配合飼料全自動包裝和堆碼線的方案設(shè)計

陳培軍 李朝紅鄧援超

(1.湖北仙桃職業(yè)學(xué)院，湖北仙桃 433000；2.中國聯(lián)合裝備集團(tuán)安陽機(jī)械有限公司，河南安陽 455000；3.湖北工業(yè)大學(xué)，湖北武漢 430068)

配合飼料打包工段一直以來是以人工包裝為主，小型飼料廠是人工將包裝袋置于成品倉或緩沖斗下進(jìn)行灌裝，之后對包裝袋進(jìn)行稱重、封口；一般中大型飼料廠則是人工將包裝袋置于稱重斗下進(jìn)行灌裝，之后送入皮帶機(jī)上用縫紉機(jī)進(jìn)行封口和輸出，然后人工堆碼。無論哪種方式，其生產(chǎn)效率都不高，一般一個灌裝工位最多200包/h，勞動強(qiáng)度大，操作環(huán)境惡劣。先進(jìn)環(huán)保的灌裝方式是采用全自動包裝線和全自動堆碼線方法，下面對配合飼料全自動包裝和堆碼線進(jìn)行方案設(shè)計，為開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品提供設(shè)計思路。

1 配合飼料全自動包裝線的方案設(shè)計

參照其它行業(yè)包裝線的設(shè)計原理[1-2]，可制定配合飼料全自動包裝線的灌裝流程如下：人工將配合飼料包裝用的復(fù)合編織袋成疊地堆在放袋架上，用機(jī)械手配合吸盤將袋抓到喂袋滾筒上，由滾筒將包裝袋送到取袋架上，之后由取袋機(jī)械手將包裝袋放置在灌裝口處，由自動開袋裝置將包裝袋打開，且自動套到下料口上夾住，通過上部計量秤稱重將飼料灌到袋中，自動輸送和進(jìn)行袋口整形，縫制上口，最后由皮帶輸送機(jī)輸出。其工藝流程如下：

圖1 灌裝工藝流程

該自動生產(chǎn)線主要由自動上袋裝置、自動開袋裝置、自動稱重裝置、灌裝裝置、袋口整形裝置、封口裝置及輸送部分等組成。所需主要設(shè)備見表1。

為保證自動包裝線的生產(chǎn)率，本包裝線并列設(shè)置了兩臺自動稱重裝置，工作時采取交替稱重的方式，以滿足生產(chǎn)的需要。

配合飼料全自動包裝線設(shè)計的難點是自動上袋裝置和自動開袋裝置。

自動上袋裝置設(shè)計的難度在于復(fù)合編織袋較軟，不易可靠地將袋子從一疊袋子中取出，并送到灌裝口處，解決該難點的方法是機(jī)械手加真空吸盤，圖2為自動上袋裝置的方案圖；自動開袋裝置設(shè)計的難度在于復(fù)合編織袋具有透氣性，不易可靠的用吸盤打開，解決該難點的方法是采用多個特殊的真空吸盤。

表1 配合飼料全自動包裝線主要設(shè)備

圖2 自動上袋裝置方案

2 配合飼料全自動堆碼線的方案設(shè)計

設(shè)計配合飼料全自動堆碼線，其堆碼過程如下：由皮帶輸送機(jī)接收從配合飼料全自動包裝線輸出的飼料包，先進(jìn)行倒包動作，使飼料包連續(xù)朝同一方向傾倒，之后進(jìn)行飼料包整形，進(jìn)行金屬檢測（可選）、復(fù)秤（可選）、分選（可選），之后進(jìn)行堆碼，最后有叉車將碼好的飼料包（如40包）送走。

堆碼工序的方法有兩種[1]，一是利用碼垛機(jī)進(jìn)行堆碼，二是利用碼垛機(jī)械手進(jìn)行堆碼，兩者各有利弊。利用碼垛機(jī)進(jìn)行堆碼速度快，可對應(yīng)兩條自動包裝線，但碼垛機(jī)堆碼需要對飼料包進(jìn)行提升，占用空間大；碼垛機(jī)械手速度相對較低，但占地面積小。

