工業(yè)導(dǎo)爆索自動化生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研究

薛海洋,曲思佳,徐翠榮

(湖北帥力化工有限公司,湖北 咸寧 437300)

0 引言

工業(yè)導(dǎo)爆索主要由太安和纖維包纏物組成,其中太安是感度僅次于起爆藥的單質(zhì)炸藥,國外曾經(jīng)在太安的使用和運輸過程中發(fā)生過多次爆炸傷亡事故[1-3]。 目前,國內(nèi)在導(dǎo)爆索制索生產(chǎn)線上傳送藥和添加藥(太安)的過程基本上采用人工方式。僅有個別企業(yè)引進工藝,在制索機上部增設(shè)自動添加藥設(shè)備,而各工位輸送和分配炸藥仍由人工進行,這樣的生產(chǎn)工藝在安全生產(chǎn)方面存在以下不足或安全隱患[4-7]:

1)制索工房走廊內(nèi)物流和人流交叉頻繁,給生產(chǎn)留下潛在安全隱患。

2)給制索機添加炸藥時需要停機方可進入抗爆間,既影響生產(chǎn)效率,又給作業(yè)人員造成潛在危險。

《“十四五”民用爆炸物品行業(yè)安全發(fā)展規(guī)劃》中指出,通過提升行業(yè)數(shù)字化、智能化水平,加強智能制造支撐供給能力,深入推進智能制造,實現(xiàn)智能化、無人化,確保生產(chǎn)人員的安全,堅持人民至上、生命至上[8]。

為解決上述問題,研發(fā)一種能夠自動輸送添加藥的系統(tǒng)尤為重要。 本研究在某企業(yè)現(xiàn)有工房布局和制索機設(shè)備布置的條件下實現(xiàn)項目樣機設(shè)備安裝配置和工業(yè)化應(yīng)用。 該車間制索工房內(nèi)配有12 臺制索機組,分成2 個獨立的生產(chǎn)單元,每單元由6 臺獨立制索機組成,配套1 個太安炸藥暫存室和1 個控制室。 其研究內(nèi)容主要包括:

1)利用現(xiàn)有炸藥暫存間(抗爆間室),該抗爆間室原設(shè)計藥量為24 kgTNT 當(dāng)量,本次改造在該抗爆間室內(nèi)配備1 套自動循環(huán)貯藥-供藥傳送裝置,設(shè)計炸藥分配平臺最多為12 盒,每盒裝太安量根據(jù)生產(chǎn)導(dǎo)爆索的規(guī)格確定。

2)以現(xiàn)有1 個炸藥暫存間及6 個相鄰的制索間為1 個單元,配置1 組輸送系統(tǒng),為6 臺制索機供藥,每組系統(tǒng)由1 套炸藥加藥裝置和1 套空盒回傳裝置組成。 本項目設(shè)置2 個單元,配置2 組自動輸送加藥系統(tǒng)。

3)每個制索間內(nèi)設(shè)置1 套自動添加炸藥和空盒回收裝置。

4)設(shè)置2 套自動輸送加藥系統(tǒng)控制柜,分別設(shè)置在工房兩端的第1 個制索機組控制室內(nèi)。

1 工作原理

1.1 自動傳送系統(tǒng)

設(shè)計、制作炸藥自動傳送、分配設(shè)備系統(tǒng)1 套,架空安裝在泄爆屏院內(nèi)工房一側(cè),距地面的高度為2.2 m。 傳送裝置設(shè)置在“C”形鋼制防護通道內(nèi),通道開口朝向泄爆面一側(cè)。 在每個制索間泄爆窗外設(shè)置1 個藥盒傳遞窗口,出藥窗口外側(cè)設(shè)置1 個帶有進出安全門的藥盒暫存室,用于存放帶藥藥盒,并與制索間及傳送通道保持安全隔離;空盒回盒窗口設(shè)置一道安全防護門,該門為常閉,只有當(dāng)需要回盒時,安全門才開啟。

1.2 藥盒抓取設(shè)備(機械手)

