07
2024
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一种塑料药瓶瓶身裁段装置的研制
所属分类：
现在普遍做法是人工先用剪刀或切刀将瓶切段，再将段剪开成片，最后将这大片切成一片片的小片。考虑降低人工裁剪工作量和劳动强度大，提高工作效率。
摘 要：人们的健康一直是各行各界关注的首要问题。人生活在世上，生病是常有的现象，基本人人都不可避免，生病了就需要治疗，药物治疗是治愈生病的很有效的途径，药品的卫生安全尤为重要，这就涉及到药品包装。颗粒药品采取塑料瓶装的方式比较常用，塑料瓶的成分必须严格要求，国家监管部门也对此零容忍，只有这样才能真正保障人们的健康安全。生产药品包装瓶的厂家和国家监督部门怎么保证药品包装瓶成分的规范，必须要不停地对成品瓶子进行检验，《国家药包材标准（2015版）》的塑料类药包材标准规定药品包装瓶试验项要求试验人员将瓶身、瓶盖剪切出大量样品小片浸在特定的溶剂中进行试验。现在普遍做法是人工先用剪刀或切刀将瓶切段，再将段剪开成片，最后将这大片切成一片片的小片。考虑降低人工裁剪工作量和劳动强度大，提高工作效率，设计一套塑料药瓶瓶身化学分析裁剪装置，分为裁段装置和裁片装置2种，本文只对裁段装置设计进行阐述。裁段装置采取自动化，运用电机施加剪切力，依靠工装夹具保证剪切尺寸精度，减少人为误差，可以提高试验样品前处理质量。
关键词：塑料药瓶；检验；药瓶裁剪；裁段装置；自动化
1.前言
1.1 塑料药瓶瓶身裁段装置设计的起因
《国家药包材标准（2015版）》中收录的塑料类药包材标准规定对塑料药瓶瓶身、瓶盖成分的试验，需要将聚乙烯瓶、聚丙烯瓶、聚酯瓶“分别裁取内表面积600平方厘米，分割成长5厘米，宽0.3厘米的小片[1]”，总共需要剪切6份内表面积600平方厘米小片样品。目前国内外各个实验室和检测机构，对此样品处理方法都是检验人员先计算出每份600平方厘米要处理的瓶体数及瓶盖数，画剪切线，再使用剪刀对样品进行剪切（如上图1 手工裁剪瓶身过程所示）。如果需要对高100毫米、直径40毫米的瓶子进行试验，需要剪切65个瓶体及150个瓶盖，每做一个完整试验，剪切需要大量的时间和精力，一个试验员花费5个工作日的时间，单做切段也要2天时间；整个试验下来，试验员的手基本都磨出多个血泡。而且，因为是人工裁剪样品，处理质量和效率主要依赖检验人员本身素质，人为影响因素导致处理出来的小片长度、宽度不一致，极容易偏离标准规定的尺寸。尤其是多批次样品检验时，还有各种高强度的药品包装瓶，纯手工剪切样品又存在劳动强度大、检验效率低的问题，迫切需要使用剪切装置，提高样品前处理质量的同时又能提高检验效率，目前市场上还没有哪个厂家和研究机构有这类剪切装置产品。
1.2塑料药瓶瓶身裁段装置设计中需注意的问题
塑料药瓶瓶身裁段装置是新研究开发的专门对药品包装塑料瓶身的裁剪设备，它用于取代人工，在国家监督机构和生产药品包装瓶或药品厂家的实验室里。因为它的工作量大，需要检测的瓶子不管从尺寸、形状及构成材质上都有多样，塑料药瓶瓶身裁段装置的设计需要考虑到以下几个方面的问题：①裁段装置需有通用性，要适应高度、直径不同的药瓶裁段，裁瓶高度不得低于300毫米，直径不得低于120毫米；②能裁剪圆形瓶、方形瓶和扁形瓶；③裁剪力要足够大，不得低于500公斤；④自动化程度要求高，最好是一键操作；⑤保证安全，特别是剪刀锐利，千万不得伤人；⑥根据瓶子的周长大小，能自动计算后续切条后的样品总面积；⑦裁刀刚度要好，耐磨损，至少裁剪次数达到100万次；⑧调节机构操作方便，调节后的裁剪尺寸要保证规范，误差不得大于0.5毫米；⑨常温剪切，避免高温融化，破坏药包材材料，影响试验结果；⑩体积要小，噪声要低，飞屑要少，切条边缘整齐干净，处理样品回收率高。
