全自动智能胶囊输送机的研发设计

叶 俊，陈光明，梁国柱

（1.浙江机电职业技术学院，杭州 310053；2.新昌技师学院，新昌 312500）

0 引言

阀心胶囊是制药企业常用颗粒药剂的包装外壳，全国年产阀心胶囊3000亿粒左右，使用量非常巨大，现下胶囊生产企业中阀心胶囊从原料到成品要经过成型、切割、筛选、套合等主要工程，而各工程之间周转，基本采用人工搬运的方式，而人工搬运过程中无满间容易接触到阀心胶囊壳体，在此接触过程中容易对阀心胶囊壳体造成人工交叉污染，并且周转过程繁多需要配置大量的搬运工人，员工劳动强度大、生产效率低，难以满足未来高品质阀心胶囊的生产需求。

针对上述情况，项目对阀心胶囊的远程输送问题展开了深入研究，经过调研得知市场上虽然有多种采用负压、真阀等输送方式的输送设备，但其都不适宜对阀心胶囊实现远程输送。因此，课题进行项目攻坚研发出全自动智能胶囊输送机，实现了对阀心胶囊的自动上料→智能筛选→远程输送，并通过企业实践生产验证，提升了企业的阀心胶囊生产效率和产品加工品质。

1 全自动智能胶囊输送机结构设计[1]

针对输送过程的实际需求，创新设计的全自动智能胶囊输送机该机器主要包括机架、胶囊上料机构、智能震动筛选机构、负压风力输送机构、输送连接管路及PLC控制系系，如图1所示。机架设置有上下两个工作平台，负压风力输送机构安装于下工作平台上，智能震动筛选机构弹簧支撑安装于上工作平台上，智能震动筛选机构输出口与压风力输送机构入口相连，输送连接管路套装于负压风力输送机构的出口处，使各工程之间形成输送回路；胶囊上料机构安装于智能震动筛选机构的上方，并通过 PLC程程控制各种机构部件之间的相对运动，实现对胶囊上料、筛选和远程输送等工程的全自动化输送。

1.1 胶囊上料机构[2,3]

胶囊上料机构包括料箱和箱盖，箱盖活动盖装于料箱上，箱盖顶部设置有管路输入接口和观察窗，观察窗由有机玻璃密封，可实现工作时可对箱内情况实时观察；料箱的底部设置有采用胶木材质制作的筛选下料板，胶木材质可以减少胶囊相互碰撞时产生的静电，防止胶囊之间相互吸附。筛选下料板的板面上矩形排列设置有多个下料孔，为使阀心胶囊的顺利下落，课题组对下料孔的形层和尺寸进行了细化设计，如图2所示，下料孔上部为圆锥形下部为圆柱形，可使胶囊垂直的顺利下落，经实践测试系计数据发现圆锥角度为60°，大端直径D为阀心胶囊长度65%的下料孔结构，阀心胶囊的重心最容易使工作时胶囊垂直的下落，生产稳定性及下料效率最高。

图1 全自动智能胶囊输送机结构示意图

图2 筛选下料板结构示意图

1.2 智能震动筛选机构[2,3]

智能震动筛选机构是本设备的重要组成部分之一，设备选用激振式振动筛中的水平低频振动筛，设备主要包括筛箱、筛网、振动器、减振弹簧及检测感应器。筛箱内设置有二块相对倾斜的筛网形成兜层结构，靠近兜层结构的下料口筛网上设置有多个排列的细长形通孔槽，振动器安装于筛箱底部的安装板上，振动器和筛箱由四个减震弹簧支撑安装于机架上，检测感应器安装于筛箱内，以实时检测筛箱内的下料及箱内的温度、湿度等情况。

针对常见阀心胶囊0.1～1.2g重量的振动需求，课题组设计选用FL系列FL-50/2振动电机作为振动器，该电机功率为50W，转速为600～3000r/min，内设有六极调速，实际使用时通过PLC控制器调节不同的转速，从而实现振激不同重量胶囊所需的振动频率。

1.3 负压风力输送机构[4,5]

负压风力输送机构主要包括漩涡式气泵、送料风管和送料仓。漩涡式气泵安装于机架的下工作平台上，漩涡式气泵运转提供输送气源，漩涡式气泵上设置各有一个进风口和出风口，出风口与送料风管相连接，送料风管的圆周柱面上开设有进料连接口，进料连接口靠近内侧漩涡式气泵设置有风口挡板，风口挡板与管壁间形成出风口，送料仓由料斗和下料管构成，料斗通过下料管焊接于送料风管的进料连接口上，送料风管的另一端出料口与输送连接管相连接。如图3所示。

