自動(dòng)灌封機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試

董山恒，孫海龍，楊振昆

（北自所（北京）科技發(fā)展有限公司，北京 100120）

0 引言

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)產(chǎn)品包裝的質(zhì)量也相應(yīng)提高，需要能夠完成液體灌裝，封口，包裝等一系列全自動(dòng)化機(jī)械操作的液體灌裝生產(chǎn)線，全自動(dòng)液體灌裝生產(chǎn)線在國內(nèi)制藥，保健食品以及酒類等包裝行業(yè)方面有大量的需求，我國生產(chǎn)醫(yī)藥，保健食品，酒類產(chǎn)品的廠家數(shù)不勝數(shù)，不同種類產(chǎn)品的灌封要求的不斷增加，對(duì)于新型的灌封裝備的發(fā)展也有了更大的挑戰(zhàn)。隨著國家為促進(jìn)制藥行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，開展制藥機(jī)械GMP（藥品生產(chǎn)質(zhì)量保證規(guī)范）評(píng)審及驗(yàn)證檢測工作，加快制藥GMP的實(shí)施，全自動(dòng)液體灌裝生產(chǎn)線在我國的制藥行業(yè)也越來越受重視，我國制藥行業(yè)的生產(chǎn)廠家達(dá)5000多家，大、中型企業(yè)也有上千家，市場對(duì)高質(zhì)量、低價(jià)格的全自動(dòng)液體灌裝生產(chǎn)線成套設(shè)備的需求必將與日俱增。

1 灌封機(jī)結(jié)構(gòu)組成及功能分析

一體化自動(dòng)灌封機(jī)用于圓柱形空心塑料棒類藥物用品的灌液和兩端封口。該灌封機(jī)主要由傳送系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，封口系統(tǒng)，灌液系統(tǒng)，下料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成（如圖1所示）。該機(jī)能夠自動(dòng)完成上料，封底，灌液，封頂和下料一整套完整過程，實(shí)現(xiàn)了灌封自動(dòng)化，充分滿足了加工生產(chǎn)要求，大大的提高了生產(chǎn)效率，為醫(yī)療器械的自動(dòng)化發(fā)展提供了有利的支持。

圖1 旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)灌封機(jī)總圖

1.1 傳送系統(tǒng)

傳送系統(tǒng)主要由電機(jī)，主軸和大盤構(gòu)成。其功能為通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)大盤旋轉(zhuǎn)，在灌封機(jī)節(jié)拍時(shí)間間隔內(nèi)，將裝有一定數(shù)量塑料棒的大盤旋轉(zhuǎn)到灌封機(jī)的各工位，完成相應(yīng)工位的工作，以完成一個(gè)生產(chǎn)周期。

1.2 封口系統(tǒng)

封口系統(tǒng)主要包括封底和封頂兩部分。其主要由封口磨具，壓緊裝置，高頻加熱設(shè)備，冷卻裝置和吹氣裝置構(gòu)成。其功能為通過高頻加熱設(shè)備將塑料棒的一端融化在封口磨具中，再通過冷卻裝置冷卻并使其快速成型。

1.3 灌液系統(tǒng)

灌液系統(tǒng)主要由蠕動(dòng)泵，灌液氣缸，針管，針頭等構(gòu)成。其功能為當(dāng)封底工序完成后，由傳送裝置將底部封好的塑料棒傳送到灌液工位，蠕動(dòng)泵則通過針管將預(yù)先裝好的液體，按規(guī)定的劑量注入到塑料棒中。

1.4 上料和下料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)主要由料斗，推料器，壓料器等部件構(gòu)成。其功能為當(dāng)上料工位模具空位時(shí)，自動(dòng)將消毒烘干后的未熔封的塑料棒傳送至固定在大盤上的模具里，以便進(jìn)行以后的工位工作。

下料系統(tǒng)主要由下料夾板，鏈條，電機(jī)，氣缸等部件構(gòu)成。其功能為最終封口完成后，下料系統(tǒng)把封好的塑料管輸送到指定箱體中，并自動(dòng)計(jì)數(shù)。

1.5 工作原理

當(dāng)消毒烘干后的塑料棒由上料系統(tǒng)傳送至盤夾具上時(shí)，大盤帶動(dòng)塑料棒旋轉(zhuǎn)至封底工位，此時(shí)模具裝置上升，壓緊裝置下降，將塑料夾緊，然后加熱裝置對(duì)模具開始加熱，待加熱一定時(shí)間后，塑料棒在模具內(nèi)熔化，冷卻裝置對(duì)模具進(jìn)行冷卻，并吹干冷卻水，待封底成型后，大盤帶動(dòng)塑料棒旋轉(zhuǎn)至灌液工位，由灌液裝置將液體灌輸?shù)降撞糠夂玫乃芰习魞?nèi)，再由大盤帶動(dòng)塑料棒至封頂工位，待封頂完成，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至下料工位，由下料裝置將塑料棒輸送到指定區(qū)域。

圖2 非工作和工作對(duì)比圖

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

1）自動(dòng)封口灌裝一體機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)能為100～150支/分鐘；

