全自動豆粕裝包機(jī)應(yīng)用實(shí)踐

左 青,李順靈,湯存學(xué)

(1.江蘇豐尚油脂技術(shù)工程有限公司,江蘇 揚(yáng)州 225127； 2.河南金谷實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,鄭州 450103；3.安徽永成電子機(jī)械技術(shù)有限公司，安徽 六安 237011)

豆粕為大豆油脂加工廠的主要產(chǎn)品，一般包裝豆粕占豆粕的70%左右，散裝豆粕占30%左右[1]。豆粕從粕庫或車間輸送到豆粕打包間的分配刮板輸送機(jī)，落入暫存箱，經(jīng)計量秤上面料斗，由人工搬運(yùn)并整理編織袋(貼上流水號日期)放在專門的平臺上，人工取袋、撐袋、開袋放到下料口加袋器上，這時計量秤接收到袋子就位的信號自動放料，達(dá)到設(shè)置質(zhì)量后停止放料，夾袋器自動松開，人工移出豆粕包到縫包工位，自動縫包或人工縫包、切線，人工推進(jìn)接包滑道直接上汽車或轉(zhuǎn)送入輸送帶，進(jìn)入包裝粕庫碼垛。1臺計量秤和1臺縫包機(jī)串聯(lián)操作，各需配1名工人，每2臺計量秤需要配1名工人搬運(yùn)和整理編織袋。人工裝包因工人熟練程度不一或時間長疲勞工作，有時出現(xiàn)縫斜線、流水號貼的位置不正引起客戶投訴，放包如果在滑道錯位堵塞需要人工調(diào)順，這一環(huán)節(jié)是工傷事故易發(fā)區(qū)。目前存在用工難，人員流動大，裝包費(fèi)用直線上漲等各種問題，給物流管理和成本控制帶來困難。

豆粕包裝用的編織袋分覆膜編織袋和非覆膜編織袋，以非覆膜編織袋為主。覆膜編織袋是以冷切分段，切口不會受熱熔融粘連；非覆膜編織袋需要采用熱切分段，因?yàn)榫哂型笟饴矢?、質(zhì)地軟的特點(diǎn)，在熱切時袋口出現(xiàn)粘連，這些都是利用吸盤取袋、撐袋、開口難以實(shí)現(xiàn)裝包自動化的根本原因。

現(xiàn)介紹片袋和卷袋兩種型式的全自動豆粕裝包機(jī)。這兩種型式豆粕裝包機(jī)在益海集團(tuán)東莞富之源、邦基集團(tuán)等油廠4條生產(chǎn)線運(yùn)行2～5年后，取袋和套袋的成功率不小于99%，貼標(biāo)簽的成功率不小于99.5%。人工裝包速度在550包/h，而全自動裝包機(jī)一般在720～750包/h，最高達(dá)到800包/h，可增加45%產(chǎn)能。大豆油脂加工廠應(yīng)用全自動豆粕裝包機(jī)，提高了勞動生產(chǎn)率，降低了工人的勞動強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，使整個包裝工段井然有序，環(huán)境面貌煥然一新。

1 全自動豆粕裝包機(jī)

1.1 片袋自動裝包機(jī)

片袋自動裝包機(jī)可滿足覆膜編織袋和非覆膜編織袋，是完全實(shí)現(xiàn)散體物料自動化包裝的豆粕全自動裝包機(jī)，如圖1所示。

圖1 片袋自動裝包機(jī)

1.1.1 供袋-灌裝系統(tǒng)

供袋-灌裝系統(tǒng)由供袋系統(tǒng)、取掛袋系統(tǒng)、開口裝置、撐袋裝置、灌裝系統(tǒng)組成。把縫制好的片袋放在供袋系統(tǒng)，自動拾袋[2-4]并送到取掛袋裝置[5]。由微型機(jī)械手快速提取編織袋[6]送到開口裝置[7]，可以根據(jù)片袋擺放原始位置的不同進(jìn)行位置補(bǔ)償，保證袋子開口后狀態(tài)及位置的一致性，如果感應(yīng)器感應(yīng)到編織袋存在位置誤差大或者開口失敗就自動剔出[8-10]設(shè)備外面。利用微型機(jī)械手[11]抓取編織袋，解決了袋口因熱切粘連、造成開口易失敗的問題。撐掛裝置[12]將打開袋口的編織袋送至下料口，在感應(yīng)器指示下把包裝秤預(yù)設(shè)置計量好的豆粕灌裝[13-15]進(jìn)編織袋內(nèi)，在裝滿包后從下料口推出[16]，由輸送帶輸送至下道工序。

