全自動(dòng)工業(yè)炸藥懸掛軌道輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：文章結(jié)合全自動(dòng)工業(yè)炸藥懸掛軌道輸送系統(tǒng)的開發(fā)背景意義，闡述了系統(tǒng)的工藝技術(shù)路線、主要機(jī)械組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理和控制系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的運(yùn)用情況，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，有很高的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；工業(yè)炸藥；軌道懸掛輸送線系統(tǒng)；應(yīng)用性

長期以來，工業(yè)炸藥分建線依靠人工和局部機(jī)械化作業(yè)完成，生產(chǎn)過程復(fù)雜、用工多、工效低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且還存在安全隱患[1-2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)工業(yè)炸藥的生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和安全可靠性提出了更高的要求。工業(yè)和信息部在2010年已經(jīng)開始推廣人機(jī)隔離、在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控和自動(dòng)化控制等安全工業(yè)技術(shù)，同年5月，出臺(tái)《工信部關(guān)于民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見》，其中明確指出：制藥工房與裝藥包裝工房分建時(shí)，采用自動(dòng)輸送炸藥方式，具有可靠防傳爆設(shè)施。[3]實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)炸藥分建線的連續(xù)化和自動(dòng)化作業(yè)，對(duì)減少生產(chǎn)線人工操作崗位、提高輸送系統(tǒng)安全性和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。

懸掛式軌道輸送裝置是一種具有裝卸和自動(dòng)輸送功能的實(shí)用新型軌道輸送裝置[4]，結(jié)束了工業(yè)炸藥生產(chǎn)工房之間的炸藥輸送只能依靠人工運(yùn)輸?shù)臍v史，PLC控制技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化無人控制。

文章設(shè)計(jì)的全自動(dòng)化懸掛軌道輸送系統(tǒng)采用PLC集中管理和分散控制，系統(tǒng)設(shè)有可靠的電氣安全連鎖控制，提高了生產(chǎn)線的連續(xù)化和自動(dòng)化水平和生產(chǎn)過程的安全可靠性，為工業(yè)炸藥生產(chǎn)全線連續(xù)化全自動(dòng)化奠定基礎(chǔ)。

1 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和工藝簡(jiǎn)介

1.1 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工業(yè)炸藥運(yùn)輸線的有關(guān)要求，并結(jié)合各生產(chǎn)企業(yè)的具體情況，軌道懸掛運(yùn)輸線的設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)功能的前提下遵循下列基本原則：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作且維修方便；（2）運(yùn)行可靠，防腐防爆的安全性能強(qiáng)，防傳爆；（3）適用性強(qiáng)，能適合膏乳、粉狀炸藥、液態(tài)物品等多種產(chǎn)品的輸送，也可根據(jù)廠房靈活布置，可多點(diǎn)位卸料；（4）人機(jī)界面易懂、簡(jiǎn)單、實(shí)用，界面美觀友好；（5）輸送能力大，能耗??；機(jī)械組件牢固，使用期限長。

1.2 工藝簡(jiǎn)介

1.2.1 系統(tǒng)工藝

本系統(tǒng)為全自動(dòng)化無人輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)提供各種狀態(tài)信息及參數(shù)，可以通過操作盒，對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)操作。系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制技術(shù)，系統(tǒng)分自動(dòng)操作模式和人工手動(dòng)操作兩種模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)運(yùn)行過程中的無人化自動(dòng)控制，系統(tǒng)控制采用PLC集中管理、分散控制，并提供了手動(dòng)操作盒，更好地為使用提供了操作簡(jiǎn)單和方便，工位之間的關(guān)聯(lián)部位，系統(tǒng)都有聯(lián)鎖裝置的功能，同時(shí)也整體的提高了系統(tǒng)的先進(jìn)、安全、可靠性。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

1.2.2 懸掛式軌道輸送系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

工作環(huán)境：適應(yīng)易燃、易爆、劇毒等惡劣環(huán)境。

輸送物料類型：顆粒、液體、粉末、膠狀等。

輸送能力：6T/h。

運(yùn)行速度：0-90m/min（可調(diào)）。

轉(zhuǎn)彎半徑：≥2m。

坡度：<5°。

動(dòng)力電源： 三相AC 380V；50Hz。

控制電壓：DC24V；AC220V。

使用年限：15年。

1.2.3 輸送線設(shè)備布局

生產(chǎn)線布局以現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)并結(jié)合客戶需求為總原則，在達(dá)到使用目的的前提下，并力求做到布局簡(jiǎn)單緊湊，便于安裝和維修。

