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包裝粉體的全自動包裝生產線是國內包裝行業(yè)急需發(fā)展的重要裝備。當前我國粉體生產企業(yè)迫切期望采用擁有自主知識產權的全自動粉體包裝生產線來實現(xiàn)低碳包裝。全自動粉體包裝生產線需達到如下要求1采用清潔包裝技術解決現(xiàn)場粉塵污染問題2減小包裝體積降低包裝耗材節(jié)約包裝資源3采用擁有自主知識產權的碼垛機器人降低碼垛耗能。 由于粉體物料物性的多變帶來粉體包裝方式的個性化、多樣化要求在包裝技術上有較高的難度給全自動粉體包裝生產線的產業(yè)化帶來了技術風險。揚州市創(chuàng)新包裝有限公司新研發(fā)的全自動粉體包裝生產線克服了技術難題具有廣闊的產業(yè)化前景。

粉體包裝行業(yè)在國內的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著市場的需求及包裝技術的發(fā)展粉體行業(yè)采用的包裝方式從最初的人工包裝發(fā)展到采用定量自動包裝設備進行的半自動包裝。目前在工業(yè)發(fā)達國家大多數(shù)粉體物料生產廠家都裝備了以定量自動包裝機和碼垛機器人為主要部件的自動化包裝生產線代表著目前粉體包裝技術的最高水平。其包裝工藝實現(xiàn)了高度自動化計量、計數(shù)、裝袋、封口、打包等都形成了流水線作業(yè)包裝效率高而且現(xiàn)場環(huán)境整潔。由于目前國內勞動力成本的增加以及工人勞動保護的重視結合發(fā)達國家包裝行業(yè)的發(fā)展軌跡采用基于機器人進行碼垛的全自動粉體包裝生產線成為國內粉體包裝行業(yè)當前的發(fā)展趨勢。

粉體包裝的高難度導致國內很多包裝設備制造企業(yè)不愿意涉足該領域而大力開發(fā)糧食、飼料等顆、粒料全自動包裝設備致使行業(yè)發(fā)展不均衡。國內粉體包裝行業(yè)尤其是粘性粉體及超輕細粉體為代表的特殊粉體包裝設備遠不能滿足市場需求。很多粉體生產企業(yè)在國內不能找到合適的包裝設備或使用人工包裝或使用普通包裝機進行半自動粗放式包裝或花費大量金額從國外進口包裝設備。

據國內某銻品生產龍頭企業(yè)介紹由于該公司沒有找到國產包裝設備實現(xiàn)全自動包裝只能從日本進口。不僅價格非常昂貴核心技術掌握在日本企業(yè)手中而且附加條件為每年必須保證一定量的產品供應給該日本企業(yè)從而受制于人。