2）一次灌裝數(shù)為60支；

3）蠕動(dòng)泵容量0.5ml～10ml；

4）灌液精度±0.5%；

5）總功率10kW；

6）熔封后泄漏率≤0.5%；

要求速度可調(diào)，灌液量可調(diào)，計(jì)量準(zhǔn)確，運(yùn)行平穩(wěn)，藥液不外溢，灌液時(shí)無液體滴漏現(xiàn)象，并保證無管不灌液。

2.2 灌封機(jī)設(shè)計(jì)要求

1）功能齊全、設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊；

2）性能指標(biāo)穩(wěn)定；

3）運(yùn)行安全可靠、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小；

4）藥物不受污染，符合GMP的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)書；

5）易于維修保養(yǎng)，便于清洗；

6）自動(dòng)化程度高，操作簡便。

工藝范圍廣，藝范圍越寬，越能提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，即可以利用同一設(shè)備可以灌裝多種物料和多種規(guī)格的容器。

3 調(diào)試及主要問題分析

無論是設(shè)計(jì)上還是運(yùn)行中，生產(chǎn)效率都能達(dá)到額定技術(shù)指標(biāo)，即100～150支/分鐘。生產(chǎn)效率是可變的，可以通過調(diào)整磨具的個(gè)數(shù)和熔封塑料管的時(shí)間來調(diào)整。

3.1 熔封質(zhì)量

在灌封機(jī)的使用過程中，熔封塑料管的質(zhì)量是至關(guān)重要的，它關(guān)系到熔封后的泄漏率，同時(shí)也影響外觀，可能直接影響市場銷量。通過設(shè)計(jì)分析及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)得知，影響熔封質(zhì)量幾大關(guān)鍵要素如下，并針對(duì)這些因素對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)及控制做了相應(yīng)的調(diào)整。

1）熔封溫度

溫度過高導(dǎo)致熔封距離過長，從而影響成型產(chǎn)品的長度；溫度過低導(dǎo)致泄漏，大大增加了產(chǎn)品的泄漏率。為此我們使用了紅外測溫傳感器，對(duì)熔封模具的溫度進(jìn)行了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，保證了熔封溫度的準(zhǔn)確性。如圖3、圖4所示。

圖3 設(shè)計(jì)中傳感器圖紙

圖4 調(diào)試中傳感器示意圖

2）溫升速率

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，溫升速率對(duì)熔封質(zhì)量有一定的影響。最終通過控制高頻加熱設(shè)備來控制對(duì)模具的加熱速率，明顯改善了熔封質(zhì)量。

3）模具的冷卻

在調(diào)試過程中驗(yàn)證了熔封模具的冷卻是至關(guān)重要的，如果冷卻效果不好，將導(dǎo)致脫模無法完成，即融封不成功。同時(shí)也防止模具的溫度不斷的傳遞到載體上，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備溫度過高，增加危險(xiǎn)性。為此，在設(shè)計(jì)過程中我們對(duì)模具采用了水冷方式。為了避免冷卻槽內(nèi)殘留的水分及模具底部沾有水滴，影響下次加熱時(shí)間及速率，在水冷后，我們對(duì)冷卻槽進(jìn)行了吹氣處理。如圖5所示。

圖5 連接在模具載體上的水管和氣管

4）融封塑料管的壓緊

在熔封過程中塑料管的一端在模具內(nèi)受熱熔化，另外一端要有壓力，使之能夠完成熔封過程。而在這個(gè)過程中，如果壓力持續(xù)存在就有可能導(dǎo)致熔封表面不平滑，而且也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品整體長度變短。所以在設(shè)計(jì)中我們對(duì)壓緊裝置做了限位處理，當(dāng)壓緊裝置升降到一定距離后，限位螺母卡在軸套上，壓緊裝置保持穩(wěn)態(tài)，不再繼續(xù)升降，保證了熔封的質(zhì)量的同時(shí)也滿足了產(chǎn)品長度的公差要求。如圖6中箭頭所示。

圖6 壓緊裝置限位螺母

3.2 無瓶不灌裝—激光對(duì)射檢驗(yàn)

調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，灌液過程中確保無瓶不灌裝是非常必要的，當(dāng)灌液工位處有塑料管時(shí)，擋住光電開關(guān)，發(fā)出有管信號(hào)，灌液功能開啟；如灌裝工位無塑料管時(shí)，發(fā)出無管信號(hào)，灌液功能關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)了無瓶不灌裝功能（如圖7所示），既避免了無管灌液的浪費(fèi)，同時(shí)也避免了無管時(shí)灌液造成液體的揮發(fā)，甚至是某些液體對(duì)設(shè)備的腐蝕等。

圖7 無管不灌液原理

4 結(jié)語

闡述的旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)灌封機(jī)為自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利。其主要難點(diǎn)在于熔封質(zhì)量的工藝要求，在調(diào)試過程中也做了大量實(shí)驗(yàn)，無論在結(jié)構(gòu)還是在控制上都做了相關(guān)調(diào)整。目前該設(shè)備已投入正常運(yùn)行，現(xiàn)場使用結(jié)果表明，該設(shè)備具有速度可調(diào)，灌液精準(zhǔn)，藥液不外漏，灌封速度快等優(yōu)點(diǎn)，滿足相關(guān)領(lǐng)域塑料管的灌封要求。