■黃 朋 鄧援超

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢 430068）

飼料工業(yè)在中國(guó)是一個(gè)新興行業(yè),20世紀(jì)70年代末期才出現(xiàn)具有現(xiàn)代意義的飼料工業(yè)。經(jīng)過20多年的發(fā)展,中國(guó)已經(jīng)形成了一個(gè)相對(duì)完整的飼料工業(yè)體系,在技術(shù)上達(dá)到了發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)80年代的水平。目前飼料工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一個(gè)重要行業(yè),中國(guó)的飼料生產(chǎn)規(guī)模也躍居世界第二位[1]。

我國(guó)飼料工業(yè)發(fā)展迅速，隨著產(chǎn)值和規(guī)模的提高，采用散裝方式運(yùn)輸飼料是飼料企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的方向性措施之一。但是，目前國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)發(fā)達(dá)企業(yè)開始使用散裝方式運(yùn)輸飼料，要在全行業(yè)推廣散裝飼料運(yùn)輸，還有許多配套技術(shù)要解決，如飼料廠與運(yùn)輸車的對(duì)接問題，運(yùn)輸車與養(yǎng)殖廠對(duì)接問題，所以目前的飼料行業(yè)中廣泛應(yīng)用的還是袋裝飼料[2]。

近些年，我國(guó)在飼料生產(chǎn)加工、包裝方面機(jī)械化發(fā)展迅速，然而對(duì)其配套袋裝飼料的裝車、卸載的機(jī)械化發(fā)展相對(duì)緩慢，這一過程基本依靠人工來完成。為降低飼料包裝卸過程中工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高飼料包裝車作業(yè)的工作效率，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的安全風(fēng)險(xiǎn)，飼料包碼垛裝車機(jī)械的研發(fā)、推廣和應(yīng)用成為當(dāng)前相關(guān)企業(yè)的迫切需求。本文提到的飼料裝車機(jī)，具備了提高碼垛裝車效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、減少安全隱患的功能。同時(shí)，裝車機(jī)中采用的輸送皮帶機(jī)可調(diào)速、可計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)裝車過程的全自動(dòng)化。

1 裝車機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

目前現(xiàn)有的飼料包的碼垛方式是人工碼垛或半自動(dòng)方式，半自動(dòng)方式最常見的兩種方式：一是皮帶機(jī)輸送(如圖1所示)，二是機(jī)器人碼垛(如圖2所示)。

圖1 皮帶輸送機(jī)

圖2 機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案

皮帶機(jī)輸送方式是人工將飼料包搬到皮帶輸送機(jī)上，經(jīng)皮帶機(jī)抬高輸送至車斗上方，再由人工碼到車上。這種直接送到汽車斗上的裝車方法，皮帶輸送機(jī)變幅角度大，能適應(yīng)大、中、小型運(yùn)輸車的裝車高度，減少搬運(yùn)，一定程度上提高裝車效率，但是需要的人工數(shù)量沒有改變，而且存在滾包的安全隱患。

圖2中自動(dòng)化碼垛生產(chǎn)線從左到右依次為：自動(dòng)定量包裝秤、下料口、縫包機(jī)、直線倒袋輸送機(jī)、直角轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)、振打整形輸送機(jī)、壓平整形輸送機(jī)、復(fù)稱測(cè)量及剔除裝置、緩沖輸送機(jī)、自動(dòng)托盤庫(kù)、待碼平臺(tái)和CBT-90碼垛機(jī)器人[3]。

采用碼垛機(jī)器人明顯達(dá)到減員增效，可節(jié)省一筆可觀的人力資源成本。碼垛機(jī)器人的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化的程度，企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)行管理水平將提高到國(guó)際先進(jìn)水平，但是這種裝車方式投資成本高，機(jī)器人不能直接將飼料包碼到車斗上，而是碼到托盤上，再經(jīng)過一次轉(zhuǎn)運(yùn)，即需要叉車將托盤運(yùn)到車斗上，卸載時(shí)也需要叉車將托盤卸下來，并且托盤隨飼料包一起托運(yùn)，車輛的型號(hào)還受托盤大小的限制，提高了運(yùn)輸成本。

