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一、概述
袋裝粉體的全自動(dòng)包裝生產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)包裝行業(yè)急需發(fā)展的重要裝備。當(dāng)前，我國(guó)粉體生產(chǎn)企業(yè)迫切期望采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)低碳包裝。全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線需達(dá)到如下要求：（1）采用清潔包裝技術(shù)解決現(xiàn)場(chǎng)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(shí)產(chǎn)權(quán)的碼垛機(jī)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(gè)性化、多樣化要求，在包裝技術(shù)上有較高的難度，給全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線的產(chǎn)業(yè)化帶來了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。揚(yáng)州市創(chuàng)新包裝有限公司新研發(fā)的全自動(dòng)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(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著市場(chǎng)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(dòng)包裝設(shè)備進(jìn)行的半自動(dòng)包裝。目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，大多數(shù)粉體物料生產(chǎn)廠家都裝備了以定量自動(dòng)包裝機(jī)和碼垛機(jī)器人為主要部件的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化，計(jì)量、計(jì)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(chǎng)環(huán)境整潔。由于目前國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的增加以及工人勞動(dòng)保護(hù)的重視,結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家包裝行業(yè)的發(fā)展軌跡，采用基于機(jī)器人進(jìn)行碼垛的全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線，成為國(guó)內(nèi)粉體包裝行業(yè)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。
粉體包裝的高難度,導(dǎo)致國(guó)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(dòng)包裝設(shè)備,致使行業(yè)發(fā)展不均衡。國(guó)內(nèi)粉體包裝行業(yè)，尤其是粘性粉體及超輕細(xì)粉體為代表的特殊粉體包裝設(shè)備遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求。很多粉體生產(chǎn)企業(yè)在國(guó)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(jī)進(jìn)行半自動(dòng)粗放式包裝，或花費(fèi)大量金額從國(guó)外進(jìn)口包裝設(shè)備。
據(jù)國(guó)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(guó)產(chǎn)包裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包裝，只能從日本進(jìn)口。不僅價(jià)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(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)雅點(diǎn)：（1）粉塵污染嚴(yán)重，尤其是超輕細(xì)粉體及含氣量大的粉體散逸性強(qiáng)，易造成現(xiàn)場(chǎng)工人生肺等職業(yè)??；（2）粘性粉體包裝機(jī)出料口易掛料，造成掉料現(xiàn)象，嚴(yán)重污染包裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境;（3）流動(dòng)性過強(qiáng)的粉體包裝時(shí)沖料，導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)，汚染現(xiàn)場(chǎng)；（4）粉體物料易混合氣體，尤其是超輕細(xì)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(fèi)了包裝耗材，加大了運(yùn)輸成本;（5）傳統(tǒng)高低位機(jī)械式碼垛機(jī)耗能高，占地大，使用、維護(hù)成本高。
目前，國(guó)內(nèi)粉體包裝技術(shù)發(fā)展緩慢，市場(chǎng)急需此領(lǐng)域包裝設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
三、全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線在低碳包裝方面的意義
揚(yáng)州市創(chuàng)新包裝有限公司新研發(fā)的全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線通過自動(dòng)上袋機(jī)、粉體定量自動(dòng)包裝機(jī)、輸送機(jī)、倒袋機(jī)、重量復(fù)檢機(jī)、剔除機(jī)、整形機(jī)、噴碼機(jī)、碼垛機(jī)器人等成套設(shè)備完成粉體物料的自動(dòng)包裝、檢測(cè)、碼垛。該生產(chǎn)線在低碳包裝方面有以下意義：
1.實(shí)現(xiàn)包括超輕細(xì)、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(yán)重，尤其是超輕細(xì)粉體及舍氣量大的粉體散逸性強(qiáng)，易造成現(xiàn)場(chǎng)工人塵肺等職業(yè)病。全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線采用負(fù)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(jī)出料口掉料。有效減少了包裝現(xiàn)場(chǎng)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(guó)內(nèi)率先使用螺旋壓縮和負(fù)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(xì)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(zhǎng)）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(jì)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(xì)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(shí)可減少使用PE膜原料35%,并降低運(yùn)輸成本35%。
3.節(jié)能、降耗，采用擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碼垛機(jī)器人，降低碼垛能耗，符合國(guó)家低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。
國(guó)內(nèi)廣泛使用的機(jī)械式碼垛機(jī)單機(jī)功率為30KW左右，而本生產(chǎn)線使用的碼垛機(jī)器人單機(jī)功率為4KW,設(shè)備按照330夭/年，16小時(shí)/天的工作制度計(jì)算,每套全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線年節(jié)約用電量如下：
（30-4）千瓦時(shí)x16小時(shí)X330天/年-137280千瓦時(shí)/年。
折合標(biāo)準(zhǔn)煤：13.728萬千/x3.6噸/萬千瓦時(shí)=49.42噸。
所以每使用一套全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤49.42噸。
同時(shí)，機(jī)械式碼垛機(jī)單機(jī)尺寸為17（長(zhǎng)）x5.5（寬）x3.5（高）m左右，而碼垛機(jī)器人主機(jī)尺寸為1.5（長(zhǎng)）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(gè)出料口及儲(chǔ)料倉(cāng)，每個(gè)包裝口處需稱重灌裝人員兩人,復(fù)檢縫包一人，搬運(yùn)、碼垛兩人，以兩個(gè)工作班組計(jì)算，共需80個(gè)人進(jìn)行包裝,且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。如采用半自動(dòng)包裝，需設(shè)置6個(gè)出料口和儲(chǔ)料倉(cāng)，每臺(tái)包裝機(jī)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(gè)工作班組計(jì)算，共需36人進(jìn)行包裝。如采用全自動(dòng)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(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線的市場(chǎng)前景