供袋系統(tǒng)儲袋量在1 000條/次，可以對不同規(guī)格的編織袋實(shí)現(xiàn)一鍵自動切換。取袋故障自動排除[17]:在吸取編織袋作業(yè)時，如果遇到次品編織袋，由光電傳感器確定所在位置，經(jīng)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，指令伺服系統(tǒng)控制機(jī)械手把次品袋自動剔出。整個裝置配置粉塵收集器，確?？諝庵蟹蹓m濃度在安全范圍內(nèi)。用機(jī)械手自動套袋和自動補(bǔ)袋[18]，在灌裝結(jié)束后，裝包數(shù)據(jù)自動累積，豆粕裝包速度為600～800包/h，凈重為25～70 kg/包。

1.1.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)[19]由蹾實(shí)裝置、夾袋裝置、噴碼裝置(選配)和輸送皮帶機(jī)組成。考慮到豆粕顆粒小而粒度不均勻、流動性差，配置蹾實(shí)(振動)裝置[20]。夾袋裝置保持裝滿豆粕的袋子在封口前避免傾斜撒漏，與輸送帶保持同步穩(wěn)定運(yùn)行，在輸送過程中，噴碼裝置由感應(yīng)器控制噴上生產(chǎn)日期或流水編號等標(biāo)識。

1.1.3 縫口貼標(biāo)系統(tǒng)

裝滿豆粕的編織袋經(jīng)蹾實(shí)后，由輸送機(jī)和夾包裝置運(yùn)送到縫包機(jī)自動縫口并切線。標(biāo)簽由自動送簽機(jī)輸送并在線監(jiān)測[21-23]，切線后經(jīng)皮帶輸送機(jī)進(jìn)行裝車或碼垛作業(yè)?？p袋、折邊[24]、貼標(biāo)[25]一次性完成，可以根據(jù)需要選擇袋口正向折邊、反向折邊或不折邊，標(biāo)簽可使用單簽或盤簽。

選用Newlong DS-9C/DS-9CW縫包機(jī)縫袋口比人工縫整齊牢固，切袋線速度1 300件/h。

編織袋材質(zhì)切斷采用的熱切刀是進(jìn)口日本模切刀，半年內(nèi)不會粘刀，在粘刀時把切刀加熱到200℃，關(guān)閉電氣裝置，用刀片刮掉殘渣。熱切刀工作溫度在250℃，外加防護(hù)罩。編織袋規(guī)格為1 100 mm×650 mm和1 260 mm×750 mm。

1.2 卷袋自動裝包機(jī)

卷袋自動裝包機(jī)的主要工藝流程：卷袋放進(jìn)放卷機(jī)構(gòu)[26-27]→定長→糾偏定位→切袋→折邊→縫底→斷線→上袋→開袋→掛袋→進(jìn)料→定量稱重→折邊→縫袋→貼標(biāo)→噴碼→裝車或自動碼垛。卷袋全自動裝包機(jī)如圖2所示，卷袋如圖3所示。

圖2 卷袋全自動豆粕裝包機(jī)

圖3 卷袋

1.2.1 制袋、放袋、切袋切縫一體式機(jī)構(gòu)[28]

把印刷好的卷筒狀的卷袋插入放卷機(jī)構(gòu)[29]，放卷機(jī)構(gòu)執(zhí)行放袋至緩存區(qū)，經(jīng)拋袋機(jī)構(gòu)[30]將袋子定長拋出，由3個膠輥進(jìn)行預(yù)緊的上袋機(jī)構(gòu)配合伺服電機(jī)精準(zhǔn)控制拋袋過程。通過感應(yīng)器在線監(jiān)測卷袋的位置，在發(fā)現(xiàn)偏離時及時由糾偏裝置[31]移動料架，讓編織袋移到正確的位置，這樣保證袋子拋出的兩側(cè)偏差在容許范圍內(nèi)。拋袋長度[32]是按分頁機(jī)構(gòu)[33]調(diào)整對稱方式控制袋子長度，配置縫袋制標(biāo)簽用送機(jī)構(gòu)[34]，卷袋在印刷的時候留有定長的標(biāo)志，供切袋使用。

