工業導爆索自動化生產關鍵技術的研究

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

工業導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炸藥,國外曾經在太安的使用和運輸過程中發生過多次爆炸傷亡事故[1-3]。 目前,國內在導爆索制索生產線上傳送藥和添加藥(太安)的過程基本上采用人工方式。僅有個別企業引進工藝,在制索機上部增設自動添加藥設備,而各工位輸送和分配炸藥仍由人工進行,這樣的生產工藝在安全生產方面存在以下不足或安全隱患[4-7]:

1)制索工房走廊內物流和人流交叉頻繁,給生產留下潛在安全隱患。

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

《“十四五”民用爆炸物品行業安全發展規劃》中指出,通過提升行業數字化、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,實現智能化、無人化,確保生產人員的安全,堅持人民至上、生命至上[8]。

為解決上述問題,研發一種能夠自動輸送添加藥的系統尤為重要。 本研究在某企業現有工房布局和制索機設備布置的條件下實現項目樣機設備安裝配置和工業化應用。 該車間制索工房內配有12 臺制索機組,分成2 個獨立的生產單元,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。 其研究內容主要包括:

1)利用現有炸藥暫存間(抗爆間室),該抗爆間室原設計藥量為24 kgTNT 當量,本次改造在該抗爆間室內配備1 套自動循環貯藥-供藥傳送裝置,設計炸藥分配平臺最多為12 盒,每盒裝太安量根據生產導爆索的規格確定。

2)以現有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,為6 臺制索機供藥,每組系統由1 套炸藥加藥裝置和1 套空盒回傳裝置組成。 本項目設置2 個單元,配置2 組自動輸送加藥系統。

3)每個制索間內設置1 套自動添加炸藥和空盒回收裝置。

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

1 工作原理

1.1 自動傳送系統

設計、制作炸藥自動傳送、分配設備系統1 套,架空安裝在泄爆屏院內工房一側,距地面的高度為2.2 m。 傳送裝置設置在“C”形鋼制防護通道內,通道開口朝向泄爆面一側。 在每個制索間泄爆窗外設置1 個藥盒傳遞窗口,出藥窗口外側設置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;空盒回盒窗口設置一道安全防護門,該門為常閉,只有當需要回盒時,安全門才開啟。

1.2 藥盒抓取設備(機械手)

保障安全、有效、穩定地抓住藥盒,自動完成相關的操作。 為保證抓手結構的強度,采用導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計要求規格的直線導桿,以保證抓手伸出抓取時的位置精度和穩定性;對于要求具備抓手旋轉、藥盒翻轉(倒藥)功能的抓手,配備相應規格、功能的氣動元件,以實現抓手的綜合功能。

每次傳送太安最大藥量為2 kg,根據太安炸藥的堆積密度和藥盒裝藥系數,確定藥盒的規格尺寸,藥盒高度為200 mm、外徑為150 mm。 由此確定抓手規格(抓握直徑)為150 mm;額定抓取重量為3 kg。 機械手樣機外形結構如圖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。 為防止意外爆炸發生時,沖擊波波及整個鋼通道,采用皮帶機組串聯方式,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的沖擊波傳播距離,在2 臺皮帶機之間設置1 道隔離防護門和1 套藥盒機構,以實現藥盒傳送時在2 個皮帶間的過渡,以防殉爆。 氣缸承載傳送采用無桿氣缸+載盒平臺的設備方案實現藥盒的水平傳送。 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-加藥系統除自身安全聯鎖控制[11]外,還分別與各制索抗爆間室及制索機組建立安全聯鎖控制,以達到下列安全控制和管理要求:

1)當自動供藥、傳送部分設備發生運行故障時,該部分設備系統自動停止運行并報警;

2)當某一制索單元的自動加藥系統設備發生故障時,該單元自動加藥系統設備自動停止運行并報警;

3)當某一防爆間室的安全門被打開后,各相應工房的自動加藥系統設備自動停止運行、傳送系統面向該工房的藥盒進出通道自動關閉自鎖;

4)當某一制索機組停止運行期間,該工房的自動加藥系統設備自動停止運行、傳送系統面向該工房的藥盒進出安全通道自動關閉自鎖;

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置安全隔離門,且互相聯鎖控制;

7)暫存分配藥室、傳藥機械手、加藥機械手及各制索間設置視頻監視裝置,以監測現場設備運行實況狀態。

1.5 機組安全防護要求

本系統所有涉及炸藥盒分發、皮帶輸送、機臺添加操作均設置在抗爆間室內或泄爆屏院內的定向泄爆防護鋼筒內,最大限度地實現了人與機器隔離、炸藥輸送系統與制索機隔離。 導爆索生產工房太安自動傳送-添加系統設備布置如圖4 所示。 系統采用安全聯鎖控制模式,當生產場地內有人、安全門未關閉或機械故障時,機組將自動停止運行,并進入安全保護狀態;配合生產企業危險工房內設置的視頻監控、自動記錄裝置,實現了遠距離監控和管理。

圖4 太安自動傳送-添加系統布置平面圖

2 試驗數據

2.1 主要技術指標

1)系統運行工藝技術參數的設計及傳送能力核算

1 個太安暫存-傳送-分配子系統為6 臺制索機供藥,1 套供藥傳送系統的傳送能力要滿足6 臺制索機同時生產運行時對生產原料太安的供藥要求。 系統設備運行安全技術要求應滿足表1 所示的設備運行技術指標。

表1 設備運行技術指標

傳送子單元設備最小傳送能力: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運行時對太安原料藥的供應要求。 6#制索單元藥盒傳送工藝參數見表2。

表2 6#制索單元藥盒傳送工藝參數

2)應用現場工房條件

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,炸藥暫存間、制索間在工房走廊另一側,配電間在工房一端設置。

2.2 試運行調試試驗

為了確認自動輸送添加藥系統是否可應用于實際生產當中,進行了長達3 個月的試運行調試。設備投入試生產運行后,經運行驗證,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)。 設備能滿足生產用藥自動分配與輸送,運行過程平穩可靠,安全聯鎖穩定有效。

3 試驗結果與分析

本設備試生產運行階段安全、連續滿負荷運行3個月,自動傳送、添加導爆索生產用太安2 300 kg,累計生產導爆索產品210 萬m。 試生產結果表明:本項目工藝技術及設備均能滿足現有導爆索生產技術改造要求,達到安全、技術、質量及效率等技術經濟指標。 系統設備運行情況簡要總結如下:

1)設備功能方面。 實現了導爆索生產過程中太安炸藥的傳送、分配和添加操作的自動化。

2)設備安全性方面。 設備系統的安全性滿足導爆索產品的生產安全要求,符合相關規范、標準的要求。

3)設備操作維護方面。 設備操作簡單,相關的機械執行器件均為氣缸元件,檢查維護比較簡單;自動控制系統基本穩定。

4)設備應用經濟技術效益方面。 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,實現降本增效。