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1問題的提出
水泥最終是以包裝好的形式發(fā)運(yùn)出廠的，包括袋裝和散裝。而對于勞動(dòng)強(qiáng)度大、機(jī)械化程度高的袋裝系統(tǒng)，國內(nèi)外差距目前還比較大。國內(nèi)由于人工成本較低，基本還在使用人工插袋，人工裝車（一般借助裝車機(jī)）;而國外由于人工成本高（發(fā)達(dá)國家）或工人熟練程度不夠（不發(fā)達(dá)國家），較多地采用全自動(dòng)包裝系統(tǒng)。
國內(nèi)目前包裝機(jī)本身的技術(shù)隨著在國內(nèi)市場的大量應(yīng)用已有很大程度的提高，形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。但是，與包裝機(jī)配套的輔助設(shè)備卻很長一段時(shí)間沒有突出的進(jìn)步，從而制約了整個(gè)包裝系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
下面介紹一下國外水泥行業(yè)一些先進(jìn)的包裝技術(shù)，以便給國內(nèi)的水泥包裝市場提供一些借鑒。
2國外一條完整水泥袋裝生產(chǎn)線的介紹
在國際水泥工程總包市場的開拓中，由于不同業(yè)主的要求，使我們得以了解并熟悉了一些世界上比較先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和裝備。其中，在2005年由某建設(shè)有限公司為多米尼加業(yè)主Domicem建設(shè)的2750TPD水泥生產(chǎn)線中，就安裝了兩套全自動(dòng)化的水泥袋裝系統(tǒng)。
這套包裝系統(tǒng)的主機(jī)都布置在地面上，非常易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，減少人工勞動(dòng)。下圖（圖1）為其平面布置圖。

除了通常的包裝機(jī)喂料、卸包、計(jì)量、破包設(shè)備外，這套系統(tǒng)在包裝機(jī)前增加了自動(dòng)插袋機(jī)，破包機(jī)后增加了自動(dòng)堆垛機(jī)和打包機(jī)。
此系統(tǒng)的工作流程如下:
工人按時(shí)間間隔將紙袋分批次放入自動(dòng)插袋機(jī)前送袋機(jī)上的儲(chǔ)槽內(nèi)，隨著包裝機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，插袋機(jī)自動(dòng)將紙袋插到包裝機(jī)的料咀上。水泥灌裝完畢后，水泥袋經(jīng)過校正/計(jì)量和輸送，進(jìn)入堆垛系統(tǒng)。
工人將木托盤用叉車放到自動(dòng)進(jìn)給的輥道上，根據(jù)堆垛進(jìn)度,托盤一個(gè)一個(gè)地被運(yùn)送到堆垛機(jī)上。水泥袋經(jīng)過程序控制,按擺放要求自動(dòng)排布后，一層產(chǎn)一層地被放到托盤上，直到滿足層高要求，然后被技輸送到打包系統(tǒng)。    
堆垛好的每個(gè)托盤經(jīng)過打包機(jī)時(shí)被機(jī)器按程序用塑料薄膜進(jìn)行纏繞，形成適合特定氣候條件下運(yùn)輸?shù)乃喟?，再被運(yùn)送到儲(chǔ)存區(qū)域，用叉車裝車，或按指定高度堆放整齊。

下面是對其中主要設(shè)備的詳細(xì)介紹。
1）自動(dòng)插袋機(jī)
自動(dòng)插袋機(jī)包括送袋機(jī)、傳遞裝置和插袋機(jī)組成。
送袋機(jī)的作用相當(dāng)于破碎機(jī)前的板喂機(jī)，負(fù)責(zé)將紙袋自動(dòng)分批次的喂給插袋機(jī)。紙袋由工人一疊一疊地按方向要求放到送袋機(jī)上的儲(chǔ)槽（叉架）內(nèi)。自動(dòng)送袋機(jī)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)為鏈條，每次將一個(gè)儲(chǔ)槽（托架）內(nèi)的包裝袋傳送給自動(dòng)插袋機(jī)的接袋裝置；接袋裝置到達(dá)工作位置后，位置傳感器將啟動(dòng)送袋機(jī)工作。
包裝袋由叉式托架承載，在送袋機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)將袋放在接袋裝置上。接袋裝置也是叉式的，與叉式托架正好交錯(cuò)開。