卷袋穿過指標(biāo)前導(dǎo)向軸、追標(biāo)感應(yīng)平臺、追標(biāo)后導(dǎo)向軸，按編織袋長度調(diào)整并固定輥筒，進(jìn)入彎板，經(jīng)過主軸膠輥，熱切刀平臺。按編織袋的長度調(diào)整輥筒，使感應(yīng)平臺到切刀的長度與經(jīng)過的編織袋長度相適配。熱切刀與前一個標(biāo)對齊，追標(biāo)感應(yīng)器與后一個標(biāo)對齊。由熱切裝置[35]將袋子切斷。在操作中可以設(shè)置追標(biāo)切袋，也可以設(shè)置定長切袋。

切袋后，通過伺服電機(jī)控制輸送皮帶夾持住袋子平移經(jīng)過折邊機(jī)自動折邊[36]，把袋口連續(xù)翻折兩次，進(jìn)入縫包機(jī)自動縫口，完成袋子的切分。

由真空吸盤和機(jī)械手[16,37]提起袋子并轉(zhuǎn)動90°送到夾袋縮口、撐袋機(jī)構(gòu)工位處。當(dāng)夾袋機(jī)構(gòu)的夾子夾住袋子后，送袋機(jī)構(gòu)復(fù)位，重復(fù)動作。

1.2.2 自動上袋灌裝豆粕

在編織袋輸送到夾袋縮口工位時，送袋機(jī)上的傳感器發(fā)送袋到位及送袋完成的信號，同時刺激PLC啟動夾袋動作，夾袋裝置縮口將袋口夾持住，由吸盤推送和機(jī)械手開袋裝置[37]把吸盤正對編織袋，進(jìn)行開口、撐袋[38]、上袋、夾袋、撐臂脫袋、撐臂復(fù)位、捂袋口，把編織袋掛到下料口下方。

在編織袋掛在下料口下方后，計量秤按設(shè)定的質(zhì)量放料，在裝料過程中，料門夾袋會夾住袋子，并且整體料門向下慢慢移動，讓物料的重量承受在下托板上，同時編織袋下面的振動平臺開始振動，在裝料完后停止振動。當(dāng)灌裝完成后，由前后抱夾機(jī)構(gòu)將填滿料的袋子抱住，同時用夾袋桿將袋口夾平，隨后伺服電機(jī)驅(qū)動滑車機(jī)構(gòu)[39-40]工作，把填滿料的袋子從灌裝工位移動到夾口整形工位。放松袋口夾板，裝滿料的編織袋隨振動平臺下滑，進(jìn)入整形導(dǎo)袋皮帶機(jī)。

1.2.3 縫口、切線

1.3 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)可對自動吸袋、送袋、上袋、落袋、移袋、噴碼、縫口、切線等工序進(jìn)行自動化控制。主要由PLC、觸摸屏、伺服控制器、電機(jī)及電氣控制元件組成，可系統(tǒng)連鎖，遇到異常情況自動報警，在解除報警后繼續(xù)運(yùn)行。還可進(jìn)行故障診斷及報警，有動態(tài)檢測功能，密碼保護(hù)，實(shí)時檢測運(yùn)行過程。采取先進(jìn)的陶瓷感應(yīng)器和光纖傳感器進(jìn)行在線質(zhì)量自動檢測，對灰分、污垢和濕度具有抗干擾作用。PLC控制系統(tǒng)主要功能有以下幾個方面。

(1)供袋機(jī)缺袋：當(dāng)供袋機(jī)袋庫用完時，指示燈和蜂鳴器立即報警顯示。如果袋庫里全部編織袋用完時未及時供袋，包裝機(jī)會自動停止工作。

