袋裝粉料卸料裝置的研究與開發(fā)

陳 夢(mèng)

1 現(xiàn)狀

目前中國(guó)為世界上最發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)體之一，有許多產(chǎn)業(yè)都排行第一，電解鋁行業(yè)也是如此。但由于我國(guó)內(nèi)電解鋁行業(yè)起步較晚雖然產(chǎn)量上去了，但在生產(chǎn)、研發(fā)、環(huán)境保護(hù)、材料再利用，人員設(shè)備安全等方面仍然存在大量的問題亟待解決。而本文所要解決的就是電解鋁行業(yè)面臨的一系列問題之一。即循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約材料、保護(hù)環(huán)境安全、人員安全的措施設(shè)備，其主要原理為利用真空將生產(chǎn)用原料從裝原料的噸袋中吸出卸掉，這樣既解決了噸袋的循環(huán)利用節(jié)約了大筆的噸袋費(fèi)用又減少了原料損失，由于采用的是真空卸料，防止了生產(chǎn)原料的污染保護(hù)了工人健康、為企業(yè)節(jié)約大量的醫(yī)療投入費(fèi)用，可以為國(guó)家創(chuàng)造新的巨大效益。

現(xiàn)有包袋卸料形式的狀況：①基本是靠人工卸料，主要在產(chǎn)量低、工藝落后、沒有先進(jìn)電解槽的私營(yíng)小企業(yè)。②由于沒有自動(dòng)卸料設(shè)備，基本采用人工割袋，工人在高粉塵環(huán)境下作業(yè)，人員的職業(yè)健康和安全風(fēng)險(xiǎn)較大且無(wú)保障。純?nèi)斯じ畲盗蟹绞狡茐牧藝嵃耐暾?，噸包袋達(dá)不到重復(fù)使用的目的，而且存有積料現(xiàn)象嚴(yán)重。③有卸料設(shè)備裝置的但需將料袋上部割開，或?qū)⒖芍貜?fù)使用的噸袋下部解開進(jìn)行卸料。該種卸料方式總體可行，但加大了企業(yè)負(fù)擔(dān)，噸包袋造價(jià)較高，目前市場(chǎng)上1.5t 的氧化鋁粉噸包袋最常用價(jià)格為60 元/個(gè)～100 元/個(gè)，而可重復(fù)使用噸包袋價(jià)格在200 多元/個(gè)，而且由于底部可拆解，底蓋兒為塑料材質(zhì)，很容易損壞，循環(huán)使用次數(shù)不佳，特別在較寒冷的地區(qū)使用，效果更差，而且積存料嚴(yán)重，人工清料料袋較為困難。④采用翻袋機(jī)或翻袋框卸料，需配大量的除塵設(shè)備，一般而言，每套裝置需配備一套30kw ～70kw 除塵設(shè)備，總投資約200 萬(wàn)～500 萬(wàn)左右，而且仍需人工清理包袋，并存有積料2kg ～3kg。

以上四種情況與真空卸料設(shè)備比較如下。

表1 現(xiàn)有包袋卸料狀況與真空卸料設(shè)備對(duì)比

由以上可見氧化鋁粉的真空卸料裝置是電解鋁行業(yè)的必然選擇。國(guó)內(nèi)目前企業(yè)卸料方式的現(xiàn)狀列舉如下。

表2 國(guó)內(nèi)不同地區(qū)電解鋁企業(yè)的卸料方式

真空卸料方式裝置市場(chǎng)開發(fā)單位沈陽(yáng)博達(dá)機(jī)械有限公司，該公司是目前為止集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)袋裝粉料卸料裝置的單位，具有獨(dú)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)形成系列。按功率來(lái)分，從30kw ～90kw 都有；按產(chǎn)量分，從10t/h——20t/h——30t/h——40t/h——60t/h 都有。其產(chǎn)品采用一品一策的設(shè)計(jì)思路，每個(gè)單位的產(chǎn)品都從實(shí)際出發(fā)單獨(dú)開發(fā)、單獨(dú)測(cè)算、單獨(dú)設(shè)計(jì)、單獨(dú)生產(chǎn)，適用于國(guó)內(nèi)各種產(chǎn)業(yè)，并且得到了相關(guān)設(shè)計(jì)部門的認(rèn)可。

