胶囊灌装流水线的研究与设计

任设东 沈益泉 姜晓源 林超

摘 要:针对胶囊制药企业对自动化胶囊灌装生产线的需求,本文设计了胶囊灌装流水线上主要的功能设备,包括实现自动理瓶的理瓶机,自动完成胶囊数粒和灌装的数粒灌装机,以及后期工序的理盖、压紧、旋盖装置。并且通过分析各设备的结构和工作原理,提出了部分机构有待改进的方面,以更加完善胶囊灌装生产线上各设备的功能。

关键词:理瓶机 数粒灌装机 自动理盖 压盖 旋盖

中图分类号:TB47 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0175-02

随着制药业的快速发展,对药品包装行业提出了更高的要求。为了达到国家药品GMP的要求,大部分的药品包装行业都在寻求全自动化的药品包装生产线。本次的研究与设计通过对绍兴市新昌县胶囊生产基地调研之后,在此基础上对现有的胶囊生产线设备进行分析和再设计,并在一些有待改进的方面提出意见。一条完整的胶囊生产线上主要的设备装置包括:理瓶机、数粒灌装机、自动塞纸机、干燥剂塞入机、自动理盖旋盖机、自动贴标机,以及复杂的电气控制设备。本文主要对理瓶机、数粒灌装机、自动理盖、压盖、旋盖机的机构和工作原理进行论述。

1 理瓶机的设计

1.1 理瓶机的结构

理瓶机的结构图如图1所示。

1.2 理瓶机的工作原理

胶囊药瓶由人工倒入储瓶箱6内,储瓶箱的底部与水平面向内侧成15°角,使得箱内的药瓶都滑向储瓶箱底部的内侧。双层理瓶盘11与储瓶箱平行安装,这样位于底部的部分药瓶将滑入到理瓶盘的凹坑工位中。在电机的带动下,理瓶盘将做逆时针的转动,同时将滑入凹坑工位中的药瓶从储瓶箱的底部带到水平位置。考虑到凹坑中的药瓶有的是瓶口朝上的,有的是瓶口朝下的,如何通过理瓶机的作用使得输出的药瓶都是瓶口朝上的,这是设计的关键。为解决在凹坑工位中瓶口朝下的药瓶能够翻转过来,设计过程中在储瓶箱靠近水平位置的底部焊接了一个椭圆状的凸块12,在其附近安装了一条渐高弧形轨道4。当凹坑中的药瓶是瓶口朝上时,由于药瓶底部没有空间,则药瓶经过椭圆形凸块时只是微小的振动,继续随着理瓶盘转动,在导出铁丝13的作用下顺利地从出瓶导轨7中输出。而当药瓶是瓶口朝下时,由于瓶口是开口的,当药瓶经过椭圆形凸块时,药瓶将有向一侧倾斜的趋势,这时瓶口将顺势沿着渐高的弧形轨道运动,实现药瓶的翻转,使得原本瓶口朝下的药瓶翻转成为瓶口朝上,然后顺利地从出瓶导轨输出。

1.3 理瓶机中主要零件的设计

1.3.1 理瓶盘

理瓶盘由尼龙材料制成,双层结构,总的厚度比药瓶的高度略小。理瓶盘周边的凹坑工位比药瓶的底部最大直径大,最外边的直径与理瓶机储瓶箱直径略小,这样保证在凹坑内的药瓶在随理瓶盘转动的过程中不会侧倒。理瓶盘的结构图如图2所示。

1.3.2 椭圆形凸块和渐高弧形轨道

图3中1为椭圆形凸块,2为渐高弧形轨道,当瓶口朝下的药瓶经过凸块时,药瓶将在渐高弧形轨道的阻挡下将向图中的右侧倾斜,此时瓶口将接触弧形轨道。药瓶在理瓶盘的带动下并沿着逐渐增高的弧形轨道运动,实现药瓶的翻转,使得原来瓶口朝下的药瓶瓶口朝上。设计过程中要求椭圆形凸块的宽度比瓶口的半径略小,这样能够使得经过凸块时大部分的瓶子是处于凌空状态的,达到瓶子侧翻的效果。渐高弧形导轨的长度应能保证瓶子转过至少两个凹坑工位的路程,其最大高度应大于瓶口转过一圈的圆周长。

