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1問題的提出
水泥最終是以包裝好的形式發(fā)運出廠的，包括袋裝和散裝。而對于勞動強度大、機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）;而國外由于人工成本高（發(fā)達國家）或工人熟練程度不夠（不發(fā)達國家），較多地采用全自動包裝系統(tǒng)。
國內(nèi)目前包裝機本身的技術(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，與包裝機配套的輔助設(shè)備卻很長一段時間沒有突出的進步，從而制約了整個包裝系統(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化的水泥袋裝系統(tǒng)。
這套包裝系統(tǒng)的主機都布置在地面上，非常易于實現(xiàn)機械化操作，減少人工勞動。下圖（圖1）為其平面布置圖。

除了通常的包裝機喂料、卸包、計量、破包設(shè)備外，這套系統(tǒng)在包裝機前增加了自動插袋機，破包機后增加了自動堆垛機和打包機。
此系統(tǒng)的工作流程如下:
工人按時間間隔將紙袋分批次放入自動插袋機前送袋機上的儲槽內(nèi)，隨著包裝機的運轉(zhuǎn)，插袋機自動將紙袋插到包裝機的料咀上。水泥灌裝完畢后，水泥袋經(jīng)過校正/計量和輸送，進入堆垛系統(tǒng)。
工人將木托盤用叉車放到自動進給的輥道上，根據(jù)堆垛進度,托盤一個一個地被運送到堆垛機上。水泥袋經(jīng)過程序控制,按擺放要求自動排布后，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)。    
堆垛好的每個托盤經(jīng)過打包機時被機器按程序用塑料薄膜進行纏繞，形成適合特定氣候條件下運輸?shù)乃喟俦贿\送到儲存區(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）自動插袋機
自動插袋機包括送袋機、傳遞裝置和插袋機組成。
送袋機的作用相當(dāng)于破碎機前的板喂機，負(fù)責(zé)將紙袋自動分批次的喂給插袋機。紙袋由工人一疊一疊地按方向要求放到送袋機上的儲槽（叉架）內(nèi)。自動送袋機由步進電機驅(qū)動，傳動為鏈條，每次將一個儲槽（托架）內(nèi)的包裝袋傳送給自動插袋機的接袋裝置；接袋裝置到達工作位置后，位置傳感器將啟動送袋機工作。
包裝袋由叉式托架承載，在送袋機轉(zhuǎn)動時自動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開。

接袋裝置由扭轉(zhuǎn)型氣缸驅(qū)動,在接到包裝袋后，轉(zhuǎn)回到另一個工作位置；在將紙袋傳給下一接收裝置后，再轉(zhuǎn)回到接袋位置。位置傳感器報告接袋裝置的位置，控制送袋機/接袋器的動作。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)運動，在把紙袋推到位置后，向下移動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，達到超過紙袋的高度。接袋器又分兩部分，一部分將紙袋接住，并向上移動，達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，去重新接受另一摞紙袋。
插袋機本體由取袋器和插袋器兩組機構(gòu)組成。取袋器包括兩組吸頭，由真空泵及壓縮空氣驅(qū)動，從托袋器上將紙袋一個一個地提取出來；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。兩組吸頭共同動作，吸住紙袋后，一個連桿機構(gòu)使紙袋轉(zhuǎn)到豎直位置，并在轉(zhuǎn)動過程中將插袋孔打開，然后交給插袋器。
插袋器由凸輪-連桿機構(gòu)組成，在凸輪旋轉(zhuǎn)過程中的一個極限位置，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-連桿機構(gòu)的運轉(zhuǎn)，在另一個極限位置將紙袋送到包裝機的出料咀所在位置；夾臂為氣動，由于凸輪的旋轉(zhuǎn)，其運動軌跡與包裝機料咀的運動軌跡有一定重合，在插袋器與包裝機共同旋轉(zhuǎn)的過程中將紙袋插到出料咀上，然后松開紙袋。
2）自動堆垛機
堆垛機由一組設(shè)備組成，包括整形裝置、布包器、緩沖裝置、推包器、伸縮平臺、升降機構(gòu)、傳送輥道、插取器等。
從包裝機出來的經(jīng)檢驗合格的袋裝水泥，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)交錯排列。
由于從包裝機過來的水泥包均為順包，所以，在布包器上設(shè)置了兩個擋板,按排列要求定期動作，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）上。
推包器分以下三步工作，第一步，由后面的一個擋板將第一排包推到緩沖臺上；第二步，由后面的一個擋板將第二排包推到緩沖臺上；第三步（與第一步重合）,由前面的一個擋板將排好的5個包推到堆垛機上，同時，由后面的一個擋板將下一排包推到緩沖臺上。
緩沖皮帶的作用是在紙袋排成一整排前臨時放置紙袋,等最后一包到達后一起傳送到推包器處。堆垛機上面有一可伸縮的平臺，在一層包裝袋到達后，由整形裝置（氣動擋板）堆到固定位置，然后伸縮平臺打開，將包裝袋落到袋垛上，伸縮平臺再合上，接受下一層包裝袋。如圖8所示。

