王曉云

（1.中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，淮北 235000；2.爆炸能量利用與控制安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，淮北 235000）

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，工業(yè)炸藥自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的設(shè)備可靠性與產(chǎn)能得到了一定提高，可實(shí)現(xiàn)藥卷的裝箱自動(dòng)化[1-2]。但是，現(xiàn)有的炸藥包裝生產(chǎn)線仍存在一些問(wèn)題。一方面，包裝生產(chǎn)線理料方式不夠完善，生產(chǎn)能力小，功能不全，在線人員超標(biāo)；另一方面，機(jī)器人包裝生產(chǎn)線在包裝不同規(guī)格的藥卷時(shí)需更換不同的夾爪，需配置多組機(jī)械夾爪，更換時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備成本高，生產(chǎn)效率低且投放動(dòng)作速度高、落差大，對(duì)藥卷?yè)p傷大，存在卡扣甩脫或藥卷黏合縫爆開(kāi)現(xiàn)象，容易抓破藥卷。

工信部和公安部均明確提出要鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，推進(jìn)智能制造，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，在工業(yè)炸藥制藥、裝藥、包裝、裝卸等危險(xiǎn)崗位實(shí)現(xiàn)少（無(wú)）人化操作[3-5]。因此，開(kāi)發(fā)一種安全、可靠、效率高的工業(yè)炸藥智能包裝線迫在眉睫。

1 工藝設(shè)計(jì)

包裝線工藝流程如圖1 所示。智能理料設(shè)備整理從上游工序輸送過(guò)來(lái)的無(wú)序藥卷，將藥卷理順?biāo)腿胗?jì)數(shù)堆碼設(shè)備。無(wú)序藥卷通過(guò)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)入回料裝置，返回理料設(shè)備重新理料。藥卷經(jīng)理料設(shè)備輸送到接料料倉(cāng)。在料倉(cāng)內(nèi)藥卷的數(shù)量達(dá)到設(shè)定的數(shù)量時(shí)，通過(guò)自重落入稱重料倉(cāng)進(jìn)行稱重。機(jī)械手移動(dòng)到稱重料倉(cāng)上方，下降抓取藥卷裝箱或放到中包料斗。稱重不合格，機(jī)械手將藥卷抓放到回料裝置；稱重合格，機(jī)械手將藥卷抓放到中包料斗。藥卷通過(guò)輸送鏈板料夾輸送到推藥工位，推入中包機(jī)內(nèi)進(jìn)行中包裹包，中包包裝完成后進(jìn)行裝箱。生產(chǎn)大直徑藥卷時(shí)，機(jī)械手將藥卷直接抓放到紙箱內(nèi)。裝箱完成后，投放說(shuō)明書(shū)，封箱并轉(zhuǎn)運(yùn)。

2 關(guān)鍵裝置的設(shè)計(jì)

根據(jù)包裝線工藝流程，將包裝線按功能分類整合形成9 個(gè)部分，分別為智能理料、計(jì)數(shù)堆碼、稱重剔除、自動(dòng)開(kāi)箱、機(jī)器人抓取裝箱、中包裹包、投放資料、自動(dòng)封箱和自動(dòng)捆扎。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備有智能理料設(shè)備、計(jì)數(shù)堆碼設(shè)備和機(jī)器人抓取裝箱設(shè)備。

2.1 智能理料設(shè)備

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)序藥卷的精準(zhǔn)理料，滿足計(jì)數(shù)準(zhǔn)確的要求，設(shè)計(jì)兩級(jí)理料。理料設(shè)備主要由藥卷來(lái)料輸送裝置、分料輸送裝置、回料輸送裝置以及整平理料輸送裝置等組成，如圖2 所示。來(lái)料輸送裝置連接兩組分料輸送裝置。藥卷整平理料輸送裝置連接分料輸送裝置的輸出端，且藥卷整平理料輸送裝置的輸送方向與分料輸送裝置的輸送方向垂直?；亓陷斔脱b置位于兩套整平理料輸送裝置之間，通過(guò)斜鋼板收集藥卷。智能理料設(shè)備解決了來(lái)料藥卷無(wú)序進(jìn)入、理料后仍不滿足要求等問(wèn)題，減少了無(wú)序藥卷數(shù)量，可保證藥卷保持一定方向，實(shí)現(xiàn)了無(wú)序藥卷自動(dòng)回收再整理。整個(gè)理料過(guò)程全自動(dòng)化，免人工干預(yù)，理料速度快，效率高，安全可靠。

