塑瓶大輸液自動焊環機構的設計與應用

唐世超

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽236018）

0 引言

在常用藥品中通常有大輸液、水針、片劑、膠囊劑等劑型，大輸液作為常用的藥品制劑，市場需求巨大，近10年來行業復合增長率逐年遞增，而塑瓶大輸液以其安全性、環保性等特點，每年也以較快的速度增長。據統計，至2011年，我國大輸液市場容量在100億瓶（袋）以上，其中塑瓶大輸液就高達40億瓶，其在大輸液行業中的重要地位越來越明顯。

在塑瓶大輸液的生產中，要在其瓶底安裝一只吊環，以便于醫務人員使用時將輸液瓶倒立吊起，方便病人用藥。吊環的安裝是生產中很重要的一個環節，現根據生產實踐，介紹一種塑瓶大輸液自動焊環機構的設計與應用。

1 塑瓶大輸液吊環生產安裝情況及存在的問題

1.1 基本情況

塑瓶大輸液所使用的塑瓶和吊環的材料均是聚丙烯，通常為半透明無色固體，無臭、無毒，其結構規整并高度結晶化，熔點高達167℃，可使用蒸汽消毒，耐腐蝕，常見的酸、堿等有機溶劑對它幾乎不起作用。另外，由于通過改性和添加了抗氧劑，聚丙烯克服了耐低溫沖擊性差、較易老化的缺點，因此被大量用于塑瓶大輸液的生產。

國內現有超過150條塑瓶大輸液生產線，通常塑瓶大輸液吊環的生產安裝采用注塑機注出吊環，經吹瓶機吹出塑瓶、灌裝藥液、封口滅菌以及燈檢后由人工焊接吊環。其具體方法是操作人員將燈檢滅菌后的大輸液瓶倒立，然后將吊環套在塑瓶底部的澆注口的柱頭上，用電烙鐵將澆注口的柱頭熔化變大，并擋住吊環以免其脫落。

1.2 存在的問題

塑瓶大輸液手工焊接吊環存在如下問題：

（1）聚丙烯熔化焊接時會產生煙塵和焦味，影響生產環境和操作人員的身體健康；

（2）每人焊接600瓶/h左右，用人多、速度慢、效率低、電耗大；

（3）手工操作，標準難以統一；

（4）操作人員的熟練程度、精力集中程度對焊接質量影響較大，一旦焊接不好，或導致藥品報廢，或使用時吊環脫落，影響使用。

因此，塑瓶大輸液手工焊接吊環成品率低，生產成本高。

2 自動焊環機構的設計

2.1 設計方案

塑瓶大輸液的傳統生產工藝如圖1所示。

經過對吹瓶機結構和焊環工藝技術的深入研究，并經反復試驗，我公司設計了一種自動焊環機構，其工藝流程如圖2所示。

圖1 塑瓶大輸液的傳統生產工藝

圖2 自動焊環結構的工藝流程

自動焊環機構如圖3所示，該機構由吊環振蕩器及輸送導軌等組成的自動上環裝置、發熱管、電壓控制模塊等構成，且有PLC控制裝置等安裝在吹瓶機上。將瓶胚先焊接吊環，然后再進行吹瓶，使吹瓶和焊環在吹瓶機上完成自動操作。該機構不改變吹瓶機主體結構，吹瓶、焊環在同一臺設備中進行，并采用人機對話平臺，焊接準確、均一，質量可靠，成品率高。

2.2 自動焊環機構的工作原理

在自動焊環機構中有由振蕩器、導軌等組成的自動上環機構，其安裝在吹瓶機的加熱隨行夾具的導軌的一側，機械掛環機構平行安裝在瓶胚前行方向的正上方。固定在吹瓶機機械手上的瓶胚運動至掛環機構位置時，掛環機構的導向機構將運動的瓶胚進行自動導向，瓶胚的澆注口的柱頭此時與自動上環機構輸送過來的吊環中心孔處在同一高度和同一水平線。吊環與瓶胚的澆注口的柱頭呈一定角度，當瓶胚澆注口的柱頭進入吊環中心孔時，會帶動吊環向下滑行，吊環在壓力彈簧的壓力作用下自動向下前方運動，瓶胚澆注口的柱頭自動準確穿過吊環中心孔，完成上環。安裝在吹瓶機內的發熱管將柱頭熔融并擠壓成蘑菇狀，機械手將焊好吊環的瓶胚送入瓶模吹瓶。