2 研發(fā)歷程

袋裝粉料卸料裝置歷經(jīng)5 年～6 年的調(diào)研、設(shè)計(jì)、樣機(jī)制作、生產(chǎn)、交付用戶、再設(shè)計(jì)、在制作樣機(jī)反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)。再設(shè)計(jì)再試驗(yàn)的過程走過了從一代機(jī)到二代機(jī)、三代機(jī)、四代機(jī)的艱難歲月，付出了常人難以想象的困苦和巨大的經(jīng)濟(jì)投入，終于研發(fā)出了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的真空卸料設(shè)備。該成果解決了困擾多年的噸袋只能用人工破袋方式或液壓割包翻轉(zhuǎn)卸料的難題，可以最大限度的在保證噸袋不破損的前提下將生產(chǎn)原料卸出，保證噸袋的循環(huán)使用。而且該設(shè)備還有包裝、破碎、清掃，自潔功能，不失為一款為相關(guān)行業(yè)量身定做的卸料設(shè)備具有廣闊的發(fā)展前景。

當(dāng)然國(guó)內(nèi)各企業(yè)卸料情況千差萬(wàn)別就我們調(diào)研的結(jié)果至少有5 種方式如：地上料倉(cāng)式，地下料倉(cāng)式、半地下筒倉(cāng)式，濃相輸送式等。每一種卸料平臺(tái)的不同都意味著要有一種相對(duì)應(yīng)的卸料設(shè)備。

3 設(shè)備組成

該袋裝粉料卸料設(shè)備由以下部分組成：

（1）粉料輸送裝置，雙輸送鍋十送料。

（2）工作人員平臺(tái)。

（3）吸料頭：￠324 防塑網(wǎng)。

（4）吸料臂：￠200。

（5）配氣套管：￠273。

（6）托拉套管：￠42 度（含拉緊器）。

（7）正壓氣體套管可伸縮。

（8）管件密封套。

（9）折疊外套。

（10）齒條、齒輪。

（11）自帶制動(dòng)器變頻電機(jī)減速-0.5kw ～1kw。

（12）電機(jī)減速機(jī)安裝平臺(tái)。

（13）齒輪齒條定位平臺(tái)。

（14）方型套管伸縮對(duì)接平臺(tái)。

（15）正壓氣體分配器。

（16）正壓氣體軟管。

（17）管件連接法蘭。

其中，α∈[0,1]用于控制兩種隱式信任對(duì)預(yù)測(cè)評(píng)分影響的重要性.特別地，當(dāng)α=0意味著只考慮信任u的用戶帶來(lái)的隱式影響，α=1意味著只考慮u信任的用戶帶來(lái)的隱式影響.

（18）料打料特制彎頭。

（19）推拉式閘板閥：300*300。

（20）電動(dòng)閘板閥￠100。

（21）圓管與方管連接用天圓地方接頭。

（22）物料分離器水平進(jìn)入式（頂端進(jìn)入式）。

（23）脈沖貯氣罐。

（24）脈沖閥。

（26）電加熱纏繞電阻絲線。

（27）一立方壓縮空氣儲(chǔ)罐。

（28）物料篩分器。

（29）閉鎖器。

（30）重壓下料器。

（31）防磁連接器。

（32）正壓出氣管。

（33）正壓氣體分配室。

（34）大型閘板閥。

（35）消音箱。

（36）大型三通連接件。

（37）包裝機(jī)械平臺(tái)。

（38）破碎機(jī)械平臺(tái)。

（39）羅茨泵 132kw、IP56。

（40）一二三級(jí)防噪器。

（41）橡膠接頭。

（42）動(dòng)力電源箱。

（43）控制柜。

（44）現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)。

（45）變頻控制器。

（46）防腐蝕處理。

（47）電線電纜。

（48）夾心套管。

（49）內(nèi)凸型法蘭。

（50）導(dǎo)向型豎管。

4 重大改進(jìn)

4.1 吸頭的重大改動(dòng)

