文/張志勇 高志遠 李 增 李 遙 夏元金（安徽金種子酒業(yè)股份有限公司）

中國白酒是世界六大蒸餾酒之一，風味獨特，經濟價值高。固態(tài)蒸餾是將糧谷類作物通過發(fā)酵后所得到的酒醅裝入甑桶內，通過甑桶蒸餾來提取酒醅顆粒內部的乙醇和各類風味物質的過程。蒸餾是白酒釀造的關鍵工藝環(huán)節(jié)，而蒸餾效率的關鍵又在于上甑操作。目前，白酒釀造領域存在傳統(tǒng)的人工上甑和機械化上甑兩種不同的上甑方式。傳統(tǒng)的人工上甑方法由釀酒師傅用撮箕將酒醅一層一層地均勻鋪在甑桶內，需滿足“探汽上甑，均撒勻鋪”的操作要求，以達到產酒、提香的目的。人工上甑的勞動強度大，且酒質和產酒率均受人為因素影響較大；機械化上甑分為智能化程度高的機器人上甑和簡易的機械化設備上甑，抖動式、旋轉式為應用較廣泛的兩類上甑機器人。既往的實際生產中，機器人上甑往往存在“探汽不準、鋪料不均”等問題，影響酒質和產酒率。如何實現(xiàn)人工與機械的有效結合，協(xié)調完成上甑操作并避免“探汽不準、鋪料不均”等問題，滿足上甑操作的工藝要求，是白酒釀酒行業(yè)急需解決的重要問題。

為此，我單位引進了某型號酒醅上甑機器人，并從其主要結構特點、工作原理和生產應用等方面進行分析和探討。應用結果表明，該酒醅上甑機器人具有結構簡單、易操作、易清洗、減輕工人勞動強度等特點，提高了固態(tài)發(fā)酵酒醅的上甑效率，并有利于防止原酒的蒸餾損失，設備的操作安全性能較高。

一、對上甑機器人的要求

作為白酒釀造的核心工序，上甑對有效保證酒的質量和產量具有重要作用。傳統(tǒng)的上甑工藝大多采用人工布料方式，人工酒醅上甑勞動強度較大，生產效率、質量和出酒率受人為因素影響大，人工成本高、招工難、企業(yè)負擔較重。目前市場已有的上甑機器人多采用“標準多關節(jié)機器人配末端執(zhí)行布料機構”的形式來實現(xiàn)布料，其不足在于：每次布料時均需要預先接滿酒醅料，且僅能實現(xiàn)一個機器人布一個甑，效率較低；未能對甑內溫度實現(xiàn)智能化監(jiān)控，布料效果欠佳，出酒率與人工布料相比不具優(yōu)勢。引進的酒醅上甑機器人避免了上甑過程中人為因素造成的不良影響，降低了用工成本，有助于實現(xiàn)釀酒的全面機械化和自動化，解決目前市場上上甑機器人布料效率低的不足，提高了出酒率。

二、上甑機器人的結構特點、工作原理及其應用

1.結構特點

圖1 左圖為酒醅上甑機器人的主要結構，其中立柱部分是由動臂和定臂構成的立柱和用于升降立柱高度的立柱升降機構組成，大臂部包括大臂支座、螺旋輸送機構，小臂部包括小臂旋轉機構、小臂擺動機構、落料斗等?；O置于立柱的下方，立柱的上方通過大臂旋轉機構與大臂的一端連接，大臂的另一端固定連接小臂連接座，小臂連接座通過小臂旋轉機構與小臂連接。小臂主軸為空心軸，其下端通過小臂擺動機構連接落料斗。螺旋輸送機構設置于大臂支座的上部，其進料端設有進料斗，其出料端通過小臂主軸連通落料斗。

圖1 右圖為立柱的詳細結構，立柱升降機構包括平衡氣缸和絲杠螺母，平衡氣缸位于基座內，其活塞桿通過氣缸頂套和頂套法蘭與動臂相連，動臂上端面與大臂部相連。絲杠螺母的絲杠通過聯(lián)軸器與上下電機相連，絲杠螺母通過上下滑座與動臂相連。

圖2 是酒醅上甑機器人大臂部與小臂部的主要結構。大臂旋轉機構包括位于大臂支座內的旋轉電機和RV 減速機，旋轉電機通過旋轉電機過度法蘭與RV 減速機的輸入端連接，RV 減速機外圓與大臂支座相連，RV 減速機內圓端面與動臂相連。小臂旋轉機構設置于小臂連接座上，其包括旋轉電機減速機組、皮帶輪組，旋轉電機減速機組通過皮帶輪組驅動小臂主軸旋轉。小臂擺動機構包括相互連接的擺動電機減速機組和減速機吊耳，減速機吊耳固定于小臂主軸上，擺動電機減速機組與落料斗直接連接。

2.工作原理

圖1 酒醅上甑機器人的主要結構

圖2 酒醅上甑機器人大臂部與小臂部的主要結構

皮帶輸送機是配套設備，可以將酒醅輸送到上甑機器人的進料斗（模仿工人運送酒醅），再經過機器人上甑將酒醅均勻鋪撒在酒甑里（模仿上甑技師作業(yè)）。配套設置的熱源檢測識別系統(tǒng)主要用于檢測蒸汽分布情況，并引導布料頭將酒醅準確布撒到將要穿汽的地方（相當于上甑技師的眼睛）。配套設置的工作面形態(tài)探測系統(tǒng)，可以檢測酒醅鋪撒的厚度或均勻性（相當于上甑技師的眼睛）。該型號酒醅上甑機器人的立柱部可以實現(xiàn)升降運動，能隨著酒醅布料層面增高而上升（模仿人起身和俯身）；大臂部可以實現(xiàn)180°旋轉，能夠在兩個酒甑間切換（模仿一人照看兩甑）；小臂部有兩個動作，360°旋轉和90°擺動，可以模仿人工在酒甑上實現(xiàn)布料動作（模仿人工手動鋪料）。