圖2 智能理料系統(tǒng)

2.1.1 來(lái)料輸送裝置和分料輸送裝置

來(lái)料輸送裝置輸出端垂直連接兩組分料輸送裝置的輸入端，且在輸送帶上設(shè)置若干與輸送方向垂直的間隔條。分料輸送裝置包括分料輸送帶、安裝在分料輸送帶上與輸送方向垂直的若干間隔條以及位于分料輸送帶上方的若干順位條。在進(jìn)入輸送帶和分料輸送帶的兩側(cè)均設(shè)置了限位護(hù)邊。分料輸送帶的輸出端連接藥卷整平理料輸送裝置，且分料輸送帶的輸出端垂直連接藥卷整平理料輸送裝置的輸入端。分料輸送帶與進(jìn)入輸送帶連接處，設(shè)置了一個(gè)由進(jìn)入輸送帶向分料輸送帶傾斜的傾斜面。分料輸送裝置上方設(shè)置若干與進(jìn)入輸送帶輸送方向平行的分向條。藥卷經(jīng)過(guò)分料輸送裝置，可以實(shí)現(xiàn)一次理料和無(wú)序藥卷通過(guò)斜板回到回料輸送裝置。

2.1.2 整平理料輸送裝置

藥卷整平理料輸送裝置包括整理輸送裝置、限位護(hù)邊板、柔性限高刮板以及毛刷輥等。整理輸送裝置帶動(dòng)藥卷前進(jìn)時(shí)，通過(guò)兩個(gè)推桿將限位護(hù)邊板向整理輸送帶內(nèi)開(kāi)合推動(dòng)，使藥卷逐步排列形成垂直輸送方向。整理輸送裝置后端設(shè)有鏈?zhǔn)捷斔蛶А⑷嵝韵薷吖伟搴兔⑤?。柔性限高刮板將藥卷逐個(gè)理順落入鏈?zhǔn)捷斔蛶л佂仓虚g，保證藥卷“1”字形布置，將輸送來(lái)的有序藥卷依次單根擺放。對(duì)于不能落入兩個(gè)輥筒中間的藥卷，通過(guò)圓柱形毛刷輥的旋轉(zhuǎn)將其送至回料輸送裝置，實(shí)現(xiàn)藥卷的二次理料和無(wú)序藥卷回到回料輸送裝置。

2.2 計(jì)數(shù)堆碼設(shè)備

為了滿足理料后藥卷達(dá)到機(jī)器人抓取的工藝要求，研究設(shè)計(jì)了計(jì)數(shù)堆碼設(shè)備。該設(shè)備主要由藥卷輸送滾筒、光電傳感器、計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)以及稱重剔除料倉(cāng)等組成，如圖3 所示。

圖3 計(jì)數(shù)堆碼裝置

藥卷在整平理料輸送裝置的輥筒輸送帶上通過(guò)上方的軟質(zhì)刮板理順，保證了藥卷“1”字形布置。在落料和理料中自動(dòng)將藥卷排齊，將藥卷理順為“1”字形送入計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)。計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)位于整平理料輸送裝置和稱重剔除料倉(cāng)之間，靠近稱重剔除料倉(cāng)一側(cè)設(shè)置有垂直滑動(dòng)分布的擋板，通過(guò)控制擋板向脫離計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)的方向位移，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)中的藥卷進(jìn)入稱重剔除料倉(cāng)。稱重剔除料倉(cāng)開(kāi)有供機(jī)器人自動(dòng)裝箱裝置抓取的若干抓槽，下端設(shè)置對(duì)藥卷進(jìn)行稱重的稱重塊。稱重剔除料倉(cāng)兩端開(kāi)口，且開(kāi)口處設(shè)置規(guī)整藥卷的氣缸推桿，如圖4 和圖5 所示。

圖4 計(jì)數(shù)堆碼裝置各料倉(cāng)

圖5 稱重剔除料倉(cāng)

計(jì)數(shù)堆碼設(shè)備將上游輸送的藥卷通過(guò)光電傳感器高速計(jì)數(shù)，進(jìn)入計(jì)數(shù)堆碼料倉(cāng)，藥卷經(jīng)計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值，進(jìn)入稱重剔除料倉(cāng)稱重，滿足系統(tǒng)要求時(shí)由機(jī)器人抓取裝入箱體，不滿足要求時(shí)由機(jī)器人抓取放到回料輸送皮帶，根據(jù)不同的藥卷規(guī)格，實(shí)現(xiàn)不同的碼放方式，保證機(jī)器人裝箱質(zhì)量。

