全自动豆粕装包机应用实践

左 青,李顺灵,汤存学

(1.江苏丰尚油脂技术工程有限公司,江苏 扬州 225127； 2.河南金谷实业发展有限公司,郑州 450103；3.安徽永成电子机械技术有限公司，安徽 六安 237011)

豆粕为大豆油脂加工厂的主要产品，一般包装豆粕占豆粕的70%左右，散装豆粕占30%左右[1]。豆粕从粕库或车间输送到豆粕打包间的分配刮板输送机，落入暂存箱，经计量秤上面料斗，由人工搬运并整理编织袋(贴上流水号日期)放在专门的平台上，人工取袋、撑袋、开袋放到下料口加袋器上，这时计量秤接收到袋子就位的信号自动放料，达到设置质量后停止放料，夹袋器自动松开，人工移出豆粕包到缝包工位，自动缝包或人工缝包、切线，人工推进接包滑道直接上汽车或转送入输送带，进入包装粕库码垛。1台计量秤和1台缝包机串联操作，各需配1名工人，每2台计量秤需要配1名工人搬运和整理编织袋。人工装包因工人熟练程度不一或时间长疲劳工作，有时出现缝斜线、流水号贴的位置不正引起客户投诉，放包如果在滑道错位堵塞需要人工调顺，这一环节是工伤事故易发区。目前存在用工难，人员流动大，装包费用直线上涨等各种问题，给物流管理和成本控制带来困难。

豆粕包装用的编织袋分覆膜编织袋和非覆膜编织袋，以非覆膜编织袋为主。覆膜编织袋是以冷切分段，切口不会受热熔融粘连；非覆膜编织袋需要采用热切分段，因为具有透气率高、质地软的特点，在热切时袋口出现粘连，这些都是利用吸盘取袋、撑袋、开口难以实现装包自动化的根本原因。

现介绍片袋和卷袋两种型式的全自动豆粕装包机。这两种型式豆粕装包机在益海集团东莞富之源、邦基集团等油厂4条生产线运行2～5年后，取袋和套袋的成功率不小于99%，贴标签的成功率不小于99.5%。人工装包速度在550包/h，而全自动装包机一般在720～750包/h，最高达到800包/h，可增加45%产能。大豆油脂加工厂应用全自动豆粕装包机，提高了劳动生产率，降低了工人的劳动强度，改善了作业环境，使整个包装工段井然有序，环境面貌焕然一新。

1 全自动豆粕装包机

1.1 片袋自动装包机

片袋自动装包机可满足覆膜编织袋和非覆膜编织袋，是完全实现散体物料自动化包装的豆粕全自动装包机，如图1所示。

图1 片袋自动装包机

1.1.1 供袋-灌装系统

供袋-灌装系统由供袋系统、取挂袋系统、开口装置、撑袋装置、灌装系统组成。把缝制好的片袋放在供袋系统，自动拾袋[2-4]并送到取挂袋装置[5]。由微型机械手快速提取编织袋[6]送到开口装置[7]，可以根据片袋摆放原始位置的不同进行位置补偿，保证袋子开口后状态及位置的一致性，如果感应器感应到编织袋存在位置误差大或者开口失败就自动剔出[8-10]设备外面。利用微型机械手[11]抓取编织袋，解决了袋口因热切粘连、造成开口易失败的问题。撑挂装置[12]将打开袋口的编织袋送至下料口，在感应器指示下把包装秤预设置计量好的豆粕灌装[13-15]进编织袋内，在装满包后从下料口推出[16]，由输送带输送至下道工序。

供袋系统储袋量在1 000条/次，可以对不同规格的编织袋实现一键自动切换。取袋故障自动排除[17]:在吸取编织袋作业时，如果遇到次品编织袋，由光电传感器确定所在位置，经程序进行数据分析，指令伺服系统控制机械手把次品袋自动剔出。整个装置配置粉尘收集器，确保空气中粉尘浓度在安全范围内。用机械手自动套袋和自动补袋[18]，在灌装结束后，装包数据自动累积，豆粕装包速度为600～800包/h，净重为25～70 kg/包。