目前飼料企業(yè)中的搬運(yùn)工種已很少有人愿意長(zhǎng)期從事下去，僅靠提高搬運(yùn)工的工資并不是有效的解決辦法。當(dāng)今飼料加工企業(yè)正朝著大型化、集團(tuán)化方向發(fā)展，大型飼料企業(yè)自動(dòng)化程度不斷提高，很多大型企業(yè)已逐步嘗試?yán)米詣?dòng)碼垛機(jī)來代替繁重的人工搬運(yùn)工作。由于人力成本的不斷上漲，那么自動(dòng)化生產(chǎn)成本有著明顯的優(yōu)勢(shì)。就目前飼料行業(yè)的技術(shù)裝備發(fā)展水平而言，許多飼料企業(yè)在產(chǎn)品包裝及運(yùn)輸過程中完全可以實(shí)現(xiàn)少人化甚至無人化作業(yè)。

2 自動(dòng)裝車機(jī)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)生產(chǎn)要求,本論文設(shè)計(jì)水平或者非水平帶式輸送機(jī)作為袋裝飼料的主要運(yùn)動(dòng)載體,一方面輸送裝置接過從灌裝線上運(yùn)送過來的袋裝飼料，并通過相關(guān)執(zhí)行構(gòu)件對(duì)袋裝飼料進(jìn)行定位,壓緊。另一方面,裝車主機(jī)接過從帶式輸送機(jī)運(yùn)送過來的袋裝飼料后通過自身運(yùn)動(dòng)將袋裝飼料逐步運(yùn)送至車廂的相關(guān)位置碼垛，從而實(shí)現(xiàn)了裝車操作。整個(gè)堆垛和裝車系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求在特定的時(shí)間里執(zhí)行單個(gè)或者多個(gè)操作。

根據(jù)設(shè)計(jì)意圖,布置整個(gè)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 裝車機(jī)整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)，可以將裝車機(jī)分為3個(gè)部分：①袋裝飼料輸送裝置A；②裝車機(jī)行走與提升裝置B；③裝車主機(jī)C。

2.1 輸送裝置

由于袋裝飼料的灌裝機(jī)到碼垛機(jī)有一定的距離，輸送裝置就是將灌裝線上下來的包裝好的飼料包輸送到碼垛機(jī)上，主要包括水平輸送機(jī)，轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)和移載機(jī)。

轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)，實(shí)現(xiàn)飼料包一定角度的轉(zhuǎn)彎輸送，不改變飼料包和皮帶機(jī)之間的相對(duì)方向。

移載機(jī)，實(shí)現(xiàn)飼料包90度轉(zhuǎn)彎輸送，同時(shí)飼料包與皮帶機(jī)相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)90度。

2.2 裝車機(jī)行走與提升裝置

裝車機(jī)的行走和提升裝置連接著碼垛主機(jī),行走裝置在水平導(dǎo)軌上行走帶動(dòng)主機(jī)前后的移動(dòng)，提升裝置帶動(dòng)主機(jī)上下移動(dòng)，行走和提升裝置能實(shí)現(xiàn)碼垛主機(jī)在Y、Z軸上的平移。

2.3 裝車主機(jī)

裝車主機(jī)上主要有分配機(jī)構(gòu)、卸包機(jī)構(gòu)和碼垛機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中碼垛機(jī)構(gòu)能左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝車機(jī)在X軸方向上的平移。