(2)空氣壓力不足：當(dāng)系統(tǒng)里空氣壓力低于設(shè)定值，包裝機(jī)停止作業(yè)，指示燈及蜂鳴器報警。

(3)夾袋和開袋：當(dāng)空袋沒有被夾住或袋口沒有完全張開，上袋失敗的空袋被自動吹出上袋區(qū)域。

(4)斷線監(jiān)測[41]：袋口沒有縫合好或標(biāo)簽遺漏自動報警，同時裝包機(jī)停機(jī)。

(5)安全門開關(guān)：安全門打開時裝包機(jī)自動停機(jī)。

(6)后道工序連鎖停機(jī)：裝包機(jī)提供連鎖信號，后道工序如出現(xiàn)故障或暫停信號，裝包機(jī)接到信號立即停機(jī)。所有單元全部自動連鎖，故障報警，解除故障后正常運(yùn)行。

2 片袋自動裝包機(jī)與卷袋自動裝包機(jī)對比

片袋供袋自動裝包機(jī)：每3～4臺片袋自動裝包機(jī)需要配1名員工上袋，供袋裝置可一次存放1 000條左右編織袋，機(jī)器運(yùn)行過程中也可根據(jù)需要補(bǔ)充編織袋。取袋速度可達(dá)900袋/h，整機(jī)運(yùn)行速度根據(jù)物料不同可達(dá)600～800包/h。配有故障袋自動排除裝置，出現(xiàn)故障袋時無需人工干預(yù)。

2）地面水力自動調(diào)壓節(jié)能注水技術(shù)。機(jī)理：利用干線壓力與低壓注水井之間的壓差，通過配水間調(diào)壓泵組，將低壓注水井閥控?fù)p失壓力轉(zhuǎn)化為增壓動力，提升來水壓力滿足高壓注水井需求。根據(jù)原理此技術(shù)適應(yīng)注水系統(tǒng)中，高壓注水井與低壓注水井比例相當(dāng)，或者高壓注水井需要的能量偏低，這樣可以降低系統(tǒng)壓力，利用地面水力自動調(diào)壓節(jié)能注水技術(shù)，把系統(tǒng)壓力與低壓注水壓力中間的能量轉(zhuǎn)換到需要高壓注水井上，提高高壓注水井需要。

卷袋自動裝包機(jī)：把印刷好的袋卷直接裝在包裝線前，用驅(qū)動機(jī)裝置自動上袋，進(jìn)行自動追標(biāo)、自動切割、自動縫口，避免人工定位不精確，每卷袋有2 000多編織袋，減小編織袋占地空間，裝包3～4 h更換1次袋卷，一般不會出現(xiàn)吸不起袋、張不開口、掛不上袋的現(xiàn)象。

3 全自動豆粕裝包機(jī)使用效果及經(jīng)濟(jì)分析

按3 000 t/d大豆處理量，每年310 d加工時間，按78%出豆粕，每年生產(chǎn)豆粕量在72.5萬t，按30%散裝散運(yùn)，70%包裝，包裝豆粕量在50.8萬t。人工裝包和自動裝包效果對比見表1。

表1 人工裝包和自動裝包效果對比

3.1 片袋自動裝包機(jī)使用效果及經(jīng)濟(jì)分析

采用片袋自動裝包機(jī)編織袋的長度可以縮短15～20 mm，包材改用熟料5%，按年用1 200萬條編織袋，每條編織袋節(jié)省0.02元以上，每年可節(jié)省包材24萬元。

每臺自動裝包機(jī)裝包量：650件/h×60 kg/件×24 h/d=936 000 kg/d=936 t/d。

3臺自動裝包機(jī)裝包量：936 t/d×3=2 808 t/d。

3 000 t/d大豆壓榨線實(shí)際出粕在2 340 t/d，裝包量按生產(chǎn)量的70%在1 638 t/d。

每臺自動裝包機(jī)電機(jī)增加10.5 kW，3臺共31.5 kW，按開機(jī)率60%，每天用電量：31.5 kW × 24 h/d×60%=453.6 (kW·h)/d。

每度電按0.8元，每年按310 d運(yùn)行，年增加電費(fèi) 453.6 (kW·h)/d×310 d×0.8元/(kW·h)=112 493元=11.25萬元。

