乳化炸药生产线装药包装工序自动化的应用研究

李光辉，王东延



乳化炸药生产线装药包装工序自动化的应用研究

李光辉，王东延

（中国平煤神马集团力源化工有限公司，河南 平顶山 467300）

研究了采用自动捆扎机和皮带运输机代替原来的手动捆扎机捆扎、人力推车装车的作业方式，提高了乳化炸药生产线装药包装工序的自动化水平、压减现场作业人员数量。项目从总体技术方案和功能研究入手，根据生产线产能及现场具体情况，确定了所需设备；对各设备进一步深入研究，根据现场情况及设备的性能，确定各设备的技术参数和自动控制技术，达到工程实施和应用的程度。

自动捆扎；阻止与放行；皮带运输

中国平煤神马集团力源化工有限公司是国家定点民爆器材生产企业，年产炸药8000吨（36万箱），炸药包装箱一直采用手动捆扎机捆扎、人力推车装车的作业方式，劳动强度大，用人多（捆扎、装车需要6或7人），而且不符合国家对生产现场定员的安全要求，所以需研究对炸药包装箱实现自动捆扎和皮带运输、压减现场作业人员。

需要改进的捆扎和运输装车作业属于乳化炸药生产线装药包装工序，该工序现有操作人员12人，下药1人、装药机操作4人、捆扎机操作4人、运输装车3人，操作过程为：下药人员将炸药分配给4台装药机，每台装药机由1人操作，每台装药机配1台捆扎机由1人操作，装满的炸药包装箱被推送至捆扎机捆箱，然后5箱摆成1摞由3个装车人员用手推车推出工房装上成品炸药运输车，完成整个生产线的生产操作。

1 总体技术方案研究

该研究的中心是用一台自动捆扎机代替原先的四台人工手动捆扎机完成对炸药包装箱的捆扎任务，以自动捆扎机为核心建立起集炸药包装箱捆扎、运输的系统。为此需要引进自动捆扎机，在自动捆扎机前需设置一套炸药包装箱收集输送系统，收集装药包装箱并运送至自动捆扎机处，实现无人自动捆扎，捆扎操作由4人减至0人；自动捆扎机捆扎后炸药包装箱还需通过皮带运输系统运送到成品炸药运输车上，车上有1名装车人员将炸药包装箱摆在车厢内，作业方式由原来的3人用手推车装车改为1人在成品炸药运输车上摆箱。

自动捆扎机的技术比较成熟，可在市场上买到，只要提出工况技术要求即可。该自动捆扎及皮带运输系统实施的关键是炸药包装箱收集输送系统与捆扎机的衔接，以及捆扎后皮带运输系统与成品炸药运输车的衔接问题。为此，在捆扎机的前端增设一台轨道运输机，作为缓冲设备，皮带与成品车的衔接采用伸缩皮带，能自由伸进车厢内。

所需的机械设备及功能叙述如下。

（1）自4#装药机至1#装药机南北向布置1#皮带输送机，收集四台装药机装好的炸药包装箱，并运送至捆扎处。

由于四台装药机往1#皮带上推送炸药包装箱的时间及炸药包装箱的间距不统一，会造成后面自动捆扎机的负荷变化较大，所以在1#皮带输送机与自动捆扎机中间设置一台轨道运输机做为缓冲设备，当自动捆扎机上已有炸药包装箱时，轨道运输机能阻止炸药包装箱继续进入自动捆扎机，当自动捆扎机上没有炸药包装箱时，轨道运输机就放行1个炸药包装箱至自动捆扎机捆扎[1]。

（2）自动捆扎机按照自身的程序对炸药包装箱进行捆扎。自动捆扎机作业面上带有动力托辊，捆好的炸药包装箱被自动推送至下一条皮带上。自动捆扎机后呈南北向布置2#皮带输送机，将捆好的炸药包装箱及时转运至东西向布置的3#皮带输送机上。

（3）3#皮带输送机东西向布置，将炸药包装箱运送至室外走廊。3#皮带输送机中间设置自动喷码机，并预留在炸药包装箱上自动贴条形码标贴的贴标机。

（4）在室外走廊布置南北向的4#皮带输送机，接住3#皮带输送机输送的炸药包装箱，将炸药包装箱输送至装车平台。

（5）南北向布置的5#皮带输送机接到4#皮带输送机运送来的炸药包装箱，送至车厢内。该皮带可以伸进成品炸药运输车车厢内部，也可退至车厢外部，摆箱人可以根据需要随时调整机头位置。

