張偉偉 張元國 薛曉麟 許俊偉 管騰飛 曹曉玉 毛智勛

（1.鄭州高端裝備與信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，鄭州450001；2.鄭州機械研究所，鄭州450001）

粉體物料作為原材料在工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在，用途十分廣泛。其中一些特殊粉體在空氣環(huán)境中會發(fā)生各種反應(yīng)，生成強酸強堿，釋放有毒有害氣體。甚至有些粉體為易燃易爆物質(zhì)，在運輸、轉(zhuǎn)移和存儲過程中均需要隔絕空氣，進行密閉防護[1-2]。本文針對粉體投料過程進行研究，提出一種密閉防腐的噸袋解包投料機構(gòu)，與常用噸袋投料機構(gòu)對比，在密閉性能和防腐性能方面都有了較大提高和改善。

噸袋開袋站是常用的噸袋投料機構(gòu)，用于噸袋包裝粉體物料解包卸料作業(yè)，如圖1所示。該裝置通過提升噸袋至設(shè)備進料口，人工拆開噸袋下口，打開閥門并拍打機構(gòu)促使噸袋內(nèi)粉粒狀物料靠重力落進貯斗中，完成整個拆包卸料工作。該裝置廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)，可滿足一般粉體物料噸袋開袋卸料[3]。但針對特殊粉體物料，需要在密閉環(huán)境下進行開袋解包投料作業(yè)，常規(guī)噸袋開袋站在此過程中做不到完全密閉，會使物料與空氣接觸，造成有毒有害物質(zhì)污染泄露，操作人員在投料過程中需要全身穿著防護服，并且口帶防毒面具，工作起來非常不方便，尤其在夏天，工作條件十分艱苦。針對這種情況，本文提出一種密閉防腐噸袋投料機構(gòu)，在惰性氣體保護的密封狀態(tài)下進行噸袋開袋投料，很好地解決了此類物料投料安全問題。

圖1 噸袋開袋站

1 密閉防腐噸袋投料系統(tǒng)工作原理

1.1 噸袋投料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

密閉防腐噸袋投料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)主要由限位氣缸機構(gòu)、密封蓋板（吊架）、噸袋密封倉、密封倉惰性氣體進氣管、擠壓機構(gòu)（氣動敲擊錘）、解包手套箱、換氣排氣管和行車等幾部分組成[4]。

噸袋來料吊裝可以使用行車等工具來完成，系統(tǒng)設(shè)計有噸袋吊架工裝，使噸袋吊裝操作更加方便可靠。在材料和工藝方面，系統(tǒng)各部分均采用襯塑工藝處理，使容器內(nèi)部與物料有接觸部分均能具備耐強酸腐蝕性能，最大限度提升系統(tǒng)設(shè)備的耐腐蝕性[5]。

圖2 噸袋投料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 噸袋投料系統(tǒng)工藝流程

在整個解包過程中，系統(tǒng)始終保證處在微正壓狀態(tài)，約0.01MPa，該狀態(tài)可有效避免內(nèi)部物料與外界空氣接觸，系統(tǒng)的投料工藝流程描述如圖3所示。

1.2.1 噸袋吊裝作業(yè)

打開換氣排氣閥，密封倉內(nèi)壓力下降到接近外界大氣壓時，松開蓋板鎖緊機構(gòu)，操作行車吊起密封蓋板，當(dāng)蓋板離開后關(guān)閉換氣排氣閥，同時自動打開密封倉和手套箱的進氣閥，向倉內(nèi)添加惰性氣體，使手套箱和密封倉保持在惰性氣體微正壓防護狀態(tài)，操作人員將噸袋掛在密封蓋板上，并吊起完成解袋準備工作，然后將噸袋吊入密封倉。蓋上密封蓋板后打開換氣排氣閥，同時關(guān)閉密封倉和手套箱的進氣閥，排出密封倉內(nèi)氣體使內(nèi)部氣壓為零，排完后啟動蓋板鎖緊機構(gòu)鎖緊密封蓋，打開密封倉進氣閥，進行倉內(nèi)氣體置換，置換完成后關(guān)閉排氣閥，進氣閥調(diào)節(jié)進氣壓力，使密封倉內(nèi)壓力保持微正壓。

圖3 噸袋投料系統(tǒng)的工藝流程

1.2.2 物料投料作業(yè)

噸袋吊裝到位后啟動破碎機、打開氣動插板閥，物料準備進入倒料儲料倉。打開手套箱吹掃排氣閥和過濾除塵器放料閥，使儲料倉和手套箱處在均壓狀態(tài)，操作員人工在手套箱中解開袋口開始投料。打開排氣閥，此排氣管道上裝有節(jié)流孔板，能保證倉內(nèi)壓力穩(wěn)定，使下料過程在惰性氣體流動狀態(tài)下進行，保證下料順暢。在下料時發(fā)現(xiàn)袋內(nèi)有結(jié)塊，啟動擠壓機構(gòu)，敲擊擠壓動作三次后自動停止。噸袋物料放空后，人工拍打袋口將袋口的殘余物料清理干凈，收緊袋口。

1.2.3 吹掃置換作業(yè)

投料后關(guān)閉儲料倉閥，使手套箱與儲料倉隔絕。手套箱下部繼續(xù)吹掃一段時間，將手套箱內(nèi)粉塵抽走，關(guān)閉吹掃排氣閥，打開換氣排氣閥，當(dāng)密封倉內(nèi)壓力接近零時，松開鎖緊機構(gòu)，操作行車吊走密封蓋板和空袋，密封蓋板離開時關(guān)閉換氣排氣閥，完成一次投料作業(yè)。