原一代機(jī)，二代機(jī)的吸頭為固定式，為了解決內(nèi)膜塑料袋堵塞問題采取了兩種主要的方式方法。一種是采取了撐起袋子的加工生產(chǎn)工藝，試驗(yàn)了幾百次全部失敗，即使個(gè)別能將袋中的原料卸掉仍然不能將袋中的粉料全部卸凈，無(wú)法完成生產(chǎn)需求的指標(biāo)。第二種是采用全自動(dòng)方式，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)雖然能夠?qū)⒘闲秲簦ぷ餍侍汀Ｐ读蠑?shù)量跟不上生產(chǎn)要求，浪費(fèi)大量的能源，每小時(shí)卸料量?jī)H能達(dá)到18 噸/小時(shí)和本身設(shè)計(jì)的指標(biāo)40t/h ～70t/h 相差太遠(yuǎn)。因此加大投入進(jìn)行了三代機(jī)吸頭的改進(jìn)試驗(yàn)工作，在將近二年的改進(jìn)試驗(yàn)，再改進(jìn)試驗(yàn)終于取得了重大突破，解決了塑料袋堵塞問題達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)產(chǎn)量。找出了第三代袋裝粉料卸料設(shè)備的全部問題。針對(duì)這些問題又進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)，可以說經(jīng)過三代機(jī)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品最終走向了全方位的成熟。

吸頭的主要改進(jìn)如下：

（1）、吸頭由單純的吸料改為了邊吸料邊抽袋結(jié)構(gòu)，最后殘余原料采用正負(fù)壓等值輸送原理。

（2）、吸頭在工作時(shí)采取了可以隨時(shí)保持內(nèi)部氣壓平衡的設(shè)計(jì)，解決了吸料工作至最后余料無(wú)法卸凈的問題。

（3）、吸頭采取雙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸料、補(bǔ)氣、增壓抽袋、防漏料、防堵塞一次全部解決。

（4）、吸頭在吸料的尾端增加了壓力開關(guān)，當(dāng)壓力達(dá)到一定值后正壓補(bǔ)氣開關(guān)打開向塑料袋內(nèi)注入與負(fù)壓等量的氣體保證負(fù)壓值與正壓值相等將余料全部卸凈。

4.2 輸送系統(tǒng)的改進(jìn)

一代機(jī)的原料輸送采用的是皮帶機(jī)輸送但原料容易在底部形成積料。

二代機(jī)采用的雙鍋體循環(huán)上料方式但帶來(lái)了時(shí)間上的延遲。

針對(duì)上述問題又重新設(shè)計(jì)了新的垂直鍋式輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分采用了依靠重力下料的集料方式，將直徑1200mm 的原料吸到最后時(shí)候原料自動(dòng)集聚至鍋底協(xié)助吸料完成。

4.3 閥門系統(tǒng)的改進(jìn)

一代機(jī)、二代機(jī)、三代機(jī)的吸送試驗(yàn)表明偶有閥門需要關(guān)閉時(shí)關(guān)不上、需要打開時(shí)打不開，閥門的響應(yīng)能力很差。因此針對(duì)這一問題進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)將閥門設(shè)計(jì)為一大一小，開啟關(guān)閉方式。當(dāng)需要打開大閥門時(shí)先開小閥門，使缸內(nèi)真空壓力下降，隨后將大閥門打開。有效的解決了此難題。

另外整個(gè)卸料系統(tǒng)共設(shè)定了7 處閥門各有其能互為配合。主要分設(shè)為管道閥門2 組，下料閥門2 組，壓力回轉(zhuǎn)閥門2組，重力下料閥門1 組。

4.4 料氣分離缸的改進(jìn)

袋裝粉料卸料裝置所采用的料氣分離缸一代二代和三代產(chǎn)品都是以布袋作為料氣分離的核心部件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

①壽命較短。②常由于負(fù)壓太大造成布袋從碗口抽出容易跑料密封不嚴(yán)。③水平分布式缸蓋漏氣嚴(yán)重造成負(fù)壓不穩(wěn)。因此必須對(duì)氣料分離器進(jìn)行徹底改造。

改造的目的和標(biāo)準(zhǔn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化

（2）耐磨、耐用、適合長(zhǎng)時(shí)間使用不損壞

（3）減少體積、增加過濾面積

（4）密封簡(jiǎn)單方便、絕對(duì)可靠。

4.5 壓縮空氣系統(tǒng)的改進(jìn)