2 系統(tǒng)主要組件機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

全自動(dòng)懸掛輸送系統(tǒng)分為機(jī)械部分和控制部分。機(jī)械部主要分為物料儲(chǔ)存箱、上料旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、懸掛軌道輸送機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)和周轉(zhuǎn)箱機(jī)構(gòu)等。

2.1 物料儲(chǔ)存箱

物料儲(chǔ)存箱如圖2所示。工作原理：從前端輸送來的物料，通過連接出料口的物料儲(chǔ)存箱進(jìn)入輸送箱。

2.2 上料旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及工作原理

上料旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)如圖3所示。工作原理：由前端皮帶輸送來藥通過皮帶的刮料機(jī)構(gòu)，使物料掉入運(yùn)送料斗，通過檢測(cè)元件，檢測(cè)料斗裝滿后再由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90C°空桶掉換，由舉升機(jī)構(gòu)將已經(jīng)裝滿藥的料桶舉升起來，運(yùn)送小車動(dòng)作到料桶掛裝位置，舉升汽缸下降，即運(yùn)送小車掛住料桶。

3 懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，懸掛軌道輸送系統(tǒng)由懸掛軌道，輸送小車，驅(qū)動(dòng)部分、鋼絲繩等組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）懸掛軌道是兩條平行軌道，運(yùn)行中平穩(wěn)，不會(huì)脫軌，上面裝有若干傳感器，可實(shí)現(xiàn)輸送小車的速度轉(zhuǎn)化和停車動(dòng)作；（2）輸送小車密封性能好，防止物料掉出，消除了運(yùn)行中可能帶來的安全隱患，同時(shí)采用了變頻調(diào)速、光點(diǎn)傳感等技術(shù)，自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作；（3）驅(qū)動(dòng)部分及其他元件都采用摩擦不打火材料。系統(tǒng)動(dòng)作原理：鋼絲繩通過軌道上的上托輪和下托輪與輸送小車連接，鋼絲繩然后再纏繞在驅(qū)動(dòng)部分的鋼絲繩驅(qū)動(dòng)輪上，鋼絲繩驅(qū)動(dòng)輪與減速機(jī)和電機(jī)連接，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)減速機(jī)與鋼絲繩驅(qū)動(dòng)輪一起旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)鋼絲繩運(yùn)行，鋼絲繩拖動(dòng)輸送小車在懸掛軌道上行走，懸掛軌道上裝有若干傳感器，輸送小車可根據(jù)懸掛軌道的各個(gè)路段實(shí)現(xiàn)輸送小車的快慢速間轉(zhuǎn)換以及停車等動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)輸送小車來回走動(dòng)。

4 卸料機(jī)構(gòu)特點(diǎn)及動(dòng)作原理

將懸掛輸送車輸送過來的裝滿乳化藥的周轉(zhuǎn)箱卸料至接料斗內(nèi)。卸料機(jī)構(gòu)如圖5所示，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）整過程采用氣缸推動(dòng)和通過傳感器進(jìn)行自動(dòng)定位檢測(cè)，在一定時(shí)間完成卸料；（2）整個(gè)卸料工位密封，防止粉狀物掉出；（3）整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊安全，便于保養(yǎng)和維修。

卸料機(jī)構(gòu)工作原理，其動(dòng)作順序如下：（1）當(dāng)接到卸料指令后開門氣缸前伸；（2）小車移動(dòng)到卸料工位，移動(dòng)過程中開門氣缸前端的拉桿頭與周轉(zhuǎn)箱的門結(jié)合；（3）小車到位后，定位托架氣缸頂升，通過定位塊使周轉(zhuǎn)箱定位；（4）開門氣缸返回，使門打開；（5）開門氣缸前伸使門關(guān)閉，同時(shí)間隙氣缸前伸補(bǔ)償拉桿頭與門的間隙，使門保持原位；（6）定位托架氣缸下降，小車返回上料工位；（7）開門氣缸返回原位。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 主控設(shè)備