接袋裝置由扭轉(zhuǎn)型氣缸驅(qū)動(dòng),在接到包裝袋后，轉(zhuǎn)回到另一個(gè)工作位置；在將紙袋傳給下一接收裝置后，再轉(zhuǎn)回到接袋位置。位置傳感器報(bào)告接袋裝置的位置，控制送袋機(jī)/接袋器的動(dòng)作。接袋裝置回到送袋工作位置后，由撥叉將整摞紙袋推到下一接袋器上，如圖5所示。

撥叉為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在把紙袋推到位置后，向下移動(dòng)到低于接袋裝置的高度，再回到原來位置；在推紙袋前，先從下向上移動(dòng)，達(dá)到超過紙袋的高度。接袋器又分兩部分，一部分將紙袋接住，并向上移動(dòng)，達(dá)到取袋器的工作位置；在這一摞紙袋被使用了部分后,另一托袋裝置快速移動(dòng)到接袋器下，代替接袋器繼續(xù)托住紙袋,而接袋器向下移動(dòng)，去重新接受另一摞紙袋。
插袋機(jī)本體由取袋器和插袋器兩組機(jī)構(gòu)組成。取袋器包括兩組吸頭，由真空泵及壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，從托袋器上將紙袋一個(gè)一個(gè)地提取出來；其中，一組吸頭吸住紙袋中間靠上的部位，另一組吸住紙袋有插孔的一端。兩組吸頭共同動(dòng)作，吸住紙袋后，一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)使紙袋轉(zhuǎn)到豎直位置，并在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中將插袋孔打開，然后交給插袋器。
插袋器由凸輪-連桿機(jī)構(gòu)組成，在凸輪旋轉(zhuǎn)過程中的一個(gè)極限位置，插袋器連桿上的夾臂將立起的紙袋從取袋器上接過,隨著凸輪-連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)，在另一個(gè)極限位置將紙袋送到包裝機(jī)的出料咀所在位置；夾臂為氣動(dòng)，由于凸輪的旋轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡與包裝機(jī)料咀的運(yùn)動(dòng)軌跡有一定重合，在插袋器與包裝機(jī)共同旋轉(zhuǎn)的過程中將紙袋插到出料咀上，然后松開紙袋。
2）自動(dòng)堆垛機(jī)
堆垛機(jī)由一組設(shè)備組成，包括整形裝置、布包器、緩沖裝置、推包器、伸縮平臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)、傳送輥道、插取器等。
從包裝機(jī)出來的經(jīng)檢驗(yàn)合格的袋裝水泥，經(jīng)過吹掃、噴碼，被輸送到整形裝置，將紙袋內(nèi)的多余氣體盡量釋放，使水泥包形狀均勻，然后由布包器按一定規(guī)律排列。
在木托盤上，要求每層包為5包,按3橫2順—2順3橫—3橫2順一層層地反復(fù)交錯(cuò)排列。
由于從包裝機(jī)過來的水泥包均為順包，所以，在布包器上設(shè)置了兩個(gè)擋板,按排列要求定期動(dòng)作，使所有水泥包經(jīng)過后形成需要的排列組合。紙袋經(jīng)排列后，由推包器依次推到堆包器（伸縮平臺(tái)）上。
推包器分以下三步工作，第一步，由后面的一個(gè)擋板將第一排包推到緩沖臺(tái)上；第二步，由后面的一個(gè)擋板將第二排包推到緩沖臺(tái)上；第三步（與第一步重合）,由前面的一個(gè)擋板將排好的5個(gè)包推到堆垛機(jī)上，同時(shí)，由后面的一個(gè)擋板將下一排包推到緩沖臺(tái)上。
緩沖皮帶的作用是在紙袋排成一整排前臨時(shí)放置紙袋,等最后一包到達(dá)后一起傳送到推包器處。堆垛機(jī)上面有一可伸縮的平臺(tái)，在一層包裝袋到達(dá)后，由整形裝置（氣動(dòng)擋板）堆到固定位置，然后伸縮平臺(tái)打開，將包裝袋落到袋垛上，伸縮平臺(tái)再合上，接受下一層包裝袋。如圖8所示。