卸料裝置的氣料分離及部分閥門的開啟適合使用氣缸作為執(zhí)行動(dòng)力源。但氣缸的使用及脈沖閥的使用容易在冬季時(shí)結(jié)冰造成臨時(shí)故障。因此最好選用電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，實(shí)在擺脫不了使用壓縮空氣做為動(dòng)力來(lái)源時(shí)，要將壓縮空氣存貯在緩沖氣缸中并經(jīng)過脫油脫水設(shè)備的處理才能使用。而且冬季為保證壓縮空氣的使用所有與設(shè)備聯(lián)結(jié)的管道都要用電伴熱帶纏繞上并保溫。

4.6 設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的安裝防磁制作

袋裝粉料卸料裝置在生產(chǎn)完畢后需要到使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝但由于電解鋁所用的電解電流為直流電源會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，導(dǎo)致周邊300m ～400m 范圍的強(qiáng)磁場(chǎng)嚴(yán)重干擾焊接等安裝工作。因此導(dǎo)致設(shè)備的安裝電焊接合方式效率不高、難度較大，所以必須充分考慮如何保證最大限度的采用螺栓連接工藝，盡量減少焊接作業(yè)環(huán)節(jié)。將設(shè)備底座盡可能采用預(yù)埋螺栓連接方式進(jìn)行組裝。

4.7 重力下料器的改進(jìn)

重力下料器是保證卸料裝置能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此重力下料器必須精心制造全環(huán)節(jié)由機(jī)加工制造組裝，真正做到封得住料，關(guān)的嚴(yán)、開的快、耐使用、免維護(hù)。

5 設(shè)備分類

（1）按照卸料的實(shí)際應(yīng)將袋裝粉料卸料設(shè)備分為地上卸料式雙頭進(jìn)一式，即雙工位卸料統(tǒng)一進(jìn)入料倉(cāng)型式。

（2）可以將卸料方式分為上部雙螺旋進(jìn)料，下部單通道下料地下料倉(cāng)式。

（3）還可以將卸料設(shè)備設(shè)計(jì)成中部分流式雙下料方式由高壓罐分貯原料分別輸送式。

（4）可以根據(jù)用戶需要將卸料設(shè)備直接與濃相輸送設(shè)備直接采用間斷式卸料輸送方式。

（5）除以上四種情況外應(yīng)根據(jù)用戶的需求，因地制宜靈活設(shè)計(jì)適合用戶需求。

6 控制流程工藝程序

袋裝粉料卸料裝置的工藝流程如下：

上料→解袋→扎口→吸料→抽袋→供氣→停氣→結(jié)束吸料→解袋→準(zhǔn)備→下一輪吸料。

7 電器控制流程

第一步啟動(dòng)主機(jī)，啟動(dòng)變頻控制柜，檢查各部位動(dòng)作是否正常，并逐位確認(rèn)正確無(wú)誤。

第二步人工裝袋到上料輸送平臺(tái)上并將料袋口解開準(zhǔn)備卸料。

第三步 啟動(dòng)平臺(tái)將解開袋口的粉料袋送至吸料位置并將塑料防潮袋固定到最外側(cè)的抽袋機(jī)構(gòu)上，然后開始真空卸料，卸料一分鐘左右到最后將正壓氣體閥門打開同時(shí)將輸出遠(yuǎn)端閥門關(guān)閉，使用正壓氣體迅速到達(dá)料袋底部將余料吸凈卸干凈。完成第一袋的卸料工作。同時(shí)關(guān)閉第一吸料口的閥門，摘下料袋放入包裝輸送機(jī)構(gòu)，然后啟動(dòng)平臺(tái)輸送料袋進(jìn)入第二工位下一步卸料。

電器操作箱的程序是啟動(dòng)主機(jī)30s，啟動(dòng)輸送平臺(tái)運(yùn)料，將料袋袋內(nèi)塑料袋扎到吸料口抽袋機(jī)構(gòu)上。啟動(dòng)吸料開關(guān)開始吸料同時(shí)啟動(dòng)抽袋機(jī)構(gòu)吸料的時(shí)間為60s，待粉料基本吸凈后啟動(dòng)加壓開關(guān)10s 然后關(guān)閉加壓工作，做完第一平臺(tái)的吸卸料工作。然后再關(guān)閉吸料第一工位同時(shí)進(jìn)行第二工位的工作流程?？偟男读闲誓芰Σ簧儆?0t/h。

