忠義數(shù)控水泥包裝機(jī) 備戰(zhàn)“工業(yè)4.0”

                                                                                    ——專訪忠義機(jī)械制造有限公司董事長裴建忠

                                                                                                                                                                                                                              本刊記者 侯偉華

仿佛一夜之間，“工業(yè)4.0”和《中國制造2025》就成了家喻戶曉的熱點(diǎn)話題，這對于大多數(shù)的中國企業(yè)而言，無疑又是一次全新的挑戰(zhàn)。唐山是中國水泥包裝機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地和聚集地，伴隨著中國水泥工業(yè)的發(fā)展壯大，也先后走過了模仿、改進(jìn)、趕超、創(chuàng)新的歷史進(jìn)程，以忠義、任氏、智能、翔云等為代表的一系列品牌，如今已取得了中國市場的地位，并出口世界多個(gè)國家。新的挑戰(zhàn)面前，企業(yè)將如何應(yīng)對？日前，忠義機(jī)械制造有限公司董事長裴建忠接受本刊記者專訪，詳細(xì)介紹了他們以BHYW8S數(shù)控水泥包裝機(jī)為代表的相關(guān)研發(fā)成果。

忠義機(jī)械與“數(shù)控”的結(jié)緣，來自一次偶然的機(jī)會(huì)。2008年，裴建忠在上海參觀了一場包裝設(shè)備的世界性展會(huì)，一系列服務(wù)于食品等行業(yè)的全自動(dòng)數(shù)控包裝機(jī)械，讓這位在水泥包裝領(lǐng)域摸爬滾打了幾十年的專家“看傻了眼”。他敏銳地認(rèn)識(shí)到，數(shù)字化的大潮勢不可擋，既然啤酒、瓜子、各種食品乃至藥品都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控包裝，那么數(shù)控水泥包裝應(yīng)該同樣可行，“這必將是水泥包裝機(jī)新的發(fā)展方向”。

傳統(tǒng)水泥包裝機(jī)使用復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的全部流程，不僅故障率居高不下，計(jì)量精度也難以保障，至于作業(yè)流程的遠(yuǎn)程監(jiān)控則更是無從談起。如果實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，那么這些困擾業(yè)界多年的問題就都將隨著技術(shù)路線的升級而徹底解決——這也正是讓裴建忠怦然心動(dòng)的根源。

拿定主意的裴建忠從2008年開始即著手研發(fā)，到2010年基本完成樣機(jī)試制，經(jīng)過幾年的測試完善，全新設(shè)計(jì)的BHYW8S數(shù)控水泥包裝機(jī)于2014年正式推向市場。新機(jī)器隨即引起了冀東、華潤、賽馬等國內(nèi)水泥巨頭的高度關(guān)注，華潤水泥甚至組織了包括工藝、機(jī)械、電氣等專家在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)專程前往考察，對機(jī)器的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)指標(biāo)表示充分認(rèn)可，并簽署了采購數(shù)量不菲的合作意向。

BHYW8S首次將智能驅(qū)動(dòng)、精準(zhǔn)定位的伺服數(shù)控技術(shù)用于水泥包裝領(lǐng)域，以新穎的結(jié)構(gòu)、美觀的造型、精確的計(jì)量將水泥包裝機(jī)的設(shè)計(jì)制造提升到了一個(gè)新的高度。其伺服系統(tǒng)是數(shù)控包裝機(jī)的執(zhí)行部分，由速度控制、位置控制、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)及相應(yīng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成，通過數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓袋、開啟閘板、推袋等動(dòng)作，并對其位置、速度加以實(shí)時(shí)控制，完成水泥灌裝全過程。

裴建忠告訴記者，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，BHYW8S在計(jì)量、產(chǎn)量、故障率和環(huán)保指標(biāo)四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了新的突破，最明顯的特點(diǎn)是計(jì)量更為精準(zhǔn)。包裝機(jī)依據(jù)實(shí)時(shí)的測量結(jié)果控制灌裝過程，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相關(guān)動(dòng)作會(huì)有一定的滯后時(shí)間，供料停止時(shí)，儀表顯示值和實(shí)際值往往大于目標(biāo)設(shè)定值，這一現(xiàn)象俗稱“過沖”。顯然，閘板關(guān)閉速度越快過沖越小，反之則越大。傳統(tǒng)氣動(dòng)結(jié)構(gòu)包裝機(jī)采用通用繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥控制氣缸，后者拉動(dòng)直板型閘板實(shí)現(xiàn)通斷式的開閉，反應(yīng)明顯“遲鈍”，過沖很大；而數(shù)控包裝機(jī)使用伺服電機(jī)控制閘板，通過PID調(diào)節(jié)，可隨著灌裝量的增加不斷調(diào)整閘板開度，不僅反應(yīng)敏捷，過沖也大大減少，從而實(shí)現(xiàn)更為精確的計(jì)量。

