全自動包裝機在小蘇打生產(chǎn)的應(yīng)用

肖燕軍,劉 勇

(江西晶昊鹽化有限公司，江西樟樹 331200)

江西晶昊鹽化有限公司小蘇打裝置于2020年10月建成投產(chǎn)，實現(xiàn)一次性開車成功。2020年11月通過72 h達產(chǎn)達標考核，產(chǎn)品達到設(shè)計標準和產(chǎn)能，目前日產(chǎn)量已突破200 t。小蘇打裝置原設(shè)計采用的是半自動包裝機，考慮到節(jié)省人工成本，減輕工人勞動強度，我們最終采用了經(jīng)過廠家多次改進，目前較為先進的ZDB-II型自動定量包裝機。

1 ZDB-II型全自動包裝機生產(chǎn)線簡介

全自動包裝生產(chǎn)線主要包括自動供袋機、自動套袋機、全自動定量包裝機、抱袋縫包機、皮帶輸送機、自動噴碼機、復(fù)檢機、機械手碼垛機等，其工藝流程如下：自動供袋—自動上袋—自動定量包裝—自動折邊縫包—倒袋輸送 —皮帶輸送—爬坡輸送 —重量復(fù)檢—剔除—垛盤輸送—機械手碼垛—滿垛輸送—帶托盤入庫。

2 ZDB-II型全自動包裝機主要特點

ZDB-II型自動定量包裝機是新一代“高精度，高速度，經(jīng)久耐用，故障率極低”的新型全自動定量包裝機。其顯著特點如下：

1)簡單實用，故障率低：完成同樣的事情采用的機械結(jié)構(gòu)及動作相對簡單，特別是在高腐蝕場合，故障率大幅降低，維修量是同類仿進口產(chǎn)品的五分之一。

2)套袋成功率高：自動套袋采用長短干結(jié)構(gòu)及硬質(zhì)合金吸頭，機械結(jié)構(gòu)重量大大減輕，套袋成功率及效率得到提高，對袋子無特殊要求，不覆膜也能自動套袋，硬質(zhì)合金吸頭大幅提高了吸頭使用壽命。

3)包裝過程粉塵較小，采用撥袋除塵裝置，巧妙的將袋口撥袋整形與除塵結(jié)合在一起，除塵效果非常好。

4)包裝速度快：由于采用電動執(zhí)行器給料關(guān)斷機構(gòu)，不但功率小、節(jié)能(是螺旋秤功率的三分之一)，而且關(guān)斷迅速準確，從套袋、定量稱量到抱袋縫包，各部分設(shè)備進一步優(yōu)化設(shè)計，得到了較高的包裝速度，單秤可達到8～10包/min。

5)計量精度準確：包裝機為一機一秤結(jié)構(gòu)方式，它采用了先進的稱量控制系統(tǒng)和科學的物流過程控制，利用高速采樣，預(yù)設(shè)時間定位、料袋接口的流通面積和體積尺寸優(yōu)化等功能措施，使其稱重速度既快速又準確。

6)設(shè)備運行平穩(wěn)：采用伺服抱袋折邊縫包機構(gòu)，達到了在包裝過程中物料袋始終站立不倒的效果，具有準確移位、結(jié)構(gòu)簡單、無需減震機構(gòu)等特點，解決了以前在自動包裝過程中，粉狀物料內(nèi)含有大量氣體時容易倒袋問題。伺服抱袋動作迅速柔和，運行平穩(wěn)。

3 ZDB-II型全自動包裝機主要參數(shù)

生產(chǎn)能力：單套定量包裝機400～600包/h

單包重量：25 kg/bags、50 kg/bags分段定制

稱重精度：±0.1 kg/bag(2σ)

碼垛能力：1200～1400 bags/h

托盤尺寸：2100×1500×240 mm

設(shè)備材質(zhì)：與物料接觸部分316 L不銹鋼，其余部分采用304不銹鋼制作

除塵系統(tǒng)：風量3 966 m3/h

電機功率：3 kW

壓縮空氣：0.5～0.6 MPa，20 m3/h

4 包裝生產(chǎn)線主要設(shè)備介紹

4.1 自動供袋機

有預(yù)置工位和取袋工位，可在預(yù)置工位放置約50條包裝袋，待取袋工位的包裝袋用完時，預(yù)置工位的包裝袋自動轉(zhuǎn)移至取袋工位，這樣既保證了包裝機連續(xù)工作，又給操作人員留出了添加包裝袋的時間。