從灌裝線上下來的飼料包，在皮帶機(jī)上是呈豎直運(yùn)輸?shù)?，?jīng)裝車機(jī)輸送裝置的移載機(jī)時(shí)，飼料包與皮帶機(jī)相對(duì)角度旋轉(zhuǎn)90度，使飼料包在皮帶機(jī)上呈橫向輸送，再經(jīng)輸送裝置的轉(zhuǎn)彎、水平和傾斜皮帶機(jī)輸送至裝車機(jī)主機(jī)上的分配皮帶機(jī)C2-1或C2-2上，C2-1和C2-2交替工作，將飼料包分配到裝車主機(jī)的左右兩個(gè)通道上。當(dāng)C2-1在中間位置接到飼料包后左移與C4-1對(duì)接，將飼料包輸送到C4-1上返回，C4-1接包后右移與C6-1對(duì)接，將飼料包輸送到C6-1上后返回，C6-1前進(jìn)與C10-1對(duì)接，C6-1卸包后返回，C10-1接包后，左或右移將飼料包碼到車斗上；左右通道動(dòng)作一樣，交替進(jìn)行，當(dāng)碼完一排，行走裝置帶動(dòng)裝車機(jī)整體后退碼第二排，這樣從車頭碼到車尾，根據(jù)車輛的型號(hào)確定碼的排數(shù)；當(dāng)碼完一層，提升裝置帶動(dòng)裝車主機(jī)上升碼第二層的第一排，當(dāng)碼完第二層的第一排，行走裝置帶動(dòng)裝車機(jī)整體前進(jìn)碼第二排，這樣從車尾碼到車頭。依此循環(huán)碼垛，直到裝滿整車。

圖4 裝車主機(jī)結(jié)構(gòu)

裝車主機(jī)動(dòng)作循環(huán)如表1所示：

表1 裝車主機(jī)動(dòng)作循環(huán)

從上述方案中可以看出，整個(gè)裝車機(jī)有X、Y和Z軸方向的平移自由度，故可以實(shí)現(xiàn)飼料包在車斗中的有序排列。

裝車機(jī)動(dòng)作流程如圖5所示。

圖5 動(dòng)作流程

3 裝車機(jī)效益分析

如果采用皮帶輸送機(jī)配合人工碼垛，則至少需要4名裝卸工人力將灌裝線上的飼料包抬到皮帶機(jī)上，再由皮帶機(jī)輸送到車斗上方，在汽車上，至少需要2名裝卸工人力將輸送帶上的飼料包碼到車斗上，整個(gè)作業(yè)流程工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、浪費(fèi)人員多和作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)（需要6名裝卸工，平均80 min卸一節(jié)50 t汽車)[4]。

如果采用自動(dòng)裝車機(jī)，灌裝線上的飼料包可直接通過裝車機(jī)碼到汽車上，整個(gè)過程最多只需要2名操作工（1名操作，另1名在設(shè)備旁輔助）即可完成裝車作業(yè)，平均需要50 min裝一節(jié)汽車，可節(jié)省4名裝卸工人力，節(jié)省人力200%，節(jié)約時(shí)間30 min，提高裝車效率37.5%。

原作業(yè)方式，人工成本按每人每天200元計(jì)算，假設(shè)每月30 d工人不休息，每月6人可以裝汽車180節(jié)（8 h×60 min×30 d/80 min=180節(jié)），裝180節(jié)汽車需要支出人工成本6人×200元×30 d=3.6萬元，現(xiàn)在使用多用途袋裝物裝卸機(jī)作業(yè)每月作業(yè)180節(jié)汽車只要19 d（180節(jié)/8 h×60 min/50 min=19 d），每月只需投入人工成本約2人×200元×19 d=0.76萬元。每月同等的裝車數(shù)量，使用一臺(tái)裝車機(jī)，企業(yè)月可節(jié)約人工成本2.84萬元，職工可以額外休息11 d時(shí)間。

4 結(jié)語

自動(dòng)化設(shè)備作為高技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，將成為21世紀(jì)各國(guó)爭(zhēng)奪經(jīng)濟(jì)技術(shù)制高點(diǎn)。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展及勞動(dòng)成本的提高，自動(dòng)化設(shè)備在飼料工業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。使用自動(dòng)化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多批次、連續(xù)生產(chǎn)，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又保證了產(chǎn)品的質(zhì)量[4]。采用自動(dòng)裝車機(jī)明顯達(dá)到減員增效，可節(jié)省一筆可觀的人力資源成本；自動(dòng)裝車機(jī)的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化的程度，企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)行管理水平將提高到國(guó)際先進(jìn)水平。先進(jìn)的工藝，必將對(duì)客戶產(chǎn)生積極的影響，同時(shí)會(huì)相應(yīng)地提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；自動(dòng)裝車機(jī)及其配套生產(chǎn)線，可以實(shí)現(xiàn)飼料加工的無人化操作與智能化管理，性能穩(wěn)定可靠，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益都有較大的提高[5]。