塑瓶大輸液自動焊環(huán)機構(gòu)的設(shè)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(yè)復合增長率逐年遞增，而塑瓶大輸液以其安全性、環(huán)保性等特點，每年也以較快的速度增長。據(jù)統(tǒng)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(yè)中的重要地位越來越明顯。

在塑瓶大輸液的生產(chǎn)中，要在其瓶底安裝一只吊環(huán)，以便于醫(yī)務(wù)人員使用時將輸液瓶倒立吊起，方便病人用藥。吊環(huán)的安裝是生產(chǎn)中很重要的一個環(huán)節(jié)，現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)實踐，介紹一種塑瓶大輸液自動焊環(huán)機構(gòu)的設(shè)計與應用。

1 塑瓶大輸液吊環(huán)生產(chǎn)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(huán)的材料均是聚丙烯，通常為半透明無色固體，無臭、無毒，其結(jié)構(gòu)規(guī)整并高度結(jié)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(chǎn)。

國內(nèi)現(xiàn)有超過150條塑瓶大輸液生產(chǎn)線，通常塑瓶大輸液吊環(huán)的生產(chǎn)安裝采用注塑機注出吊環(huán)，經(jīng)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(huán)。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(huán)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(huán)以免其脫落。

1.2 存在的問題

塑瓶大輸液手工焊接吊環(huán)存在如下問題：

（1）聚丙烯熔化焊接時會產(chǎn)生煙塵和焦味，影響生產(chǎn)環(huán)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(tǒng)一；

（4）操作人員的熟練程度、精力集中程度對焊接質(zhì)量影響較大，一旦焊接不好，或?qū)е滤幤穲髲U，或使用時吊環(huán)脫落，影響使用。

因此，塑瓶大輸液手工焊接吊環(huán)成品率低，生產(chǎn)成本高。

2 自動焊環(huán)機構(gòu)的設(shè)計

2.1 設(shè)計方案

塑瓶大輸液的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝如圖1所示。

經(jīng)過對吹瓶機結(jié)構(gòu)和焊環(huán)工藝技術(shù)的深入研究，并經(jīng)反復試驗，我公司設(shè)計了一種自動焊環(huán)機構(gòu)，其工藝流程如圖2所示。

圖1 塑瓶大輸液的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝

圖2 自動焊環(huán)結(jié)構(gòu)的工藝流程

自動焊環(huán)機構(gòu)如圖3所示，該機構(gòu)由吊環(huán)振蕩器及輸送導軌等組成的自動上環(huán)裝置、發(fā)熱管、電壓控制模塊等構(gòu)成，且有PLC控制裝置等安裝在吹瓶機上。將瓶胚先焊接吊環(huán)，然后再進行吹瓶，使吹瓶和焊環(huán)在吹瓶機上完成自動操作。該機構(gòu)不改變吹瓶機主體結(jié)構(gòu)，吹瓶、焊環(huán)在同一臺設(shè)備中進行，并采用人機對話平臺，焊接準確、均一，質(zhì)量可靠，成品率高。

2.2 自動焊環(huán)機構(gòu)的工作原理

在自動焊環(huán)機構(gòu)中有由振蕩器、導軌等組成的自動上環(huán)機構(gòu)，其安裝在吹瓶機的加熱隨行夾具的導軌的一側(cè)，機械掛環(huán)機構(gòu)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(huán)機構(gòu)位置時，掛環(huán)機構(gòu)的導向機構(gòu)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(huán)機構(gòu)輸送過來的吊環(huán)中心孔處在同一高度和同一水平線。吊環(huán)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(huán)中心孔時，會帶動吊環(huán)向下滑行，吊環(huán)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(huán)中心孔，完成上環(huán)。安裝在吹瓶機內(nèi)的發(fā)熱管將柱頭熔融并擠壓成蘑菇狀，機械手將焊好吊環(huán)的瓶胚送入瓶模吹瓶。

2.3 吊環(huán)焊接參數(shù)的確定

通常用1臺吹瓶機配置1套由發(fā)熱管、電壓控制模塊等組成的加熱焊環(huán)裝置完成焊環(huán)和吹瓶，焊環(huán)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(nèi)迅速熔融，發(fā)熱管應穩(wěn)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(fā)熱管，發(fā)熱管長度在1000mm，以保證發(fā)熱管的溫度在250～300℃范圍內(nèi)通過電壓模塊調(diào)整，焊接時間在2s左右。

圖3 自動焊環(huán)機構(gòu)

2.4 自動焊接機構(gòu)

自動焊接機構(gòu)由工業(yè)PLC、觸摸屏、電壓控制模塊、發(fā)熱管、溫度采樣傳感器組成。通過觸摸屏設(shè)定焊接溫度，當設(shè)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(fā)送到PLC，PLC分析設(shè)定溫度和實際采樣溫度后，將控制信號發(fā)送給電壓控制模塊，電壓控制模塊將對PLC發(fā)出的指令進行處理，通過PID移相觸發(fā)控制原理輸出適當?shù)碾妷旱桨l(fā)熱管，使發(fā)熱管的實際溫度達到設(shè)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(huán)，因此對瓶底模要進行改造，可在底部做出凹槽，以放置吊環(huán)，而瓶體模則不需變動。

圖4 塑瓶成型模的改造

3 自動焊環(huán)機構(gòu)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(chǎn)達1.2億瓶的塑瓶大輸液的2條生產(chǎn)線均采用了該自動焊環(huán)機構(gòu)，已連續(xù)穩(wěn)定運行了多年。在實際運行中出現(xiàn)的常見故障、原因及解決方法如表1所示。

表1 自動焊環(huán)機構(gòu)在應用中出現(xiàn)的故障、原因及解決方法

4 運行效果分析

從我公司年產(chǎn)1.2億瓶的2條塑瓶大輸液生產(chǎn)線自動焊環(huán)機構(gòu)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(jié)約了人員費用。2條塑瓶大輸液生產(chǎn)線如采用手工焊接吊環(huán)，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(huán)、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(huán)機構(gòu)，由2人操作，2條生產(chǎn)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(jié)約工資支出180萬元。

（2）節(jié)約電能明顯。人工焊環(huán)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(xiàn)1套自動焊環(huán)機構(gòu)能源消耗為2.8kW，2套則能源消耗5.6kW，節(jié)約電能達48%。

（3）吊環(huán)安裝、焊接自動完成，焊接準確、均一，質(zhì)量可靠。經(jīng)統(tǒng)計，成品率可提高16%以上。

（4）沒有煙塵和焦味。自動焊環(huán)機構(gòu)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(chǎn)生，便于控制生產(chǎn)環(huán)境，利于操作人員健康。

5 結(jié)語

運行實踐證明，塑瓶大輸液的自動焊環(huán)機構(gòu)的1套制造成本僅8～9萬元，投資較少，焊環(huán)技術(shù)成熟，工藝簡單可行，與手工焊環(huán)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(jié)省了勞動力，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。