2 噸袋投料系統(tǒng)各部件設(shè)計

2.1 密封蓋板（吊架）機構(gòu)

噸袋密封蓋板（吊架）起到方便吊裝噸袋的作用，結(jié)構(gòu)如圖4所示。設(shè)計時根據(jù)噸袋吊耳長度和位置，設(shè)計對稱吊耳固定桿和掛鉤，使噸袋吊裝起來更加穩(wěn)定，有助于吊裝進入密封倉和投料下料。

2.2 噸袋密封倉

噸袋密封倉主要由噸袋密封蓋板（吊架）、限位氣缸、密封倉、密封倉惰性氣體進氣管、噸袋擠壓錘和換氣排氣管組成，其主要功能是噸袋吊裝、容器密封、惰性氣體防護和粉體毒氣清除吹掃等，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 密封蓋板（吊架）機構(gòu)示意圖

圖5 密封倉結(jié)構(gòu)示意圖

密封倉同樣是根據(jù)噸袋尺寸大小進行設(shè)計，密封倉尺寸符合噸袋開袋投料時情況，噸袋口距離投料口預(yù)留距離與噸袋投料口尺寸相符，并且當(dāng)噸袋內(nèi)出現(xiàn)較大結(jié)塊或成拱時，方便擠壓錘擠壓和人手工操作[6-7]。

惰性氣體進氣管路設(shè)置有壓力表和壓力調(diào)節(jié)裝置，氣動元件采用SMC品牌元件，使進氣壓力穩(wěn)定在微正壓狀態(tài)。

2.3 解包手套箱

解包手套箱用于人工解開噸袋，主要由手套箱體、惰性氣體進氣管、吹掃排氣管、手套孔和透明視窗等構(gòu)成[8]。

手套孔和透明視窗的主要功能是方便人工完成解袋、投料等操作。為保證系統(tǒng)的密封性，手套箱與密封倉直接焊接連接。人工操作手套和各部位密封件均使用耐強酸腐材質(zhì)。

2.4 限位氣缸機構(gòu)

限位氣缸機構(gòu)作為蓋板鎖緊機構(gòu)可以有效鎖緊密封蓋，該機構(gòu)主要由壓板、杠桿、制動塊、活塞桿和缸體構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

限位氣缸即氣缸帶動連桿運動，從而固定密封蓋板的機構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。氣缸的活塞桿與制動塊相連，當(dāng)密封蓋板落在密封倉上時，活塞帶動制動塊運動，制動塊帶動杠桿運動，使杠桿另一端的壓板壓住密封蓋板，進而鎖緊密封蓋板，進一步提高了密封倉的密閉性。

2.5 擠壓捶打機構(gòu)

針對特殊化工粉體容易受潮結(jié)塊特性，在密封倉底部錐體部分設(shè)計了噸袋啟動敲擊錘，三個敲擊錘均勻分布在錐體圓周上，當(dāng)噸袋投料過程中出現(xiàn)拱料結(jié)塊等情況時，啟動敲擊錘對準噸袋底部進行捶打，有效起到破拱下料作用。本系統(tǒng)選用氣動敲擊錘如圖7所示，主要由錘頭、基板、磁鐵和彈簧構(gòu)成。

圖6 限位氣缸機構(gòu)示意圖

圖7 氣動敲擊錘機構(gòu)示意圖

氣動敲擊錘的錘頭內(nèi)部有一塊強磁力磁鐵，在未動作前，磁性錘頭緊貼在磁力基板上，通電后，進氣壓力大于貼合磁力時，磁性錘頭高速脫離基板，向噸袋沖擊，沖擊后斷電，錘頭復(fù)位。錘頭的沖擊力傳遞到噸袋物料，使物料能夠順利流出。氣動敲擊錘具有沖擊間隔時間可控、磁力沖擊大和擊打效果好等優(yōu)點，每次動作產(chǎn)生一個沖擊波，能夠達到卸料順利的目的。

3 應(yīng)用效果

使用400kg容量噸袋進行投料作業(yè)，密閉防腐噸袋投料系統(tǒng)投料相比人工方式投料具有以下優(yōu)點：

（1）實現(xiàn)了特殊化工粉體物料噸袋投料的自動化操作，投料效率得到明顯提升，完成一袋物料投料時間由原來的15min減少到了6min。

（2）有效降低了勞動強度，并節(jié)省了作業(yè)人員，消除了操作人員手持工具進行敲打破拱作業(yè)環(huán)節(jié)，節(jié)省人工成本，投料操作人員由3人減少至1人。

（3）由于系統(tǒng)密閉除塵過濾作用，噸袋物料受潮所產(chǎn)生的少量酸性有害氣體可以得到有效控制和排除，作業(yè)環(huán)境極大改善，操作人員不用再穿防護服進行工作。

4 結(jié)語

密閉防腐噸袋投料系統(tǒng)是針對特殊化工粉體物料特性而專門設(shè)計的一套投料系統(tǒng)，該系統(tǒng)很好解決了特殊化工粉體投料作業(yè)過程需要密閉和耐酸腐處理的問題。整個投料過程全部使用惰性氣體防護，并在微正壓狀態(tài)進行投料作業(yè)，有效避免了物料與空氣接觸而產(chǎn)生有害氣體的現(xiàn)象，減少了環(huán)境污染，提高了投料作業(yè)自動化水平，降低了勞動強度。