2.3 機(jī)器人智能抓取設(shè)備

機(jī)器人智能抓取設(shè)備是工業(yè)炸藥包裝系統(tǒng)的重要組成部分。裝箱機(jī)器人主要采用可高速取放作業(yè)的選擇順應(yīng)性裝配機(jī)器手臂（Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA）四軸機(jī)器人。此結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，運(yùn)行可靠，承載力大，結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)伺服電機(jī)的控制完成三維空間的作業(yè)任務(wù)，大大提高了裝箱效率。

2.3.1 抓取裝置

機(jī)器人智能抓取裝置采用環(huán)抱式抓取夾爪結(jié)構(gòu)，將夾爪設(shè)計(jì)成弧形結(jié)構(gòu)。每個(gè)夾爪兩條折邊鋼板，可由伸縮氣缸帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，合攏后成“O”形，藥卷環(huán)抱在其中不受外力，可適用多種直徑的藥卷，無(wú)須頻繁更換，實(shí)現(xiàn)了一套夾爪即可滿足直徑25～150 mm藥卷的中包和裝箱，動(dòng)作次數(shù)少，生產(chǎn)效率高，機(jī)械損耗低。

2.3.2 安全性設(shè)計(jì)

考慮民爆產(chǎn)品生產(chǎn)的危險(xiǎn)性和特殊性，機(jī)械手夾爪直接與藥卷接觸。為了增加設(shè)備的安全性，機(jī)械手傳動(dòng)部位的銷軸采用錫青銅材質(zhì)（見(jiàn)圖6），轉(zhuǎn)套為304 不銹鋼材質(zhì)，鎖緊螺母已涂螺紋鎖固劑。所有軸承部位均增加了防塵罩。機(jī)械手夾抓上增加了藥卷檢測(cè)傳感器（見(jiàn)圖7），一旦檢測(cè)到藥卷跌落，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停機(jī)復(fù)位，并在觸摸屏上報(bào)警。待人工清理并確認(rèn)夾抓無(wú)故障，清除觸摸屏上故障后，機(jī)器人才會(huì)自動(dòng)運(yùn)行。

圖6 機(jī)械手傳動(dòng)部位的銷軸

圖7 機(jī)械手夾抓上增加了藥卷檢測(cè)傳感器

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)以可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）為控制核心，通過(guò)PLC 控制工藝過(guò)程聯(lián)控聯(lián)動(dòng)、工藝參數(shù)控制、安全監(jiān)控與報(bào)警停機(jī)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)化、自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。操作界面采用觸摸屏，觸摸屏具有開(kāi)機(jī)啟動(dòng)、參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)控制和報(bào)警查詢等功能。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)炸藥智能包裝線的智能理料設(shè)備和機(jī)器人抓取裝箱設(shè)備突破了原有的思維模式，運(yùn)行安全可靠，具有以下特點(diǎn)：一是采用藥卷理料整列裝置和循環(huán)裝置，實(shí)現(xiàn)了藥卷理料整列、計(jì)數(shù)堆碼、開(kāi)箱、裝箱、投放說(shuō)明書(shū)、動(dòng)態(tài)稱重剔除、封箱及捆扎等全過(guò)程的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)，減少了在線作業(yè)人員；二是采用自動(dòng)計(jì)數(shù)和稱重技術(shù)，保障了產(chǎn)品包裝重量的一致性；三是環(huán)抱堆放式抓取技術(shù)，抓取頻次低，藥卷釋放落差小，有效解決了藥態(tài)軟難于堆碼包裝、抓破摔破藥卷以及甩脫卡扣等難題；四是一套機(jī)械夾爪可滿足直徑25～150 mm 藥卷的裝箱，品種更換方便，維護(hù)成本低；五是機(jī)器人抓取效率高，生產(chǎn)能力不低于8 t·h-1；六是包裝嚴(yán)密規(guī)整、結(jié)實(shí)牢固，符合《工業(yè)炸藥包裝》的技術(shù)要求；七是最大在線藥量為200 kg，整線無(wú)固定操作人員，符合《民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求。