8 耐磨材料

耐磨材料的好壞直接關(guān)系到袋裝粉料卸料設(shè)備的成敗，所以在耐磨材料的選擇上是非常重要的，因此我們選擇兩種耐磨材料解決主要部分的耐磨問題。一是采用外購(gòu)陶瓷彎頭，二是采用料打料方式和做大徑彎頭。吸頭采用40Cr 材料解決吸頭耐磨問題。

9 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析

袋裝粉料卸料裝置是國(guó)內(nèi)首款既能卸袋裝粉料又能裝卸多種類材料的真空卸料或送料設(shè)備。可以開發(fā)設(shè)計(jì)或多種類型適用多個(gè)行業(yè)使用的系列產(chǎn)品。目前重點(diǎn)開發(fā)的是電解鋁行業(yè)、將來(lái)還可以在化工煉油企業(yè)、糧食加工、飼料加工等行業(yè)使用。目前在電解鋁行業(yè)的使用目的為兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。一個(gè)是防止揚(yáng)塵環(huán)境污染，解決粉塵給環(huán)境和工人健康帶來(lái)的巨大危害。二是為了循環(huán)經(jīng)濟(jì)服務(wù)解決企業(yè)包裝材料由一次使用即報(bào)廢到可以使包裝袋重復(fù)使用的難題。

例如每套設(shè)備按三班倒，每班按運(yùn)行工作7h，每小時(shí)40t。單臺(tái)套上料與傳統(tǒng)割包上料的單臺(tái)工位的能力、人工持平；用電負(fù)荷與原工藝除塵系統(tǒng)動(dòng)力負(fù)荷基本相當(dāng)。如果保守按能重復(fù)使用兩次包裝袋的100 萬(wàn)噸電解鋁企業(yè)計(jì)算，僅這一項(xiàng)每年可節(jié)省噸袋費(fèi)用約：40 元/個(gè)×［（1.92t/TAl×100 萬(wàn)TAl）÷1.4t/包÷2］=2743 萬(wàn)元。并且大大改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，避免了每?jī)赡贻啌Q一次防止粉塵對(duì)工人健康的嚴(yán)重危害。如果將此設(shè)備用于其它無(wú)防潮袋的行業(yè)，工作效率更高可達(dá)70%。為企業(yè)帶來(lái)更高的節(jié)約效益。由以上分析該設(shè)備用途廣泛具有很大的市場(chǎng)空間。

10 結(jié)論

袋裝粉料卸料設(shè)備歷經(jīng)磨練終于走出困境迎來(lái)了它的新生，研究開發(fā)的過程是一個(gè)認(rèn)識(shí)自然、改造自然的過程；是從不認(rèn)識(shí)到認(rèn)識(shí)后升華的過程；是柳暗花明又一村的過程?？偨Y(jié)而來(lái)以下幾點(diǎn)必須重點(diǎn)把控，否則會(huì)一招失誤，前功盡棄。

（1）吸頭套管，必須采用直管進(jìn)料死管保護(hù)的吸料模式。否則會(huì)出現(xiàn)上不去，下不來(lái)，無(wú)法吸料的現(xiàn)象發(fā)生。

（2）料氣分離罐上連接的吸料閥門的開啟。必須遵循先泄壓再開啟的原則。否則會(huì)出現(xiàn)想打開閥門卻打不開，想關(guān)閉閥門又關(guān)不上的囧境。

（3）吸料閥門上的開口應(yīng)外小里大即吸的方向應(yīng)小口徑，入的方向?yàn)榇罂趶健Ｖ饕康臑棰贉p少原料對(duì)密封的沖擊，②減少內(nèi)部腔壓，使分離罐達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）吸料管與補(bǔ)氣管之間的齒條位置應(yīng)設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，保證正壓氣體的輸入壓力不受影響使最后的卸料干凈徹底。

（5）裝噸袋的鍋體尺寸不變，但下部的托架應(yīng)選用重型工字鋼扣雙面板材做底支架，滾輪要設(shè)置在內(nèi)部，不影響運(yùn)行。

（6）不論何種結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置塑料碎屑清理裝置，防止給下一道工序帶來(lái)危害。