1.1.2 输送系统

输送系统[19]由蹾实装置、夹袋装置、喷码装置(选配)和输送皮带机组成。考虑到豆粕颗粒小而粒度不均匀、流动性差，配置蹾实(振动)装置[20]。夹袋装置保持装满豆粕的袋子在封口前避免倾斜撒漏，与输送带保持同步稳定运行，在输送过程中，喷码装置由感应器控制喷上生产日期或流水编号等标识。

1.1.3 缝口贴标系统

装满豆粕的编织袋经蹾实后，由输送机和夹包装置运送到缝包机自动缝口并切线。标签由自动送签机输送并在线监测[21-23]，切线后经皮带输送机进行装车或码垛作业。缝袋、折边[24]、贴标[25]一次性完成，可以根据需要选择袋口正向折边、反向折边或不折边，标签可使用单签或盘签。

选用Newlong DS-9C/DS-9CW缝包机缝袋口比人工缝整齐牢固，切袋线速度1 300件/h。

编织袋材质切断采用的热切刀是进口日本模切刀，半年内不会粘刀，在粘刀时把切刀加热到200℃，关闭电气装置，用刀片刮掉残渣。热切刀工作温度在250℃，外加防护罩。编织袋规格为1 100 mm×650 mm和1 260 mm×750 mm。

1.2 卷袋自动装包机

卷袋自动装包机的主要工艺流程：卷袋放进放卷机构[26-27]→定长→纠偏定位→切袋→折边→缝底→断线→上袋→开袋→挂袋→进料→定量称重→折边→缝袋→贴标→喷码→装车或自动码垛。卷袋全自动装包机如图2所示，卷袋如图3所示。

图2 卷袋全自动豆粕装包机

图3 卷袋

1.2.1 制袋、放袋、切袋切缝一体式机构[28]

把印刷好的卷筒状的卷袋插入放卷机构[29]，放卷机构执行放袋至缓存区，经抛袋机构[30]将袋子定长抛出，由3个胶辊进行预紧的上袋机构配合伺服电机精准控制抛袋过程。通过感应器在线监测卷袋的位置，在发现偏离时及时由纠偏装置[31]移动料架，让编织袋移到正确的位置，这样保证袋子抛出的两侧偏差在容许范围内。抛袋长度[32]是按分页机构[33]调整对称方式控制袋子长度，配置缝袋制标签用送机构[34]，卷袋在印刷的时候留有定长的标志，供切袋使用。

卷袋穿过指标前导向轴、追标感应平台、追标后导向轴，按编织袋长度调整并固定辊筒，进入弯板，经过主轴胶辊，热切刀平台。按编织袋的长度调整辊筒，使感应平台到切刀的长度与经过的编织袋长度相适配。热切刀与前一个标对齐，追标感应器与后一个标对齐。由热切装置[35]将袋子切断。在操作中可以设置追标切袋，也可以设置定长切袋。

切袋后，通过伺服电机控制输送皮带夹持住袋子平移经过折边机自动折边[36]，把袋口连续翻折两次，进入缝包机自动缝口，完成袋子的切分。

由真空吸盘和机械手[16,37]提起袋子并转动90°送到夹袋缩口、撑袋机构工位处。当夹袋机构的夹子夹住袋子后，送袋机构复位，重复动作。

1.2.2 自动上袋灌装豆粕

在编织袋输送到夹袋缩口工位时，送袋机上的传感器发送袋到位及送袋完成的信号，同时刺激PLC启动夹袋动作，夹袋装置缩口将袋口夹持住，由吸盘推送和机械手开袋装置[37]把吸盘正对编织袋，进行开口、撑袋[38]、上袋、夹袋、撑臂脱袋、撑臂复位、捂袋口，把编织袋挂到下料口下方。

