全自動電解鎳板剪切包裝機組的開發與應用

姚輝

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅 金昌 737100）

全自動電解鎳板剪切包裝機組的開發與應用

姚輝

（金川集團股份有限公司鎳冶煉廠，甘肅 金昌 737100）

論文描述了全自動電解鎳板剪切及包裝機組的概念；介紹了機組的總體結構和應用效果；并對該機組的技術難點給出了解決方案。

鎳板剪切；鎳板捆扎；升降式輸送機；立體庫

0 引言

電解鎳是用電解法生產的高純度鎳，電解鎳在運輸和銷售時，國內外都有相應的標準規定，即要求電解鎳板在銷售時，要剪切去除板身上面的吊耳，如果板面上有不合格的區域，也要剪切去除，然后捆扎打包，每捆重量為2.5±0.05噸，并在每捆上面噴涂企業標識。我國已經進入勞動力高成本時代，工資水平30年增長了40多倍［1］。另一方面，我國的制造業水平在不斷提高。因此，采用提高裝備的自動水平，是現代企業發展的必然之路。

1 電解鎳板剪切、包裝機組的研制

電解的生產工藝過程決定了電解鎳板的板身上面必須有2個穿導電棒的吊耳，如圖1（a）所示。

圖1　電解鎳板剪切及包裝示意圖Fig.1 Illustration of electrolytic nickel plate shearing and packing process

金川集團股份有限公司于上世紀50年代建廠，從年生產電解鎳3萬噸發展至今已經達到年生產電解鎳15萬噸，平均每天416噸，約270包。但是目前仍然沿用著手工包裝的生產模式，如圖2所示。從圖中可以看出，在人工打包生產流程中，每天需人工搬運鎳板416噸，叉車轉運鎳板416噸。人工捆扎1080根鋼帶，人工稱重270包并錄入相應的數據，這是一非常大的體力勞動過程。初步估算，在這一生產環境投入的人數為105人。

圖2　電解鎳板人工剪切及打包流程圖Fig.2 Flow chart of manual shearing and packing the electrolysis nickel plate

人工剪切、打包生產，除了人工投入量大以外還存在其他方面的問題，一是手持式打包器打包時每根鋼帶拉緊力不盡相同，包裝質量不高，產品在存儲運輸的倒運過程中時常發生斷帶散包現象，給用戶的使用帶來了不便；另一個是由于產品標識是人工用油漆噴上去的，所噴標識大，會對鎳板表面造成污染。

1.1電解鎳板剪切、包裝機組的概念設計

金川公司鎳冶煉廠根據多年的生產經驗，提出了全自動電解鎳板剪切、包裝機組的概念。

（1）自動完成分片：叉車將鎳板送到指定工位，自動分片部分的吸盤能夠將鎳板一片一片地吸起來并送到剪板機的工作臺上。

（2）自動剪切：剪切單元有推板裝置，將鎳板推入剪切位置，完成吊耳的自動剪切。

（3）自動記數堆垛成摞：剪切完成的鎳板被自動堆垛成摞，每摞30片自動計數。

（4）自動完成整摞板的整形：堆垛成摞的板需要整形，整形是指通過推板推擠，使整摞板的4個周邊變得整齊。整形的另一個作用是要用壓機將整摞板壓緊。

（5）自動穿鋼帶捆扎打包：捆扎打包過程全自動化，自動穿鋼帶并拉緊、自動套鎖扣、自動壓緊鎖扣。

（6）自動稱重計量：自動稱重計量重量，并把數據按照標準的格式自動傳送到中心數據庫和噴碼機。

（7）自動噴碼：每包鎳板都有相當于其身份信息的一套數據，可用噴碼機噴在鎳板表面，便于識別。

（8）自動裹膜：自動裹膜是指用塑料薄膜包裹。

（9）自動入庫：自動入庫有兩層含義，一是把包裝好的整包鎳板自動送入立體倉庫；二是要把這一包鎳板對應的數據信息傳輸到倉庫的數據庫系統。

1.2電解鎳板剪切及包裝機組的總體設計

根據上述對全自動電解鎳板剪切、包裝機組概念的描述，本文對該機組進行了總體布局設計，加工工位及加工流程設計，總體結構設計如圖3所示。整套機組配有氣動系統、液壓系統和電器控制系統。