保障安全、有效、穩(wěn)定地抓住藥盒,自動完成相關(guān)的操作。 為保證抓手結(jié)構(gòu)的強度,采用導(dǎo)桿式氣動相對張合式抓手,對于具有伸縮功能的抓手[3],選配最大伸出撓度小于設(shè)計要求規(guī)格的直線導(dǎo)桿,以保證抓手伸出抓取時的位置精度和穩(wěn)定性;對于要求具備抓手旋轉(zhuǎn)、藥盒翻轉(zhuǎn)(倒藥)功能的抓手,配備相應(yīng)規(guī)格、功能的氣動元件,以實現(xiàn)抓手的綜合功能。

每次傳送太安最大藥量為2 kg,根據(jù)太安炸藥的堆積密度和藥盒裝藥系數(shù),確定藥盒的規(guī)格尺寸,藥盒高度為200 mm、外徑為150 mm。 由此確定抓手規(guī)格(抓握直徑)為150 mm;額定抓取重量為3 kg。 機械手樣機外形結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。

圖1 取藥傳送機械手

圖2 藥盒上下皮帶傳送機械手圖

1.3 藥盒水平傳送

為減小傳送時藥盒與承載平臺的摩擦,氣缸水平傳送采用氣缸承載傳送[9-10]。 1 個供藥傳送分配單元設(shè)備為6 個制索單元供藥,藥盒傳送距離較長,最長的有36 m,最短的也有4.5 m。 為防止意外爆炸發(fā)生時,沖擊波波及整個鋼通道,采用皮帶機組串聯(lián)方式,即由3 臺長12 m 的皮帶線組成1 個皮帶傳送單元,為縮短皮帶機組安裝鋼通道內(nèi)的沖擊波傳播距離,在2 臺皮帶機之間設(shè)置1 道隔離防護門和1 套藥盒機構(gòu),以實現(xiàn)藥盒傳送時在2 個皮帶間的過渡,以防殉爆。 氣缸承載傳送采用無桿氣缸+載盒平臺的設(shè)備方案實現(xiàn)藥盒的水平傳送。 藥盒水平傳送裝置如圖3 所示。

圖3 藥盒水平傳送裝置圖

1.4 安全控制

炸藥自動供藥-傳送-加藥系統(tǒng)除自身安全聯(lián)鎖控制[11]外,還分別與各制索抗爆間室及制索機組建立安全聯(lián)鎖控制,以達到下列安全控制和管理要求:

1)當(dāng)自動供藥、傳送部分設(shè)備發(fā)生運行故障時,該部分設(shè)備系統(tǒng)自動停止運行并報警;

2)當(dāng)某一制索單元的自動加藥系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障時,該單元自動加藥系統(tǒng)設(shè)備自動停止運行并報警;

3)當(dāng)某一防爆間室的安全門被打開后,各相應(yīng)工房的自動加藥系統(tǒng)設(shè)備自動停止運行、傳送系統(tǒng)面向該工房的藥盒進出通道自動關(guān)閉自鎖;

4)當(dāng)某一制索機組停止運行期間,該工房的自動加藥系統(tǒng)設(shè)備自動停止運行、傳送系統(tǒng)面向該工房的藥盒進出安全通道自動關(guān)閉自鎖;

5)炸藥傳送單元實行單盒傳送,即任何時刻只有一盒藥,防止藥盒在傳送過程中殉爆;

6)各單元藥盒暫存室藥盒進出通道設(shè)置安全隔離門,且互相聯(lián)鎖控制;

7)暫存分配藥室、傳藥機械手、加藥機械手及各制索間設(shè)置視頻監(jiān)視裝置,以監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備運行實況狀態(tài)。

1.5 機組安全防護要求

本系統(tǒng)所有涉及炸藥盒分發(fā)、皮帶輸送、機臺添加操作均設(shè)置在抗爆間室內(nèi)或泄爆屏院內(nèi)的定向泄爆防護鋼筒內(nèi),最大限度地實現(xiàn)了人與機器隔離、炸藥輸送系統(tǒng)與制索機隔離。 導(dǎo)爆索生產(chǎn)工房太安自動傳送-添加系統(tǒng)設(shè)備布置如圖4 所示。 系統(tǒng)采用安全聯(lián)鎖控制模式,當(dāng)生產(chǎn)場地內(nèi)有人、安全門未關(guān)閉或機械故障時,機組將自動停止運行,并進入安全保護狀態(tài);配合生產(chǎn)企業(yè)危險工房內(nèi)設(shè)置的視頻監(jiān)控、自動記錄裝置,實現(xiàn)了遠距離監(jiān)控和管理。