粉體物料包裝通常會出現(xiàn)以下幾個難點：

1粉塵污染嚴重尤 其是超輕細粉體及含氣量大的粉體散逸性強易造成現(xiàn)場工人塵肺等職業(yè)病

2粘性粉體包裝機出料口易掛料造成掉料現(xiàn)象嚴重污染包裝現(xiàn)場環(huán)境

3流動性過強的粉體包裝時沖料導致計量不準污染現(xiàn)場

4粉體物料易混合氣體尤其是超輕細粉體及含氣量大的粉體物料包裝體積大包裝袋容積率低極大浪費了包裝耗材加大了運輸成本

5傳統(tǒng)高低位機械式碼垛機耗能高占地大使用、維護成本高。 目前國內粉體包裝技術發(fā)展緩慢市場急需此領域包裝設備的產業(yè)化生產。

揚州市創(chuàng)新包裝有限公司新研發(fā)的全自動粉體包裝生產線通過自動上袋機、粉體定量自動包裝機、輸送機、倒袋機、重量復檢機、剔除機、整形機、噴碼機、碼垛機器人等成套設備完成粉體物料的自動包裝、檢測、碼垛。該生產線在低碳包裝方面有以下意義 1.實現(xiàn)包括超輕細、粘性等粉體物料的清潔包裝。粉體物料包裝過程中粉塵污染嚴重尤其是超輕細粉體及含氣量大的粉體散逸性強易造成現(xiàn)場工人塵肺等職業(yè)病。全自動粉體包裝生產線采用負壓沉積技術將物料中氣體抽出防止粉塵飄散采用螺旋反轉氣吹式自清理出料口等技術防止包裝機出料口掉料。有效減少了包裝現(xiàn)場的粉塵污染避免了工人在惡劣環(huán)境下的工作。 2.減少粉體物料的包裝體積降低包裝耗材節(jié)約包裝資源。本包裝生產線在國內率先使用螺旋壓縮和負壓沉積相結合的技術可 以有效減少粉體物料中的含氣量。 以超輕細粉體物料為例使用本生產線包裝可以降低物料中含氣量80以上提高包裝袋容積率35/可節(jié)約35的包裝袋制作原料。 按照包裝袋制作采用3層克重80g/m2的牛皮紙尺寸80長×50寬cm年產5萬噸物料使用包裝袋200萬條每年節(jié)省牛皮紙計算如下 0.8m×0.5m×2面×3層×0.08kg/m2×2000000條×35134.4噸。 所以年產5萬噸超輕細粉體生產廠家使用本生產線每年可節(jié)約134.4噸牛皮紙。同時可減少使用pe膜原料35并降低運輸成本35。 3.節(jié)能、降耗采用擁有自主知識產權的碼垛機器人降低碼垛能耗符合國家低碳經濟發(fā)展的要求。 國內廣泛使用的機械式碼垛機單機功率為30kw左右而本生產線使用的碼垛機器人單機功率為4kw設備按照330天/年16小時/天的工作制度計算每套全自動粉體包裝生產線年節(jié)約用電量如下 30-4千瓦時×16小時×330天/年137280千瓦時/年。 折合標準煤13.728萬千瓦×3.6噸/萬千瓦時49.42噸。 所以每使用一套全自動粉體包裝生產線每年可節(jié)約標準煤49.42噸。 同時機械式碼垛機單機尺寸為17長×5.5寬×3.5高m左右而碼垛機器人主機尺寸為1.5長×0.7寬×3.1高m左右耗材小并大大降低了加工耗能。 4.極大提高生產效率降低人工成本。以年產5萬噸粉料的生產廠家為例人工包裝需設置8個出料口及儲料倉每個包裝口處需稱重灌裝人員兩人復檢縫包一人搬運、碼垛兩人以兩個工作班組計算共需80個人進行包裝且工人的勞動強度非常大。如采用半自動包裝需設置6個出料口和儲料倉每臺包裝機需要操作人員一名重量復檢人員一名碼垛人員一名以兩個工作班組計算共需36人進行包裝。如采用全自動粉體包裝生產線只需要一套設備就可以滿足年產10萬噸物料的包裝需求而操作人員僅需8名。

全自動粉體包裝生產線主要用于包含超輕細、粘性等粉體物料的全自動包裝。粉體工業(yè)的前景廣闊粉體材料已在化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、生物工程、陶瓷、農藥、涂料、國防及尖端技術等領域得到了廣泛的應用。粉體材料的快速發(fā)展給全自動粉體包裝生產線帶來了廣闊的市場發(fā)展空間。 結合發(fā)達國家的發(fā)展歷程國內粉體行業(yè)發(fā)展前景廣闊并向聚集化發(fā)展。以鈦白粉行業(yè)為例中國達到世界發(fā)達水平之后對鈦白粉的需求量將達520萬噸而目前離這個數(shù)字差不多還有400萬噸的缺口2。2009年除中國以外全球只有18個鈦白粉生產 商總產能為470萬t/a其中前7名生產廠家產能合計400萬t/a占全球總產能的85。而同期中國具有基本生產條件的大大小小的生產企業(yè)57家規(guī)模以上的就有37家。2010年以來國內大型企業(yè)不斷擴大產能、重組企業(yè)以期做大做強在大型企業(yè)的市場擠壓下小型企業(yè)逐漸被淘汰或收購3。全自動粉體包裝生產線主要面對的客戶為規(guī)模企業(yè)此發(fā)展趨勢大大增加了本包裝生產線的市場規(guī)模。 據統(tǒng)計中國規(guī)模以上粉體物料生產廠家有5000家左右其中95的企業(yè)利用人工包裝或半自動包裝。如果每家使用四條全自動粉體包裝生產線則需要20000條市場規(guī)模達600億元并逐年擴大。