圖3　新型自動化鎳成品加工包裝生產線平面示意圖Fig.3 Plan sketch of new automation nickel products processing and packaging line

整摞鎳板由叉車運送至三臺剪板機1的前方堆料平臺，每臺剪板機都配有相應的吸盤上板機構和推板剪切機構，配合剪板機完成剪耳工序。移料堆垛小車2將三臺剪板機剪切完成的鎳板進行計數堆垛后，并放置于升降式輸送機11的輸送鏈條上。

電鎳板支撐在升降輸送機的鏈條上，通過升降式輸送機11的升降運動與鏈條的步進運動配合，放在鏈條上鎳板摞就分別被抬放到整形對齊機3的支撐臺面上、平壓機4的支撐臺面上，復式秤5的臺面上。隨后，在這三個工位分別完成整形對齊、平壓和秤重。在升降式輸送機進行第二次升降輸送時循環時，完成整形對齊、平壓和秤重的鎳板摞被抬出，下一批鎳板摞又被抬進。

鎳板摞在升降機輸送機11上完成了對齊、平壓和秤重后，被放置在打包輸送機10的輸送鏈條上。打包輸送機10的輸送鏈條安照步進的方式運行，在打包輸送機10上，設置5個工位，分別完成上料、對中、捆扎打包、噴碼、和裹膜工序。和打包輸送機10對接的是立體庫的入庫輸送機，包裝好的整捆鎳板由入庫輸送機送入立體庫儲存。

1.3電解鎳板剪切及包裝機組的主要關鍵技術

（1）升降式輸送機的設計。在整形對齊、平壓、稱重工位，都需要將鎳板摞抬起來放到相應的工作臺上。手工生產時，這一工作是由叉車完成的。叉車可以具備將物料抬起來并移動位置的功能。在全自動化機組中，我們是用升降式輸送機來完成的。升降式輸送機是把同步升降技術和鏈條輸送技術組合在一起而形成的一個創新技術。它的成功應用，使得在打包機組中的，平壓、整形對齊、稱重三個工位能夠自然地串聯在一起，形成一個以升降輸送機為基準線的加工陣列。

圖4為升降式輸送機的原理圖。鏈條1和升降架2組成輸送機，鏈條1由電機驅動，作步進的方式運行。鉸鏈部件3、擺動桿3、連桿5和驅動油缸6構成升降部分。當驅動油缸6伸縮時，推動連桿5，連桿5帶動擺動4擺動，從而帶動升降架2升降。平壓、整形對齊、稱重三個加工單元布置在輸送機的兩側，加工支撐臺面在兩鏈條的中間空擋中。

圖4　升降式輸送機原理圖Fig.4 Schematic diagram of the elevating conveyor

升降式輸送機設計制造難點主要是機架長度大、輸送的物料重量也大。輸送10包鎳板的質量約為15噸。當15噸的物料按照圖示箭頭方向輸送時，在其相反的方向就會產生相等的反作用力。這個反作用力和物料輸送的加速度成正比。由于升降式輸送機是由一條升降機構支撐的，所以這個反作用力最后是要升降機構來承受的。因此，升降機構的設計，要考慮能夠承受由于物料運行而產生的慣性力。在輸送鏈條的運行速度方面，也要做優化處理，控制好速度與加速度。

（2）全自動鋼帶打包機的應用與耗材國產化。在國內有色冶金行業，將成品集中后，再包裝入庫，是普遍采用的生產模式。采用手持式捆扎打包器人工捆扎打包，也是被普遍采用的方法。把全自動鋼帶打包機引入有色金屬板材的包裝，金川公司是第一家。通過市場調研分析，全自動鋼帶打包機最后選用了進口品牌。

捆扎打包機需要打包輸送機和它配合工作。打包輸送機負責把鎳板摞送進打包機，打完一個方向的2根鋼帶后，將板旋轉90°，再打2根鋼帶。4根鋼帶打成#字型后，打包輸送機再將鎳板摞輸送出打包機。為了節省投資，打包輸送機采用自主研發的技術路線。這就相當于把進口的打包機配在自主研發的打包輸送機上。因此打包輸送機的設計制造都要和進口設備相匹配。