2.3 吊環焊接參數的確定

通常用1臺吹瓶機配置1套由發熱管、電壓控制模塊等組成的加熱焊環裝置完成焊環和吹瓶，焊環時間短。塑瓶瓶胚熔點在167℃，為使瓶胚澆注口的柱頭在一定時間內迅速熔融，發熱管應穩定在一定的溫度，并有一定的加熱長度以保證加熱時間，一般加熱時間應在2s左右，為此可選用直徑12mm、220V、2500W的發熱管，發熱管長度在1000mm，以保證發熱管的溫度在250～300℃范圍內通過電壓模塊調整，焊接時間在2s左右。

圖3 自動焊環機構

2.4 自動焊接機構

自動焊接機構由工業PLC、觸摸屏、電壓控制模塊、發熱管、溫度采樣傳感器組成。通過觸摸屏設定焊接溫度，當設定好焊接溫度后，溫度采樣傳感器將檢測到的實際溫度信號發送到PLC，PLC分析設定溫度和實際采樣溫度后，將控制信號發送給電壓控制模塊，電壓控制模塊將對PLC發出的指令進行處理，通過PID移相觸發控制原理輸出適當的電壓到發熱管，使發熱管的實際溫度達到設定溫度。

2.5 塑瓶成型模的改造

通常1副塑瓶成型模由3部分組成：1個部分為瓶底模、另2個部分為瓶體模。塑瓶成型模的改造如圖4所示，進入塑瓶成型模的瓶胚已焊上吊環，因此對瓶底模要進行改造，可在底部做出凹槽，以放置吊環，而瓶體模則不需變動。

圖4 塑瓶成型模的改造

3 自動焊環機構在應用中的常見故障、原因及解決方法

我公司于2011年12月通過了國家GMP認證并取得證書，年產達1.2億瓶的塑瓶大輸液的2條生產線均采用了該自動焊環機構，已連續穩定運行了多年。在實際運行中出現的常見故障、原因及解決方法如表1所示。

表1 自動焊環機構在應用中出現的故障、原因及解決方法

4 運行效果分析

從我公司年產1.2億瓶的2條塑瓶大輸液生產線自動焊環機構的實際運行情況看，效果良好，具體分析如下：

（1）減少了操作人員，節約了人員費用。2條塑瓶大輸液生產線如采用手工焊接吊環，每條線每班需配備焊接操作人員18人，每班每條線需配備2名輔助人員負責搬運吊環、清理廢品等，若每天2班，則共需操作人員80人。而如果每臺吹瓶機配置1套自動焊環機構，由2人操作，2條生產線每天2班工作，僅需8人，可減少72人。按照每人每年25000元工資計算，每年則可節約工資支出180萬元。

（2）節約電能明顯。人工焊環1只電烙鐵需300W，2條線36人則使用36只電烙鐵的總能耗達10.8kW，現1套自動焊環機構能源消耗為2.8kW，2套則能源消耗5.6kW，節約電能達48%。

（3）吊環安裝、焊接自動完成，焊接準確、均一，質量可靠。經統計，成品率可提高16%以上。

（4）沒有煙塵和焦味。自動焊環機構的加熱管將瓶胚澆注口的柱頭加熱使其熔融，然后擠壓柱頭使其變成蘑菇頭，因此沒有煙塵產生，便于控制生產環境，利于操作人員健康。

5 結語

運行實踐證明，塑瓶大輸液的自動焊環機構的1套制造成本僅8～9萬元，投資較少，焊環技術成熟，工藝簡單可行，與手工焊環相比，其操作方便，能耗降低，成品合格率提高，而且大大減少了操作人員，節省了勞動力，具有較好的經濟效益和社會效益。