4.2 自動套袋機

采用的自動套袋機，相比其他套袋機，具有以下優(yōu)點：

1)由于采用長、短吸桿加吸頭代替原來多工位或包裝機械手，使上袋機構(gòu)重量大大減輕，只有包裝機械手重量的十分之一，套袋效率大大提高，節(jié)省了能源和制造成本。

2)部件不需維修。由于長、短桿和吸頭造價低廉，使用3～5年后根據(jù)情況作出處理，能夠?qū)崿F(xiàn)局部零部件更換的效果，使用中不需維護保養(yǎng)，根據(jù)裝的物料性質(zhì)的不同，可以很方便的更換成耐腐蝕材料，如原普通鋼管換成特殊材料制成的不銹鋼管、鈦管或工程塑料管等管材，使這種上袋——轉(zhuǎn)動套袋很容易在環(huán)境比較差的物料上實現(xiàn)全自動包裝，解決了以前包裝機械手和吸頭材料不耐腐、使用壽命短、常常更換零部件、不便維修的缺點。

3)由于長、短吸桿重量輕，長、短吸桿加長后，更方便由下向上轉(zhuǎn)動90°來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動套袋，進一步提高了效率。同時對于腐蝕性強的物料，長短吸桿的加長，使整體的套袋機構(gòu)遠離了包裝現(xiàn)場，也就是遠離了腐蝕源，所以這種自動套袋裝置也可以長周期穩(wěn)定的運行在環(huán)境較差的物料上。

4)套袋動作簡潔運行效率高，每小時套袋速度可達1 500次，而且料袋與吸頭不易滑脫，上袋的成功率提高到99.9%。

8)吸頭是硬質(zhì)材料制作的，比橡膠吸頭要耐磨損，大大提高了使用壽命；打破了以前認為吸頭(或稱作吸盤)要用橡膠等軟質(zhì)材料制作的慣例。

上袋能力：1 200袋/h

4.3 自動定量包裝機

采用斗式雙秤定量稱量，稱量斗懸掛在四個稱重傳感器組成的支架上，料倉的物料通過軟連接進入給料裝置，通過給料裝置攪拌使物料均勻通過，減少給料過程的沖擊，給料裝置下端有一個由執(zhí)行器控制的插板閥，當插板閥打開時物料送達定量稱量斗，由電子秤定量稱量，為了使稱量快而準確，按插板閥開度的大小變化將給料分為：快給料、中給料、慢給料，稱重電腦設(shè)定了包裝定量值、中給料控制值、慢給料控制值、超差報警值，當快給料達到中給料、慢給料值時，稱重電腦發(fā)出相應(yīng)控制信號，下料執(zhí)行器關(guān)閉一部分給插板閥，達到中給料、慢給料目的，當稱量達到定量值時，稱重電腦發(fā)出信號，下料執(zhí)行器關(guān)閉插板閥，并給出稱量完成信號。

落料斗下部設(shè)置有帶料門的二級料斗，稱量斗內(nèi)的物料先放到二級料斗中，由二級料斗放入包裝袋中，目的主要是降低落料高度差，減少對包裝袋的沖擊及包裝過程中的粉塵。

整個工作過程有控制系統(tǒng)程序控制，當稱量完成，物料由稱量斗放入二級料倉，當稱重電腦值為零時，說明物料已下完，稱量斗料門關(guān)閉并開始下一次稱量，此時當設(shè)備檢測到自動上袋完成信號，二級料斗料門打開，物料瞬間進入包裝袋，按參數(shù)設(shè)定延時N秒，二級料斗料門關(guān)閉，夾袋電磁夾自動打開，定量包裝完成。當二級料倉料門關(guān)閉后并接到稱量完成信號，稱量斗再次向二級料倉放料，以此循環(huán)連續(xù)包裝。(二級料倉有無物料完全由程序記憶完成。)

定量稱量范圍：25 kg、50 kg，分段定制

包裝速度：400～600包/h

4.4 伺服抱袋縫包機

抱袋縫包機主要由包裝袋拍打機構(gòu)、折邊機、縫包機、抱袋輸送機等幾部分組成，實現(xiàn)裝好物料的包裝袋折邊、縫包、輸送的功能。伺服抱袋折邊縫包機構(gòu)，達到了在包裝過程中物料袋始終站立不倒的效果，具有準確移位、結(jié)構(gòu)簡單，無需減震機構(gòu)，無故障運行時間長和安裝使用方便的特點，解決了在自動包裝過程中，粉狀物料內(nèi)含有大量氣體時容易倒袋的問題。同時由于料袋不倒包，抱袋行程短，伺服抱袋動作迅速柔和，因此運行平穩(wěn)可靠。