堆垛機(jī)前面有托盤自動(dòng)送進(jìn)系統(tǒng)，包括電動(dòng)輥道及插取器。木托盤的位置狀態(tài)由輥道上的感應(yīng)裝置監(jiān)測，在前一輥道上空出位置后，后一輥道自動(dòng)向前運(yùn)送托盤。在人工將木托盤放到最后一個(gè)輥道上后，木托盤就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向前傳送了。
插取器負(fù)責(zé)從一疊托盤中只提取出一個(gè)托盤向前傳送。插取器每次將除最下面一個(gè)托盤外的上部托盤插起，由電動(dòng)輥道將最下面的那個(gè)托盤送向前一輥道,然后插取器將上部的托盤放到輥道上，插子向后縮出，再向上移動(dòng)一個(gè)托盤的高度，執(zhí)行下一個(gè)插取命令。

經(jīng)過插取器后，木托盤被擋板推到規(guī)定的位置（橫向），然后送到堆垛機(jī)上，并由氣動(dòng)擋板固定位置（縱向），以保證伸縮平臺(tái)上的水泥包準(zhǔn)確地落到其上面。
堆垛機(jī)在接到空的木托盤后，由升降臺(tái)帶動(dòng)快速上升，使托盤頂?shù)缴炜s平臺(tái)下表面，然后稍下降一點(diǎn)，等待接包；在一層水泥包從伸縮平臺(tái)上落下后，升降臺(tái)下降一定高度，待伸縮平臺(tái)合并后，重新向上升起，頂住伸縮平臺(tái)后再稍向下動(dòng)一點(diǎn)，以不阻礙伸縮平臺(tái)的打開；在一垛水泥袋達(dá)到要求的高度后（一般為10層高，由光電感應(yīng)裝置檢測），升降臺(tái)快速下降到輥道所在平面，將一整垛水泥包傳送給下一輥道。然后，在下一層水泥包排布期間，快速接受新的空托盤，并上升到位。這一過程充分體現(xiàn)了邏輯程序控制的優(yōu)勢。
堆垛好的水泥包在托盤上被電動(dòng)輥道運(yùn)送到打包機(jī)處。
3）自動(dòng)打包機(jī)
打包機(jī)包括封頭裝置、纏繞裝置、刀架等。
打包機(jī)前面有兩臺(tái)電動(dòng)輥道，用于緩存完成堆垛發(fā)送過來的水泥包。此處設(shè)置多個(gè)光電感應(yīng)開關(guān)，如果打包機(jī)處沒有水泥包，則輥道自動(dòng)將發(fā)送過來的水泥包送到打包機(jī)下。