熱源探測識別系統(tǒng)主要用于檢測蒸汽分布情況，紅外傳感器用于識別熱源位置并向控制器發(fā)送實時數(shù)據，熱源探測識別系統(tǒng)的激光測距傳感器用于感知距離并向控制器發(fā)送實時數(shù)據，引導布料頭將酒醅準確布撒到將要穿汽的地方?？刂破魍ㄟ^其內嵌的軟件結合紅外傳感器和激光測距傳感器傳來的實時數(shù)據計算出熱源的絕對坐標，同時屏蔽掉紅外傳感感知的罐體內壁的余溫，實現(xiàn)“見汽壓醅”，溫差布料法避免了酒精蒸汽散失，提高了出酒率。

3.應用分析

白酒蒸餾的摘酒操作是釀酒的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的“看花摘酒、量質摘酒和分段摘酒”通常取決于摘酒工的水平和經驗，難以保證出酒率和優(yōu)質酒率。應用機器人上甑后，蒸餾過程中酒花均勻、過酒較快，摘酒操作較好掌握。在生產應用過程中，該型號酒醅上甑機器人還具有如下顯著特點：

（1）模仿人工作業(yè)。上甑設備能自動上甑，一臺上甑機器人負責2 個或3 個酒甑，無須人工輔助；布料頭可以實現(xiàn)360°旋轉和90°擺動，模仿人工布料動作，也可以自動升降，隨著酒醅布料層面增高而上升，出料口自動跟隨貼近料面布料，保證不砸料、不堆積、不起團；酒醅輸送通過輸送機可實現(xiàn)連續(xù)供料，將酒醅送到甑口；上甑時間可根據工藝要求在30～40 min/甑范圍內調節(jié)。

（2）遵循傳統(tǒng)工藝。采用熱源識別系統(tǒng)來檢測蒸汽分布情況，并引導布料頭將酒醅準確布撒到將要穿汽的地方，實現(xiàn)連續(xù)“探氣上甑”；采用工作面形態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來檢測酒醅鋪撒的厚度或均勻性；可自動控制酒甑、甑蓋、蒸汽大小等，也能單獨手動控制，實現(xiàn)蒸汽控制與機器人布料動作聯(lián)動。

（3）安全性較高。機器人布料時運動部分只能在酒甑直徑范圍內移動，不超出甑體范圍，所有設備活動范圍有警示標志，配套有機械安全防護和電氣安全防護，運行安全；設備與原料接觸部分采用食品級材質設計制作，設備也具備防酸、防腐、防潮等特性，衛(wèi)生安全。

（4）設備清洗方便。具有自動清潔功能，能完成80%的清潔工作，省時省力。

（5）軟件配置可靠。軟件配備主要有機器人控制器、控制軟件、熱源檢測識別系統(tǒng)、工作形態(tài)探測系統(tǒng)，具有獨立知識產權，性能穩(wěn)定可靠。

酒醅上甑機器人在進行上甑操作時，首先通過立柱升降機構調節(jié)立柱的高度，以使機器人能適應相應蒸餾甑的作業(yè)要求，小臂上的熱源感知系統(tǒng)和激光測距系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測甑內溫度并迅速確定最高溫度坐標位置；隨后，大臂旋轉機構驅動大臂旋轉到落料區(qū)，小臂旋轉機構驅動小臂旋轉，對落料方向進行進一步調整；最后，小臂擺動機構驅動落料斗擺動，實現(xiàn)最終均勻、高效地布料。如此循環(huán)作業(yè)。由于安裝了紅外成像設備，當感知到酒甑溫度開始變化、酒醅下已有蒸汽但還未冒出時，上甑機器人的布料機構裝置迅速而均勻地將酒醅鋪撒在酒甑內，如此往復相應動作，最后蓋上甑蓋進行蒸餾。表1 是采用機器人上甑的使用效果。

表1 采用機器人上甑的使用效果（清香型釀酒車間）

由表1 中的使用效果分析可知，機器人上甑的單甑產量較人工上甑的單甑產量平均高出4.3 kg 左右，機器人上甑時間比人工上甑時間少1.7 min，機器人上甑產量與時間均符合工藝要求；同時，機器人上甑出酒率與斷尾濃度均優(yōu)于人工上甑。

三、結語

機器人技術應用于白酒釀造領域，對解決釀酒行業(yè)的工作環(huán)境差、招工難等問題具有積極的現(xiàn)實意義，對白酒釀造設備向機械化、智能化釀造成套設備轉型也具有重要意義。當前，酒醅上甑機器人配旋轉酒甑是應用較好的蒸餾方式，但實現(xiàn)精準探氣和精細化鋪料操作等較難控制，尤其是應用于某些物料黏度較大的香型白酒時更難控制。因此，還需要進一步改良上甑機器人，以更好地滿足各種香型白酒酒醅的上甑工藝要求。實現(xiàn)精準探氣、精細鋪料、解決漏氣等問題是酒醅上甑機器人提高上甑質量的關鍵。上甑機器人在白酒釀造生產中的應用，有利于推動白酒釀造行業(yè)的機械化，為我國白酒產業(yè)的快速發(fā)展提供動力。