在输送部件I中主动链轮、输送部件II中从动链轮，从而分别驱动输送部件I中的皮带I、输送部件II中的皮带II旋转，输送部件I的输送速度为50m·min-1，和输送部件II的输送速度为70m·min-1，分道部件中摆动气缸驱动左摆板、右摆板往复运动，夹持气缸驱动转板往复运动。当安装在左摆板、尾端导向板末端两件传感器支架的计数传感器检测到第五支乳化炸药后，夹持气缸驱动转板将后端药卷夹持，不允许通过，摆动气缸驱动摆道摆动，如此循环，实现药卷的均匀分流变道，从而实现乳化炸药的整理分流。如图4所示，通过变道的乳化炸药沿着导向板向前输送，由于两者输送设备之间有速度差，乳化炸药输送的输送间距由原先的间距420mm，拉大至583mm等间距输送，当药卷输送至码卡机缓冲斗上方，导向板变为斜向输送，药卷沿着导向板输送至码卡机缓冲斗内。
1.输送部件I2.输送部件II3.分道部件
图4 药卷整理机原理图
2.2自动码卡机的工作原理及结构设计
2.2.1自动码卡机组成
如下图5所示，自动码卡机主要由过渡装置、排列装置、机架部件以及抽板部件组成。整个设备上下布置，过渡装置安装在机架部件内部，用于缓存药卷整理机送入其中的小药卷。排列装置安装在机架部件内部，位于过渡装置下方，用于将过渡装置输送来的小药卷排成2×10的规格。抽板部件安装在机架部件内部，位于排列装置一侧，用于将排列装置输送过来的排列成2×10规格的小药卷送入后端中包包装设备。
1过渡装置2排列装置3抽板部件4机架部件
图5 自动码卡机
2.2.2自动码卡机工作原理
如图6所示：自动码卡机工作原理如下：
(1)开机后，药卷整理机将前端装药机包装好的小药卷整理排列成一根根首尾相连的状态，并将其送入后端过渡装置的缓冲斗中。
(2)当乳化炸药一根根送至过渡装置时，过渡装置会将缓存成5×1的状态，通过多组气缸驱动让药卷分层跌落入排列装置中，以后动作重复上述循环。
(3)排列成1×5规格的小药卷进入排列装置后，排列装置将小药卷继续堆积组成2×10规格，伺服电机驱动轴带动固定在轴上的翻转斗绕轴翻转90°，随后安装在底板上的气缸驱动安装在气缸上的推板将翻转斗中排列整齐的2×10小药卷推入抽板部件中。
(4)2×10小药卷进入抽板部件后，抽板部件将排列整齐的2×10小药卷装入进缓存斗，并将其架在缓存斗一与缓存斗二的空槽之上。枕式包装机的输送机允许落料后，安装在安装架上的气缸一、气缸二驱动缓存斗一、缓存斗二后退呈分离状态，在挡板一、挡板二的协助下将列整齐的2×10小药卷跌落进枕式包装机的输送机的输送台上。
图6 自动码卡机的工作原理图
2.2.3自动码卡机与枕式包装机工作衔接时序图分析
自动码卡机与枕式包装机的工作匹配分为三种情况：
(1)自动码卡机中1号上料位与2号上料位同时落料
(2)自动码卡机中1号上料位落料，2号上料位不落料；
(3)自动码卡机中1号上料位不落料，2号上料位落料；
具体分析如下：
情况一：1号上料位与2号上料位同时落料，时序图如图7。
图7 时序图
(1)抽板气缸打开时间t1=0.5s；计算如下：抽板气缸行程100mm，气缸运行速度：300mm/s，设定抽板气缸打开时间t1=0.5s。
(2)药卷下落时间为t2=0.3s；计算如下：药卷落料高度设定为100mm。假设物料自由落体h=1/2gt2。理论落料时间为t=0.15s，取落料时间t2=0.3s。
(3)药卷下料至中包时间t3=抽板气缸打开时间t1+药卷下落时t2=0.8s；
(4)设定枕式包装机速度30包/min.，周期为t4=2s。
(5)2包完成周期时间t5=2t4+t2=4.8s；
(6)整线完成一包的理论时间t6=2.4s,整线包装速度为25包/min。
情况二：1号上料位落料，2号上料位不落料，此情况说明前面来料不足，时序图如图8。
(1)1号抽板气缸打开时间t1=0.5s，2号抽板气缸不动作；计算如下：抽板气缸行程100mm，气缸运行速度：300mm·s-1，设定1号抽板气缸打开时间t1=0.5s。
(2)1号药卷下落时间为t2=0.3s，2号药卷不下落；计算如下：药卷落料高度设定为100mm。假设物料自由落体h=1/2gt2。理论落料时间为t=0.15s，取落料时间t2=0.3s。
(3)1号药卷下料至中包时间t3=1号抽板气缸打开时间t1+1号药卷下落时间t2=0.8s；
(4)设定枕式包装机速度30包/min.，周期为t4=2s；
(5)1号抽板气缸不动作，2号抽板气缸不动作；
(6)1号药卷不下落，2号药卷不下落；
(7)1号上料位与2号上料位同时落料，如情况一分析；
(8)完成3包周期时间t5=4xt4+2xt3=9.6s；
(9)整线完成一包的理论时间t6=3.2s,整线包装速度为18.75包/min（说明前面来料不足)。
情况三：1号上料位不落料，2号上料位落料，时序图如图9。
