一種工業炸藥智能包裝線關鍵設備的設計

王曉云

（1.中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司，淮北 235000；2.爆炸能量利用與控制安徽省重點實驗室，淮北 235000）

經過多年的發展，工業炸藥自動包裝生產線的設備可靠性與產能得到了一定提高，可實現藥卷的裝箱自動化[1-2]。但是，現有的炸藥包裝生產線仍存在一些問題。一方面，包裝生產線理料方式不夠完善，生產能力小，功能不全，在線人員超標；另一方面，機器人包裝生產線在包裝不同規格的藥卷時需更換不同的夾爪，需配置多組機械夾爪，更換時間長，設備成本高，生產效率低且投放動作速度高、落差大，對藥卷損傷大，存在卡扣甩脫或藥卷黏合縫爆開現象，容易抓破藥卷。

工信部和公安部均明確提出要鼓勵技術創新，推進智能制造，推動技術進步，在工業炸藥制藥、裝藥、包裝、裝卸等危險崗位實現少（無）人化操作[3-5]。因此，開發一種安全、可靠、效率高的工業炸藥智能包裝線迫在眉睫。

1 工藝設計

包裝線工藝流程如圖1 所示。智能理料設備整理從上游工序輸送過來的無序藥卷，將藥卷理順送入計數堆碼設備。無序藥卷通過導向機構進入回料裝置，返回理料設備重新理料。藥卷經理料設備輸送到接料料倉。在料倉內藥卷的數量達到設定的數量時，通過自重落入稱重料倉進行稱重。機械手移動到稱重料倉上方，下降抓取藥卷裝箱或放到中包料斗。稱重不合格，機械手將藥卷抓放到回料裝置；稱重合格，機械手將藥卷抓放到中包料斗。藥卷通過輸送鏈板料夾輸送到推藥工位，推入中包機內進行中包裹包，中包包裝完成后進行裝箱。生產大直徑藥卷時，機械手將藥卷直接抓放到紙箱內。裝箱完成后，投放說明書，封箱并轉運。

2 關鍵裝置的設計

根據包裝線工藝流程，將包裝線按功能分類整合形成9 個部分，分別為智能理料、計數堆碼、稱重剔除、自動開箱、機器人抓取裝箱、中包裹包、投放資料、自動封箱和自動捆扎。設計的關鍵設備有智能理料設備、計數堆碼設備和機器人抓取裝箱設備。

2.1 智能理料設備

為了實現無序藥卷的精準理料，滿足計數準確的要求，設計兩級理料。理料設備主要由藥卷來料輸送裝置、分料輸送裝置、回料輸送裝置以及整平理料輸送裝置等組成，如圖2 所示。來料輸送裝置連接兩組分料輸送裝置。藥卷整平理料輸送裝置連接分料輸送裝置的輸出端，且藥卷整平理料輸送裝置的輸送方向與分料輸送裝置的輸送方向垂直?；亓陷斔脱b置位于兩套整平理料輸送裝置之間，通過斜鋼板收集藥卷。智能理料設備解決了來料藥卷無序進入、理料后仍不滿足要求等問題，減少了無序藥卷數量，可保證藥卷保持一定方向，實現了無序藥卷自動回收再整理。整個理料過程全自動化，免人工干預，理料速度快，效率高，安全可靠。

圖2 智能理料系統

2.1.1 來料輸送裝置和分料輸送裝置

來料輸送裝置輸出端垂直連接兩組分料輸送裝置的輸入端，且在輸送帶上設置若干與輸送方向垂直的間隔條。分料輸送裝置包括分料輸送帶、安裝在分料輸送帶上與輸送方向垂直的若干間隔條以及位于分料輸送帶上方的若干順位條。在進入輸送帶和分料輸送帶的兩側均設置了限位護邊。分料輸送帶的輸出端連接藥卷整平理料輸送裝置，且分料輸送帶的輸出端垂直連接藥卷整平理料輸送裝置的輸入端。分料輸送帶與進入輸送帶連接處，設置了一個由進入輸送帶向分料輸送帶傾斜的傾斜面。分料輸送裝置上方設置若干與進入輸送帶輸送方向平行的分向條。藥卷經過分料輸送裝置，可以實現一次理料和無序藥卷通過斜板回到回料輸送裝置。

2.1.2 整平理料輸送裝置

藥卷整平理料輸送裝置包括整理輸送裝置、限位護邊板、柔性限高刮板以及毛刷輥等。整理輸送裝置帶動藥卷前進時，通過兩個推桿將限位護邊板向整理輸送帶內開合推動，使藥卷逐步排列形成垂直輸送方向。整理輸送裝置后端設有鏈式輸送帶、柔性限高刮板和毛刷輥。柔性限高刮板將藥卷逐個理順落入鏈式輸送帶輥筒中間，保證藥卷“1”字形布置，將輸送來的有序藥卷依次單根擺放。對于不能落入兩個輥筒中間的藥卷，通過圓柱形毛刷輥的旋轉將其送至回料輸送裝置，實現藥卷的二次理料和無序藥卷回到回料輸送裝置。

