陳 夢

1 現(xiàn)狀

目前中國為世界上最發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)體之一，有許多產(chǎn)業(yè)都排行第一，電解鋁行業(yè)也是如此。但由于我國內(nèi)電解鋁行業(yè)起步較晚雖然產(chǎn)量上去了，但在生產(chǎn)、研發(fā)、環(huán)境保護(hù)、材料再利用，人員設(shè)備安全等方面仍然存在大量的問題亟待解決。而本文所要解決的就是電解鋁行業(yè)面臨的一系列問題之一。即循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約材料、保護(hù)環(huán)境安全、人員安全的措施設(shè)備，其主要原理為利用真空將生產(chǎn)用原料從裝原料的噸袋中吸出卸掉，這樣既解決了噸袋的循環(huán)利用節(jié)約了大筆的噸袋費(fèi)用又減少了原料損失，由于采用的是真空卸料，防止了生產(chǎn)原料的污染保護(hù)了工人健康、為企業(yè)節(jié)約大量的醫(yī)療投入費(fèi)用，可以為國家創(chuàng)造新的巨大效益。

現(xiàn)有包袋卸料形式的狀況：①基本是靠人工卸料，主要在產(chǎn)量低、工藝落后、沒有先進(jìn)電解槽的私營小企業(yè)。②由于沒有自動卸料設(shè)備，基本采用人工割袋，工人在高粉塵環(huán)境下作業(yè)，人員的職業(yè)健康和安全風(fēng)險較大且無保障。純?nèi)斯じ畲盗蟹绞狡茐牧藝嵃耐暾?，噸包袋達(dá)不到重復(fù)使用的目的，而且存有積料現(xiàn)象嚴(yán)重。③有卸料設(shè)備裝置的但需將料袋上部割開，或?qū)⒖芍貜?fù)使用的噸袋下部解開進(jìn)行卸料。該種卸料方式總體可行，但加大了企業(yè)負(fù)擔(dān)，噸包袋造價較高，目前市場上1.5t 的氧化鋁粉噸包袋最常用價格為60 元/個～100 元/個，而可重復(fù)使用噸包袋價格在200 多元/個，而且由于底部可拆解，底蓋兒為塑料材質(zhì)，很容易損壞，循環(huán)使用次數(shù)不佳，特別在較寒冷的地區(qū)使用，效果更差，而且積存料嚴(yán)重，人工清料料袋較為困難。④采用翻袋機(jī)或翻袋框卸料，需配大量的除塵設(shè)備，一般而言，每套裝置需配備一套30kw ～70kw 除塵設(shè)備，總投資約200 萬～500 萬左右，而且仍需人工清理包袋，并存有積料2kg ～3kg。

以上四種情況與真空卸料設(shè)備比較如下。

表1 現(xiàn)有包袋卸料狀況與真空卸料設(shè)備對比

由以上可見氧化鋁粉的真空卸料裝置是電解鋁行業(yè)的必然選擇。國內(nèi)目前企業(yè)卸料方式的現(xiàn)狀列舉如下。

表2 國內(nèi)不同地區(qū)電解鋁企業(yè)的卸料方式

真空卸料方式裝置市場開發(fā)單位沈陽博達(dá)機(jī)械有限公司，該公司是目前為止集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)袋裝粉料卸料裝置的單位，具有獨(dú)立的知識產(chǎn)權(quán)，開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)形成系列。按功率來分，從30kw ～90kw 都有；按產(chǎn)量分，從10t/h——20t/h——30t/h——40t/h——60t/h 都有。其產(chǎn)品采用一品一策的設(shè)計(jì)思路，每個單位的產(chǎn)品都從實(shí)際出發(fā)單獨(dú)開發(fā)、單獨(dú)測算、單獨(dú)設(shè)計(jì)、單獨(dú)生產(chǎn)，適用于國內(nèi)各種產(chǎn)業(yè)，并且得到了相關(guān)設(shè)計(jì)部門的認(rèn)可。

