一种密闭防腐吨袋解包投料机构

张伟伟 张元国 薛晓麟 许俊伟 管腾飞 曹晓玉 毛智勋

（1.郑州高端装备与信息产业技术研究院有限公司，郑州450001；2.郑州机械研究所，郑州450001）

粉体物料作为原材料在工业生产中普遍存在，用途十分广泛。其中一些特殊粉体在空气环境中会发生各种反应，生成强酸强碱，释放有毒有害气体。甚至有些粉体为易燃易爆物质，在运输、转移和存储过程中均需要隔绝空气，进行密闭防护[1-2]。本文针对粉体投料过程进行研究，提出一种密闭防腐的吨袋解包投料机构，与常用吨袋投料机构对比，在密闭性能和防腐性能方面都有了较大提高和改善。

吨袋开袋站是常用的吨袋投料机构，用于吨袋包装粉体物料解包卸料作业，如图1所示。该装置通过提升吨袋至设备进料口，人工拆开吨袋下口，打开阀门并拍打机构促使吨袋内粉粒状物料靠重力落进贮斗中，完成整个拆包卸料工作。该装置广泛用于化工、食品、医药等行业，可满足一般粉体物料吨袋开袋卸料[3]。但针对特殊粉体物料，需要在密闭环境下进行开袋解包投料作业，常规吨袋开袋站在此过程中做不到完全密闭，会使物料与空气接触，造成有毒有害物质污染泄露，操作人员在投料过程中需要全身穿着防护服，并且口带防毒面具，工作起来非常不方便，尤其在夏天，工作条件十分艰苦。针对这种情况，本文提出一种密闭防腐吨袋投料机构，在惰性气体保护的密封状态下进行吨袋开袋投料，很好地解决了此类物料投料安全问题。

图1 吨袋开袋站

1 密闭防腐吨袋投料系统工作原理

1.1 吨袋投料系统结构示意图

密闭防腐吨袋投料系统结构如图2所示，系统主要由限位气缸机构、密封盖板（吊架）、吨袋密封仓、密封仓惰性气体进气管、挤压机构（气动敲击锤）、解包手套箱、换气排气管和行车等几部分组成[4]。

吨袋来料吊装可以使用行车等工具来完成，系统设计有吨袋吊架工装，使吨袋吊装操作更加方便可靠。在材料和工艺方面，系统各部分均采用衬塑工艺处理，使容器内部与物料有接触部分均能具备耐强酸腐蚀性能，最大限度提升系统设备的耐腐蚀性[5]。

图2 吨袋投料系统结构示意图

1.2 吨袋投料系统工艺流程

在整个解包过程中，系统始终保证处在微正压状态，约0.01MPa，该状态可有效避免内部物料与外界空气接触，系统的投料工艺流程描述如图3所示。

1.2.1 吨袋吊装作业

打开换气排气阀，密封仓内压力下降到接近外界大气压时，松开盖板锁紧机构，操作行车吊起密封盖板，当盖板离开后关闭换气排气阀，同时自动打开密封仓和手套箱的进气阀，向仓内添加惰性气体，使手套箱和密封仓保持在惰性气体微正压防护状态，操作人员将吨袋挂在密封盖板上，并吊起完成解袋准备工作，然后将吨袋吊入密封仓。盖上密封盖板后打开换气排气阀，同时关闭密封仓和手套箱的进气阀，排出密封仓内气体使内部气压为零，排完后启动盖板锁紧机构锁紧密封盖，打开密封仓进气阀，进行仓内气体置换，置换完成后关闭排气阀，进气阀调节进气压力，使密封仓内压力保持微正压。

图3 吨袋投料系统的工艺流程

1.2.2 物料投料作业

吨袋吊装到位后启动破碎机、打开气动插板阀，物料准备进入倒料储料仓。打开手套箱吹扫排气阀和过滤除尘器放料阀，使储料仓和手套箱处在均压状态，操作员人工在手套箱中解开袋口开始投料。打开排气阀，此排气管道上装有节流孔板，能保证仓内压力稳定，使下料过程在惰性气体流动状态下进行，保证下料顺畅。在下料时发现袋内有结块，启动挤压机构，敲击挤压动作三次后自动停止。吨袋物料放空后，人工拍打袋口将袋口的残余物料清理干净，收紧袋口。

1.2.3 吹扫置换作业

投料后关闭储料仓阀，使手套箱与储料仓隔绝。手套箱下部继续吹扫一段时间，将手套箱内粉尘抽走，关闭吹扫排气阀，打开换气排气阀，当密封仓内压力接近零时，松开锁紧机构，操作行车吊走密封盖板和空袋，密封盖板离开时关闭换气排气阀，完成一次投料作业。

