超声波玻璃瓶清洗机进瓶机构优化设计探讨

王振朋 王殿林

（上海华源安徽锦辉制药有限公司，安徽阜阳236018）

超声波玻璃瓶清洗机进瓶机构优化设计探讨

王振朋 王殿林

（上海华源安徽锦辉制药有限公司，安徽阜阳236018）

通过分析目前超声波玻璃瓶清洗机存在的设计缺陷，对清洗机进瓶机构的带瓶钩进行了优化设计，经实践应用证明，其使用效果良好，产品收率得到了有效提高。

超声波清洗机；凹口圆盘带瓶钩；瓶口压条；压簧

0 引言

当前国内的大输液包装材料通常分为3大类：玻璃瓶、塑料瓶和软袋。其中，玻璃瓶包装以其纯净、安全、优质和材质稳定的特性深受消费者喜爱，其优良的阻隔性、良好的外观以及化学稳定性得到了医疗界近百年的临床使用验证。

国外的临床静脉输液使用中，涉及到不确定的安全性情况时，仍然选择玻璃瓶包装。因此，即使是美国这一药品包装技术非常成熟的国家，玻璃瓶以其材质稳定和安全的特性仍在药品包装市场占有一席之地。

目前，我国玻璃瓶大输液生产线用来洗瓶的设备多为箱式超声波清洗机，其具有结构简单、产能大、自动化程度高、可靠性强、使用成本低等一系列优点，我公司使用的是一款QCS20型超声波玻璃瓶清洗机。

1 问题的提出

超声波清洗机的作业工序：

进瓶输送带将瓶输送进贮瓶台→贮瓶台上有分瓶机构将瓶分成各道进入进瓶机构→进瓶机构通过带瓶钩将瓶带到瓶篮内→再由瓶篮将瓶子推入超声波清洗机箱体内进行超声波清洗→超声波清洗完后再进行常水外冲洗→外冲洗后再进行内冲洗→内冲洗完后再进入倒水工位进行倒水→倒完水后再到出瓶工位出瓶（将瓶输出）→然后由输送带将瓶输送到下一工位。

在以上各工序中能否成功地将瓶带到瓶篮内是超声波玻璃瓶清洗机能否稳定运行的关键，这个过程由带瓶钩配合导向板来完成，设备出厂时带瓶钩设计为单薄的拨翅对称双钩（图1），此种设计存在如下缺陷：

（1）因受力面较窄，瓶钩的承受力比较小，而玻璃瓶的硬度比较大，所以带瓶钩易折断；

（2）瓶钩内陷部分较深，玻璃瓶进入带瓶钩的深度不宜控制，生产过程中经常出现卡瓶、倒瓶现象，影响生产速度和产品质量；

（3）玻璃瓶推挤前进过程中，互相之间产生摩擦，带瓶钩向上运行时，容易带起紧邻的玻璃瓶。

图1 单薄的拨翅对称双钩

2 设计方案

为了解决带瓶钩易折断、易卡瓶、倒瓶等问题，笔者设计了一种新型凹口圆盘带瓶钩（图2）。

图2 新型凹口圆盘带瓶钩

2.1 设计原则

在设计新型凹口圆盘带瓶钩时，主要遵循以下原则：

（1）增大带瓶钩受力面的面积，增强承受力；

（2）控制带瓶钩凹口深度，防止卡瓶；

（3）圆盘式设计，旋转过程连续性强；

（4）增加瓶口压条，防止瓶被带起。

2.2 凹口圆盘带瓶钩的直径设计

因贮瓶台与瓶篮运行过程中存在包角，贮瓶台和瓶篮对接时会有一个宽度约为500 mm的间隙，为确保带瓶钩从贮瓶台稳定带起瓶子，并顺利导入瓶篮内，同时尽可能加大受力面的宽度，最终圆盘直径设计确定为450 mm。

