摘要：为了解决当前管状物混同过程中存在的作业现场产品在制量大、现场作业人员多、劳动强度大、人工操作导致的批产品质量难以保证等问题，提出了基于自动控制的管状物混同及装箱系统装置，由上料装置与管状物输送系统完成物料自动混同工艺后，布料伸缩输送装置与装箱工装实现装箱功能，无需额外的装箱工艺，利于简化生产工艺。该系统在不改变传统管状物混同工艺流程的前提下，实现管状物混同与装箱过程的自动化和智能化，解决混同过程中存在质量不稳定与效率较低等问题，在减少人工操作的情况下同时提高管状物混同效率与混同均匀度。试验结果表明，所选取的4个批次的管状物平均混同均匀度为25%，验证了管状物混同及装箱系统的性能优势，说明该系统在实际生产中具有广泛的应用前景。

　　关键词：管状物；混同；装箱；自动控制

　　0引言

　　目前，混同装置主要有圆斗式混同设备、回转型混同设备、重力混同设备，但基本只适用于粒状物料[1-4]，无法对管状物料进行混同。管状物分为单基和双基两种，表面无包覆，形式为多根物料捆绑[5-7]。本文管状物为单基形式，生产工艺流程如图1所示，各工序均单独设置，工序间间断作业，工序作业以手工操作为主。总体具有结构简单、可自由装填、批量大、初速度高、使用可靠等特点。

　　在实际生产过程中，管状物的批量生产规模较大，每个批次的成分、水分和热量等特性各异，为保证产品质量的稳定一致，必须对成型管状物进行混同操作[8-9]。混同工艺作为提高管状物性能的关键环节，对于产品的质量至关重要，确保满足指标要求。混同生产存在的问题包括生产现场管状物数量多，均采用人工手工混同的作业方式使得工人劳动强度大，且物料的混同均匀性难以保证。管状物自动混同发展趋势是无人化、精细化，实现混同过程更加智能化、安全化，提高混同生产效率并减少人工操作可能带来的误差。

　　本文对管状物原混同工艺进行自动化设计，取代现有的手工操作。首先对所设计的管状物自动混同系统的各组成部分及原理进行详细的描述；同时为实现不同批次的管状物自动混同设计包含料仓和同步带输送机构的混同设备，并对系统的自动控制流程进行描述；最后通过试验验证该系统的混同性能，并对工作进行总结。

　　1系统组成与工作原理

　　为确保管状物性能相较混同前得到改善，本文提出的管状物自动混同系统主要包括上料装置、上料动力机构、管状物输送系统、布料伸缩输送装置、机架机构和装箱工装等结构，组成如图2所示。该系统实现了管状物混同过程人机分离，使得混同全过程无人化，同时具备自动装箱功能，减少现场工人数量。

　　1.1系统组成

　　（1）上料装置

　　设计的上料装置适用于管状物，体现在输送链条上特制有卡槽放置管状物的两端，其可以被固定在链条上输送，解决了目前大多自动混同装置仅能对粒状物混同，无法对管状物进行混同的问题。

　　（2）上料动力机构

　　该机构作为上料装置的动力来源，主要包括减速电机、联轴器、第一主动轴、第一从动轴和链轮。第一从动轴与对应的气动离合器连接。减速电机通过联轴器与第一主轴相连，通过带动链轮转动驱动多根第一从动轴旋转，气动离合器依次启动，将上料动力机构的动力传输给上料装置的链轮与链条啮合传动，实现管状物的梳理工作。

　　（3）管状物输送系统

　　在管状物输送系统中，核心部件是同步带输送机构，安装在上料装置下方，且为适应形状为条形的管状物，所选机构采用齿形的同步带，使得物料在同步带上不会发生滚动。管状物发生碰撞易爆炸，采用同步带传输机构进行输送，降低了运送过程的安全风险，显著提高了生产效率。

　　（4）布料伸缩输送装置

　　管状物混同后落入缓冲料斗中，经链条输送到周转箱上方，主要功能是实现物料的自动装箱，能精确控制每个周转箱内管状物的数量和位置，确保装箱的一致性和精度。

　　（5）机架机构

　　机架机构使用不锈钢材质作为系统整体支撑结构，混同机架和装箱机架沿水平方向并排设置，混同机架下方装有断料收集槽，两条同步带之间的空隙设置小于管状物的标准长度，在输送过程中，断料能够自动从空隙掉落到断料收集槽，槽内安装有导电橡胶，能够起到缓冲作用。

　　（6）装箱工装

　　装箱工装的竖直直线模组通过驱动周转箱底板，使底板匀速竖直往复运动，减小物料布料跌落高度，提高装箱过程的安全性。辅助辊道由辊子和托架组成，且安装在机架上部，主要实现人工下料过程减小摩擦，减轻工人的劳动强度，保障周转箱移动过程中的安全，防止周转箱中的物料因摩擦碰撞发生爆炸。

　　1.2工作原理

　　本文通过对管状物原有混同过程的关键工序进行自动化设计，实现生产全过程安全化和精细化，具体工作原理如图3所示，有以下4个步骤。

　　（1）加料：由工人将待混同的小批物料逐把从布袋中取出，摘除捆绑固定皮筋，然后分别放入上料装置12个料仓中，每个料仓放一小批管状物。

　　（2）混同：混同工位设备启动后，料仓内的输送链机构依次启动，同时料仓下部的同步带也在电机驱动下运行，料仓内的管状物被输送至同步带上，完成物料的自动混同，且混同过程中断料将自动落入同步带下方的断料收集槽。

　　（3）装箱：管状物混同完毕，由同步带输送至装箱工位的缓冲料斗中，通过水平直线模组带动物料输送机构匀速往复运动进行水平方向物料装箱，同时竖直升直线模组带动周转箱的底部上下运动，以此实现管状物在周转箱内依次逐层排列，当底板在下降过程中接近开关检测到信号，装箱完成。

　　（4）下料：由人工将装满物料的周转箱放置指定位置，并对断料收集槽中的废料集中处理。

　　本文提出的管状物自动混同系统只需要人工进行上下料，最关键的混同与装箱过程实现了无人化，减小生产过程的危险性，有效提高了管状物混同效率及最终性能。

       2自动混同及装箱系统设计

　　混同旨在确保管状物成分均匀分布，从而提高最终产品的性能。传统的管状物混同大多数采用人工进行操作，混同生产过程中存在着以下的弊端：一是操作人员的动作可能导致静电积聚或摩擦生热[10-11]，增加物料爆炸的风险；二是人工混同速度相对较慢，难以满足大规模生产的需求，且长时间的手工操作容易导致操作人员疲劳，进一步增加误操作的风险；三是混同过程由人工完成，在规定的有限混同次数下，管状物宏观均匀性难以保证。在不改变原混同流程的条件下，提出一种全新的混同装置，以实现管状物混同及装箱过程的自动化。

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