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        裝盒機的發(fā)展及其新的物料下放機構(gòu)

        2013-11-04 06:43:36王利偉
        機電信息 2013年14期
        關(guān)鍵詞:放料裝盒下料

        王利偉

        (北京翰林航宇科技發(fā)展有限公司,北京 102205)

        0 引言

        將藥品裝盒是藥品包裝工序的重要組成部分,藥品的包裝目前大多采用全自動裝盒機來完成。在全自動裝盒機的各種機構(gòu)中,物料的準確下放尤為重要,能否設(shè)計出與內(nèi)包物相匹配的物料下放機構(gòu)是保證下料的位置是否準確、物料放置的時間是否與設(shè)備的整體傳輸動作相匹配的關(guān)鍵。

        為了使內(nèi)包物能夠準確地裝入包裝盒內(nèi),本公司專門設(shè)計開發(fā)了專用的搖擺跟隨旋片下料機構(gòu),該機構(gòu)能很好地保證下料的穩(wěn)定性、準確性、連續(xù)性和高效性。

        1 國外裝盒機的發(fā)展

        應(yīng)用于制藥行業(yè)的裝盒機是基于其他行業(yè)的裝盒機發(fā)展起來的。最早的裝盒機設(shè)計制造起源于20世紀50年代的歐洲,目前國外最高產(chǎn)能的裝盒機已經(jīng)能夠達到500~600盒/min。

        國外比較成功的裝盒機制造商有德國的IWKA公司、意大利的CAM公司等。這些制造商的裝盒機設(shè)備有以下幾個特點:

        (1)設(shè)備售價較高,德國IWKA公司100系列產(chǎn)品價格約160萬元,意大利CAM產(chǎn)品(速度為130盒/min)價格約150萬元;

        (2)設(shè)備體積過大,裝盒機設(shè)備的整機外形龐大,機身長度在4 m以上(只有意大利CAM公司的全自動裝盒機機身較短,機身長度僅約2.2 m),占地面積過大,對于廠房的設(shè)計要求也就相對較高。

        近年來,國外裝盒機的發(fā)展變化較大,其裝盒速度定位在高速機系列,如意大利CAM推出的高速CAMKO裝盒機,其定位于醫(yī)藥或者糖膏的泡罩包裝應(yīng)用,每分鐘一般可以完成600~800多個泡罩的裝盒工作,其實際主要是一臺連續(xù)動作的機械驅(qū)動組合裝置,在設(shè)備中央設(shè)計了一個滾筒,通過滾筒在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn),進而帶動產(chǎn)品和紙盒推進器整體運行。

        2 國內(nèi)裝盒機的發(fā)展

        我國的裝盒機在20世紀60年代才有了基本的雛形,通過技術(shù)的不斷完善及加工水平的不斷提高,國內(nèi)裝盒機的設(shè)計制造有了翻天覆地的變化。

        在國內(nèi)的制藥裝備行業(yè),裝盒機的設(shè)計制造也從當初20世紀八九十年代以北京雙鶴、上海龍騰為代表的專業(yè)制造商,發(fā)展到現(xiàn)在以北京翰林、浙江圣雷、上海顧德等為代表的專業(yè)制造裝盒機的廠商30多家,當然還有其他非專業(yè)制造裝盒機廠商約60多家。裝盒機包裝的內(nèi)包物也從當初的軟膏管狀與板狀形內(nèi)包物,發(fā)展到現(xiàn)在的軟袋等軟性的內(nèi)包裝和抗生素瓶等瓶裝的多元化包裝。裝盒機的產(chǎn)能也從當初的60盒/min,發(fā)展到現(xiàn)在的200~400盒/min。

        早期中國裝盒機的技術(shù)同國外同類產(chǎn)品的先進水平相比,特別是同意大利、德國產(chǎn)品相比,其技術(shù)水平落后了近10年。國內(nèi)裝盒機無論是在運行速度、制造精度、內(nèi)包物的形式,還是電器控制方面均與國外設(shè)備有一定差距。但由于中國近幾年控制技術(shù)的發(fā)展,使中國裝盒機的技術(shù)水平同國際先進水平的差距逐步縮小。特別是最近幾年來裝盒機技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,也使國內(nèi)裝盒機發(fā)生了質(zhì)的變化。

        3 物料下放機構(gòu)的介紹

        目前,制約裝盒機速度提升的關(guān)鍵問題是如何解決物料的準確下放。其中,被廣泛采用的物料下放機構(gòu)為自由落料的下料機構(gòu)。

        自由落料即依靠物料自身的重量完成下料,然后物料由氣缸推桿推動完成進料。這種依靠單桿或者雙桿氣缸推動完成物料推進的機構(gòu)多應(yīng)用于間歇式運動的全自動裝盒機。此種結(jié)構(gòu)方式簡單,但是其所受的制約性極強,由于依靠物料自重下落,一旦遇到輕薄的物料根本無法完成物料下放的過程。

        此外,還有一種旋片下料機構(gòu)。旋片下料機構(gòu)由伺服電機控制,伺服電機通過同步帶輪傳動系統(tǒng)控制旋片旋轉(zhuǎn),通過旋片旋轉(zhuǎn)進而帶動物料放料,這種機構(gòu)多用于全自動連續(xù)式裝盒機。