全自動粉體包裝生產線的技術難度是其產業(yè)化的主要風險。揚州市創(chuàng)新包裝有限公司現(xiàn)已攻克了以下關鍵技術 1.包裝過程中粉料與氣體的充分分離有效防止超輕細粉塵逸出以及包裝袋退出后防止掛在包裝機出料口處的物料掉落污染包裝現(xiàn)場環(huán)境是清潔包裝生產的關鍵技術問題。 技術突破包裝過程中采用負壓沉積技術并設計了過渡料倉抽氣、輸送體抽氣、抽氣棒抽氣置等真空抽氣裝置有效防止了超輕細粉體生產包裝過程中的外溢。還在包裝機出料口設計了氣吹夾層微孔實現(xiàn)瞬間氣吹將掛在包裝機出料口處的少量粘性粉體吹至包裝袋內從而防止包裝袋退出后掛在包裝機出料口處的物料 掉落污染包裝現(xiàn)場環(huán)境。采用上述的粉料、氣體分離負壓沉積技術減小了污染并可有效減少包裝體積30以上抽氣后的粉料密度大為增加方便運輸和倉貯節(jié)約30以上的包裝和運輸成本。在國內處于領先水平。 2.粘性粉體在包裝袋內易出現(xiàn)堆尖粘性粉體的包裝對加料順暢性有很高的要求確保包裝物料順暢是前提而且包裝速度、料口粉料外掛都會影響到包裝精度確保高計量精度是關鍵。 技術突破全自動粉體包裝生產線采用獨有的振動料倉設計解決了粘性粉體加料順暢性的難題變頻調速加料裝置能夠根據剩余包裝重量的大小及時調整加料電機的轉動速度解決了包裝速度和包裝精度相沖突的問題采用雙傳感器計量且在給料完畢后對掛在包裝機出料口處的少量粉料統(tǒng)計計量并作計量預留從而保證了包裝精度。在計量系統(tǒng)上突破性采用了振動計量一體化設計。在國內處于領先水平。 3.機器人控制的體系結構、控制框架正確、方便、安全的信息交互以及在線方式下各種模式的行為控制和可達性分析計算是碼垛機器人四軸運動協(xié)調控制的關鍵技術。 技術突破:生產線采用can總線技術、模塊化設計、開放性結構可移植性、易修改的標準接口和復雜動態(tài)系統(tǒng)的分析與魯棒控制技術實現(xiàn)了碼垛機器人的四軸運動協(xié)調控制技術自由度數(shù)4、軌跡重復性為±1.0mm。在國內處于先進水平。 4.作業(yè)對象變更時機器人作業(yè)系統(tǒng)的功能柔性和任務適應性 變位操作的全局可達和柔性配置以及兩個電磁離合器背對背連接使用的控制難度是碼垛機器人靈活運動規(guī)劃的關鍵技術。 技術突破: 全自動粉體包裝生產線采用獨有的連桿機構、替代兩個電磁離合器背對背使用的雙向電磁離合器結構開發(fā)了變位機設計與機器人作業(yè)系統(tǒng)協(xié)調運動靈活規(guī)劃軟件使結構重量輕、控制方便。獨有的連桿機構減少零部件的點數(shù)提高傳動效率效率高達96。雙向電磁離合器結構還減少了伺服電機的數(shù)量成本低、能耗小。在國內處于先進水平。 5.全自動包裝碼垛生產線包括了自動上袋、定量包裝、輸送整形、機器碼垛等多個生產環(huán)節(jié)各工序設備的協(xié)調運行、穩(wěn)定可靠以及提高生產效率是控制高度智能化自動化的關鍵。 技術突破全自動粉體包裝生產線通過對各工序工況進行實時監(jiān)測現(xiàn)場plc進行監(jiān)控和冗余控制頂層用高速實時sysnet網把各工序控制站聯(lián)成一體sysnet既可以與plc也可以與普通計算機聯(lián)網從而便于與其他類型的dcs系統(tǒng)互聯(lián)達到系統(tǒng)開放的目的在國內處于先進水平。 六、結語 全自動粉體包裝生產線的研發(fā)具有重要意義可以提升國內包裝行業(yè)的整體水平實現(xiàn)粉體物料的低碳包裝。其市場規(guī)模大技術含量高關鍵技術已攻克擁有廣闊的產業(yè)化前景。