设备的总体布局如图1所示。

图1 自动捆扎及皮带运输系统示意图

2 需要研究解决的问题及研究结果

2.1 自动捆扎机技术参数的确定及自动控制技术

整个装药包装工序有4台装药机，平均每分钟生产炸药4箱，捆扎速度要大于生产线的产能，所以自动捆扎机单台捆扎能力应不小于5箱/分钟，适合最大纸箱规格470×350×200 mm的自动捆扎。选用MH－102A全自动捆扎机，捆扎能力6箱/分钟，承重能力100 kg，工作台面高度750 mm，捆扎规格最小包装尺寸W60mm×H60mm，最大包装尺寸W700mm×H450mm，该捆扎机具有自动捆扎和手动捆扎功能。捆扎机台面设有动力辊轴，实现炸药包装箱在捆扎台面上的自动向前输送。自动捆扎机台面上设置三个光电开关传感器感知炸药包装箱的位置，当前两个传感器识别到炸药包装箱时，台面上辊轴不再运行，炸药包装箱静止，自动捆扎一道包装带；然后辊轴启动，炸药包装箱再往前行进，直到三个传感器都识别到时再次停下来捆第二道包装带；接着辊轴启动，炸药包装箱被送到下一个皮带运输机上。自动捆扎机电源连接方式，采用防爆插座[2]。

2.2 皮带运输机的技术参数确定及自动控制技术

采用皮带运输机为输送成品炸药包装箱（每箱重24 kg）的装置。皮带运输机的皮带面高度要与捆扎机和装药机出口台面高度相适应，选750 mm，采用4 mm厚的PVC防静电皮带，皮带机的皮带净宽550 mm（炸药包装箱规格：长×宽×高470×340×180 mm），动力全部采用减速电机（IP65级）刚性联轴器连接，皮带的运输速度为25～30 m/min，带防跑偏张紧装置，皮带架子采用304不锈钢材料（40×40×3方钢），传动部位设有防护装置。

共有5条皮带运输机：1#长14000 mm，2#长1300 mm，3#长11000 mm，4#长14500 mm，5#伸缩部分长4000 mm、高650 mm，伸缩有效长度为3000 mm。

1#、2#、3#、4#皮带运输机两边带挡板，5#伸缩皮带运输机两边不带挡板。在4#皮带运输机尾端，增设应急防爆开关，实现对1#、2#、3#、4#皮带运输机的控制。

1#、2#、3#、4#、5#皮带运输机和轨道运输机由6台1.5 kW的三相异步电机分别提供动力，6台设备设1套控制程序，在轨道运输机处设控制开关，提供“急停”、“启动”和“停止”控制，在配电柜内设PLC提供顺序控制技术。按下“急停”按钮，整个系统立即停止运行；按下“启动”按钮，系统按5#、4#、3#、2#皮带运输机、轨道运输机、1#皮带运输机的顺序等时间间隔启动，保证每个皮带上都不会堆积炸药包装箱；按下“停止”按钮，系统按1#皮带运输机、轨道运输机、2#、3#、4#、5#皮带运输机的顺序等时间间隔停止，保证各部的炸药包装箱都能送至炸药运输车内。

2.3 轨道运输机上对炸药包装箱的阻止与放行自动控制技术[3]

1#皮带输送机传送过来的炸药包装箱虽然平均速度为4箱/分钟，但瞬时速率变化较大，有时可能出现4台装药机同时往1#皮带输送机上推送炸药包装箱的极端情况，在其后的自动捆扎机会出现“有时不够吃、有时吃不完”的情况，所以在自动捆扎机前要有一个缓冲装置。引入了带有对炸药包装箱阻止与放行装置的轨道运输机连接1#皮带输送机和自动捆扎机。