2 吨袋投料系统各部件设计

2.1 密封盖板（吊架）机构

吨袋密封盖板（吊架）起到方便吊装吨袋的作用，结构如图4所示。设计时根据吨袋吊耳长度和位置，设计对称吊耳固定杆和挂钩，使吨袋吊装起来更加稳定，有助于吊装进入密封仓和投料下料。

2.2 吨袋密封仓

吨袋密封仓主要由吨袋密封盖板（吊架）、限位气缸、密封仓、密封仓惰性气体进气管、吨袋挤压锤和换气排气管组成，其主要功能是吨袋吊装、容器密封、惰性气体防护和粉体毒气清除吹扫等，具体结构如图5所示。

图4 密封盖板（吊架）机构示意图

图5 密封仓结构示意图

密封仓同样是根据吨袋尺寸大小进行设计，密封仓尺寸符合吨袋开袋投料时情况，吨袋口距离投料口预留距离与吨袋投料口尺寸相符，并且当吨袋内出现较大结块或成拱时，方便挤压锤挤压和人手工操作[6-7]。

惰性气体进气管路设置有压力表和压力调节装置，气动元件采用SMC品牌元件，使进气压力稳定在微正压状态。

2.3 解包手套箱

解包手套箱用于人工解开吨袋，主要由手套箱体、惰性气体进气管、吹扫排气管、手套孔和透明视窗等构成[8]。

手套孔和透明视窗的主要功能是方便人工完成解袋、投料等操作。为保证系统的密封性，手套箱与密封仓直接焊接连接。人工操作手套和各部位密封件均使用耐强酸腐材质。

2.4 限位气缸机构

限位气缸机构作为盖板锁紧机构可以有效锁紧密封盖，该机构主要由压板、杠杆、制动块、活塞杆和缸体构成，具体结构如图6所示。

限位气缸即气缸带动连杆运动，从而固定密封盖板的机构，具有结构紧凑、性能稳定等优点。气缸的活塞杆与制动块相连，当密封盖板落在密封仓上时，活塞带动制动块运动，制动块带动杠杆运动，使杠杆另一端的压板压住密封盖板，进而锁紧密封盖板，进一步提高了密封仓的密闭性。

2.5 挤压捶打机构

针对特殊化工粉体容易受潮结块特性，在密封仓底部锥体部分设计了吨袋启动敲击锤，三个敲击锤均匀分布在锥体圆周上，当吨袋投料过程中出现拱料结块等情况时，启动敲击锤对准吨袋底部进行捶打，有效起到破拱下料作用。本系统选用气动敲击锤如图7所示，主要由锤头、基板、磁铁和弹簧构成。

图6 限位气缸机构示意图

图7 气动敲击锤机构示意图

气动敲击锤的锤头内部有一块强磁力磁铁，在未动作前，磁性锤头紧贴在磁力基板上，通电后，进气压力大于贴合磁力时，磁性锤头高速脱离基板，向吨袋冲击，冲击后断电，锤头复位。锤头的冲击力传递到吨袋物料，使物料能够顺利流出。气动敲击锤具有冲击间隔时间可控、磁力冲击大和击打效果好等优点，每次动作产生一个冲击波，能够达到卸料顺利的目的。

3 应用效果

使用400kg容量吨袋进行投料作业，密闭防腐吨袋投料系统投料相比人工方式投料具有以下优点：

（1）实现了特殊化工粉体物料吨袋投料的自动化操作，投料效率得到明显提升，完成一袋物料投料时间由原来的15min减少到了6min。

（2）有效降低了劳动强度，并节省了作业人员，消除了操作人员手持工具进行敲打破拱作业环节，节省人工成本，投料操作人员由3人减少至1人。

（3）由于系统密闭除尘过滤作用，吨袋物料受潮所产生的少量酸性有害气体可以得到有效控制和排除，作业环境极大改善，操作人员不用再穿防护服进行工作。

4 结语

密闭防腐吨袋投料系统是针对特殊化工粉体物料特性而专门设计的一套投料系统，该系统很好解决了特殊化工粉体投料作业过程需要密闭和耐酸腐处理的问题。整个投料过程全部使用惰性气体防护，并在微正压状态进行投料作业，有效避免了物料与空气接触而产生有害气体的现象，减少了环境污染，提高了投料作业自动化水平，降低了劳动强度。