托盤被送到打包機(jī)下后，電動(dòng)輥道下的升降裝置將托盤升起一定高度，然后打包機(jī)開始工作。
封頭裝置負(fù)責(zé)將一塊塑料薄膜蒙在水泥包頂部。在開始封頭前，先通過類似圖紙打印機(jī)的裝置從一卷薄膜中切割出一張薄膜，然后通過提升裝置傳遞給封頭裝置，由其橫向移動(dòng)，蓋到水泥包頂部，最后回復(fù)原位。
打包機(jī)的纏繞裝置使塑料薄膜從托盤處開始將下、中部纏繞幾周，邊纏繞邊向上移動(dòng)，在將封頭的薄膜纏繞住后，按程序編排，自上而下將整個(gè)托盤再纏繞一到幾遍。
纏繞裝置也由電機(jī)帶動(dòng)滾筒,實(shí)行主動(dòng)送給，以免拉斷薄膜。
最后，刀架將薄膜割斷，并將新斷頭重新壓在刀架上（刀架在纏繞開始時(shí)是薄膜的起點(diǎn)和固定點(diǎn)）。電動(dòng)輥道的升降裝置使托盤降落到輸送輥道
高度，打好包的水泥托盤被送到緩存區(qū)。
緩存區(qū)有兩排輥道，一臺(tái)移動(dòng)小車根據(jù)輥道上的感應(yīng)裝置自動(dòng)將打好包的水泥包分配到兩排輥道上。
在位于兩排輥道端部的兩個(gè)輥道上放有水泥包后，其中一個(gè)能夠移動(dòng)的輥道向另一排的那一輥道靠近，然后由叉車一次將兩包水泥袋叉走。在托盤離開輥道后，感應(yīng)裝置將使輥道復(fù)位，并啟動(dòng)后一輥道將其上的托盤向前傳送。
3結(jié)論
在這套系統(tǒng)中,大量采用了各種自動(dòng)控制技術(shù)，包括接近開關(guān)、光電感應(yīng)開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)、氣動(dòng)裝置、邏輯程序控制器等，充分實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，大大減少了人工勞動(dòng)。
采用這套系統(tǒng)，正常生產(chǎn)只需1~2人就可保持系統(tǒng)的運(yùn)行，其中一人負(fù)責(zé)將打包好的水泥包直接裝車或堆放好（叉車操作），另一個(gè)人負(fù)責(zé)添加水泥袋和木托盤（此人只是部分時(shí)間工作在生產(chǎn)線上）。由于主要工作基本是機(jī)械操作，所以即使這1~2人的勞動(dòng)強(qiáng)度也不是很高。如果是兩套包裝系統(tǒng)同時(shí)工作，也只需增加一人進(jìn)行裝車或堆放打包好的水泥托盤。就目前的技術(shù)水平來看，如果使用人工進(jìn)行插袋操作，90t/h（按50kg水泥袋，1800袋/h，6咀）及以下產(chǎn)量的回轉(zhuǎn)包裝機(jī)可以用單個(gè)操作員來實(shí)現(xiàn)，90t/h以上的產(chǎn)量需要兩個(gè)操作位才能實(shí)現(xiàn)。而操作位的增加將減少灌裝時(shí)間間隔，對包裝精度的控制有一定的影響。
在國際市場上，隨著水泥廠的大型化，包裝系統(tǒng)的產(chǎn)量也有了很大程度的提高。上文提到的多米尼加項(xiàng)目使用了120t/h的兩套8咀包裝機(jī),即已使用了自動(dòng)插袋、堆垛、打包裝置。目前市場上還有150t/h的10咀包裝機(jī)，180t/h的12咀包裝機(jī)。而且，在一些地區(qū)，散裝市場需求不高，而包裝袋要求使用25kg的。這都使得包裝系統(tǒng)的水泥袋處理量越來越大，如果繼續(xù)使用人工，將使得包裝車間的規(guī)模不必要地加大。
從成本控制方面講，因?yàn)槿詣?dòng)包裝機(jī)需要?dú)W洲生產(chǎn)，設(shè)備投資會(huì)增加，但土建投資和生產(chǎn)管理成本會(huì)大幅降低。
隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，以及人工成本的逐步提高，生產(chǎn)過程中的高強(qiáng)度勞動(dòng)將不得不考慮由機(jī)械化手段來實(shí)現(xiàn)。雖然目前這一進(jìn)程在國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)中還顯得比較緩慢，但應(yīng)該相信這是人類技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢。

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