全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線主要用于包含超輕細(xì)、粘性等粉體物料的全自動(dòng)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(guó)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(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線帶來了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展空間。
結(jié)合發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷程，國(guó)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(guó)達(dá)到世界發(fā)達(dá)水平之后，對(duì)鈦白粉的需求量將達(dá)520萬噸，而目前，離這個(gè)數(shù)字差不多還有400萬噸的缺口氣2009年，除中國(guó)以外，全球只有18個(gè)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(jì)400萬t/a,占全球總產(chǎn)能的85%O而同期中國(guó)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(guó)內(nèi)大型企業(yè)不斷擴(kuò)大產(chǎn)能、重組企業(yè)，以期做大做強(qiáng)，在大型企業(yè)的市場(chǎng)擠壓下，小型企業(yè)逐漸被淘汰或收購(gòu)。全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線主要面對(duì)的客戶為規(guī)模企業(yè)，此發(fā)展趨勢(shì)大大增加了本包裝生產(chǎn)線的市場(chǎng)規(guī)模。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)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(dòng)包裝。如果每家使用四條全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線，則需要20000條，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)600億元,并逐年擴(kuò)大。
五、全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的突破
全自動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)，揚(yáng)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(xì)粉塵逸出，以及包裝袋退出后，防止掛在包裝機(jī)出料口處的物料掉落污染包裝現(xiàn)場(chǎng)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(fù)壓沉積技術(shù)，并設(shè)計(jì)了過渡料倉(cāng)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(xì)粉體生產(chǎn)包裝過程中的外溢。還在包裝機(jī)出料口設(shè)計(jì)了氣吹夾層微孔，實(shí)現(xiàn)瞬間氣吹，將掛在包裝機(jī)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(jī)出料口處的物料掉落，汚染包裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。采用上述的粉料、氣體分離，負(fù)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(yùn)輸和倉(cāng)貯，節(jié)約30%以上的包裝和運(yùn)輸成本。在國(guó)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(duì)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(huì)影響到包裝精度，確保高計(jì)量精度是關(guān)鍵。
技術(shù)突破：全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線采用獨(dú)有的振動(dòng)料倉(cāng)設(shè)計(jì)，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(shí)調(diào)整加料電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)量，且在給料完畢后，對(duì)掛在包裝機(jī)出料口處的少量粉料統(tǒng)計(jì)計(jì)量，并作計(jì)量預(yù)留，從而保證了包裝精度。在計(jì)量系統(tǒng)上,突破性采用了振動(dòng)計(jì)量一體化設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。
3.機(jī)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(dá)性分析計(jì)算,是碼垛機(jī)器人四軸運(yùn)動(dòng)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(jì)、開放性結(jié)構(gòu)，可移植性、易修改的標(biāo)準(zhǔn)接口，和復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的分析與魯棒控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)器人的四軸運(yùn)動(dòng)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(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平。
4,作業(yè)對(duì)象變更時(shí),機(jī)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(dá)和柔性配置，以及兩個(gè)電磁離合器背對(duì)背連接使用的控制難度是碼垛機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)突破：全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線采用獨(dú)有的連桿機(jī)構(gòu)、替代兩個(gè)電磁離合器背對(duì)背使用的雙向電磁離合器結(jié)構(gòu)，開發(fā)了變位機(jī)設(shè)計(jì)與機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)靈活規(guī)劃軟件，使結(jié)構(gòu)重量輕、控制方便。獨(dú)有的連桿機(jī)構(gòu)，減少零部件的點(diǎn)數(shù),提高傳動(dòng)效率，效率高達(dá)96%0雙向電磁高合器結(jié)構(gòu)還減少了伺服電機(jī)的數(shù)量，成本低、能耗小。在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平。
5.全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線包括了自動(dòng)上袋、定量包裝、輸送整形、機(jī)器碼垛等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，各工序設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)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(dòng)化的關(guān)鍵。
技術(shù)突破:全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線通過對(duì)各工序工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)PLC進(jìn)行監(jiān)控和冗余控制，頂層用高速.實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，從而便于與其他類型的DCS系統(tǒng)互聯(lián)，達(dá)到系統(tǒng)開放的目的，在國(guó)內(nèi)處于先進(jìn)水平。
六、結(jié)語
全自動(dòng)粉體包裝生產(chǎn)線的研發(fā)具有重要意義，可以提升國(guó)內(nèi)包裝行業(yè)的整體水平，實(shí)現(xiàn)粉體物料的低碳包裝.其市場(chǎng)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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