自動裝包費(fèi)用：25萬元/年(勞務(wù)費(fèi))+8萬元/年(維護(hù)費(fèi))+11.25萬元/年(電耗增加)-24萬元/年(包材節(jié)省)=20.25萬元/年。

人工裝包勞務(wù)費(fèi)和設(shè)備維護(hù)費(fèi)(平均):120.65萬元/年+4萬元/年=124.65萬元/年。

采用全自動裝包運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省:124.65萬元/年-20.25萬元/年=104.35萬元/年。

3 000 t/d大豆油脂加工廠需要包裝豆粕50.8萬t，用4條自動裝包線(3條使用，1條備用)，每條裝包線投資70萬元，加上配電增加估計20萬元，投資300萬元，則投資回收年限為300萬元÷104.45萬元/年=2.87年。

3.2 卷袋自動裝包機(jī)使用效果及經(jīng)濟(jì)分析

卷袋自動裝包機(jī)使用卷袋規(guī)格:直徑≤1 200 mm，長1 100～1 240 mm，寬550～720 mm。編織袋材質(zhì)可以增加10%熟料，價格降低0.05元/條，1 200 萬條編織袋，可節(jié)省包材60萬元/年。

自動裝包費(fèi)用：25萬元/年(勞務(wù)費(fèi))+8萬元/年(維護(hù)費(fèi))+11.25萬元/年(電耗增加)-60萬元/年(包材節(jié)省)= -15.75萬元/年， 則卷袋自動裝包機(jī)運(yùn)行節(jié)省15.75萬元/年，較人工裝包減少運(yùn)行費(fèi)用：124.65萬元/年-(-15.75萬元/年)=140.4萬元/年。

投入自動裝包線共320萬元/年，另叉車等輔助設(shè)施40萬元/年，共360萬元/年。

卷袋裝包機(jī)回收年限：360萬元/年÷140.4萬元/年=2.56年。

4 結(jié)束語

油廠的物流部負(fù)責(zé)原糧大豆進(jìn)廠入倉和豆粕的打包出貨，大豆入倉是全自動化輸送，而大豆生產(chǎn)的78%產(chǎn)品是豆粕，豆粕裝包裝車量大，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，是容易出工傷事故的地方。人為的操作，存在失誤裝錯豆粕品種、縫斜線、噴錯碼或貼錯流水號等的可能。

在東莞富之源3 000 t/d和5 000 t/d大豆壓榨線、邦基2 000 t/d和4 000 t/d大豆壓榨線使用片袋和卷袋兩種型式的豆粕自動裝包機(jī)，經(jīng)技術(shù)上改進(jìn)后，豆粕裝包機(jī)24 h安全穩(wěn)定運(yùn)行，無需供應(yīng)商維護(hù)人員留守服務(wù)，完全避免可能出現(xiàn)的工傷事故、人工縫包斜線、切線切不斷、噴碼弄錯日期或流水號，也避免了用工難、人員流動造成的出貨量不穩(wěn)定，改善了工人工作環(huán)境。采用全自動豆粕裝包機(jī)，編織袋的材質(zhì)可以增加熟料比例，單條袋子價格控制在1～1.05元，另可減少編織袋的長度，降低包材成本。在3 000 t/d大豆壓榨線采取片袋全自動裝包機(jī)，投資300萬元，2.87年可收回投資。而采取卷袋自動裝包機(jī)，投資360萬元，2.56年可收回投資。需要說明的是，片袋裝包機(jī)占地面積小，卷袋裝包機(jī)因放置卷筒和卷袋伸長，在橫向一側(cè)伸出2～3 m。因此，在老廠改造時適合選用片袋裝包機(jī)作業(yè)線，而新設(shè)計豆粕裝包間可設(shè)計選用卷袋裝包機(jī)作業(yè)線，對人工和編織袋的要求寬松，更能節(jié)省運(yùn)行成本。

致謝：感謝中國糧油學(xué)會油脂分會會長何東平教授、東莞富之源飼料蛋白開發(fā)有限公司張海軍總經(jīng)理、邦基(南京)糧油有限公司劉立新經(jīng)理、嘉吉陽江良港碼頭有限公司葉春生經(jīng)理的技術(shù)支持！