無(wú)泄漏自動(dòng)注入系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

李金萍 王飛飛 房妤

摘 要：系統(tǒng)的重點(diǎn)是自動(dòng)注取液體和保證無(wú)泄漏，在工作時(shí)能夠快速、準(zhǔn)確的控制，且穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：無(wú)泄漏；自動(dòng)注?。磺逑?/p>

1 概述

整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)是自動(dòng)注取液體和保證無(wú)泄漏。取液時(shí)，原料瓶倒置，針頭插入瓶中，取出原料液體后，調(diào)轉(zhuǎn)方向朝下將液體注入到發(fā)生器中，完成注入后使用類似蓋上瓶塞的方式將發(fā)生器的注入口處安裝螺栓，擰緊密封，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)泄漏的自動(dòng)注取液體。

2 方案構(gòu)想

根據(jù)系統(tǒng)注入要求的分析，我們提出一些相應(yīng)的解決方案：整個(gè)裝置分為上、中、下三個(gè)主體部分，最上層是原料瓶的供送裝置，用于將待取液的原料瓶供送至取液工位上，如圖1所示。

2.1 注入時(shí)通路建立的分析

在這個(gè)藥劑的注入過(guò)程中要求無(wú)泄漏，這個(gè)聯(lián)接發(fā)生罐體的管道就必須無(wú)泄漏和密封性很好，在注入時(shí)，首先建立一個(gè)通路實(shí)現(xiàn)這個(gè)注入過(guò)程，因?yàn)樽⑷霗C(jī)構(gòu)與發(fā)生罐罐體獨(dú)立，與藥瓶也獨(dú)立設(shè)置，這樣注入完一次就清洗一次注入裝置，注入的藥劑不會(huì)與其他的藥劑相混，注入的藥劑純度高，為事先提供的藥劑純度，在發(fā)生罐內(nèi)的藥罐設(shè)計(jì)中難度也會(huì)相應(yīng)降低。當(dāng)注入系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，對(duì)于整個(gè)發(fā)生系統(tǒng)的氣體發(fā)生系統(tǒng)沒(méi)有影響，仍可以正常運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、安全性都會(huì)高很多。藥瓶用標(biāo)準(zhǔn)方式封裝，清洗很方便，再結(jié)合藥瓶封裝結(jié)構(gòu)，用一個(gè)注針來(lái)實(shí)現(xiàn)，注入時(shí)藥瓶再與發(fā)生罐罐體之間聯(lián)通。

2.2 注入動(dòng)力的方案分析

在注入時(shí)，必須要一個(gè)動(dòng)力來(lái)將藥劑從封裝藥瓶中注入到發(fā)生罐內(nèi)，首先使發(fā)生罐內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，然后在注入時(shí)接通一個(gè)外部小正壓。這種方法可以提高壓力差，使藥劑的注入更徹底，也能避免在發(fā)生罐處因?yàn)榘l(fā)生罐內(nèi)的壓力小于外界壓力而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓差。這樣就能避免因?yàn)橥鈺r(shí)而產(chǎn)生的泄漏，因?yàn)榭諝獾耐ㄈ胧且粋€(gè)小正壓，也是一個(gè)壓力源，是個(gè)封閉的只進(jìn)通路。

2.3 注入通路接通時(shí)的防泄漏分析

當(dāng)注針與藥瓶、注針與發(fā)生罐同時(shí)接通而形成注入通路時(shí)，要使這個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生泄漏，在注入通路接通前，把注針頭密封好，可密封一頭，也可兩頭都密封，方法是在注針端頭用一個(gè)小的橡膠套帽封注這個(gè)針頭，當(dāng)接通時(shí)，就能夠先將一端先插入不用怕另一頭泄漏了，加密封帽的方法為：就是在下端頭用一個(gè)單向閥來(lái)密封住，這樣在先接通注針與藥瓶后，不會(huì)因?yàn)橄露丝诋a(chǎn)生藥劑的泄漏。這種方式控制系統(tǒng)控制起來(lái)比較容易，精度要求也不會(huì)太高，較為經(jīng)濟(jì)。但是這種方式可能會(huì)產(chǎn)生小量的藥劑污染這個(gè)密封頭，且這個(gè)密封頭的小污染也不能忽視，須注完一次后對(duì)注入通路處進(jìn)行清洗。