堆垛機前面有托盤自動送進系統(tǒng)，包括電動輥道及插取器。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，后一輥道自動向前運送托盤。在人工將木托盤放到最后一個輥道上后，木托盤就能實現(xiàn)自動向前傳送了。
插取器負(fù)責(zé)從一疊托盤中只提取出一個托盤向前傳送。插取器每次將除最下面一個托盤外的上部托盤插起，由電動輥道將最下面的那個托盤送向前一輥道,然后插取器將上部的托盤放到輥道上，插子向后縮出，再向上移動一個托盤的高度，執(zhí)行下一個插取命令。

經(jīng)過插取器后，木托盤被擋板推到規(guī)定的位置（橫向），然后送到堆垛機上，并由氣動擋板固定位置（縱向），以保證伸縮平臺上的水泥包準(zhǔn)確地落到其上面。
堆垛機在接到空的木托盤后，由升降臺帶動快速上升，使托盤頂?shù)缴炜s平臺下表面，然后稍下降一點，等待接包；在一層水泥包從伸縮平臺上落下后，升降臺下降一定高度，待伸縮平臺合并后，重新向上升起，頂住伸縮平臺后再稍向下動一點，以不阻礙伸縮平臺的打開；在一垛水泥袋達到要求的高度后（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輥道運送到打包機處。
3）自動打包機
打包機包括封頭裝置、纏繞裝置、刀架等。
打包機前面有兩臺電動輥道，用于緩存完成堆垛發(fā)送過來的水泥包。此處設(shè)置多個光電感應(yīng)開關(guān)，如果打包機處沒有水泥包，則輥道自動將發(fā)送過來的水泥包送到打包機下。

托盤被送到打包機下后，電動輥道下的升降裝置將托盤升起一定高度，然后打包機開始工作。
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，蓋到水泥包頂部，最后回復(fù)原位。
打包機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，在將封頭的薄膜纏繞住后，按程序編排，自上而下將整個托盤再纏繞一到幾遍。
纏繞裝置也由電機帶動滾筒,實行主動送給，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（刀架在纏繞開始時是薄膜的起點和固定點）。電動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，一臺移動小車根據(jù)輥道上的感應(yīng)裝置自動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輥道上放有水泥包后，其中一個能夠移動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控制技術(shù)，包括接近開關(guān)、光電感應(yīng)開關(guān)、步進電機、氣動裝置、邏輯程序控制器等，充分實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，大大減少了人工勞動。
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），另一個人負(fù)責(zé)添加水泥袋和木托盤（此人只是部分時間工作在生產(chǎn)線上）。由于主要工作基本是機械操作，所以即使這1~2人的勞動強度也不是很高。如果是兩套包裝系統(tǒng)同時工作，也只需增加一人進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)包裝機可以用單個操作員來實現(xiàn)，90t/h以上的產(chǎn)量需要兩個操作位才能實現(xiàn)。而操作位的增加將減少灌裝時間間隔，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目使用了120t/h的兩套8咀包裝機,即已使用了自動插袋、堆垛、打包裝置。目前市場上還有150t/h的10咀包裝機，180t/h的12咀包裝機。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，因為全自動包裝機需要歐洲生產(chǎn)，設(shè)備投資會增加，但土建投資和生產(chǎn)管理成本會大幅降低。
隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，以及人工成本的逐步提高，生產(chǎn)過程中的高強度勞動將不得不考慮由機械化手段來實現(xiàn)。雖然目前這一進程在國內(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)展的一個趨勢。

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