折邊機構(gòu)將料袋口折邊送入縫口機，縫紉時通過光電傳感器檢測，可在任意位置啟動或停止，含自動斷線檢測功能。

最大縫紉速度：0.4725 m/s

最大縫紉進給量：10.5 mm

縫合率：>99.5%

電機功率：0.25+0.75 kW

縫口高度：800～1 400 mm

輸送速度：0.19 m/s

4.5 折邊機

ZDB-II型全自動包裝機配套的折邊機是專為伺服抱袋縫包機設(shè)計的，與傳統(tǒng)使用的折邊機工作過程不同，具有以下優(yōu)點：

1)折邊機構(gòu)主要由折邊翻板、折邊襯板、折邊護板、翻板氣缸、張開氣缸組成，取消了傳統(tǒng)折邊機的夾帶輸送機構(gòu)，包裝袋前行依靠伺服抱袋縫包機抱袋夾桿帶動，張開氣缸帶動折邊護板的一邊橫向移動50 mm，折邊襯板和折邊護板間隙張大和合攏縮回到固定間隙動作，當折邊襯板和折邊護板間隙張大時，物料袋上口在折邊機內(nèi)無阻力快進入3/4處變?yōu)榭p包速度行進，同時折邊襯板和折邊護板間隙合攏縮回到固定間隙，翻板氣缸動作帶動折邊翻板將包裝袋折邊。折邊機具有結(jié)構(gòu)簡潔，易損件少，故障低的特點。

2)由于取消了傳統(tǒng)折邊機的夾帶輸送機構(gòu)，使得夾帶桿上需留用于折邊的料袋較短，在不改變物料重量前提下，有效減少了折邊所需料袋長度，減少了生產(chǎn)成本，適用于各種材質(zhì)的編織袋、紙袋及復(fù)合袋的自動包裝折邊。

3)折邊機構(gòu)采用張開氣缸將折邊襯板和折邊護板間隙張大，故袋子在前行過程中阻力較小不易堵袋，可以較高的速度前行，這種方式折邊不僅適合普通物料袋，更加適用于較軟的物料袋。

4)本折邊機與傳統(tǒng)折邊機比較，折邊更平整，不易堵袋褶皺，邊沿整齊。

4.6 機器人碼垛單元

采用機器人自動碼垛系統(tǒng)，兩條生產(chǎn)線共用一臺機械手碼垛。機械手采用日本川崎品牌，PLC自動控制。

碼垛能力：1 000～1 200袋/h

5 ZDB-II型全自動定量包裝機試運行主要問題及改進

5.1 改進防疊包裝置

由于小蘇打小袋全自動包裝線為2臺包裝機對應(yīng)1條碼垛線，包裝袋分別通過直線輸送帶和彎道輸送帶匯合到碼垛輸送線上，在調(diào)試階段偶爾出現(xiàn)疊包現(xiàn)象，影響了包裝袋的正常輸送。

改進防疊包裝置，將紅外探測點距離進行了調(diào)整，并增設(shè)了2個預(yù)警光電開關(guān)，使有包無包感應(yīng)更加可靠；同時還調(diào)整了防疊包程序參數(shù)，通過改進很好解決了包裝袋匯合處疊包問題。

5.2 噴碼機噴頭跟隨機構(gòu)

包裝機在傳送帶處安裝有包裝袋噴碼機，因噴碼機噴頭緊鄰傳送帶且包裝袋處于剛經(jīng)過導(dǎo)向輪調(diào)整段，所以調(diào)試階段包裝袋經(jīng)常出現(xiàn)掛(刮)噴碼機噴頭，無法正常噴印生產(chǎn)日期現(xiàn)象。

制作噴碼機安裝在傳送帶擋板外側(cè)隨包裝袋運行噴字方式的噴頭跟隨機構(gòu)，并重新調(diào)整了包裝袋導(dǎo)向機構(gòu)的定位，有效地防止了包裝袋掛(刮)噴頭問題。

5.3 折邊夾桿加裝硬質(zhì)硅膠

包裝機抱袋折邊夾桿原為金屬面對夾式夾桿，在工作過程中因運行速度快、對夾力大、包裝袋較薄、金屬硬面碰撞等原因，時有將包裝袋夾損情況出現(xiàn)。

將夾桿對夾面加裝了硬質(zhì)硅膠進行緩沖，從而解決作過程中夾桿將包裝袋夾損問題。

5.4 改進倒包器以滿足多種規(guī)格包裝袋

原包裝機倒包器用于25 kg包裝袋的推送時使用良好，但用于50 kg包裝袋的推送時如不進行調(diào)整則會因包裝袋中心位置上移，導(dǎo)致包裝袋無法正常推送出現(xiàn)卡包現(xiàn)象，每次進行包裝重量調(diào)整時都要進行倒包器的重新改動調(diào)試，較為繁瑣。