在编织袋挂在下料口下方后，计量秤按设定的质量放料，在装料过程中，料门夹袋会夹住袋子，并且整体料门向下慢慢移动，让物料的重量承受在下托板上，同时编织袋下面的振动平台开始振动，在装料完后停止振动。当灌装完成后，由前后抱夹机构将填满料的袋子抱住，同时用夹袋杆将袋口夹平，随后伺服电机驱动滑车机构[39-40]工作，把填满料的袋子从灌装工位移动到夹口整形工位。放松袋口夹板，装满料的编织袋随振动平台下滑，进入整形导袋皮带机。

1.2.3 缝口、切线

1.3 PLC控制系统

PLC控制系统可对自动吸袋、送袋、上袋、落袋、移袋、喷码、缝口、切线等工序进行自动化控制。主要由PLC、触摸屏、伺服控制器、电机及电气控制元件组成，可系统连锁，遇到异常情况自动报警，在解除报警后继续运行。还可进行故障诊断及报警，有动态检测功能，密码保护，实时检测运行过程。采取先进的陶瓷感应器和光纤传感器进行在线质量自动检测，对灰分、污垢和湿度具有抗干扰作用。PLC控制系统主要功能有以下几个方面。

(1)供袋机缺袋：当供袋机袋库用完时，指示灯和蜂鸣器立即报警显示。如果袋库里全部编织袋用完时未及时供袋，包装机会自动停止工作。

(2)空气压力不足：当系统里空气压力低于设定值，包装机停止作业，指示灯及蜂鸣器报警。

(3)夹袋和开袋：当空袋没有被夹住或袋口没有完全张开，上袋失败的空袋被自动吹出上袋区域。

(4)断线监测[41]：袋口没有缝合好或标签遗漏自动报警，同时装包机停机。

(5)安全门开关：安全门打开时装包机自动停机。

(6)后道工序连锁停机：装包机提供连锁信号，后道工序如出现故障或暂停信号，装包机接到信号立即停机。所有单元全部自动连锁，故障报警，解除故障后正常运行。

2 片袋自动装包机与卷袋自动装包机对比

片袋供袋自动装包机：每3～4台片袋自动装包机需要配1名员工上袋，供袋装置可一次存放1 000条左右编织袋，机器运行过程中也可根据需要补充编织袋。取袋速度可达900袋/h，整机运行速度根据物料不同可达600～800包/h。配有故障袋自动排除装置，出现故障袋时无需人工干预。

2）地面水力自动调压节能注水技术。机理：利用干线压力与低压注水井之间的压差，通过配水间调压泵组，将低压注水井阀控损失压力转化为增压动力，提升来水压力满足高压注水井需求。根据原理此技术适应注水系统中，高压注水井与低压注水井比例相当，或者高压注水井需要的能量偏低，这样可以降低系统压力，利用地面水力自动调压节能注水技术，把系统压力与低压注水压力中间的能量转换到需要高压注水井上，提高高压注水井需要。

卷袋自动装包机：把印刷好的袋卷直接装在包装线前，用驱动机装置自动上袋，进行自动追标、自动切割、自动缝口，避免人工定位不精确，每卷袋有2 000多编织袋，减小编织袋占地空间，装包3～4 h更换1次袋卷，一般不会出现吸不起袋、张不开口、挂不上袋的现象。

3 全自动豆粕装包机使用效果及经济分析

按3 000 t/d大豆处理量，每年310 d加工时间，按78%出豆粕，每年生产豆粕量在72.5万t，按30%散装散运，70%包装，包装豆粕量在50.8万t。人工装包和自动装包效果对比见表1。