主控設(shè)備主要包括可編程控制器、主令控制器、工控機(jī)和顯示器等?？刂葡到y(tǒng)采用PLC集中管理和分散控制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制和安全保護(hù)；配置可視化人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息采集、顯示、記錄和控制；配置機(jī)械聯(lián)鎖控制和電器聯(lián)鎖控制，提供設(shè)備安全運(yùn)行保護(hù)，并設(shè)有聲光報(bào)警裝置。控制系統(tǒng)配置如圖6所示。

5.2 電氣操作

5.2.1 人機(jī)界面操作

人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時(shí)可能變化信息的多功能顯示屏幕；可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)操作等功能。各動(dòng)作功能如表1所示。

5.2.2 上料部分手動(dòng)操作

各動(dòng)作功能如下：

自動(dòng)：當(dāng)上料設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至自動(dòng)狀態(tài)。

手動(dòng)：當(dāng)上料設(shè)備需要人工作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至手動(dòng)狀態(tài)；然后再操作其他按鈕。

召喚：當(dāng)需要料桶回到上料正位置時(shí)，請(qǐng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，再按“召喚”按鈕約3秒鐘，此時(shí)“召喚”按鈕指示燈閃爍，松開按鈕，料桶會(huì)慢速移動(dòng)至上料正位置，按鈕指示燈停止閃爍。

急停：設(shè)備故障或出現(xiàn)異常情況時(shí)，請(qǐng)速按下，確保安全。

滑車正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“滑車正轉(zhuǎn)”按鈕，料桶前進(jìn)移動(dòng)；按下“滑車反轉(zhuǎn)”按鈕，則料桶反方向運(yùn)動(dòng)。

180度旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)/停止：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“180度旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)”按鈕，上料轉(zhuǎn)盤料桶則旋轉(zhuǎn)180度，此時(shí)一個(gè)循環(huán)完成，繼續(xù)按下則連續(xù)運(yùn)行。

90度旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)/停止：此按鈕主要是在進(jìn)行料桶清理時(shí)使用，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“90度旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)”按鈕，上料轉(zhuǎn)盤料桶則旋轉(zhuǎn)90度，進(jìn)行料桶人工清理，此時(shí)一個(gè)循環(huán)完成，繼續(xù)按下則連續(xù)運(yùn)行。

料桶上升/下降：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“料桶上升”按鈕，料桶上升定位，反之下降。

出料口打開/關(guān)閉：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“出料口打開”按鈕，落料口打開，藥落入料桶內(nèi)，反之關(guān)閉。

集合式指示燈：懸掛輸送線運(yùn)行狀態(tài)及故障指示，根據(jù)集合式指示燈的內(nèi)容，可以了解料桶的運(yùn)行狀態(tài)、移動(dòng)位置，故障現(xiàn)象等。

5.2.3 卸料部分手動(dòng)操作

各動(dòng)作功能如下：

自動(dòng)：當(dāng)卸料設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至自動(dòng)狀態(tài)。

手動(dòng)：當(dāng)卸料設(shè)備需要人工作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至手動(dòng)狀態(tài)；然后再操作其它按鈕。

召喚：當(dāng)需要料桶回到卸料正位置時(shí)，請(qǐng)將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，再按“召喚”按鈕約3秒鐘，此時(shí)“召喚”按鈕指示燈閃爍，松開按鈕，料桶會(huì)慢速移動(dòng)至用戶需要的卸料正位置，按鈕指示燈停止閃爍。

急停：設(shè)備故障或出現(xiàn)異常情況時(shí)，請(qǐng)速按下，確保安全。

滑車正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“滑車正轉(zhuǎn)”按鈕，料桶前進(jìn)移動(dòng)；按下“滑車反轉(zhuǎn)”按鈕，則料桶反方向運(yùn)動(dòng)。

料桶定位上升/下降：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“料桶定位上升”按鈕，上升氣缸動(dòng)作，將料桶頂起定位，反之則料桶下降。

長氣缸伸出/返回：轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，按下“長氣缸伸出”按鈕，長氣缸伸出勾住料桶的底板，然后按下“長氣缸返回”按鈕，料桶底板打開，藥料落入裝藥機(jī)斗內(nèi)，卸料完成。