2 研發(fā)歷程

袋裝粉料卸料裝置歷經(jīng)5 年～6 年的調(diào)研、設(shè)計(jì)、樣機(jī)制作、生產(chǎn)、交付用戶、再設(shè)計(jì)、在制作樣機(jī)反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)。再設(shè)計(jì)再試驗(yàn)的過程走過了從一代機(jī)到二代機(jī)、三代機(jī)、四代機(jī)的艱難歲月，付出了常人難以想象的困苦和巨大的經(jīng)濟(jì)投入，終于研發(fā)出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的真空卸料設(shè)備。該成果解決了困擾多年的噸袋只能用人工破袋方式或液壓割包翻轉(zhuǎn)卸料的難題，可以最大限度的在保證噸袋不破損的前提下將生產(chǎn)原料卸出，保證噸袋的循環(huán)使用。而且該設(shè)備還有包裝、破碎、清掃，自潔功能，不失為一款為相關(guān)行業(yè)量身定做的卸料設(shè)備具有廣闊的發(fā)展前景。

當(dāng)然國內(nèi)各企業(yè)卸料情況千差萬別就我們調(diào)研的結(jié)果至少有5 種方式如：地上料倉式，地下料倉式、半地下筒倉式，濃相輸送式等。每一種卸料平臺的不同都意味著要有一種相對應(yīng)的卸料設(shè)備。

3 設(shè)備組成

該袋裝粉料卸料設(shè)備由以下部分組成：

（1）粉料輸送裝置，雙輸送鍋十送料。

（2）工作人員平臺。

（3）吸料頭：￠324 防塑網(wǎng)。

（4）吸料臂：￠200。

（5）配氣套管：￠273。

（6）托拉套管：￠42 度（含拉緊器）。

（7）正壓氣體套管可伸縮。

（8）管件密封套。

（9）折疊外套。

（10）齒條、齒輪。

（11）自帶制動器變頻電機(jī)減速-0.5kw ～1kw。

（12）電機(jī)減速機(jī)安裝平臺。

（13）齒輪齒條定位平臺。

（14）方型套管伸縮對接平臺。

（15）正壓氣體分配器。

（16）正壓氣體軟管。

（17）管件連接法蘭。

其中，α∈[0,1]用于控制兩種隱式信任對預(yù)測評分影響的重要性.特別地，當(dāng)α=0意味著只考慮信任u的用戶帶來的隱式影響，α=1意味著只考慮u信任的用戶帶來的隱式影響.

（18）料打料特制彎頭。

（19）推拉式閘板閥：300*300。

（20）電動閘板閥￠100。

（21）圓管與方管連接用天圓地方接頭。

（22）物料分離器水平進(jìn)入式（頂端進(jìn)入式）。

（23）脈沖貯氣罐。

（24）脈沖閥。

（26）電加熱纏繞電阻絲線。

（27）一立方壓縮空氣儲罐。

（28）物料篩分器。

（29）閉鎖器。

（30）重壓下料器。

（31）防磁連接器。

（32）正壓出氣管。

（33）正壓氣體分配室。

（34）大型閘板閥。

（35）消音箱。

（36）大型三通連接件。

（37）包裝機(jī)械平臺。

（38）破碎機(jī)械平臺。

（39）羅茨泵 132kw、IP56。

（40）一二三級防噪器。

（41）橡膠接頭。

（42）動力電源箱。

（43）控制柜。

（44）現(xiàn)場操作臺。

（45）變頻控制器。

（46）防腐蝕處理。

（47）電線電纜。

（48）夾心套管。

（49）內(nèi)凸型法蘭。

（50）導(dǎo)向型豎管。

4 重大改進(jìn)

