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一、概述
袋裝粉體的全自動包裝生產(chǎn)線是國內(nèi)包裝行業(yè)急需發(fā)展的重要裝備。當前，我國粉體生產(chǎn)企業(yè)迫切期望采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動粉體包裝生產(chǎn)線來實現(xiàn)低碳包裝。全自動粉體包裝生產(chǎn)線需達到如下要求：（1）采用清潔包裝技術(shù)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(chǎn)權(quán)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(shù)上有較高的難度，給全自動粉體包裝生產(chǎn)線的產(chǎn)業(yè)化帶來了技術(shù)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(chǎn)線克服了技術(shù)難題，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。
二、粉體包裝行業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著市場的需求及包裝技術(shù)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(shè)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(chǎn)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(chǎn)線，代表著目前粉體包裝技術(shù)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(nèi)勞動力成本的增加以及工人勞動保護的重視,結(jié)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(chǎn)線，成為國內(nèi)粉體包裝行業(yè)當前的發(fā)展趨勢。
粉體包裝的高難度,導(dǎo)致國內(nèi)很多包裝設(shè)備制造企業(yè)不愿意涉足該領(lǐng)域，而大力開發(fā)糧食、飼料等顆、粒料全自動包裝設(shè)備,致使行業(yè)發(fā)展不均衡。國內(nèi)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(shè)備遠不能滿足市場需求。很多粉體生產(chǎn)企業(yè)在國內(nèi)不能找到合適的包裝設(shè)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(shè)備。
據(jù)國內(nèi)某鐐品生產(chǎn)龍頭企業(yè)介紹，由于該公司沒有找到國產(chǎn)包裝設(shè)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(shù)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(chǎn)品供應(yīng)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)以下幾個雅點：（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)場工人生肺等職業(yè)??；（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(dǎo)致計量不準，汚染現(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，包裝袋容稅率低，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(nèi)粉體包裝技術(shù)發(fā)展緩慢，市場急需此領(lǐng)域包裝設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
三、全自動粉體包裝生產(chǎn)線在低碳包裝方面的意義
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(chǎn)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(fù)檢機、剔除機、整形機、噴碼機、碼垛機器人等成套設(shè)備完成粉體物料的自動包裝、檢測、碼垛。該生產(chǎn)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舍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(chǎn)線采用負壓沉積技術(shù)，將物料中氣體抽出，防止粉塵飄散;采用螺旋反轉(zhuǎn)，氣吹式自清理出料口等技術(shù)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(chǎn)線在國內(nèi)率先使用螺旋壓縮和負壓沉積相結(jié)合的技術(shù)，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(chǎn)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）x50（寬）cm,年產(chǎn)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：
0.8mx0.5mx2面x3層x0.08炫/m2x2000000條x35%=134,4噸。
所以年產(chǎn)5萬噸超輕細粉體生產(chǎn)廠家，使用本生產(chǎn)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(chǎn)權(quán)的碼垛機器人，降低碼垛能耗，符合國家低碳經(jīng)濟發(fā)展的要求。
國內(nèi)廣泛使用的機械式碼垛機單機功率為30KW左右，而本生產(chǎn)線使用的碼垛機器人單機功率為4KW,設(shè)備按照330夭/年，16小時/天的工作制度計算,每套全自動粉體包裝生產(chǎn)線年節(jié)約用電量如下：
（30-4）千瓦時x16小時X330天/年-137280千瓦時/年。
折合標準煤：13.728萬千/x3.6噸/萬千瓦時=49.42噸。
所以每使用一套全自動粉體包裝生產(chǎn)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）x5.5（寬）x3.5（高）m左右，而碼垛機器人主機尺寸為1.5（長）x0.7（寬）x3.1（高）m左右，耗材小，并大大降低了加工耗能。
