無泄漏自動注入系統的方案設計

李金萍 王飛飛 房妤

摘 要：系統的重點是自動注取液體和保證無泄漏，在工作時能夠快速、準確的控制，且穩定運行。

關鍵詞：無泄漏；自動注取；清洗

1 概述

整個系統的重點是自動注取液體和保證無泄漏。取液時，原料瓶倒置，針頭插入瓶中，取出原料液體后，調轉方向朝下將液體注入到發生器中，完成注入后使用類似蓋上瓶塞的方式將發生器的注入口處安裝螺栓，擰緊密封，從而實現了無泄漏的自動注取液體。

2 方案構想

根據系統注入要求的分析，我們提出一些相應的解決方案：整個裝置分為上、中、下三個主體部分，最上層是原料瓶的供送裝置，用于將待取液的原料瓶供送至取液工位上，如圖1所示。

2.1 注入時通路建立的分析

在這個藥劑的注入過程中要求無泄漏，這個聯接發生罐體的管道就必須無泄漏和密封性很好，在注入時，首先建立一個通路實現這個注入過程，因為注入機構與發生罐罐體獨立，與藥瓶也獨立設置，這樣注入完一次就清洗一次注入裝置，注入的藥劑不會與其他的藥劑相混，注入的藥劑純度高，為事先提供的藥劑純度，在發生罐內的藥罐設計中難度也會相應降低。當注入系統出現問題時，對于整個發生系統的氣體發生系統沒有影響，仍可以正常運行，整個系統的可靠性、安全性都會高很多。藥瓶用標準方式封裝，清洗很方便，再結合藥瓶封裝結構，用一個注針來實現，注入時藥瓶再與發生罐罐體之間聯通。

2.2 注入動力的方案分析

在注入時，必須要一個動力來將藥劑從封裝藥瓶中注入到發生罐內，首先使發生罐內產生一個負壓，然后在注入時接通一個外部小正壓。這種方法可以提高壓力差，使藥劑的注入更徹底，也能避免在發生罐處因為發生罐內的壓力小于外界壓力而產生一個負壓差。這樣就能避免因為通氣時而產生的泄漏，因為空氣的通入是一個小正壓，也是一個壓力源，是個封閉的只進通路。

2.3 注入通路接通時的防泄漏分析

當注針與藥瓶、注針與發生罐同時接通而形成注入通路時，要使這個過程不產生泄漏，在注入通路接通前，把注針頭密封好，可密封一頭，也可兩頭都密封，方法是在注針端頭用一個小的橡膠套帽封注這個針頭，當接通時，就能夠先將一端先插入不用怕另一頭泄漏了，加密封帽的方法為：就是在下端頭用一個單向閥來密封住，這樣在先接通注針與藥瓶后，不會因為下端口產生藥劑的泄漏。這種方式控制系統控制起來比較容易，精度要求也不會太高，較為經濟。但是這種方式可能會產生小量的藥劑污染這個密封頭，且這個密封頭的小污染也不能忽視，須注完一次后對注入通路處進行清洗。

2.4 藥瓶放置方式和注針插入位置的分析

通過分析，藥瓶選用ISO 13# 2mL西林瓶，藥瓶用一頭封口的方式封裝，這樣的封裝只有一個端口，其他的地方為一個整體，這樣的能減少藥劑滲透和從密封縫中擴散出去了可能，也更便于較長時期的存放藥劑。可以將藥瓶倒放，使封裝端口在下方，藥劑在藥瓶的密封端口，這樣便于注入，且注入的程度比較徹底。注針和洗針同時從下方一起注入，注針比洗針較短剛好穿透密封橡膠為止，洗針幾乎要穿到藥瓶的底部，這樣穿入會在洗針的外表面附上一層藥劑，會對洗針有一些污染。但是在后面的清洗過程中為將清洗液充滿整個藥瓶，能將洗針外表面的附著的藥劑洗掉，因此問題不大。這種方式注針和洗針同時穿入瓶中，針的穿入和夾持機構較為簡單，成本為低一些，控制過程也容易。

2.5 藥瓶夾持以及與針相對運動的分析

根據藥瓶的形狀、倒置及自動選位，可以采用撥輪固定藥瓶。這個定位使其不再有左右運動，而藥瓶的豎直方向上的定位則是由藥瓶的底部與撥輪座凹平面來實現的。這種夾持方式，便于藥瓶的安裝和注完藥劑后的移除。藥瓶要有相對注針的上下運動，從而實現針頭刺入到藥瓶中，所以藥瓶的夾座應當能相對于針而上下運動，則使用氣缸來提供動力實現這個相對運動過程。氣缸工作時要有一個氣壓工作站提供氣壓，動力來推動氣缸，氣缸的工作環境很干凈，且當一個系統中有氣壓源時，引入一條回路來實現這個運動是很容易的，氣缸的工作原理和控制較為簡單，成本也較低，但是控制精度不是很高，故可以考慮用氣缸[ 1 ]來實現這個相對運動。

2.6 注針進給運動的驅動分析

因為注針和洗針是同時穿入藥瓶，與藥瓶有相對運動，然后針與發生罐罐體的密封層也有相對運動。在注入過程中，空間上的位置是藥瓶在最上方，注針在中間，發生罐的密封門在最下方。將氣注針和洗針的夾座固定在一滑臺上，再將一個氣缸聯接在這個滑臺上，氣缸帶動藥瓶座，就能實現藥瓶與針之間的相對運動。要實現針與發生罐之間的相對運動，可以考慮用一個能實現直線運動的機構來實現滑臺的向下運動，用伺服電機[ 2-3 ]或是步進電動機，主要優點就是控制的精度高，控制的系統程序和方法較為復雜，結構也較為復雜，必須要有一個專門的能導向機構、一個絲杠副來傳遞動力、一個變速機構和聯軸器等，推力相對來說也不大，占用的空間較小，結構較為緊湊。故選用步進電機加絲杠的驅動方式來實現這個運動，電機類型的選用需要根據其他的要求來決定。

2.7 清洗功能的分析和設計

要在注入完成時達到清洗藥瓶和注針內壁的功能，需要用一種清洗液與這個相應的殘余藥劑反應使其失去本來的藥性，不會發生其他的危害，這時將清洗液排出，再用蒸餾水來對這個排去清洗液的藥瓶、注針、洗針和整個清洗通路進行清洗，如下圖2所示。

這個清洗過程完成后，再用一個干凈且有一定氣壓的空氣通入到這個清洗回路中來，實現排盡這個清洗回路和注針系統內部的殘余水的目的，以達到保護清洗回路和以備下次注入使用。因為考慮到有不同的藥劑，故清洗時，就會有不同種類的清洗液，這里要考慮的是根據藥劑的酸堿性分為兩種，這樣的話就有兩種清洗液，再加上一路蒸餾水和一路空氣，總共就有四路的通入路，一路出去接到洗針上的輸出路，就有五路的連接器實現通路的變換。要達到通路變換后，不會有各路物質的相互干擾和反流現象，必須要在通路的各入口處接上一個可單向關閉的閥體。

3 結論

主要介紹了對系統設計要求的分析和方案的構想，對系統的工作環境和工作過程進行分析，從而得出的幾點重要的設計要求，依據這些設計要求，找到問題并提出一些相應的解決方案。

參考文獻：

[1] 宋小冬.氣缸定位系統的控制策略和應用[D].上海交通大學，2007.

[2] 劉揚.淺析伺服電機在自動控制系統中的應用[J].科技視界，2014（18）.

[3] 凌軍.伺服電機在自動控制方面的應用[J].科技與企業，2013（23）.