4.1 吸頭的重大改動

原一代機(jī)，二代機(jī)的吸頭為固定式，為了解決內(nèi)膜塑料袋堵塞問題采取了兩種主要的方式方法。一種是采取了撐起袋子的加工生產(chǎn)工藝，試驗(yàn)了幾百次全部失敗，即使個別能將袋中的原料卸掉仍然不能將袋中的粉料全部卸凈，無法完成生產(chǎn)需求的指標(biāo)。第二種是采用全自動方式，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)雖然能夠?qū)⒘闲秲簦ぷ餍侍?。卸料?shù)量跟不上生產(chǎn)要求，浪費(fèi)大量的能源，每小時卸料量僅能達(dá)到18 噸/小時和本身設(shè)計(jì)的指標(biāo)40t/h ～70t/h 相差太遠(yuǎn)。因此加大投入進(jìn)行了三代機(jī)吸頭的改進(jìn)試驗(yàn)工作，在將近二年的改進(jìn)試驗(yàn)，再改進(jìn)試驗(yàn)終于取得了重大突破，解決了塑料袋堵塞問題達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)產(chǎn)量。找出了第三代袋裝粉料卸料設(shè)備的全部問題。針對這些問題又進(jìn)行了全面設(shè)計(jì)，可以說經(jīng)過三代機(jī)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品最終走向了全方位的成熟。

吸頭的主要改進(jìn)如下：

（1）、吸頭由單純的吸料改為了邊吸料邊抽袋結(jié)構(gòu)，最后殘余原料采用正負(fù)壓等值輸送原理。

（2）、吸頭在工作時采取了可以隨時保持內(nèi)部氣壓平衡的設(shè)計(jì)，解決了吸料工作至最后余料無法卸凈的問題。

（3）、吸頭采取雙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸料、補(bǔ)氣、增壓抽袋、防漏料、防堵塞一次全部解決。

（4）、吸頭在吸料的尾端增加了壓力開關(guān)，當(dāng)壓力達(dá)到一定值后正壓補(bǔ)氣開關(guān)打開向塑料袋內(nèi)注入與負(fù)壓等量的氣體保證負(fù)壓值與正壓值相等將余料全部卸凈。

4.2 輸送系統(tǒng)的改進(jìn)

一代機(jī)的原料輸送采用的是皮帶機(jī)輸送但原料容易在底部形成積料。

二代機(jī)采用的雙鍋體循環(huán)上料方式但帶來了時間上的延遲。

針對上述問題又重新設(shè)計(jì)了新的垂直鍋式輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分采用了依靠重力下料的集料方式，將直徑1200mm 的原料吸到最后時候原料自動集聚至鍋底協(xié)助吸料完成。

4.3 閥門系統(tǒng)的改進(jìn)

一代機(jī)、二代機(jī)、三代機(jī)的吸送試驗(yàn)表明偶有閥門需要關(guān)閉時關(guān)不上、需要打開時打不開，閥門的響應(yīng)能力很差。因此針對這一問題進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)將閥門設(shè)計(jì)為一大一小，開啟關(guān)閉方式。當(dāng)需要打開大閥門時先開小閥門，使缸內(nèi)真空壓力下降，隨后將大閥門打開。有效的解決了此難題。

另外整個卸料系統(tǒng)共設(shè)定了7 處閥門各有其能互為配合。主要分設(shè)為管道閥門2 組，下料閥門2 組，壓力回轉(zhuǎn)閥門2組，重力下料閥門1 組。

4.4 料氣分離缸的改進(jìn)

袋裝粉料卸料裝置所采用的料氣分離缸一代二代和三代產(chǎn)品都是以布袋作為料氣分離的核心部件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

①壽命較短。②常由于負(fù)壓太大造成布袋從碗口抽出容易跑料密封不嚴(yán)。③水平分布式缸蓋漏氣嚴(yán)重造成負(fù)壓不穩(wěn)。因此必須對氣料分離器進(jìn)行徹底改造。

改造的目的和標(biāo)準(zhǔn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化

（2）耐磨、耐用、適合長時間使用不損壞

（3）減少體積、增加過濾面積

（4）密封簡單方便、絕對可靠。

4.5 壓縮空氣系統(tǒng)的改進(jìn)