4.極大提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。以年產(chǎn)5萬噸粉料的生產(chǎn)廠家為例，人工包裝需設(shè)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(fù)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(shè)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(fù)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(chǎn)線，只需要一套設(shè)備就可以滿足年產(chǎn)10萬噸物料的包裝需求，而操作人員僅需8名。
四、全自動粉體包裝生產(chǎn)線的市場前景
全自動粉體包裝生產(chǎn)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(nóng)藥、涂料、國防及尖端技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。粉體材料的快速發(fā)展,給全自動粉體包裝生產(chǎn)線帶來了廣闊的市場發(fā)展空間。
結(jié)合發(fā)達國家的發(fā)展歷程，國內(nèi)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400萬噸的缺口氣2009年，除中國以外，全球只有18個鈦白粉生產(chǎn)商，總產(chǎn)能為470萬t/a,其中前7名生產(chǎn)廠家產(chǎn)能合計400萬t/a,占全球總產(chǎn)能的85%O而同期中國具有基本生產(chǎn)條件的大大小小的生產(chǎn)企業(yè)57家，規(guī)模以上的就有37家°2010年以來，國內(nèi)大型企業(yè)不斷擴大產(chǎn)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。全自動粉體包裝生產(chǎn)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(chǎn)線的市場規(guī)模。
據(jù)統(tǒng)計，中國規(guī)模以上粉體物料生產(chǎn)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(chǎn)線，則需要20000條，市場規(guī)模達600億元,并逐年擴大。
五、全自動粉體包裝生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的突破
全自動粉體包裝生產(chǎn)線的技術(shù)難度是其產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)：
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(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問題。
技術(shù)突破：包裝過程中，采用負壓沉積技術(shù)，并設(shè)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(chǎn)包裝過程中的外溢。還在包裝機出料口設(shè)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(nèi)，從而防止包裝袋退出后，掛在包裝機出料口處的物料掉落，汚染包裝現(xiàn)場環(huán)境。采用上述的粉料、氣體分離，負壓沉積技術(shù)，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(nèi)處于領(lǐng)先水平。
2.粘性粉體在包裝袋內(nèi)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(guān)鍵。
技術(shù)突破：全自動粉體包裝生產(chǎn)線采用獨有的振動料倉設(shè)計，解決了粘柱粉體加料順暢性的難題；變頻調(diào)速加料裝置能夠根據(jù)剰余包裝重量的大小及時調(diào)整加料電機的轉(zhuǎn)動速度，解決了包裝速度和包裝精度相沖突的問題;釆用雙傳感器計量，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(yù)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(shè)計。在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。
3.機器人控制的體系結(jié)構(gòu)、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(diào)控制的關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)突破:生產(chǎn)線采用CAN總線技術(shù)、模塊化設(shè)計、開放性結(jié)構(gòu)，可移植性、易修改的標準接口，和復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的分析與魯棒控制技術(shù)，實現(xiàn)了碼垛機器人的四軸運動協(xié)調(diào)控制技術(shù)：自由度數(shù)4、軌跡重復(fù)性為±1.0mm。在國內(nèi)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(wù)適應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)突破：全自動粉體包裝生產(chǎn)線采用獨有的連桿機構(gòu)、替代兩個電磁離合器背對背使用的雙向電磁離合器結(jié)構(gòu)，開發(fā)了變位機設(shè)計與機器人作業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動靈活規(guī)劃軟件，使結(jié)構(gòu)重量輕、控制方便。獨有的連桿機構(gòu)，減少零部件的點數(shù),提高傳動效率，效率高達96%0雙向電磁高合器結(jié)構(gòu)還減少了伺服電機的數(shù)量，成本低、能耗小。在國內(nèi)處于先進水平。
5.全自動包裝碼垛生產(chǎn)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(chǎn)環(huán)節(jié)，各工序設(shè)備的協(xié)調(diào)運行、穩(wěn)定可靠，以及提高生產(chǎn)效率是控制高度智能化自動化的關(guān)鍵。
技術(shù)突破:全自動粉體包裝生產(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)，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(nèi)處于先進水平。
六、結(jié)語
全自動粉體包裝生產(chǎn)線的研發(fā)具有重要意義，可以提升國內(nèi)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(shù)含量高，關(guān)鍵技術(shù)已攻克，擁有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。
 

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