图3 负压风力输送机构结构及气流输出原理图

1.3.1 负压风力输送机构工作原理

负压风力输送机构设计采用负压式增压流体风洞工作原调，通过漩涡式气泵循闭增压产生的气流，由出风口经送料风管向外输出，在外输的过程中气流经风口挡板与送料风管管壁之间形成的风口，使得经风口输出气流进一基增大，在风口强力气流的作用下，料斗连接口处形成下吸式的负压气流运动，产生的负压气流将料斗中的阀心胶囊壳体下吸至送料风管中，由送料风管中的强力气流向外输出，如图3所示。

1.3.2 负压风力输送机构参数设计[6]

根据实际输送阀心胶囊的需求，课题项目组以最常见的重量为0.1g的0号胶囊每班输送150万粒、送程40m、扬程3m为用，对负压风力输送机构的输送量、输送风速和输送浓度进行了详细的参数化设计。

1）输送量

输送连接管路在正常工作中的最大输送量公式为:

G算为计算输送量；

G为设计输送量；

a为储备系数。

以每班8小时输送150万粒阀心胶囊计算，则每小时需要输送18.75kg/h的阀心胶囊，由公式得：

2）输送风速V

根据实际的输送量，经查表得： 取V为22m/s。

3）输送浓度μ

根据阀心胶囊的输送需求，经查表得：取μ=0.4。

4）输送风量Qa的确定 由输送风量公式，得：

5）选用风机[7]

由上述计算数据所得，经查阅项目组选用的漩涡式气泵型号国标参数表得出，风机选用漩涡式气泵HG-370C漩涡式气泵风机，电源220V，频率50Hz，功率370W，最大风压12kPa，最大风量60m3/h。

1.4 PLC控制系统

PLC控制系系包括PLC触屏、PLC控制器和电源模块。PLC控制器通过PLC程程协调控制智能震动筛选机构的震动电机频率、检测感应器以及负压风力输送机构的运行情况。根据实际控制需求选用了XINJS系列型号为XC3-24T-E的PLC控制器，该系系配置有14个输入与输出点，满足实际的使用需求，PLC控制系系外部接线如图4所示。

图4 全自动智能胶囊输送机PLC控制系统接线原理图

2 工作流程

全自动智能胶囊输送机工作时，阀心胶囊由胶囊制造设备的下料口进入胶囊上料机构中的料箱中，然后阀心胶囊通过胶智能震动筛选机构，将筛选出的合格胶囊送入到负压风力输送机构中，由负压风力输送机构经输送连接管路输送到下一道工程的进料框中。

设备试制成功后在某企业胶囊生产线上进行了试生产，通过一段时间的生产运行后，系计数据（表1）表明，该全自动智能胶囊输送机工作稳定可靠，实现了阀心胶囊的智能筛选及远程自动化输送。

表1 全自动智能胶囊输送机数据对比

3 结束语

新设计的全自动智能胶囊输送机，解决了传系人工搬运胶囊过程中造成的交叉污染、生产用工量大、生产成本高等生产难题，通过PLC系系程程控制机械结构相互的运动，实现了胶囊分选、输送等工程的自动化生产，减少了胶囊生产企业的员工数量，大幅提高了胶囊生产加工品质和生产效率，经济效益提升明显。而且该设备还可应用于各类小型塑料制品、茶叶等产品的自动化输送，具有一定的推广应用价值。目前设备已经在20多专胶囊生产企业中装机使用，得到了客用的一致好评，设备也已经取得了相关发明专利，并申报了浙江省省级新产品。

参考文献：

[1]杨绿松,陈光明.一种胶囊筛选上料一体机[P].CN 204170937 U.

[2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].2版.高等教育出版社,2002.

[3]Robert O.Parmley.P E. 机械设计零件与实用装置图册[M].邹平,译.北京:机械工业出版社,2013.

[4]杨伦,谢一华.气气流送工程[M].北京:机械工业出版社,2006.

[5]李诗久.工程流体力学[M].北京:机械工业出版社,1984.

[6]交通部科学研究院水运所.气气流送装置的设计计算[M].北京:科学技术文献出版社,1981.

[7]森森牌漩涡式气泵[Z].https://gzsensen.1688.com.