全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)

葉 俊，陳光明，梁國柱

（1.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 310053；2.新昌技師學(xué)院，新昌 312500）

0 引言

閥心膠囊是制藥企業(yè)常用顆粒藥劑的包裝外殼，全國年產(chǎn)閥心膠囊3000億粒左右，使用量非常巨大，現(xiàn)下膠囊生產(chǎn)企業(yè)中閥心膠囊從原料到成品要經(jīng)過成型、切割、篩選、套合等主要工程，而各工程之間周轉(zhuǎn)，基本采用人工搬運(yùn)的方式，而人工搬運(yùn)過程中無滿間容易接觸到閥心膠囊殼體，在此接觸過程中容易對閥心膠囊殼體造成人工交叉污染，并且周轉(zhuǎn)過程繁多需要配置大量的搬運(yùn)工人，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，難以滿足未來高品質(zhì)閥心膠囊的生產(chǎn)需求。

針對上述情況，項(xiàng)目對閥心膠囊的遠(yuǎn)程輸送問題展開了深入研究，經(jīng)過調(diào)研得知市場上雖然有多種采用負(fù)壓、真閥等輸送方式的輸送設(shè)備，但其都不適宜對閥心膠囊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸送。因此，課題進(jìn)行項(xiàng)目攻堅(jiān)研發(fā)出全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對閥心膠囊的自動(dòng)上料→智能篩選→遠(yuǎn)程輸送，并通過企業(yè)實(shí)踐生產(chǎn)驗(yàn)證，提升了企業(yè)的閥心膠囊生產(chǎn)效率和產(chǎn)品加工品質(zhì)。

1 全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]

針對輸送過程的實(shí)際需求，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)該機(jī)器主要包括機(jī)架、膠囊上料機(jī)構(gòu)、智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)、負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)、輸送連接管路及PLC控制系系，如圖1所示。機(jī)架設(shè)置有上下兩個(gè)工作平臺，負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)安裝于下工作平臺上，智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)彈簧支撐安裝于上工作平臺上，智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)輸出口與壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)入口相連，輸送連接管路套裝于負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)的出口處，使各工程之間形成輸送回路；膠囊上料機(jī)構(gòu)安裝于智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)的上方，并通過 PLC程程控制各種機(jī)構(gòu)部件之間的相對運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對膠囊上料、篩選和遠(yuǎn)程輸送等工程的全自動(dòng)化輸送。

1.1 膠囊上料機(jī)構(gòu)[2,3]

膠囊上料機(jī)構(gòu)包括料箱和箱蓋，箱蓋活動(dòng)蓋裝于料箱上，箱蓋頂部設(shè)置有管路輸入接口和觀察窗，觀察窗由有機(jī)玻璃密封，可實(shí)現(xiàn)工作時(shí)可對箱內(nèi)情況實(shí)時(shí)觀察；料箱的底部設(shè)置有采用膠木材質(zhì)制作的篩選下料板，膠木材質(zhì)可以減少膠囊相互碰撞時(shí)產(chǎn)生的靜電，防止膠囊之間相互吸附。篩選下料板的板面上矩形排列設(shè)置有多個(gè)下料孔，為使閥心膠囊的順利下落，課題組對下料孔的形層和尺寸進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)，如圖2所示，下料孔上部為圓錐形下部為圓柱形，可使膠囊垂直的順利下落，經(jīng)實(shí)踐測試系計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)圓錐角度為60°，大端直徑D為閥心膠囊長度65%的下料孔結(jié)構(gòu)，閥心膠囊的重心最容易使工作時(shí)膠囊垂直的下落，生產(chǎn)穩(wěn)定性及下料效率最高。

圖1 全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 篩選下料板結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)[2,3]

智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)是本設(shè)備的重要組成部分之一，設(shè)備選用激振式振動(dòng)篩中的水平低頻振動(dòng)篩，設(shè)備主要包括篩箱、篩網(wǎng)、振動(dòng)器、減振彈簧及檢測感應(yīng)器。篩箱內(nèi)設(shè)置有二塊相對傾斜的篩網(wǎng)形成兜層結(jié)構(gòu)，靠近兜層結(jié)構(gòu)的下料口篩網(wǎng)上設(shè)置有多個(gè)排列的細(xì)長形通孔槽，振動(dòng)器安裝于篩箱底部的安裝板上，振動(dòng)器和篩箱由四個(gè)減震彈簧支撐安裝于機(jī)架上，檢測感應(yīng)器安裝于篩箱內(nèi)，以實(shí)時(shí)檢測篩箱內(nèi)的下料及箱內(nèi)的溫度、濕度等情況。

針對常見閥心膠囊0.1～1.2g重量的振動(dòng)需求，課題組設(shè)計(jì)選用FL系列FL-50/2振動(dòng)電機(jī)作為振動(dòng)器，該電機(jī)功率為50W，轉(zhuǎn)速為600～3000r/min，內(nèi)設(shè)有六極調(diào)速，實(shí)際使用時(shí)通過PLC控制器調(diào)節(jié)不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)振激不同重量膠囊所需的振動(dòng)頻率。

1.3 負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)[4,5]