下面是這兩種堆碼方式的流程圖(見圖3、圖4)：

碼垛機(jī)是比較成熟的產(chǎn)品,國內(nèi)有一些企業(yè)生產(chǎn);碼垛機(jī)械手國內(nèi)尚不成熟，一般依賴進(jìn)口產(chǎn)品，圖5是碼垛機(jī)械手的示意圖。

3 配合飼料全自動包裝線和堆碼線的組合

配合飼料全自動包裝線和堆碼線組合使用，一般一條包裝線配一條堆碼線（使用碼垛機(jī)或碼垛機(jī)械手），或兩條包裝線配一條堆碼線（使用碼垛機(jī)，配雙位轉(zhuǎn)位機(jī)），圖6為兩條配合飼料全自動包裝線配一條全自動使用碼垛機(jī)堆碼線方案立體圖。

該配合飼料全自動包裝線和堆碼線按設(shè)計其能力為：每條包裝線可實現(xiàn)每小時600包，堆碼線可實現(xiàn)每小時1 200包，整個系統(tǒng)可實現(xiàn)每小時100包。

下面對關(guān)鍵工位的時序進(jìn)行分配計算：在全自動包裝線上，關(guān)鍵工位是灌裝工位；在全自動堆碼線中，關(guān)鍵工位是轉(zhuǎn)位工位。

圖3 碼垛機(jī)全自動堆碼線

圖4 碼垛機(jī)械手全自動堆碼線

①灌裝工位的時序分配

設(shè)包裝線實現(xiàn)每小時600包，那么灌裝工位的總時間是 T總=3 600/600=6 s。

在包裝線灌裝工位的工藝動作最多，包括：抓袋1、開袋2、灌裝3、合袋4和移袋5等五個動作，設(shè)它們所用時間分別為 T1、T2、T3、T4、T5。

則T總=T1+T2+T3+T4+T5

根據(jù)試驗，T1、T2、T3、T4、T5的數(shù)值分別取 0.5、1.5、1.6、1.2和1.2 s比較合理。

表2 配合飼料全自動堆碼線設(shè)備

圖5 碼垛機(jī)械手

圖6 全自動包裝線和堆碼線組合整體方案

T總=T1+T2+T3+T4+T5=0.5+1.5+1.6+1.2+1.2=6 s

②轉(zhuǎn)位工位的時序計算

全自動堆碼線的轉(zhuǎn)位工位是耗時最多的工位，在該工位上包括上包1、夾包2、轉(zhuǎn)包3、松包4和下包5等五個動作，如果全自動堆碼線上只有一個轉(zhuǎn)位工位，則該工位的總時間為3 600/1 200=3 s，3 s時間要完成上述5個動作顯然是困難的，為此在本方案中設(shè)計的是雙轉(zhuǎn)位工藝，見圖6中的序號為9的部件。

由于是雙轉(zhuǎn)位工藝，則每個轉(zhuǎn)位動作所花時間為T總=2×3 600/1 200=6 s，設(shè)上包 1、夾包 2、轉(zhuǎn)包 3、松包 4 和下包 5 所用時間分別為 T1、T2、T3、T4、T5。

則T總=T1+T2+T3+T4+T5

根據(jù)試驗，T1、T2、T3、T4、T5的數(shù)值分別取 0.8～1、0.6、1.2～2、0.3～0.6、1.0～1.8 s比較合理。

此時時間：最小值為T1+T2+T3+T4+T5=0.8+0.6+1.2+0.3+1=3.9＜T總

最大值為T1+T2+T3+T4+T5=1+0.6+2+0.6+1.8=6=T總

符合灌裝線的要求。

上述實施案例屬于基本型，沒有配用金屬檢測裝置、復(fù)秤裝置和分選裝置，如果企業(yè)需要，可將這些裝置添加到生產(chǎn)線中。

為加快企業(yè)升級轉(zhuǎn)型，采用自動化生產(chǎn)線已成為當(dāng)今企業(yè)的潮流，在現(xiàn)在招工難的情況下，用全自動包裝線和堆碼線替代人工操作具有十分重大的意義，所以未來開發(fā)和應(yīng)用這類設(shè)備是必然的趨勢。

參考資料

[1]孫風(fēng)蘭,馬喜川主編.《包裝機(jī)械概論》(第1版).印刷工業(yè)出版社,2005.

[2]潘松年主編.《包裝工藝學(xué)》(第3版).印刷工業(yè)出版社,2007.