2.3 凹口深度及高度的设计

以钠钙玻璃输液瓶C型瓶为例，其国家标准（YBB00032002）规定：100 mL玻璃瓶外径为53 mm，瓶口外径为28.3 mm，瓶身高度为104 mm。若要满足玻璃瓶能够被平稳带起，则凹口深度需≥3/4瓶身外径，另外，为防止带起紧邻其后的玻璃瓶，凹口深度不能大于瓶身外径。

以此计算凹口最低深度3/4×53＝39.75 mm，综合考虑设计凹口深度为45 mm；为满足凹口高度≥瓶身高度，充分考虑玻璃瓶进入瓶篮的流畅性和带瓶钩的强度，设计凹口高度为169 mm（图3）。

图3 凹口深度及高度设计

2.4 凹口圆盘带瓶钩的材质选择

对于带瓶钩的材质选择，以轻巧、耐磨、有效减缓撞击为出发点，大多选择使用塑料王和尼龙材质。其中，尼龙材质因其尺寸稳定性好、热稳定性好、耐磨性强、机械强度高、高抗冲、高载重、耐撞击等优点，成为本次设计的首选材料。

2.5 瓶口压条的设计

为防止带瓶钩旋转过程中带起紧邻的瓶子，笔者设计安装了瓶口压条，瓶口压条的设计宽度以大于瓶口外径、小于瓶身直径为佳，设计压条宽度为40 mm、厚度15 mm，压条材质为304不锈钢方管。压条上部安装压簧，当瓶子被带起时瓶口压条在压簧的作用下给瓶口一个反作用力，将带起的瓶子阻挡下来，防止瓶子向后倾倒。瓶口压条示意如图4所示。

图4 瓶口压条示意

2.6 瓶口压条的压簧设计

以钠钙玻璃输液瓶C型瓶为例，其国家标准（YBB00032002）规定：100 mL玻璃瓶耐压力应≥0.6 MPa。压力弹簧常数的计算公式：

式中 k——压力弹簧常数，kgf/mm；

G——线材的钢性模数，不锈钢丝G＝7 300；

d——线径，mm；

Dm——中径，外径Do－d，mm；

Nc——有效圈数，总圈数N－2。

笔者设计选择不锈钢材质压簧：不锈钢丝线径1.5 mm、外径22.5 mm、总圈数10.5圈，则弹簧压力常数k＝（7 300×1.54）/[8×（22.5－1.5）3×（10.5－2）]≈0.059 kgf/mm。根据1 kgf/mm＝9.8 MPa，则0.059×9.8≈0.58 MPa＜0.6 MPa。因此，此压簧能够满足要求，且不会对玻璃瓶造成损伤。瓶口压条安装示意如图5所示。

图5 瓶口压条的安装示意

3 使用效果

对带瓶钩进行设计改进后，取得了良好的使用效果：

（1）采用新型凹口圆盘带瓶钩后，带瓶钩的破损减少；

（2）杜绝了卡瓶、倒瓶现象，减少了生产过程中的玻璃瓶破损；

（3）设备运行连续性好，生产过程流畅，减少了质量风险，提高了经济效益。

我公司使用新型凹口圆盘带瓶钩后，生产维修时间缩短，生产连续性好，产品质量有了很大的提升，玻璃瓶的损耗及维修费用大幅度降低，产品收率显著提高。

4 结语

综上所述，本文通过加大带瓶钩受力面的面积，增强了带瓶钩的承受力，降低了带瓶钩断裂的可能性；通过控制带瓶钩凹口深度，玻璃瓶进入带瓶钩的深度得到了有效控制，防止卡瓶或倒瓶；通过圆盘式设计，旋转过程连续性强，杜绝了间隙运转过程中的卡瓶、破瓶现象；通过增加瓶口压条，防止瓶被带起，减少了玻璃瓶的破损消耗。

[1]成大先主编.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2008.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T2639—2008 玻璃输液瓶[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]田耀华.对隧道式超声波洗瓶机特点的探索[J].机电信息，2008（11）.

[4]催震坤，邓春晓.超声波洗瓶机的研制与应用[J].黑龙江医药，2001（4）.

2015-08-14

王振朋（1978—），男，安徽阜阳人，助理工程师，从事企业管理工作。