短氣缸伸出/返回：主要是用于料桶底板在關(guān)閉時(shí)，可能產(chǎn)生間隙，將底板密閉進(jìn)行設(shè)置的動(dòng)作；轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“手動(dòng)”狀態(tài)，首先讓長氣缸伸出勾住料桶底板將其關(guān)閉，再按下“短氣缸伸出”按鈕，料桶底板密閉，此時(shí)料桶方可移動(dòng)進(jìn)行再作業(yè)裝料。

集合式指示燈：懸掛輸送線運(yùn)行狀態(tài)及故障指示，根據(jù)集合式指示燈的內(nèi)容，可以了解料桶的運(yùn)行狀態(tài)、移動(dòng)位置，故障現(xiàn)象等。

5.2.4 電氣安全聯(lián)鎖控制

設(shè)備安全運(yùn)行保護(hù)有機(jī)械聯(lián)鎖控制和電氣聯(lián)鎖控制兩種保護(hù)方式，機(jī)械保護(hù)方式一般采用過載保護(hù)器及防護(hù)欄桿。電氣保護(hù)方式主要包括以下幾個(gè)方面：各上料、卸料工位裝有緊急停止按鈕，當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí)壓下，給出停機(jī)信號(hào)；在通道兩側(cè)裝有雙向拉繩開關(guān)，是用于輸送設(shè)備緊急事故停機(jī)的一種保護(hù)裝置。當(dāng)緊急事故發(fā)生時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)任意處啟動(dòng)拉繩開關(guān)，均可發(fā)生停機(jī)信號(hào)；在懸掛兩端設(shè)有兩極限位保護(hù)裝置，一級(jí)限位采用近接傳感器保護(hù)，二級(jí)限位保護(hù)切斷控制主電源，確保系統(tǒng)的安全可靠性；編碼、程序軟件智能保護(hù)，通過絕對(duì)值旋轉(zhuǎn)編碼器、可編程序的邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)懸掛輸送距離的過程保護(hù)；裝有BBJ系列防爆聲光報(bào)警器，高亮LED光源，聲音強(qiáng)度高達(dá)90dB。

6 懸掛軌道工業(yè)炸藥輸送系統(tǒng)的應(yīng)用性

全自動(dòng)工業(yè)炸藥軌道懸掛輸送系統(tǒng)已經(jīng)通過技術(shù)成果驗(yàn)收，并在浙江凱特震凱分公司、河南松光民爆輝縣公司等民爆企業(yè)成功投入使用，通過2年來的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)，軌道懸掛輸送系統(tǒng)解決了三個(gè)問題：（1）整個(gè)輸送系統(tǒng)材料和元件都是摩擦不打火防爆型材料，動(dòng)力機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)位于防爆區(qū)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化輸送，提高了炸藥本質(zhì)安全性；（2）原來手工作業(yè)同樣產(chǎn)量需3個(gè)人推車完成，現(xiàn)只需1人巡檢，減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員用工多、勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)當(dāng)不可預(yù)見性事故發(fā)生時(shí)，減少人員傷亡；（3）為工業(yè)炸藥生產(chǎn)全線實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、全自動(dòng)奠定基礎(chǔ)。軌道懸掛輸送線作為一種物料自動(dòng)輸送設(shè)備，它的系統(tǒng)工藝、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等在生產(chǎn)運(yùn)行中禁得起檢驗(yàn)，性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了制藥工房與裝藥工房之間的安全化、自動(dòng)化、連續(xù)化運(yùn)輸，無論從功能上還是效率上都滿足了用戶需求，具有很高的應(yīng)用性。

7 結(jié)束語

懸掛軌道輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能性強(qiáng)，采用了先進(jìn)的PLC集散控制技術(shù)和可視化人機(jī)界面，系統(tǒng)有自動(dòng)操作和人工操作兩種模式，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的全自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。在工位之間的關(guān)聯(lián)部位，系統(tǒng)都設(shè)有機(jī)械聯(lián)鎖控制和電氣聯(lián)鎖控制裝置，提高了系統(tǒng)的安全可靠性，同時(shí)通過對(duì)懸掛軌道輸送系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析，證明了它有較高的適用價(jià)值和推廣價(jià)值。

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