        此種結(jié)構(gòu)方式在低速狀態(tài)下生產(chǎn)時不會出現(xiàn)任何問題,但隨著生產(chǎn)速度的提高,這種機構(gòu)存在的問題也逐漸暴露出來。由于這種旋片下料機構(gòu)為固定結(jié)構(gòu),用于控制的伺服電機無法準確判斷出設(shè)備傳動機構(gòu)的速度,一旦下料速度與設(shè)備運轉(zhuǎn)速度相互匹配不上,容易形成下料的盲區(qū),為后續(xù)的裝盒埋下巨大隱患。

        4 物料下放機構(gòu)的運動工藝過程和動作分析

        本公司通過對多種下料機構(gòu)進行研究對比,針對上述下料機構(gòu)存在的不完善的地方,特別設(shè)計制造出搖擺跟隨旋片下料機構(gòu)(圖1),該機構(gòu)解決了旋片下料機構(gòu)在高速生產(chǎn)的情況下落料與裝盒動作不匹配的問題。

        圖1 搖擺跟隨旋片下料機構(gòu)

        全自動高速裝盒機的下料工藝流程為:將物料置于物料庫中(可通過傳輸帶直接完成送料),機器轉(zhuǎn)動搖擺庫隨之擺動,使擺動速度與機器產(chǎn)品鏈傳輸速度達到一致,通過伺服馬達控制放料片完成下料。當主機運動時,擺動料庫運動速度與整機運行速度吻合,跟隨料庫旋轉(zhuǎn)下料,整個放料結(jié)束。

        其工藝動作步驟如下:首先將藥板放入跟隨料庫、擺動料庫和靜止料庫中,藥板的碼放高度要高于低點檢測位置,否則,后續(xù)藥板不能正常落入靜止料庫。料庫正常工作時,擺動料庫向右擺動,跟隨料庫與產(chǎn)品鏈輸送速度相同,放料片旋轉(zhuǎn)一周后放一板藥板到產(chǎn)品鏈上。然后,擺動料庫和跟隨料庫向左返回,完成一次下料。物料的料位高于高點檢測時,藥板剔除;物料的料位低于高點檢測時,藥板正常落入靜止料庫;物料的料位低于低點檢測時,放料片不動作,產(chǎn)品鏈為空位。在一個周期內(nèi)放入藥板的數(shù)量由工藝參數(shù)確定,可以通過人機界面或者調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器參數(shù)來實現(xiàn)。

        5 搖擺跟隨旋片下料機構(gòu)的組成與原理

        本公司的搖擺跟隨旋片下料機構(gòu)采用的是垂直設(shè)計理念,傳動部件之間采用同步帶輪傳動,運動部件選用伺服馬達控制。當伺服馬達高速旋轉(zhuǎn)時,其通過同步帶驅(qū)動擺桿運動,使整體料庫運動完成放料。

        此種機構(gòu)由機架、支撐板、帶輪傳動、擺桿機構(gòu)、齒輪傳動、伺服馬達、驅(qū)動器等部件組成。機架固定于裝盒機的底架上,前板面與機架垂直,伺服馬達置于中平板上通過帶輪和同步帶連接擺桿機構(gòu)。當主機速度設(shè)定為恒定時,調(diào)整主控制伺服馬達的編碼器參數(shù),其中需要調(diào)整搖擺軸和放板軸的相位偏移,具體如下:

        (1)搖擺軸相位偏移:機器主軸運轉(zhuǎn)一個周期為360°,搖擺伺服馬達也隨之跟隨運轉(zhuǎn)360°,機器的主軸與搖擺伺服馬達運動之間有個相位偏差(因初始位置不同),設(shè)定好相位偏移值之后,搖擺伺服馬達就會恒定地以該相位偏移值跟隨機器的主軸運動。

        (2)放板軸相位偏移:設(shè)定放板伺服軸的傳感器零點與實際的放板伺服軸位置之間的偏移值,可以調(diào)整傳感器的位置,使得傳感器零點是需要的放板伺服軸的機械零點(動作的起始點);也可以不調(diào)整傳感器的位置,調(diào)整該偏移值,使得放板伺服軸的停止位置為所需要的機械位置。

        此種設(shè)定調(diào)整可在人機界面完成,也可在伺服馬達驅(qū)動器中進行調(diào)整和設(shè)定,調(diào)整過程中機器不能停止。當所有的設(shè)定完成后,隨機器運動的旋片高速旋轉(zhuǎn)物料完成下放。

        6 結(jié)語

        全自動高速裝盒機在藥品的包裝中屬于高技術(shù)、高智能、高競爭的機電一體化產(chǎn)品,高技術(shù)的成果都會在全自動高速裝盒機中得到應(yīng)用。本公司將全自動高速裝盒機中的下料機構(gòu)做了巧妙的設(shè)計,使擺桿機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)、帶輪傳動機構(gòu)和伺服馬達驅(qū)動組合在一起,以此設(shè)計出的全新的下料機構(gòu)對裝盒機的整體發(fā)展起到了積極的推動作用。

        [1]曹巨江,徐光中,祁宇明.藥品紙盒包裝機開盒機構(gòu)運動方案設(shè)計與分析[J].機械傳動,2006(3)

        [2]尚久浩.自動機械設(shè)計[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2003

        [3]成大先.機械設(shè)計手冊:機構(gòu)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004

        [4]田耀華.藥品裝盒機的基本要求和發(fā)展前景[J].機電信息,2005(12)

        [5]潘建海.二類藥品裝盒包裝生產(chǎn)線應(yīng)用的方案及技術(shù)要點[J].機電信息,2008(5)

        [6]浦紹俊.自動裝盒機在制藥工業(yè)中的應(yīng)用[J].機電信息,2007(11)

        [7]JB/T10640—2006《多功能裝盒機》標準[S]

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