忠義數(shù)控水泥包裝機 備戰(zhàn)“工業(yè)4.0”

                                                                                    ——專訪忠義機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、趕超、創(chuàng)新的歷史進程，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，并出口世界多個國家。新的挑戰(zhàn)面前，企業(yè)將如何應(yīng)對？日前，忠義機械制造有限公司董事長裴建忠接受本刊記者專訪，詳細介紹了他們以BHYW8S數(shù)控水泥包裝機為代表的相關(guān)研發(fā)成果。

忠義機械與“數(shù)控”的結(jié)緣，來自一次偶然的機會。2008年，裴建忠在上海參觀了一場包裝設(shè)備的世界性展會，一系列服務(wù)于食品等行業(yè)的全自動數(shù)控包裝機械，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新的發(fā)展方向”。

傳統(tǒng)水泥包裝機使用復(fù)雜的機械傳動實現(xiàn)所需的全部流程，不僅故障率居高不下，計量精度也難以保障，至于作業(yè)流程的遠程監(jiān)控則更是無從談起。如果實現(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年基本完成樣機試制，經(jīng)過幾年的測試完善，全新設(shè)計的BHYW8S數(shù)控水泥包裝機于2014年正式推向市場。新機器隨即引起了冀東、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、機械、電氣等專家在內(nèi)的團隊專程前往考察，對機器的設(shè)計理念和技術(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、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、精確的計量將水泥包裝機的設(shè)計制造提升到了一個新的高度。其伺服系統(tǒng)是數(shù)控包裝機的執(zhí)行部分，由速度控制、位置控制、伺服電機驅(qū)動及相應(yīng)的機械傳動裝置等組成，通過數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)壓袋、開啟閘板、推袋等動作，并對其位置、速度加以實時控制，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在計量、產(chǎn)量、故障率和環(huán)保指標(biāo)四個方面實現(xiàn)了新的突破，最明顯的特點是計量更為精準(zhǔn)。包裝機依據(jù)實時的測量結(jié)果控制灌裝過程，而執(zhí)行機構(gòu)完成相關(guān)動作會有一定的滯后時間，供料停止時，儀表顯示值和實際值往往大于目標(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)氣動結(jié)構(gòu)包裝機采用通用繼電器驅(qū)動電磁閥控制氣缸，后者拉動直板型閘板實現(xiàn)通斷式的開閉，反應(yīng)明顯“遲鈍”，過沖很大；而數(shù)控包裝機使用伺服電機控制閘板，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，從而實現(xiàn)更為精確的計量。

業(yè)內(nèi)人士都知道，灌裝過程中閘板會發(fā)生卡漏現(xiàn)象，這也會影響計量的精度。傳統(tǒng)包裝機通常采用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導(dǎo)致灌裝時閘板被卡住，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，在電機慣性作用下依然還會少量灌裝，難以保證高精度計量；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，遇到異物時借助伺服電機的強大扭力可以直接將其切斷，杜絕了卡、漏現(xiàn)象，計量精度也得以大幅提高。

此外，國內(nèi)大部分包裝機均采用活動式出灰管，灌裝完成的水泥包依靠自重掉落到接包機上，這時出灰嘴中殘存的水泥雖然已經(jīng)計入單袋重量卻沒有進入水泥袋，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克的計量誤差；新型數(shù)控包機將活動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，灌滿后由伺服電機控制的推袋機構(gòu)模擬人工將水泥袋緩送到接包機上，不僅消除了落灰污染，灌裝精度也進一步提高。

計量精度是水泥包裝機的核心指標(biāo)，稱重傳感器是計量的核心依據(jù)。傳統(tǒng)包裝機的吊掛稱重系統(tǒng)使用四組彈片支撐，由于長期受到?jīng)_擊、振動的影響，彈片容易老化疲勞，緊固螺絲也會松動，進而造成稱重波動，如不及時維護，將直接影響稱重精度；新型數(shù)控包裝機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，有效提高了計量精度和長期穩(wěn)定度。

BHYW8S數(shù)控水泥包裝機不僅計量精度大大提高，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，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，提高了單位時間出灰量；同時，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，減少灌裝時間，提高了灌裝效率和臺時產(chǎn)量。

與之相配套，忠義還開發(fā)了新型葉輪以增加出灰量。葉輪機箱進口尺寸由Φ65增加至Φ100，葉輪由4片改為5片，對水泥單位時間內(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，實現(xiàn)了插袋即灌裝，進一步提高了包裝機的自動化水平。

因為數(shù)控系統(tǒng)及高強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)包裝機控制部分為機械聯(lián)動機構(gòu)，氣缸是軸向滑動，由于動作頻繁，導(dǎo)致故障率較高；數(shù)控包裝機采用伺服電機直接驅(qū)動閘板，壓袋、推袋部分也去掉了復(fù)雜的機械聯(lián)動機構(gòu)，灌裝、推袋時不產(chǎn)生振動和沖擊，因為結(jié)構(gòu)簡單，故障率自然隨之降低。同時，整機易損部件的大量減少，不僅節(jié)省了維修時間，節(jié)約了備件費用，而且為提高產(chǎn)量奠定了堅實的基礎(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)計上，新型數(shù)控包裝機的葉輪增加了8枚副葉片，副葉片結(jié)構(gòu)加上動力頭原來的迷宮、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，提高了動力頭的使用壽命。在工藝處理上，一方面給料機加裝了耐磨、耐高溫的聚氨酯膠板，下面設(shè)置蝶閥，防止因給料機漏灰對地面造成的污染；另一方面采用滾籠式接包機、刷輥滾籠式清包機，在水泥袋進入輸送帶之前有效地處理袋子表面水泥；同時采用“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采用伺服電機控制開關(guān)閘板和推袋，避免了機械聯(lián)動或氣缸控制所引起的頻繁沖擊和連帶振動發(fā)出的噪音，使得整個包裝過程平穩(wěn)、安靜，有效降低了環(huán)境噪音。一系列針對性的設(shè)計，使得機器的生產(chǎn)污染和噪音大幅降低，更有效地保護了操作工人的身體健康。

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

經(jīng)過系統(tǒng)性的優(yōu)化設(shè)計，新型BHYW8S數(shù)控水泥包裝機的袋重精度優(yōu)于國家JC/T818-2007標(biāo)準(zhǔn)，杜絕了二次灌裝，臺時產(chǎn)量提高到120噸，稱量精度達到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項國家專利。雖然新型數(shù)控包裝機比公司的傳統(tǒng)型號高出近一倍的價格，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)運行的設(shè)備均贏得了用戶的廣泛好評。

裴建忠坦言，忠義機械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)控機的時候，“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，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，忠義機械已經(jīng)未雨綢繆做出了相應(yīng)的準(zhǔn)備，這也將帶動中國水泥包裝機械的升級換代，促進行業(yè)水平的整體提升。