配合飼料全自動包裝和堆碼線的方案設計

陳培軍 李朝紅鄧援超

(1.湖北仙桃職業學院，湖北仙桃 433000；2.中國聯合裝備集團安陽機械有限公司，河南安陽 455000；3.湖北工業大學，湖北武漢 430068)

配合飼料打包工段一直以來是以人工包裝為主，小型飼料廠是人工將包裝袋置于成品倉或緩沖斗下進行灌裝，之后對包裝袋進行稱重、封口；一般中大型飼料廠則是人工將包裝袋置于稱重斗下進行灌裝，之后送入皮帶機上用縫紉機進行封口和輸出，然后人工堆碼。無論哪種方式，其生產效率都不高，一般一個灌裝工位最多200包/h，勞動強度大，操作環境惡劣。先進環保的灌裝方式是采用全自動包裝線和全自動堆碼線方法，下面對配合飼料全自動包裝和堆碼線進行方案設計，為開發相關產品提供設計思路。

1 配合飼料全自動包裝線的方案設計

參照其它行業包裝線的設計原理[1-2]，可制定配合飼料全自動包裝線的灌裝流程如下：人工將配合飼料包裝用的復合編織袋成疊地堆在放袋架上，用機械手配合吸盤將袋抓到喂袋滾筒上，由滾筒將包裝袋送到取袋架上，之后由取袋機械手將包裝袋放置在灌裝口處，由自動開袋裝置將包裝袋打開，且自動套到下料口上夾住，通過上部計量秤稱重將飼料灌到袋中，自動輸送和進行袋口整形，縫制上口，最后由皮帶輸送機輸出。其工藝流程如下：

圖1 灌裝工藝流程

該自動生產線主要由自動上袋裝置、自動開袋裝置、自動稱重裝置、灌裝裝置、袋口整形裝置、封口裝置及輸送部分等組成。所需主要設備見表1。

為保證自動包裝線的生產率，本包裝線并列設置了兩臺自動稱重裝置，工作時采取交替稱重的方式，以滿足生產的需要。

配合飼料全自動包裝線設計的難點是自動上袋裝置和自動開袋裝置。

自動上袋裝置設計的難度在于復合編織袋較軟，不易可靠地將袋子從一疊袋子中取出，并送到灌裝口處，解決該難點的方法是機械手加真空吸盤，圖2為自動上袋裝置的方案圖；自動開袋裝置設計的難度在于復合編織袋具有透氣性，不易可靠的用吸盤打開，解決該難點的方法是采用多個特殊的真空吸盤。

表1 配合飼料全自動包裝線主要設備

圖2 自動上袋裝置方案

2 配合飼料全自動堆碼線的方案設計

設計配合飼料全自動堆碼線，其堆碼過程如下：由皮帶輸送機接收從配合飼料全自動包裝線輸出的飼料包，先進行倒包動作，使飼料包連續朝同一方向傾倒，之后進行飼料包整形，進行金屬檢測（可選）、復秤（可選）、分選（可選），之后進行堆碼，最后有叉車將碼好的飼料包（如40包）送走。

堆碼工序的方法有兩種[1]，一是利用碼垛機進行堆碼，二是利用碼垛機械手進行堆碼，兩者各有利弊。利用碼垛機進行堆碼速度快，可對應兩條自動包裝線，但碼垛機堆碼需要對飼料包進行提升，占用空間大；碼垛機械手速度相對較低，但占地面積小。

下面是這兩種堆碼方式的流程圖(見圖3、圖4)：

碼垛機是比較成熟的產品,國內有一些企業生產;碼垛機械手國內尚不成熟，一般依賴進口產品，圖5是碼垛機械手的示意圖。

3 配合飼料全自動包裝線和堆碼線的組合

配合飼料全自動包裝線和堆碼線組合使用，一般一條包裝線配一條堆碼線（使用碼垛機或碼垛機械手），或兩條包裝線配一條堆碼線（使用碼垛機，配雙位轉位機），圖6為兩條配合飼料全自動包裝線配一條全自動使用碼垛機堆碼線方案立體圖。

該配合飼料全自動包裝線和堆碼線按設計其能力為：每條包裝線可實現每小時600包，堆碼線可實現每小時1 200包，整個系統可實現每小時100包。

下面對關鍵工位的時序進行分配計算：在全自動包裝線上，關鍵工位是灌裝工位；在全自動堆碼線中，關鍵工位是轉位工位。

圖3 碼垛機全自動堆碼線

圖4 碼垛機械手全自動堆碼線

①灌裝工位的時序分配

設包裝線實現每小時600包，那么灌裝工位的總時間是 T總=3 600/600=6 s。

在包裝線灌裝工位的工藝動作最多，包括：抓袋1、開袋2、灌裝3、合袋4和移袋5等五個動作，設它們所用時間分別為 T1、T2、T3、T4、T5。

則T總=T1+T2+T3+T4+T5

根據試驗，T1、T2、T3、T4、T5的數值分別取 0.5、1.5、1.6、1.2和1.2 s比較合理。

表2 配合飼料全自動堆碼線設備

圖5 碼垛機械手

圖6 全自動包裝線和堆碼線組合整體方案

T總=T1+T2+T3+T4+T5=0.5+1.5+1.6+1.2+1.2=6 s

②轉位工位的時序計算

全自動堆碼線的轉位工位是耗時最多的工位，在該工位上包括上包1、夾包2、轉包3、松包4和下包5等五個動作，如果全自動堆碼線上只有一個轉位工位，則該工位的總時間為3 600/1 200=3 s，3 s時間要完成上述5個動作顯然是困難的，為此在本方案中設計的是雙轉位工藝，見圖6中的序號為9的部件。

由于是雙轉位工藝，則每個轉位動作所花時間為T總=2×3 600/1 200=6 s，設上包 1、夾包 2、轉包 3、松包 4 和下包 5 所用時間分別為 T1、T2、T3、T4、T5。

則T總=T1+T2+T3+T4+T5

根據試驗，T1、T2、T3、T4、T5的數值分別取 0.8～1、0.6、1.2～2、0.3～0.6、1.0～1.8 s比較合理。

此時時間：最小值為T1+T2+T3+T4+T5=0.8+0.6+1.2+0.3+1=3.9＜T總

最大值為T1+T2+T3+T4+T5=1+0.6+2+0.6+1.8=6=T總

符合灌裝線的要求。

上述實施案例屬于基本型，沒有配用金屬檢測裝置、復秤裝置和分選裝置，如果企業需要，可將這些裝置添加到生產線中。

為加快企業升級轉型，采用自動化生產線已成為當今企業的潮流，在現在招工難的情況下，用全自動包裝線和堆碼線替代人工操作具有十分重大的意義，所以未來開發和應用這類設備是必然的趨勢。

參考資料

[1]孫風蘭,馬喜川主編.《包裝機械概論》(第1版).印刷工業出版社,2005.

[2]潘松年主編.《包裝工藝學》(第3版).印刷工業出版社,2007.