裝盒機(jī)的發(fā)展及其新的物料下放機(jī)構(gòu)

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(jī)來完成。在全自動裝盒機(jī)的各種機(jī)構(gòu)中，物料的準(zhǔn)確下放尤為重要，能否設(shè)計(jì)出與內(nèi)包物相匹配的物料下放機(jī)構(gòu)是保證下料的位置是否準(zhǔn)確、物料放置的時(shí)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(zhǔn)確地裝入包裝盒內(nèi)，本公司專門設(shè)計(jì)開發(fā)了專用的搖擺跟隨旋片下料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能很好地保證下料的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、連續(xù)性和高效性。

1 國外裝盒機(jī)的發(fā)展

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

國外比較成功的裝盒機(jī)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(jī)設(shè)備有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

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

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

近年來，國外裝盒機(jī)的發(fā)展變化較大，其裝盒速度定位在高速機(jī)系列，如意大利CAM推出的高速CAMKO裝盒機(jī)，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(gè)泡罩的裝盒工作，其實(shí)際主要是一臺連續(xù)動作的機(jī)械驅(qū)動組合裝置，在設(shè)備中央設(shè)計(jì)了一個(gè)滾筒，通過滾筒在垂直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動產(chǎn)品和紙盒推進(jìn)器整體運(yùn)行。

2 國內(nèi)裝盒機(jī)的發(fā)展

我國的裝盒機(jī)在20世紀(jì)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(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)的設(shè)計(jì)制造也從當(dāng)初20世紀(jì)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(jī)的廠商30多家，當(dāng)然還有其他非專業(yè)制造裝盒機(jī)廠商約60多家。裝盒機(jī)包裝的內(nèi)包物也從當(dāng)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(jī)的產(chǎn)能也從當(dāng)初的60盒/min，發(fā)展到現(xiàn)在的200～400盒/min。

早期中國裝盒機(jī)的技術(shù)同國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)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(jī)無論是在運(yùn)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(jī)的技術(shù)水平同國際先進(jìn)水平的差距逐步縮小。特別是最近幾年來裝盒機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，也使國內(nèi)裝盒機(jī)發(fā)生了質(zhì)的變化。

3 物料下放機(jī)構(gòu)的介紹

目前，制約裝盒機(jī)速度提升的關(guān)鍵問題是如何解決物料的準(zhǔn)確下放。其中，被廣泛采用的物料下放機(jī)構(gòu)為自由落料的下料機(jī)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(jìn)料。這種依靠單桿或者雙桿氣缸推動完成物料推進(jìn)的機(jī)構(gòu)多應(yīng)用于間歇式運(yùn)動的全自動裝盒機(jī)。此種結(jié)構(gòu)方式簡單，但是其所受的制約性極強(qiáng)，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(jī)構(gòu)。旋片下料機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)控制，伺服電機(jī)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(jìn)而帶動物料放料，這種機(jī)構(gòu)多用于全自動連續(xù)式裝盒機(jī)。

此種結(jié)構(gòu)方式在低速狀態(tài)下生產(chǎn)時(shí)不會出現(xiàn)任何問題，但隨著生產(chǎn)速度的提高，這種機(jī)構(gòu)存在的問題也逐漸暴露出來。由于這種旋片下料機(jī)構(gòu)為固定結(jié)構(gòu)，用于控制的伺服電機(jī)無法準(zhǔn)確判斷出設(shè)備傳動機(jī)構(gòu)的速度，一旦下料速度與設(shè)備運(yùn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動工藝過程和動作分析

本公司通過對多種下料機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究對比，針對上述下料機(jī)構(gòu)存在的不完善的地方，特別設(shè)計(jì)制造出搖擺跟隨旋片下料機(jī)構(gòu)（圖1），該機(jī)構(gòu)解決了旋片下料機(jī)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(jī)構(gòu)

全自動高速裝盒機(jī)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(jī)器轉(zhuǎn)動搖擺庫隨之?dāng)[動，使擺動速度與機(jī)器產(chǎn)品鏈傳輸速度達(dá)到一致，通過伺服馬達(dá)控制放料片完成下料。當(dāng)主機(jī)運(yùn)動時(shí)，擺動料庫運(yùn)動速度與整機(jī)運(yùn)行速度吻合，跟隨料庫旋轉(zhuǎn)下料，整個(gè)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(diǎn)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(shí)，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(diǎn)檢測時(shí)，藥板剔除；物料的料位低于高點(diǎn)檢測時(shí)，藥板正常落入靜止料庫；物料的料位低于低點(diǎn)檢測時(shí)，放料片不動作，產(chǎn)品鏈為空位。在一個(gè)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(jī)界面或者調(diào)節(jié)伺服驅(qū)動器參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

5 搖擺跟隨旋片下料機(jī)構(gòu)的組成與原理

本公司的搖擺跟隨旋片下料機(jī)構(gòu)采用的是垂直設(shè)計(jì)理念，傳動部件之間采用同步帶輪傳動，運(yùn)動部件選用伺服馬達(dá)控制。當(dāng)伺服馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其通過同步帶驅(qū)動擺桿運(yùn)動，使整體料庫運(yùn)動完成放料。

此種機(jī)構(gòu)由機(jī)架、支撐板、帶輪傳動、擺桿機(jī)構(gòu)、齒輪傳動、伺服馬達(dá)、驅(qū)動器等部件組成。機(jī)架固定于裝盒機(jī)的底架上，前板面與機(jī)架垂直，伺服馬達(dá)置于中平板上通過帶輪和同步帶連接擺桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)主機(jī)速度設(shè)定為恒定時(shí)，調(diào)整主控制伺服馬達(dá)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(jī)器主軸運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期為360°，搖擺伺服馬達(dá)也隨之跟隨運(yùn)轉(zhuǎn)360°，機(jī)器的主軸與搖擺伺服馬達(dá)運(yùn)動之間有個(gè)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(dá)就會恒定地以該相位偏移值跟隨機(jī)器的主軸運(yùn)動。

（2）放板軸相位偏移：設(shè)定放板伺服軸的傳感器零點(diǎn)與實(shí)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(diǎn)是需要的放板伺服軸的機(jī)械零點(diǎn)（動作的起始點(diǎn)）；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(jī)械位置。

此種設(shè)定調(diào)整可在人機(jī)界面完成，也可在伺服馬達(dá)驅(qū)動器中進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定，調(diào)整過程中機(jī)器不能停止。當(dāng)所有的設(shè)定完成后，隨機(jī)器運(yùn)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(jī)在藥品的包裝中屬于高技術(shù)、高智能、高競爭的機(jī)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(jī)中得到應(yīng)用。本公司將全自動高速裝盒機(jī)中的下料機(jī)構(gòu)做了巧妙的設(shè)計(jì)，使擺桿機(jī)構(gòu)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、帶輪傳動機(jī)構(gòu)和伺服馬達(dá)驅(qū)動組合在一起，以此設(shè)計(jì)出的全新的下料機(jī)構(gòu)對裝盒機(jī)的整體發(fā)展起到了積極的推動作用。

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