2.总体设计
塑料药瓶瓶身裁段装置的主要由支撑架、电机加载机构、杠杆剪切机构、药瓶固定机构、高度调节机构、切开装置、电控系统、数据处理单元及外壳组成，如图2所示塑料药瓶瓶身裁段装置总图，下面我们分别对几个主要部分及其所承担的功能进行介绍。
图2 塑料药瓶瓶身裁段装置总图
2.1 支撑架和外壳
支撑架虽然简单，但它是裁段装置的重要组成部分，承担所有裁段功能的支撑，所有裁段功能都在它的上面完成。它有一块280mm*360mm*10mm的铝合金镀锌板，底角四只支撑柱，四只支撑柱底部带有橡胶减震装置。支撑架有足够的刚度，足以承受500公斤的支撑力。外壳采用注塑机注塑，一次成型，外形美观。
2. 2电机加载机构和杠杆剪切机构
塑料药瓶瓶身裁段装置的电机加载机构和杠杆剪切机构如图3所示，加载电机选用750W的伺伏电机，输出扭距能达到75公斤，通过丝杠带动正反转丝感杆转动，再经过1：8比例的杠杆传动到剪刀口，杠杆终端剪刀的输出力能达到600公斤，采用剪刀剪切方式，开始是剪切点受力，这样足以剪切开足够硬的直径120mm、厚度2mm厚的药瓶。这种剪切方法裁剪力很大，剪切安全，剪刀藏在外壳里面，无法对人形成伤害。这种裁刀壁厚刚度好，耐磨损，裁剪次数至少能达到150万次。这种剪切方法属于常温剪切，不会产生高温融化药包材材料，影响试验结果。整体剪切机构体积小，剪切时噪声低、飞屑少、切条边缘整齐干净。
2. 3药瓶固定和高度调节机构
塑料药瓶瓶身裁段装置的固定和高度调节机构分别如图4、图5所示，因药瓶的种类有多种多样，剪切时又不能影响到切刀的走位，这些决定了在剪切前怎么固定瓶子是个问题。设计中采取固定瓶口的部位，因这部位无法切条，称为余料。设计采取内三爪外撑方式，旋转螺母，内三爪可向内向外收放，达到固定瓶身的作用。采用内三爪外撑固定瓶口方式，对圆形瓶、方形瓶和扁形瓶没有要求，很好地满足需要。高度调节装置采用卡扣式，类似于游标卡尺的结构，每5mm主固定柱上有一凹槽，调节后的裁剪位置得到保证，误差不会大于0.5毫米。按下定位按钮，夹爪就能自由升降；放下定位按钮，夹爪就固定在需要的位置，总高度有320mm，使得裁段装置具有很强的通用性，能满足各种瓶子的裁剪。这两机构操作简便，装夹起来效率高。
2. 4 切开装置
如图2塑料药瓶瓶身裁段装置总图前面右侧所示，增加个单臂切刀，将切好的瓶身段套在臂上，压下切刀，即可将段切开成片，操作简单。
2. 5 电控系统与数据处理单元
塑料药瓶瓶身裁段装置的控制部分等于人的大脑，指挥着设备怎么裁剪合格的样品，试验人员按下双手开关，控制单元指挥电机动作，电机带动切刀做剪切运动，剪切完成后，切刀自动复位，电机停止运动，样品自动落料。在剪切过程中，操作员需要知道样品的剪切量，这就需要装置具有数据计算及处理单元，裁段装置的数据来源于切刀有效运动次数，根据这切刀次数及切段的长度及被切瓶的周长即可得到相应的数据了，避免人工计算，准确、可靠。塑料药瓶瓶身裁段装置的控制部分主要由PLC主机模块、控制模块组成，作者选用的主要元件如下表所示：
3.总结
经过两个多月的时间的构思，本课题——塑料药瓶瓶身裁段装置的调研及主要总体设计终于编写完成。现着手加工、组装及调试，争取将可靠、适用的产品早日投入市场。
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