卸料裝置的氣料分離及部分閥門的開啟適合使用氣缸作為執(zhí)行動力源。但氣缸的使用及脈沖閥的使用容易在冬季時結(jié)冰造成臨時故障。因此最好選用電機(jī)作為動力來源，實(shí)在擺脫不了使用壓縮空氣做為動力來源時，要將壓縮空氣存貯在緩沖氣缸中并經(jīng)過脫油脫水設(shè)備的處理才能使用。而且冬季為保證壓縮空氣的使用所有與設(shè)備聯(lián)結(jié)的管道都要用電伴熱帶纏繞上并保溫。

4.6 設(shè)備在現(xiàn)場的安裝防磁制作

袋裝粉料卸料裝置在生產(chǎn)完畢后需要到使用現(xiàn)場進(jìn)行組裝但由于電解鋁所用的電解電流為直流電源會產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，導(dǎo)致周邊300m ～400m 范圍的強(qiáng)磁場嚴(yán)重干擾焊接等安裝工作。因此導(dǎo)致設(shè)備的安裝電焊接合方式效率不高、難度較大，所以必須充分考慮如何保證最大限度的采用螺栓連接工藝，盡量減少焊接作業(yè)環(huán)節(jié)。將設(shè)備底座盡可能采用預(yù)埋螺栓連接方式進(jìn)行組裝。

4.7 重力下料器的改進(jìn)

重力下料器是保證卸料裝置能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此重力下料器必須精心制造全環(huán)節(jié)由機(jī)加工制造組裝，真正做到封得住料，關(guān)的嚴(yán)、開的快、耐使用、免維護(hù)。

5 設(shè)備分類

（1）按照卸料的實(shí)際應(yīng)將袋裝粉料卸料設(shè)備分為地上卸料式雙頭進(jìn)一式，即雙工位卸料統(tǒng)一進(jìn)入料倉型式。

（2）可以將卸料方式分為上部雙螺旋進(jìn)料，下部單通道下料地下料倉式。

（3）還可以將卸料設(shè)備設(shè)計(jì)成中部分流式雙下料方式由高壓罐分貯原料分別輸送式。

（4）可以根據(jù)用戶需要將卸料設(shè)備直接與濃相輸送設(shè)備直接采用間斷式卸料輸送方式。

（5）除以上四種情況外應(yīng)根據(jù)用戶的需求，因地制宜靈活設(shè)計(jì)適合用戶需求。

6 控制流程工藝程序

袋裝粉料卸料裝置的工藝流程如下：

上料→解袋→扎口→吸料→抽袋→供氣→停氣→結(jié)束吸料→解袋→準(zhǔn)備→下一輪吸料。

7 電器控制流程

第一步啟動主機(jī)，啟動變頻控制柜，檢查各部位動作是否正常，并逐位確認(rèn)正確無誤。

第二步人工裝袋到上料輸送平臺上并將料袋口解開準(zhǔn)備卸料。

第三步 啟動平臺將解開袋口的粉料袋送至吸料位置并將塑料防潮袋固定到最外側(cè)的抽袋機(jī)構(gòu)上，然后開始真空卸料，卸料一分鐘左右到最后將正壓氣體閥門打開同時將輸出遠(yuǎn)端閥門關(guān)閉，使用正壓氣體迅速到達(dá)料袋底部將余料吸凈卸干凈。完成第一袋的卸料工作。同時關(guān)閉第一吸料口的閥門，摘下料袋放入包裝輸送機(jī)構(gòu)，然后啟動平臺輸送料袋進(jìn)入第二工位下一步卸料。

電器操作箱的程序是啟動主機(jī)30s，啟動輸送平臺運(yùn)料，將料袋袋內(nèi)塑料袋扎到吸料口抽袋機(jī)構(gòu)上。啟動吸料開關(guān)開始吸料同時啟動抽袋機(jī)構(gòu)吸料的時間為60s，待粉料基本吸凈后啟動加壓開關(guān)10s 然后關(guān)閉加壓工作，做完第一平臺的吸卸料工作。然后再關(guān)閉吸料第一工位同時進(jìn)行第二工位的工作流程。總的卸料效率能力不少于40t/h。