圖4 太安自動傳送-添加系統(tǒng)布置平面圖

2 試驗數(shù)據(jù)

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

1)系統(tǒng)運行工藝技術(shù)參數(shù)的設(shè)計及傳送能力核算

1 個太安暫存-傳送-分配子系統(tǒng)為6 臺制索機供藥,1 套供藥傳送系統(tǒng)的傳送能力要滿足6 臺制索機同時生產(chǎn)運行時對生產(chǎn)原料太安的供藥要求。 系統(tǒng)設(shè)備運行安全技術(shù)要求應(yīng)滿足表1 所示的設(shè)備運行技術(shù)指標(biāo)。

表1 設(shè)備運行技術(shù)指標(biāo)

傳送子單元設(shè)備最小傳送能力:6#制索間傳送距離最長,藥盒傳送過程時間最長,只要設(shè)備的最小傳送能力大于傳送藥量需求(35 kg/h),就能滿足6 個制索單元同時生產(chǎn)運行時對太安原料藥的供應(yīng)要求。 6#制索單元藥盒傳送工藝參數(shù)見表2。

表2 6#制索單元藥盒傳送工藝參數(shù)

2)應(yīng)用現(xiàn)場工房條件

工房寬度3 500 mm,炸藥暫存間長度5 500 mm,制索抗爆間室長度4 500 mm;動力設(shè)備間長度3 000 mm;炸藥暫存間泄爆屏院寬度5 000 mm,制索間泄爆屏院寬度4 000 mm;通道走廊寬度2 500 mm。操作控制間在走廊一側(cè),炸藥暫存間、制索間在工房走廊另一側(cè),配電間在工房一端設(shè)置。

2.2 試運行調(diào)試試驗

為了確認(rèn)自動輸送添加藥系統(tǒng)是否可應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中,進行了長達3 個月的試運行調(diào)試。設(shè)備投入試生產(chǎn)運行后,經(jīng)運行驗證,6 臺制索機同時運行,平均每15 min 需加藥1 次(6 盒),實際只需10 min 就能完成備藥1 次(6 盒)。 設(shè)備能滿足生產(chǎn)用藥自動分配與輸送,運行過程平穩(wěn)可靠,安全聯(lián)鎖穩(wěn)定有效。

3 試驗結(jié)果與分析

本設(shè)備試生產(chǎn)運行階段安全、連續(xù)滿負(fù)荷運行3個月,自動傳送、添加導(dǎo)爆索生產(chǎn)用太安2 300 kg,累計生產(chǎn)導(dǎo)爆索產(chǎn)品210 萬m。 試生產(chǎn)結(jié)果表明:本項目工藝技術(shù)及設(shè)備均能滿足現(xiàn)有導(dǎo)爆索生產(chǎn)技術(shù)改造要求,達到安全、技術(shù)、質(zhì)量及效率等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 系統(tǒng)設(shè)備運行情況簡要總結(jié)如下:

1)設(shè)備功能方面。 實現(xiàn)了導(dǎo)爆索生產(chǎn)過程中太安炸藥的傳送、分配和添加操作的自動化。

2)設(shè)備安全性方面。 設(shè)備系統(tǒng)的安全性滿足導(dǎo)爆索產(chǎn)品的生產(chǎn)安全要求,符合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3)設(shè)備操作維護方面。 設(shè)備操作簡單,相關(guān)的機械執(zhí)行器件均為氣缸元件,檢查維護比較簡單;自動控制系統(tǒng)基本穩(wěn)定。

4)設(shè)備應(yīng)用經(jīng)濟技術(shù)效益方面。 自動加藥方式代替人工加藥,取消輸送和分配炸藥的人員,降低用工成本,實現(xiàn)降本增效。