2.4 藥瓶放置方式和注針插入位置的分析

通過(guò)分析，藥瓶選用ISO 13# 2mL西林瓶，藥瓶用一頭封口的方式封裝，這樣的封裝只有一個(gè)端口，其他的地方為一個(gè)整體，這樣的能減少藥劑滲透和從密封縫中擴(kuò)散出去了可能，也更便于較長(zhǎng)時(shí)期的存放藥劑。可以將藥瓶倒放，使封裝端口在下方，藥劑在藥瓶的密封端口，這樣便于注入，且注入的程度比較徹底。注針和洗針同時(shí)從下方一起注入，注針比洗針較短剛好穿透密封橡膠為止，洗針幾乎要穿到藥瓶的底部，這樣穿入會(huì)在洗針的外表面附上一層藥劑，會(huì)對(duì)洗針有一些污染。但是在后面的清洗過(guò)程中為將清洗液充滿整個(gè)藥瓶，能將洗針外表面的附著的藥劑洗掉，因此問(wèn)題不大。這種方式注針和洗針同時(shí)穿入瓶中，針的穿入和夾持機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本為低一些，控制過(guò)程也容易。

2.5 藥瓶夾持以及與針相對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析

根據(jù)藥瓶的形狀、倒置及自動(dòng)選位，可以采用撥輪固定藥瓶。這個(gè)定位使其不再有左右運(yùn)動(dòng)，而藥瓶的豎直方向上的定位則是由藥瓶的底部與撥輪座凹平面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種夾持方式，便于藥瓶的安裝和注完藥劑后的移除。藥瓶要有相對(duì)注針的上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)針頭刺入到藥瓶中，所以藥瓶的夾座應(yīng)當(dāng)能相對(duì)于針而上下運(yùn)動(dòng)，則使用氣缸來(lái)提供動(dòng)力實(shí)現(xiàn)這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。氣缸工作時(shí)要有一個(gè)氣壓工作站提供氣壓，動(dòng)力來(lái)推動(dòng)氣缸，氣缸的工作環(huán)境很干凈，且當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中有氣壓源時(shí)，引入一條回路來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)是很容易的，氣缸的工作原理和控制較為簡(jiǎn)單，成本也較低，但是控制精度不是很高，故可以考慮用氣缸[ 1 ]來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2.6 注針進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)分析

因?yàn)樽⑨樅拖瘁樖峭瑫r(shí)穿入藥瓶，與藥瓶有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，然后針與發(fā)生罐罐體的密封層也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在注入過(guò)程中，空間上的位置是藥瓶在最上方，注針在中間，發(fā)生罐的密封門在最下方。將氣注針和洗針的夾座固定在一滑臺(tái)上，再將一個(gè)氣缸聯(lián)接在這個(gè)滑臺(tái)上，氣缸帶動(dòng)藥瓶座，就能實(shí)現(xiàn)藥瓶與針之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)針與發(fā)生罐之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以考慮用一個(gè)能實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的向下運(yùn)動(dòng)，用伺服電機(jī)[ 2-3 ]或是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)就是控制的精度高，控制的系統(tǒng)程序和方法較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，必須要有一個(gè)專門的能導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、一個(gè)絲杠副來(lái)傳遞動(dòng)力、一個(gè)變速機(jī)構(gòu)和聯(lián)軸器等，推力相對(duì)來(lái)說(shuō)也不大，占用的空間較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。故選用步進(jìn)電機(jī)加絲杠的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)類型的選用需要根據(jù)其他的要求來(lái)決定。

2.7 清洗功能的分析和設(shè)計(jì)

要在注入完成時(shí)達(dá)到清洗藥瓶和注針內(nèi)壁的功能，需要用一種清洗液與這個(gè)相應(yīng)的殘余藥劑反應(yīng)使其失去本來(lái)的藥性，不會(huì)發(fā)生其他的危害，這時(shí)將清洗液排出，再用蒸餾水來(lái)對(duì)這個(gè)排去清洗液的藥瓶、注針、洗針和整個(gè)清洗通路進(jìn)行清洗，如下圖2所示。

這個(gè)清洗過(guò)程完成后，再用一個(gè)干凈且有一定氣壓的空氣通入到這個(gè)清洗回路中來(lái)，實(shí)現(xiàn)排盡這個(gè)清洗回路和注針系統(tǒng)內(nèi)部的殘余水的目的，以達(dá)到保護(hù)清洗回路和以備下次注入使用。因?yàn)榭紤]到有不同的藥劑，故清洗時(shí)，就會(huì)有不同種類的清洗液，這里要考慮的是根據(jù)藥劑的酸堿性分為兩種，這樣的話就有兩種清洗液，再加上一路蒸餾水和一路空氣，總共就有四路的通入路，一路出去接到洗針上的輸出路，就有五路的連接器實(shí)現(xiàn)通路的變換。要達(dá)到通路變換后，不會(huì)有各路物質(zhì)的相互干擾和反流現(xiàn)象，必須要在通路的各入口處接上一個(gè)可單向關(guān)閉的閥體。

3 結(jié)論

主要介紹了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的分析和方案的構(gòu)想，對(duì)系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作過(guò)程進(jìn)行分析，從而得出的幾點(diǎn)重要的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)這些設(shè)計(jì)要求，找到問(wèn)題并提出一些相應(yīng)的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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