(1)2号抽板气缸打开时间t1=0.5s，1号抽板气缸不动作；计算如下：抽板气缸行程100mm，气缸运行速度：300mm/s，设定2号抽板气缸打开时间t1=0.5s
(2)2号药卷下落时间为t2=0.3s；计算如下：药卷落料高度设定为100mm。假设物料自由落体h=1/2gt2。理论落料时间为t=0.15s，取落料时间t2=0.3s。
(3)2号药卷下料至中包时间t3=2号抽板气缸打开时间t1+2号药卷下落时间t2=0.8s
(4)设定枕式包装机速度30包/min.，周期为t4=2s。
(5)1号、2号抽板气缸打开时间t5=0.5s；计算如下：抽板气缸行程100mm，气缸运行速度：300mm·s-1，设定抽板气缸打开时间t5=0.5s。
(6)、1号、2号药卷同时下落时间为t6=0.3s；计算如下：药卷落料高度设定为100mm。假设物料自由落体h=1/2gt2。理论落料时间为t=0.15s，取落料时间t6=0.3s。
(7)药卷下料至中包时间t7=t5+t6=0.8s；
(8)完成3包周期时间t8=3xt4+t3+t7=7.6s；
(9)整线完成一包的理论时间t6=2.5s,整线包装速度为24包/min。
基于上述三种情况的平均稳定产能：23包/min。
图9 时序图
2.3枕式包装机（图10)的工作原理及结构设计
枕式包装机由拨叉上料输送机、自动换膜机、牵引纵封装置、输送装置、横封装置、机架。膜卷通过膜电机的牵引以及衣领部件的成型使得片膜逐步牵引为方形桶膜，通过牵引部分以及纵封部分实现对包装膜的牵引闭合并形成纵向封口形成周向闭环，使得片膜成型为桶膜。自动码卡机将药卷放入枕式包装机的拨叉上料输送机内，上料机将药卷推上制袋器，码好的药卷方阵通过机器的传动部分由膜电机和封刀电机的作用跟随前皮带以及后皮带输出。在经过前皮带时纵封部分完成膜的纵向热合，在通过横封部分时通过刀电机的传动系统作用将包装膜切断并横向热合，封好的中包通过后皮带输出。前皮带的输入至后皮带的输出，在输送过程中完成包装膜的热合和封口，如此循环工作。该枕式包装机具备自动接膜功能，可以实现不停机接膜，提高设备的自动化、连续化。
1拨叉上料输送机2自动接膜机3牵引纵封装置4输送装置5横封装置6机架
图10 枕式包装机
2.4跌落式装箱机（图11)的工作原理及结构设计
跌落式装箱机主要由进包皮带输送机、压包部件、翻板部件、箱坯输送机、夹持部件、机架等组成，进包皮带输送机一端安装在机架上方，压包部件、翻板部件安装在机架上。跌落式装箱机的工作原理为，药卷按照10x2排列方式经过枕式包装机完成药卷的封口、装袋，进包皮带输送机为高摩擦皮带输送机，前一药包被后一药包推入翻板部件的翻板上，传感器检测到药包后，翻板打开，药包掉入箱坯内，如此循环计数，当箱坯装满规定的包数后，箱坯送出，完成装箱，进入下一个箱位循环。开箱机、中包输送机、辊道输送机、封箱机、捆扎机等不再在此阐述。
1进包皮带输送机2压包部件3翻板部件
4箱坯输送机5夹持部件6机架
图11 跌落式装箱机
3.生产线控制系统
(1)生产线自动控制系统采用PLC为控制系统的核心，将与前端制药、装药、包装总控制系统连锁，实时进行参数远程设定、监控、记录、指示、报警、联锁停机，整个系统通过以太网进行数据传输，现场数据与远程控制室采用光纤连接。当设备及工艺参数运行值超出设定值时，系统会自动启动保护功能，自我调节进程，并多级报警。
(2)控制系统能对所有传感器的工作状态实时检测，能对所有参数进行实时存储，确保包装线能实现智能控制和信息化管理。设备运行的参数值，系统能智能判断各设备的运行状况，同时在设备出现异常后能自动报警和联锁停机。
(3)生产线所有现场采用传输设施符合防静电要求，大部分机电检测、执行元件采用隔爆型或本安型。
(4)成品箱在输送过程符合防殉爆要求，成品箱输送设计距离大于5000mm，满足殉爆距离要求。
4.对比历史机型的特性(如表1)
5.结语
总之，民用爆炸物品生产过程安全可靠、可控，是该行业科学发展的首要目标。本文对乳化炸药自动包装生产线技术进行升级改造研究，以炸药药卷的自动化有序规整为切入点，实现药卷的整理、自动堆码、装袋成型封口、装箱、封箱、捆扎、自动投标等工序的自动化、智能化功能，成功开发无固定操作人员的包装生产线，有效的提高了包装线的生产效率及自动化程度，降低了人工劳动强度，也减少了危险因素。
参考文献:
[1]周仁铸.乳化炸药自动化生产技术的研究与实现[J].2011
[2]徐建.基于高效、安全的乳化炸药生产线设备的应用研究[J].2011
论文作者:杨帮芬
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/26
标签：气缸论文; 部件论文; 炸药论文; 时间论文; 生产线论文; 装置论文; 包装机论文; 《防护工程》2017年第33期论文;