2.2 計數堆碼設備

為了滿足理料后藥卷達到機器人抓取的工藝要求，研究設計了計數堆碼設備。該設備主要由藥卷輸送滾筒、光電傳感器、計數堆碼料倉以及稱重剔除料倉等組成，如圖3 所示。

圖3 計數堆碼裝置

藥卷在整平理料輸送裝置的輥筒輸送帶上通過上方的軟質刮板理順，保證了藥卷“1”字形布置。在落料和理料中自動將藥卷排齊，將藥卷理順為“1”字形送入計數堆碼料倉。計數堆碼料倉位于整平理料輸送裝置和稱重剔除料倉之間，靠近稱重剔除料倉一側設置有垂直滑動分布的擋板，通過控制擋板向脫離計數堆碼料倉的方向位移，實現計數堆碼料倉中的藥卷進入稱重剔除料倉。稱重剔除料倉開有供機器人自動裝箱裝置抓取的若干抓槽，下端設置對藥卷進行稱重的稱重塊。稱重剔除料倉兩端開口，且開口處設置規整藥卷的氣缸推桿，如圖4 和圖5 所示。

圖4 計數堆碼裝置各料倉

圖5 稱重剔除料倉

計數堆碼設備將上游輸送的藥卷通過光電傳感器高速計數，進入計數堆碼料倉，藥卷經計數達到設定值，進入稱重剔除料倉稱重，滿足系統要求時由機器人抓取裝入箱體，不滿足要求時由機器人抓取放到回料輸送皮帶，根據不同的藥卷規格，實現不同的碼放方式，保證機器人裝箱質量。

2.3 機器人智能抓取設備

機器人智能抓取設備是工業炸藥包裝系統的重要組成部分。裝箱機器人主要采用可高速取放作業的選擇順應性裝配機器手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）四軸機器人。此結構穩定性好，運行可靠，承載力大，結構緊湊，通過伺服電機的控制完成三維空間的作業任務，大大提高了裝箱效率。

2.3.1 抓取裝置

機器人智能抓取裝置采用環抱式抓取夾爪結構，將夾爪設計成弧形結構。每個夾爪兩條折邊鋼板，可由伸縮氣缸帶動上下運動，合攏后成“O”形，藥卷環抱在其中不受外力，可適用多種直徑的藥卷，無須頻繁更換，實現了一套夾爪即可滿足直徑25～150 mm藥卷的中包和裝箱，動作次數少，生產效率高，機械損耗低。

2.3.2 安全性設計

考慮民爆產品生產的危險性和特殊性，機械手夾爪直接與藥卷接觸。為了增加設備的安全性，機械手傳動部位的銷軸采用錫青銅材質（見圖6），轉套為304 不銹鋼材質，鎖緊螺母已涂螺紋鎖固劑。所有軸承部位均增加了防塵罩。機械手夾抓上增加了藥卷檢測傳感器（見圖7），一旦檢測到藥卷跌落，機器人會自動停機復位，并在觸摸屏上報警。待人工清理并確認夾抓無故障，清除觸摸屏上故障后，機器人才會自動運行。

圖6 機械手傳動部位的銷軸

圖7 機械手夾抓上增加了藥卷檢測傳感器

3 控制系統設計

控制系統以可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）為控制核心，通過PLC 控制工藝過程聯控聯動、工藝參數控制、安全監控與報警停機，實現生產過程連續化、自動化、智能化運行。操作界面采用觸摸屏，觸摸屏具有開機啟動、參數設置、手動控制和報警查詢等功能。

4 結語

工業炸藥智能包裝線的智能理料設備和機器人抓取裝箱設備突破了原有的思維模式，運行安全可靠，具有以下特點：一是采用藥卷理料整列裝置和循環裝置，實現了藥卷理料整列、計數堆碼、開箱、裝箱、投放說明書、動態稱重剔除、封箱及捆扎等全過程的自動化、智能化生產，減少了在線作業人員；二是采用自動計數和稱重技術，保障了產品包裝重量的一致性；三是環抱堆放式抓取技術，抓取頻次低，藥卷釋放落差小，有效解決了藥態軟難于堆碼包裝、抓破摔破藥卷以及甩脫卡扣等難題；四是一套機械夾爪可滿足直徑25～150 mm 藥卷的裝箱，品種更換方便，維護成本低；五是機器人抓取效率高，生產能力不低于8 t·h-1；六是包裝嚴密規整、結實牢固，符合《工業炸藥包裝》的技術要求；七是最大在線藥量為200 kg，整線無固定操作人員，符合《民用爆炸物品行業技術進步的指導意見》要求。