在捆扎打包生產中，鋼帶和鎖扣是屬于消耗材料。金川公司消耗的鋼帶為450噸，鎖扣為40萬個。如此大量的耗材，必須國產化解決。經過多次的試驗和摸索，這一問題也得到了解決。下一步，力爭再把部分易損件國產化。

（3）成品入庫信息管理系統。成品入庫有兩層含義，一是實物被放置到達指定地點，二是和這包實物對應的數據也要傳輸的庫房的數據庫系統，而且不能出現差錯。和實物對應的數據信息相當于其身份信息，主要有包號、重量、生產批號、檢驗員編號等等。

為保證打包系統與庫房系統能正確交換數據和物料，并且對物料的生產過程可追述，我們必須解決以下關鍵問題：

定義正確的數據格式，保證庫房系統可以得到充分的信息。根據與生產管理部門充分協商，生產系統向管理系統提交的數據格式如下：

表1　包裝機與庫房系統間傳遞數據Tab.1 Passing data between packaging machine？and storeroom systems

制定合理的通訊協議，保證數據在不同的系統間可靠傳遞。為完成打包機控制系統與庫管系統的數據傳遞，制定了以下通訊協議：①采用TCP/IP通訊協議，IP地址采用固定分配；②由打包機發起通訊請求；③先傳遞數據；④在庫房系統確認收到數據，并且完成機械部分的相關動作后給出確認；⑤打包系統送出物料；⑥庫房系統確認收到物料，一次通訊完成。

該通訊協議的特殊之處在于：不僅僅是信息的交換還包含了機械動作的協調，以及實物的傳遞，必須由電氣控制系統，信息管理系統，機械、液壓共同協助才能完成。涉及的環節比較復雜。

采用“事務”處理機制，將信息和物料在處理邏輯上封裝為一個“事務”該技術保證了物料和信息的同步傳遞，杜絕數據和物料的不同步可能。“事務”是指將一系列的動作在邏輯上定義為一不可分割的整體，該動作只有兩種可能：①完成；②未完成，回到執行前狀態。

在動作未完成時系統回到執行事務的初始狀態，事務不允許出現“半完成”的狀態，采用這種設計機制，將信息和物料設計為一個“事務”。

2 電解鎳板剪切、包裝機組的應用

全自動電解鎳板剪切、包裝機組，2014年4月在金川公司鎳冶煉廠投入使用。經過半年多的運行證明，機組的設計是合理的。在以下幾個方面取得了顯著的效果。

（1）生產操作人員勞動效率提高80%，減少崗位職工60人。勞動性質也發生了質的轉變，由原來的體力勞動為主變為腦力勞動為主。

（2）包裝質量和產品質量的穩定性都得到了提高。

（3）避免了使用叉車在各個加工工序之間轉運物，使得叉車的使用量下降75%。改善了現場的環境，節省了工作場地。

（4）全自動電解鎳板剪切、包裝機組和自動化立體庫的對接成功。標志著金川公司電鎳產品的倉儲運輸達到了現代化物流系統標準。

［1］IUD領導決策數據分析中心.中國進入高成本時代［J］.領導決策信息，2008，47.

［2］姚輝，王瑞華，等.電解鎳板剪切的有限元數值模擬與試驗分析［J］.科學技術與工程，2010，17.

［3］陳欽鴻，孫東明，等.升降式輸送機起動及制動階段動態特性分析［J］.起重運輸機械，2014，8.

［4］黃文婷，孫東明，等.陰極銅打包整形過程中油壓機偏載問題的研究［J］.重型機械，2013，6.

Development and Application of Automatic Shearing and Packing Unit of Electrolytic Nickel Plate

YAO Hui
（Jinchuan Group Co.，Ltd.，Nickel Smelting Factory，Jinchang Gansu 737100，China）

The thesis describes the concept of automatic shearing and packaging unit of the electrolytic nickel plate，and introduces the overall structure and application effect of this unit，and the paper solve the technical problems.

nickel plate shearing；nickel plate bundling；lifting conveyor；stereo garage

TP29

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.015

1002-6673（2015）02-041-03

2015-01-05

姚輝（1973-），男，浙江寧波人，工程師。主要從事有色冶金裝備及自動化。