業(yè)內(nèi)人士都知道，灌裝過程中閘板會(huì)發(fā)生卡漏現(xiàn)象，這也會(huì)影響計(jì)量的精度。傳統(tǒng)包裝機(jī)通常采用1.5mm的65MN彈簧鋼片做閘板，一方面極易磨損，另一方面水泥中的雜物也會(huì)導(dǎo)致灌裝時(shí)閘板被卡住，這都將導(dǎo)致閘板與出灰座之間產(chǎn)生縫隙，當(dāng)水泥包灌滿后，在電機(jī)慣性作用下依然還會(huì)少量灌裝，難以保證高精度計(jì)量；而BHYW8S采用的是經(jīng)過特殊熱處理的鉻12材質(zhì)的7mm扇形閘板，不僅耐磨，遇到異物時(shí)借助伺服電機(jī)的強(qiáng)大扭力可以直接將其切斷，杜絕了卡、漏現(xiàn)象，計(jì)量精度也得以大幅提高。

此外，國內(nèi)大部分包裝機(jī)均采用活動(dòng)式出灰管，灌裝完成的水泥包依靠自重掉落到接包機(jī)上，這時(shí)出灰嘴中殘存的水泥雖然已經(jīng)計(jì)入單袋重量卻沒有進(jìn)入水泥袋，而是隨著掉袋散落到地面，這不僅造成工作面的污染，還將帶來超過100克的計(jì)量誤差；新型數(shù)控包機(jī)將活動(dòng)出灰嘴改成固定出灰嘴，并將前端改為尖形以減少水泥存留，灌滿后由伺服電機(jī)控制的推袋機(jī)構(gòu)模擬人工將水泥袋緩送到接包機(jī)上，不僅消除了落灰污染，灌裝精度也進(jìn)一步提高。

計(jì)量精度是水泥包裝機(jī)的核心指標(biāo)，稱重傳感器是計(jì)量的核心依據(jù)。傳統(tǒng)包裝機(jī)的吊掛稱重系統(tǒng)使用四組彈片支撐，由于長期受到?jīng)_擊、振動(dòng)的影響，彈片容易老化疲勞，緊固螺絲也會(huì)松動(dòng)，進(jìn)而造成稱重波動(dòng)，如不及時(shí)維護(hù)，將直接影響稱重精度；新型數(shù)控包裝機(jī)采用懸壁梁稱重傳感器，不需要在吊掛上加裝彈片，而是直接通過高強(qiáng)度螺栓與吊掛連接，剛性和穩(wěn)定性大幅提高，承受偏載能力更強(qiáng)，有效提高了計(jì)量精度和長期穩(wěn)定度。

BHYW8S數(shù)控水泥包裝機(jī)不僅計(jì)量精度大大提高，產(chǎn)量也優(yōu)于傳統(tǒng)的型號。相比傳統(tǒng)8嘴回轉(zhuǎn)包裝機(jī)，BHYW8S的倉體主體高度增加了90mm，料位也隨之增高，因此倉底出料端出料壓力增加，提高了單位時(shí)間出灰量；同時(shí)，出料斗殼體入料口有效面積增大，使得出料斗殼體入料更加充分，避免了“吃不飽”的現(xiàn)象，使得出料更加充足，減少灌裝時(shí)間，提高了灌裝效率和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

與之相配套，忠義還開發(fā)了新型葉輪以增加出灰量。葉輪機(jī)箱進(jìn)口尺寸由Φ65增加至Φ100，葉輪由4片改為5片，對水泥單位時(shí)間內(nèi)的作用次數(shù)增加25%，使得灌裝更加充分，產(chǎn)量得以提高。另外，在出灰管處配置插袋感應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)了插袋即灌裝，進(jìn)一步提高了包裝機(jī)的自動(dòng)化水平。