將倒包器改制成雙層推面結(jié)構(gòu)，同時將推包探測頭位置進行相應(yīng)調(diào)整后，目前各種規(guī)格的包裝袋在不調(diào)整倒包器的狀態(tài)下都能滿足倒包需要。

5.5 升級稱量控制器方便清零操作

由于小蘇打產(chǎn)品為粉狀物料，所以包裝過程中因物料流動性差、物料密度不均等原因，包裝稱量經(jīng)常出現(xiàn)重量微偏差，偏差積累到一定量后需進行清零糾偏操作。手動清零操作較為繁瑣費。

將原使用的Ⅱ型稱量控制器升級到Ⅴ型稱量控制器，現(xiàn)在只需在現(xiàn)場將包裝稱控制鈕關(guān)閉后再打開，就可以自動實現(xiàn)清零操作，方便實用。

5.6 包裝稱重過程中物料滿袋或下料口漏料

由于氣缸推力不足致使料倉倉門關(guān)閉動作緩慢造成漏料或包裝量超重，更換了節(jié)流閥并重新調(diào)整了氣缸進氣量后，徹底解決了這一問題。

5.7 揀重秤輸送皮帶電機因卡包積壓致使電機線圈燒壞

揀重秤連續(xù)快速推下的重量不合格產(chǎn)品量過多堵住了推包口，造成物料堆積皮帶無法運行燒壞電機線圈的，及時進行包裝稱重清零和清理不合格物料保證推包口空間，有效地減少了了同樣情況的發(fā)生。產(chǎn)品運輸彎道急轉(zhuǎn)走道，在連續(xù)跟包時易發(fā)生頂撞偏斜并擠偏導(dǎo)向板現(xiàn)象，另外皮帶輸送電機功率偏小和過載保護設(shè)置過大也是導(dǎo)致電機線圈燒壞的關(guān)鍵因素。經(jīng)過對轉(zhuǎn)彎處導(dǎo)向板的調(diào)整、皮帶電機的加大功率和電機過載保護的重新設(shè)置，解決了這一問題。

5.8 調(diào)整供袋機構(gòu)推送桿與抱袋侍服機構(gòu)動作時間

供袋機構(gòu)推送桿與抱袋侍服機構(gòu)時有碰撞，導(dǎo)致供袋機構(gòu)推送桿彎曲變形無法正常使用。

供袋機構(gòu)推送桿與抱袋侍服機構(gòu)同步間隔時間較小，當壓縮空壓力波動或氣體過濾器濾芯堵塞時，供袋機構(gòu)推送桿速度變慢就會與抱袋機構(gòu)相碰撞。通過調(diào)整兩個執(zhí)行機構(gòu)的動作間隔，同時及時清理過濾器濾芯保證壓縮空氣壓力，消除了這一問題。

6 目前存在的問題

1)由于小蘇打生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的堆積密度會發(fā)生一些變化，如果堆積密度小到一定程度包裝時會出現(xiàn)滿袋現(xiàn)象，為了保證折邊正常進行，包裝袋拍打機構(gòu)需不停拍打排除物料中的空氣，嚴重影響包裝速度。

2)供袋機構(gòu)負壓吸管因直接吸取現(xiàn)場包裝袋，所以會抽入部分現(xiàn)場粉塵，濾清器需經(jīng)常進行清理，影響包裝正常進行，需進一步改進。

3)包裝系統(tǒng)的稱重傳感器作為精密儀表暴露在空氣中，易粘附粉塵導(dǎo)致稱重偏差，需經(jīng)常進行吹掃清理，下一步考慮加裝除塵裝置減少粉塵。

4)包裝系統(tǒng)配備的噴碼機(VIDEOJET-1201)由于連續(xù)生產(chǎn),稀釋劑的使用量較大，經(jīng)常出現(xiàn)因稀釋劑使用完檢查發(fā)現(xiàn)不及時，致使包裝袋噴碼不清晰或無噴碼故障，下一步考慮加裝報警裝置，提前發(fā)現(xiàn)并消除噴碼機故障。

另外，生產(chǎn)操作過程中，需加強操作人員操作技能、維護保養(yǎng)的培訓(xùn)以及提高檢修人員故障排除能力，切實做好全自動包裝機的定期維護、日常保養(yǎng)、預(yù)見性檢修等工作，以實現(xiàn)包裝機長周期穩(wěn)定使用。