表1 人工装包和自动装包效果对比

3.1 片袋自动装包机使用效果及经济分析

采用片袋自动装包机编织袋的长度可以缩短15～20 mm，包材改用熟料5%，按年用1 200万条编织袋，每条编织袋节省0.02元以上，每年可节省包材24万元。

每台自动装包机装包量：650件/h×60 kg/件×24 h/d=936 000 kg/d=936 t/d。

3台自动装包机装包量：936 t/d×3=2 808 t/d。

3 000 t/d大豆压榨线实际出粕在2 340 t/d，装包量按生产量的70%在1 638 t/d。

每台自动装包机电机增加10.5 kW，3台共31.5 kW，按开机率60%，每天用电量：31.5 kW × 24 h/d×60%=453.6 (kW·h)/d。

每度电按0.8元，每年按310 d运行，年增加电费 453.6 (kW·h)/d×310 d×0.8元/(kW·h)=112 493元=11.25万元。

自动装包费用：25万元/年(劳务费)+8万元/年(维护费)+11.25万元/年(电耗增加)-24万元/年(包材节省)=20.25万元/年。

人工装包劳务费和设备维护费(平均):120.65万元/年+4万元/年=124.65万元/年。

采用全自动装包运行费用节省:124.65万元/年-20.25万元/年=104.35万元/年。

3 000 t/d大豆油脂加工厂需要包装豆粕50.8万t，用4条自动装包线(3条使用，1条备用)，每条装包线投资70万元，加上配电增加估计20万元，投资300万元，则投资回收年限为300万元÷104.45万元/年=2.87年。

3.2 卷袋自动装包机使用效果及经济分析

卷袋自动装包机使用卷袋规格:直径≤1 200 mm，长1 100～1 240 mm，宽550～720 mm。编织袋材质可以增加10%熟料，价格降低0.05元/条，1 200 万条编织袋，可节省包材60万元/年。

自动装包费用：25万元/年(劳务费)+8万元/年(维护费)+11.25万元/年(电耗增加)-60万元/年(包材节省)= -15.75万元/年， 则卷袋自动装包机运行节省15.75万元/年，较人工装包减少运行费用：124.65万元/年-(-15.75万元/年)=140.4万元/年。

投入自动装包线共320万元/年，另叉车等辅助设施40万元/年，共360万元/年。

卷袋装包机回收年限：360万元/年÷140.4万元/年=2.56年。

4 结束语

油厂的物流部负责原粮大豆进厂入仓和豆粕的打包出货，大豆入仓是全自动化输送，而大豆生产的78%产品是豆粕，豆粕装包装车量大，劳动强度大，工作环境差，是容易出工伤事故的地方。人为的操作，存在失误装错豆粕品种、缝斜线、喷错码或贴错流水号等的可能。

在东莞富之源3 000 t/d和5 000 t/d大豆压榨线、邦基2 000 t/d和4 000 t/d大豆压榨线使用片袋和卷袋两种型式的豆粕自动装包机，经技术上改进后，豆粕装包机24 h安全稳定运行，无需供应商维护人员留守服务，完全避免可能出现的工伤事故、人工缝包斜线、切线切不断、喷码弄错日期或流水号，也避免了用工难、人员流动造成的出货量不稳定，改善了工人工作环境。采用全自动豆粕装包机，编织袋的材质可以增加熟料比例，单条袋子价格控制在1～1.05元，另可减少编织袋的长度，降低包材成本。在3 000 t/d大豆压榨线采取片袋全自动装包机，投资300万元，2.87年可收回投资。而采取卷袋自动装包机，投资360万元，2.56年可收回投资。需要说明的是，片袋装包机占地面积小，卷袋装包机因放置卷筒和卷袋伸长，在横向一侧伸出2～3 m。因此，在老厂改造时适合选用片袋装包机作业线，而新设计豆粕装包间可设计选用卷袋装包机作业线，对人工和编织袋的要求宽松，更能节省运行成本。

致谢：感谢中国粮油学会油脂分会会长何东平教授、东莞富之源饲料蛋白开发有限公司张海军总经理、邦基(南京)粮油有限公司刘立新经理、嘉吉阳江良港码头有限公司叶春生经理的技术支持！