轨道运输机长3000 mm、宽650 mm、高800 mm，设炸药包装箱阻挡装置，保证每次只放行一个炸药包装箱进入自动捆扎机。轨道运输机与自动捆扎机能实现联动，轨道运输机尾端设置一炸药包装箱识别传感器，感知自动捆扎机上是否有炸药包装箱，若有则立即启动阻挡装置阻止炸药包装箱，轨道运输机滚轴不运转，保证捆扎机上只有一个炸药包装箱；启动阻挡装置的同时计时器开始计时，过10 s后（炸药包装箱进入自动捆扎机第二道捆扎位置并捆扎完毕向前输送）阻止程序关闭，轨道运输机再放行一个炸药包装箱至自动捆扎机。轨道运输机机头端也设一炸药包装箱识别传感器，当轨道运输机上炸药包装箱积存至机头时，该传感器识别出炸药包装箱过多，系统即刻停止1#皮带输送机的运行，炸药包装箱不再继续往轨道运输机上输送，直到机头炸药包装箱识别传感器识别不到炸药包装箱为止。

2.4 伸缩皮带输送机的技术研究

室外走廊的4#皮带输送机只能将炸药包装箱运送至站台处，在4#皮带输送机后设置了5#伸缩皮带输送机，伸出时可直达车厢最里面，缩回时可收到4#皮带下面，伸出长度可随时由在炸药运输车车厢内的摆箱人控制，可达到最佳位置，摆箱人从皮带机上搬起炸药包装箱一扭身就可将箱子摆好，大大降低了劳动强度。

5#伸缩皮带运输机采用腹藏式结构，4#皮带下面安装轨道支撑5#皮带的脚轮，5#皮带尾部设两个带轮支腿支撑一端，支腿可在炸药运输车厢内移动。5#伸缩皮带运输机退出车厢外可藏在4#皮带运输机腹内。

2.5 皮带运输机转弯处的技术

该系统的运输皮带总长44.8 m，中间有2个90°转弯，炸药包装箱自装药机上皮带时也要转弯90°，使炸药包装箱顺利转向是保证皮带运输系统正常运行的又一关键技术。在转弯处安装了转向导轮，使炸药包装箱能在此顺利转向，确保运输流畅。

3 施工安装及试用情况

该自动捆扎、运输系统所用的设备经过招投标、委托制造及单机调试等程序，于2015年1月开始在生产线安装。2015年1月20日安装完毕进入调试阶段，用空箱运行一天，对装药装车工序的操作工及维修工进行了技术培训，1月25日投入试运行。在试运行阶段，发现炸药包装箱在运输皮带转弯处有时不能顺利转弯，调整了转向导轮的位置，系统运行顺畅。

试运行各项性能指标均达到立项目标要求，系统运行平稳，安全可靠。现场操作人员减少6人，职工作业劳动强度没有增加。炸药包装箱捆扎质量稳定，生产组织顺畅，捆扎、运输能力满足需要，公司及职工反映良好。

4 研究结论

选择1台自动捆扎机代替原来的4台手动捆扎机对炸药包装箱进行捆扎作业，选用皮带运输机代替用手推车推着炸药包装箱装上成品炸药运输车的方式，可有效降低工人的劳动强度，提高生产效率，压减现场作业人数。

自动捆扎及皮带运输系统能够顺畅运行的关键是带有对炸药包装箱阻止与放行装置的轨道运输机的应用，它连接1#皮带输送机和自动捆扎机，保证不论收集皮带上过来的炸药包装箱多密集，对自动捆扎机都是按预定的时间间隔放行炸药包装箱。

伸缩皮带的应用可使炸药包装箱直接运输至合适的位置，摆箱人可以根据需要随时调整机头位置，将皮带运输的便利性发挥出来。

在皮带运输机转弯处安装转向导轮可使炸药包装箱在此处顺利转向，保证输送流畅。

[1]杜丽萍. 自动化生产线安装与调试[M]. 北京：机械工业出版社，2015.

[1]张海斌. 设备自主管理与维修[J]. 机械，2016，43（S1）：80-81

[2]GB 50089－2007，民用爆破器材工程设计安全规范[S].

[3]封苏伟. 自动化控制系统设计实例手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]于天彪，乔木，李明. 基于遗传算法的医药码垛机器人结构参数优化研究[J]. 机电工程，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

李光辉（1975－），男，河南平顶山人，本科，工程师，主要从事民爆工艺技术工作；王东延（1968－），男，河南平顶山人，本科，工程师，主要从事民爆机电技术工作。