2 数粒灌装机的设计

2.1 数粒机的结构

数粒机的结构图如图4所示。

2.2 数粒机工作原理

数粒机要实现的功能是将定量的胶囊灌装到胶囊瓶中。数粒机上底座与数粒机机座通过螺栓联接,并且两者与水平面都成15°的倾角,这样数粒机中的胶囊将堆积在一侧,底层与数粒板接触的胶囊将落到数粒板的工位孔中,每个工位孔只能容下一粒胶囊,工位孔的数量决定了一次灌装后一瓶胶囊的数量。电动机带动数粒板沿逆时针方向以一定的转速转动,将各个工位孔中的胶囊往上带。电磁铁的得电和失电使得衔铁不断地做抖动运动,从而使数粒板在转动的同时又有抖动运动,保证胶囊能够顺利地落到工位孔中。数粒底板是静止不动的,与数粒板有一定的间隙,保证工位孔中的胶囊能够随着数粒板向上爬行,当数粒板随电机转过180°后,数粒底板有一扇形空洞,此时工位孔中胶囊都将掉落到数粒机的底座上,并通过出口漏斗将胶囊灌装到流水线上的胶囊瓶中。

在数粒板和数粒底板的设计中,数粒板可以随电机转动,数粒板的板面上对称分布两个阵列的工位孔,这样一个阵列的工位孔在进行填装胶囊的同时另一个阵列的工位孔在卸下胶囊,可以提高生产效率。数粒底板是静止不动的,位于数粒板的下侧,主要起对胶囊的支撑作用,两者间有一定的间隙隔开。

3 理盖、压盖、旋紧机构的设计

3.1 理盖机的结构和工作原理

理盖装置采用结构简单的吹气式理盖机,其结构图如图5所示。

将瓶盖倒入理盖机中,盖子将滑入倾斜的一侧,电动机带动传动轴转动,在理盖盘的作用下,盖子将顺势掉入理盖盘的凹坑工位中。这时凹坑工位中的盖子有两种摆放的方式,称盖子旋口朝上的为正向,朝下的为负向。理盖盘带着凹坑工位中的盖子向上运动,当盖子被带到1号吹气孔上方时,如果盖子是正向的,那么吹气口被盖子底堵住,盖子可以正常通过,从出盖轨道中输出;如果盖子是负向的,那么将被1号吹气口吹翻掉回到理盖盘中,重新理盖。

3.2 压盖、旋盖机的结构和工作原理

压盖、旋盖机构的结构图如图6所示。

当从理盖机理好瓶盖后,盖子将从出盖导轨输出,导轨的出口端与水平面倾斜,且有一夹盖装置,使盖子按顺序排列在轨道中。在输送带的带动下,药瓶向前运动,通过盖子的上方时,由于盖子是倾斜放置的,此时药瓶将顺势把瓶盖带走,在光电传感器感应到药瓶时压盖器将压下,使盖子压牢药瓶口,再经过三对旋紧轮的旋緊,即可将盖子与瓶子旋紧。

4 设计中待改进部分

数粒灌装机的设计中,存在两方面的不足:一是只能在数粒机中有足够多胶囊的情况下才能将数粒板上的工位孔全部填满。如果胶囊数不够多那么会造成很多工位孔是空的,导致每瓶的胶囊数不正确。要实现每瓶胶囊数目正确,就要求每次数粒灌装都要有比实际所需的胶囊数要多,灌装结束后要人工清理多余的胶囊。二是如何清除破损的胶囊,由于胶囊制造出来时的破损或者在数粒板轉动过程中造成的破损,都应采取必要的方法将已破损的胶囊分离出来,保证灌装到药瓶中胶囊的质量。

在理盖装置的设计中,采用的是吹气式理盖装置,虽然此装置结构简单,安装方便,但也存在一些不足。工作可靠性不够,瓶盖供送不够平稳。在理盖的过程中不能保证每个瓶盖都是以正向进入出盖轨道,一部分负向的盖子也有可能被送入出盖轨道。由于出盖轨道中的瓶盖移动是通过逐个推进的方式进行的,在最底部的盖子被瓶子带走后,后方的盖子在推力的作用下到达底部,如果理盖板工位孔中的盖子为负向,那么就会被吹飞,此时位于出盖导轨中的盖子无法向前移动,如果这时输送带上有瓶子通过,那么将没有盖子可以带走。其次,理盖装置只能适用于大小差不多的一类盖子,盖子过大或过小,理盖装置就不能实现其功能,通用性不够好。

参考文献

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