因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)及高強(qiáng)度閘板等一系列新技術(shù)、新部件的采用，BHYW8S的故障率得以大幅降低。傳統(tǒng)包裝機(jī)控制部分為機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，氣缸是軸向滑動(dòng)，由于動(dòng)作頻繁，導(dǎo)致故障率較高；數(shù)控包裝機(jī)采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閘板，壓袋、推袋部分也去掉了復(fù)雜的機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，灌裝、推袋時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，故障率自然隨之降低。同時(shí)，整機(jī)易損部件的大量減少，不僅節(jié)省了維修時(shí)間，節(jié)約了備件費(fèi)用，而且為提高產(chǎn)量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，設(shè)備使用壽命也大大延長。

裴建忠介紹，除了優(yōu)異的精度、產(chǎn)量指標(biāo)和更好的可靠性，BHYW8S的環(huán)保性能也大為改善。

在設(shè)計(jì)上，新型數(shù)控包裝機(jī)的葉輪增加了8枚副葉片，副葉片結(jié)構(gòu)加上動(dòng)力頭原來的迷宮、密封軸套外纏繞盤根、擋灰盤、唇形密封圈等密封裝置，形成了完整的密封體系，有效阻止了水泥對軸承的損壞，提高了動(dòng)力頭的使用壽命。在工藝處理上，一方面給料機(jī)加裝了耐磨、耐高溫的聚氨酯膠板，下面設(shè)置蝶閥，防止因給料機(jī)漏灰對地面造成的污染；另一方面采用滾籠式接包機(jī)、刷輥滾籠式清包機(jī)，在水泥袋進(jìn)入輸送帶之前有效地處理袋子表面水泥；同時(shí)采用“不插袋、不噴灰”的控制方式，有效地防止了因出灰嘴噴灰而造成的工作面污染。

BHYW8S采用伺服電機(jī)控制開關(guān)閘板和推袋，避免了機(jī)械聯(lián)動(dòng)或氣缸控制所引起的頻繁沖擊和連帶振動(dòng)發(fā)出的噪音，使得整個(gè)包裝過程平穩(wěn)、安靜，有效降低了環(huán)境噪音。一系列針對性的設(shè)計(jì)，使得機(jī)器的生產(chǎn)污染和噪音大幅降低，更有效地保護(hù)了操作工人的身體健康。

BHYW8S還配備了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)控包裝機(jī)每個(gè)料嘴的生產(chǎn)運(yùn)行情況，隨時(shí)查看每個(gè)料嘴的實(shí)時(shí)袋重和設(shè)定值，還可以使用遙控器在不停機(jī)的狀態(tài)下修改儀表的運(yùn)行參數(shù)，查看并記錄每個(gè)料嘴的累計(jì)產(chǎn)量，整機(jī)的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)更可自動(dòng)形成Excel報(bào)表，方便歸檔查詢。這種全方位監(jiān)控的設(shè)計(jì)，特別適用于大型的水泥集團(tuán)，坐在辦公室即可實(shí)時(shí)掌握工廠的生產(chǎn)情況。

經(jīng)過系統(tǒng)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，新型BHYW8S數(shù)控水泥包裝機(jī)的袋重精度優(yōu)于國家JC/T818-2007標(biāo)準(zhǔn)，杜絕了二次灌裝，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高到120噸，稱量精度達(dá)到95%，單袋重量誤差50kg±0.2kg，設(shè)備故障率大幅降低，配件維修用量比原來減少90%，共獲得9項(xiàng)國家專利。雖然新型數(shù)控包裝機(jī)比公司的傳統(tǒng)型號高出近一倍的價(jià)格，但還是贏得了國內(nèi)外眾多高端用戶的青睞，并成功出口到印度尼西亞、也門等國家，投產(chǎn)運(yùn)行的設(shè)備均贏得了用戶的廣泛好評。

裴建忠坦言，忠義機(jī)械BHYW8S的問世與“工業(yè)4.0”的相遇是一次“美麗的巧合”——忠義開始研發(fā)數(shù)控機(jī)的時(shí)候，“工業(yè)4.0”的概念還不曾提出，而幾年前的忠義就已經(jīng)意識(shí)到，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和全面滲透，“智能生產(chǎn)”和“智能物流”必將成為現(xiàn)代化制造企業(yè)的發(fā)展方向——這正是“工業(yè)4.0”和《中國制造2025》的核心。

兵馬未動(dòng)，糧草先行。中國水泥工業(yè)即將面對“工業(yè)4.0”和《中國制造2025》的大考，忠義機(jī)械已經(jīng)未雨綢繆做出了相應(yīng)的準(zhǔn)備，這也將帶動(dòng)中國水泥包裝機(jī)械的升級換代，促進(jìn)行業(yè)水平的整體提升。