忠義數控水泥包裝機 備戰“工業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，這對于大多數的中國企業而言，無疑又是一次全新的挑戰。唐山是中國水泥包裝機產業的發源地和聚集地，伴隨著中國水泥工業的發展壯大，也先后走過了模仿、改進、趕超、創新的歷史進程，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。新的挑戰面前，企業將如何應對？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數控水泥包裝機為代表的相關研發成果。

忠義機械與“數控”的結緣，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備的世界性展會，一系列服務于食品等行業的全自動數控包裝機械，讓這位在水泥包裝領域摸爬滾打了幾十年的專家“看傻了眼”。他敏銳地認識到，數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數控包裝，那么數控水泥包裝應該同樣可行，“這必將是水泥包裝機新的發展方向”。

傳統水泥包裝機使用復雜的機械傳動實現所需的全部流程，不僅故障率居高不下，計量精度也難以保障，至于作業流程的遠程監控則更是無從談起。如果實現數字化控制，那么這些困擾業界多年的問題就都將隨著技術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，到2010年基本完成樣機試制，經過幾年的測試完善，全新設計的BHYW8S數控水泥包裝機于2014年正式推向市場。新機器隨即引起了冀東、華潤、賽馬等國內水泥巨頭的高度關注，華潤水泥甚至組織了包括工藝、機械、電氣等專家在內的團隊專程前往考察，對機器的設計理念和技術指標表示充分認可，并簽署了采購數量不菲的合作意向。

BHYW8S首次將智能驅動、精準定位的伺服數控技術用于水泥包裝領域，以新穎的結構、美觀的造型、精確的計量將水泥包裝機的設計制造提升到了一個新的高度。其伺服系統是數控包裝機的執行部分，由速度控制、位置控制、伺服電機驅動及相應的機械傳動裝置等組成，通過數字技術實現壓袋、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，與國內外同類產品相比，BHYW8S在計量、產量、故障率和環保指標四個方面實現了新的突破，最明顯的特點是計量更為精準。包裝機依據實時的測量結果控制灌裝過程，而執行機構完成相關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設定值，這一現象俗稱“過沖”。顯然，閘板關閉速度越快過沖越小，反之則越大。傳統氣動結構包裝機采用通用繼電器驅動電磁閥控制氣缸，后者拉動直板型閘板實現通斷式的開閉，反應明顯“遲鈍”，過沖很大；而數控包裝機使用伺服電機控制閘板，通過PID調節，可隨著灌裝量的增加不斷調整閘板開度，不僅反應敏捷，過沖也大大減少，從而實現更為精確的計量。

業內人士都知道，灌裝過程中閘板會發生卡漏現象，這也會影響計量的精度。傳統包裝機通常采用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致灌裝時閘板被卡住，這都將導致閘板與出灰座之間產生縫隙，當水泥包灌滿后，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采用的是經過特殊熱處理的鉻12材質的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、漏現象，計量精度也得以大幅提高。

此外，國內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，稱重傳感器是計量的核心依據。傳統包裝機的吊掛稱重系統使用四組彈片支撐，由于長期受到沖擊、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定度。

BHYW8S數控水泥包裝機不僅計量精度大大提高，產量也優于傳統的型號。相比傳統8嘴回轉包裝機，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量。

與之相配套，忠義還開發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，對水泥單位時間內的作用次數增加25%，使得灌裝更加充分，產量得以提高。另外，在出灰管處配置插袋感應裝置，實現了插袋即灌裝，進一步提高了包裝機的自動化水平。

因為數控系統及高強度閘板等一系列新技術、新部件的采用，BHYW8S的故障率得以大幅降低。傳統包裝機控制部分為機械聯動機構，氣缸是軸向滑動，由于動作頻繁，導致故障率較高；數控包裝機采用伺服電機直接驅動閘板，壓袋、推袋部分也去掉了復雜的機械聯動機構，灌裝、推袋時不產生振動和沖擊，因為結構簡單，故障率自然隨之降低。同時，整機易損部件的大量減少，不僅節省了維修時間，節約了備件費用，而且為提高產量奠定了堅實的基礎，設備使用壽命也大大延長。

裴建忠介紹，除了優異的精度、產量指標和更好的可靠性，BHYW8S的環保性能也大為改善。

在設計上，新型數控包裝機的葉輪增加了8枚副葉片，副葉片結構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閘板和推袋，避免了機械聯動或氣缸控制所引起的頻繁沖擊和連帶振動發出的噪音，使得整個包裝過程平穩、安靜，有效降低了環境噪音。一系列針對性的設計，使得機器的生產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還配備了遠程監控系統，不僅可以實時監控包裝機每個料嘴的生產運行情況，隨時查看每個料嘴的實時袋重和設定值，還可以使用遙控器在不停機的狀態下修改儀表的運行參數，查看并記錄每個料嘴的累計產量，整機的所有運行數據更可自動形成Excel報表，方便歸檔查詢。這種全方位監控的設計，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情況。

經過系統性的優化設計，新型BHYW8S數控水泥包裝機的袋重精度優于國家JC/T818-2007標準，杜絕了二次灌裝，臺時產量提高到120噸，稱量精度達到95%，單袋重量誤差50kg±0.2kg，設備故障率大幅降低，配件維修用量比原來減少90%，共獲得9項國家專利。雖然新型數控包裝機比公司的傳統型號高出近一倍的價格，但還是贏得了國內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，投產運行的設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4.0”的相遇是一次“美麗的巧合”——忠義開始研發數控機的時候，“工業4.0”的概念還不曾提出，而幾年前的忠義就已經意識到，隨著信息技術的快速發展和全面滲透，“智能生產”和“智能物流”必將成為現代化制造企業的發展方向——這正是“工業4.0”和《中國制造2025》的核心。

兵馬未動，糧草先行。中國水泥工業即將面對“工業4.0”和《中國制造2025》的大考，忠義機械已經未雨綢繆做出了相應的準備，這也將帶動中國水泥包裝機械的升級換代，促進行業水平的整體提升。