8 耐磨材料

耐磨材料的好壞直接關(guān)系到袋裝粉料卸料設(shè)備的成敗，所以在耐磨材料的選擇上是非常重要的，因此我們選擇兩種耐磨材料解決主要部分的耐磨問題。一是采用外購陶瓷彎頭，二是采用料打料方式和做大徑彎頭。吸頭采用40Cr 材料解決吸頭耐磨問題。

9 經(jīng)濟(jì)及社會效益分析

袋裝粉料卸料裝置是國內(nèi)首款既能卸袋裝粉料又能裝卸多種類材料的真空卸料或送料設(shè)備?？梢蚤_發(fā)設(shè)計(jì)或多種類型適用多個行業(yè)使用的系列產(chǎn)品。目前重點(diǎn)開發(fā)的是電解鋁行業(yè)、將來還可以在化工煉油企業(yè)、糧食加工、飼料加工等行業(yè)使用。目前在電解鋁行業(yè)的使用目的為兩個重要環(huán)節(jié)。一個是防止揚(yáng)塵環(huán)境污染，解決粉塵給環(huán)境和工人健康帶來的巨大危害。二是為了循環(huán)經(jīng)濟(jì)服務(wù)解決企業(yè)包裝材料由一次使用即報廢到可以使包裝袋重復(fù)使用的難題。

例如每套設(shè)備按三班倒，每班按運(yùn)行工作7h，每小時40t。單臺套上料與傳統(tǒng)割包上料的單臺工位的能力、人工持平；用電負(fù)荷與原工藝除塵系統(tǒng)動力負(fù)荷基本相當(dāng)。如果保守按能重復(fù)使用兩次包裝袋的100 萬噸電解鋁企業(yè)計(jì)算，僅這一項(xiàng)每年可節(jié)省噸袋費(fèi)用約：40 元/個×［（1.92t/TAl×100 萬TAl）÷1.4t/包÷2］=2743 萬元。并且大大改善現(xiàn)場工作環(huán)境，避免了每兩年輪換一次防止粉塵對工人健康的嚴(yán)重危害。如果將此設(shè)備用于其它無防潮袋的行業(yè)，工作效率更高可達(dá)70%。為企業(yè)帶來更高的節(jié)約效益。由以上分析該設(shè)備用途廣泛具有很大的市場空間。

10 結(jié)論

袋裝粉料卸料設(shè)備歷經(jīng)磨練終于走出困境迎來了它的新生，研究開發(fā)的過程是一個認(rèn)識自然、改造自然的過程；是從不認(rèn)識到認(rèn)識后升華的過程；是柳暗花明又一村的過程?？偨Y(jié)而來以下幾點(diǎn)必須重點(diǎn)把控，否則會一招失誤，前功盡棄。

（1）吸頭套管，必須采用直管進(jìn)料死管保護(hù)的吸料模式。否則會出現(xiàn)上不去，下不來，無法吸料的現(xiàn)象發(fā)生。

（2）料氣分離罐上連接的吸料閥門的開啟。必須遵循先泄壓再開啟的原則。否則會出現(xiàn)想打開閥門卻打不開，想關(guān)閉閥門又關(guān)不上的囧境。

（3）吸料閥門上的開口應(yīng)外小里大即吸的方向應(yīng)小口徑，入的方向?yàn)榇罂趶?。主要目的為①減少原料對密封的沖擊，②減少內(nèi)部腔壓，使分離罐達(dá)穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）吸料管與補(bǔ)氣管之間的齒條位置應(yīng)設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，保證正壓氣體的輸入壓力不受影響使最后的卸料干凈徹底。

（5）裝噸袋的鍋體尺寸不變，但下部的托架應(yīng)選用重型工字鋼扣雙面板材做底支架，滾輪要設(shè)置在內(nèi)部，不影響運(yùn)行。

（6）不論何種結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置塑料碎屑清理裝置，防止給下一道工序帶來危害。