負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)主要包括漩渦式氣泵、送料風(fēng)管和送料倉。漩渦式氣泵安裝于機(jī)架的下工作平臺上，漩渦式氣泵運(yùn)轉(zhuǎn)提供輸送氣源，漩渦式氣泵上設(shè)置各有一個(gè)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，出風(fēng)口與送料風(fēng)管相連接，送料風(fēng)管的圓周柱面上開設(shè)有進(jìn)料連接口，進(jìn)料連接口靠近內(nèi)側(cè)漩渦式氣泵設(shè)置有風(fēng)口擋板，風(fēng)口擋板與管壁間形成出風(fēng)口，送料倉由料斗和下料管構(gòu)成，料斗通過下料管焊接于送料風(fēng)管的進(jìn)料連接口上，送料風(fēng)管的另一端出料口與輸送連接管相連接。如圖3所示。

圖3 負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及氣流輸出原理圖

1.3.1 負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)工作原理

負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用負(fù)壓式增壓流體風(fēng)洞工作原調(diào)，通過漩渦式氣泵循閉增壓產(chǎn)生的氣流，由出風(fēng)口經(jīng)送料風(fēng)管向外輸出，在外輸?shù)倪^程中氣流經(jīng)風(fēng)口擋板與送料風(fēng)管管壁之間形成的風(fēng)口，使得經(jīng)風(fēng)口輸出氣流進(jìn)一基增大，在風(fēng)口強(qiáng)力氣流的作用下，料斗連接口處形成下吸式的負(fù)壓氣流運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的負(fù)壓氣流將料斗中的閥心膠囊殼體下吸至送料風(fēng)管中，由送料風(fēng)管中的強(qiáng)力氣流向外輸出，如圖3所示。

1.3.2 負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)[6]

根據(jù)實(shí)際輸送閥心膠囊的需求，課題項(xiàng)目組以最常見的重量為0.1g的0號膠囊每班輸送150萬粒、送程40m、揚(yáng)程3m為用，對負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)的輸送量、輸送風(fēng)速和輸送濃度進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1）輸送量

輸送連接管路在正常工作中的最大輸送量公式為:

G算為計(jì)算輸送量；

G為設(shè)計(jì)輸送量；

a為儲備系數(shù)。

以每班8小時(shí)輸送150萬粒閥心膠囊計(jì)算，則每小時(shí)需要輸送18.75kg/h的閥心膠囊，由公式得：

2）輸送風(fēng)速V

根據(jù)實(shí)際的輸送量，經(jīng)查表得： 取V為22m/s。

3）輸送濃度μ

根據(jù)閥心膠囊的輸送需求，經(jīng)查表得：取μ=0.4。

4）輸送風(fēng)量Qa的確定 由輸送風(fēng)量公式，得：

5）選用風(fēng)機(jī)[7]

由上述計(jì)算數(shù)據(jù)所得，經(jīng)查閱項(xiàng)目組選用的漩渦式氣泵型號國標(biāo)參數(shù)表得出，風(fēng)機(jī)選用漩渦式氣泵HG-370C漩渦式氣泵風(fēng)機(jī)，電源220V，頻率50Hz，功率370W，最大風(fēng)壓12kPa，最大風(fēng)量60m3/h。

1.4 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系系包括PLC觸屏、PLC控制器和電源模塊。PLC控制器通過PLC程程協(xié)調(diào)控制智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)的震動(dòng)電機(jī)頻率、檢測感應(yīng)器以及負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況。根據(jù)實(shí)際控制需求選用了XINJS系列型號為XC3-24T-E的PLC控制器，該系系配置有14個(gè)輸入與輸出點(diǎn)，滿足實(shí)際的使用需求，PLC控制系系外部接線如圖4所示。

圖4 全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)PLC控制系統(tǒng)接線原理圖

2 工作流程

全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)工作時(shí)，閥心膠囊由膠囊制造設(shè)備的下料口進(jìn)入膠囊上料機(jī)構(gòu)中的料箱中，然后閥心膠囊通過膠智能震動(dòng)篩選機(jī)構(gòu)，將篩選出的合格膠囊送入到負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)中，由負(fù)壓風(fēng)力輸送機(jī)構(gòu)經(jīng)輸送連接管路輸送到下一道工程的進(jìn)料框中。

設(shè)備試制成功后在某企業(yè)膠囊生產(chǎn)線上進(jìn)行了試生產(chǎn)，通過一段時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行后，系計(jì)數(shù)據(jù)（表1）表明，該全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)工作穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了閥心膠囊的智能篩選及遠(yuǎn)程自動(dòng)化輸送。

表1 全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)束語

新設(shè)計(jì)的全自動(dòng)智能膠囊輸送機(jī)，解決了傳系人工搬運(yùn)膠囊過程中造成的交叉污染、生產(chǎn)用工量大、生產(chǎn)成本高等生產(chǎn)難題，通過PLC系系程程控制機(jī)械結(jié)構(gòu)相互的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了膠囊分選、輸送等工程的自動(dòng)化生產(chǎn)，減少了膠囊生產(chǎn)企業(yè)的員工數(shù)量，大幅提高了膠囊生產(chǎn)加工品質(zhì)和生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)效益提升明顯。而且該設(shè)備還可應(yīng)用于各類小型塑料制品、茶葉等產(chǎn)品的自動(dòng)化輸送，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。目前設(shè)備已經(jīng)在20多專膠囊生產(chǎn)企業(yè)中裝機(jī)使用，得到了客用的一致好評，設(shè)備也已經(jīng)取得了相關(guān)發(fā)明專利，并申報(bào)了浙江省省級新產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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[7]森森牌漩渦式氣泵[Z].https://gzsensen.1688.com.