超聲波玻璃瓶清洗機進瓶機構優化設計探討

王振朋 王殿林

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽236018）

超聲波玻璃瓶清洗機進瓶機構優化設計探討

王振朋 王殿林

（上海華源安徽錦輝制藥有限公司，安徽阜陽236018）

通過分析目前超聲波玻璃瓶清洗機存在的設計缺陷，對清洗機進瓶機構的帶瓶鉤進行了優化設計，經實踐應用證明，其使用效果良好，產品收率得到了有效提高。

超聲波清洗機；凹口圓盤帶瓶鉤；瓶口壓條；壓簧

0 引言

當前國內的大輸液包裝材料通常分為3大類：玻璃瓶、塑料瓶和軟袋。其中，玻璃瓶包裝以其純凈、安全、優質和材質穩定的特性深受消費者喜愛，其優良的阻隔性、良好的外觀以及化學穩定性得到了醫療界近百年的臨床使用驗證。

國外的臨床靜脈輸液使用中，涉及到不確定的安全性情況時，仍然選擇玻璃瓶包裝。因此，即使是美國這一藥品包裝技術非常成熟的國家，玻璃瓶以其材質穩定和安全的特性仍在藥品包裝市場占有一席之地。

目前，我國玻璃瓶大輸液生產線用來洗瓶的設備多為箱式超聲波清洗機，其具有結構簡單、產能大、自動化程度高、可靠性強、使用成本低等一系列優點，我公司使用的是一款QCS20型超聲波玻璃瓶清洗機。

1 問題的提出

超聲波清洗機的作業工序：

進瓶輸送帶將瓶輸送進貯瓶臺→貯瓶臺上有分瓶機構將瓶分成各道進入進瓶機構→進瓶機構通過帶瓶鉤將瓶帶到瓶籃內→再由瓶籃將瓶子推入超聲波清洗機箱體內進行超聲波清洗→超聲波清洗完后再進行常水外沖洗→外沖洗后再進行內沖洗→內沖洗完后再進入倒水工位進行倒水→倒完水后再到出瓶工位出瓶（將瓶輸出）→然后由輸送帶將瓶輸送到下一工位。

在以上各工序中能否成功地將瓶帶到瓶籃內是超聲波玻璃瓶清洗機能否穩定運行的關鍵，這個過程由帶瓶鉤配合導向板來完成，設備出廠時帶瓶鉤設計為單薄的撥翅對稱雙鉤（圖1），此種設計存在如下缺陷：

（1）因受力面較窄，瓶鉤的承受力比較小，而玻璃瓶的硬度比較大，所以帶瓶鉤易折斷；

（2）瓶鉤內陷部分較深，玻璃瓶進入帶瓶鉤的深度不宜控制，生產過程中經常出現卡瓶、倒瓶現象，影響生產速度和產品質量；

（3）玻璃瓶推擠前進過程中，互相之間產生摩擦，帶瓶鉤向上運行時，容易帶起緊鄰的玻璃瓶。

圖1 單薄的撥翅對稱雙鉤

2 設計方案

為了解決帶瓶鉤易折斷、易卡瓶、倒瓶等問題，筆者設計了一種新型凹口圓盤帶瓶鉤（圖2）。

圖2 新型凹口圓盤帶瓶鉤

2.1 設計原則

在設計新型凹口圓盤帶瓶鉤時，主要遵循以下原則：

（1）增大帶瓶鉤受力面的面積，增強承受力；

（2）控制帶瓶鉤凹口深度，防止卡瓶；

（3）圓盤式設計，旋轉過程連續性強；

（4）增加瓶口壓條，防止瓶被帶起。

2.2 凹口圓盤帶瓶鉤的直徑設計

因貯瓶臺與瓶籃運行過程中存在包角，貯瓶臺和瓶籃對接時會有一個寬度約為500 mm的間隙，為確保帶瓶鉤從貯瓶臺穩定帶起瓶子，并順利導入瓶籃內，同時盡可能加大受力面的寬度，最終圓盤直徑設計確定為450 mm。

2.3 凹口深度及高度的設計

以鈉鈣玻璃輸液瓶C型瓶為例，其國家標準（YBB00032002）規定：100 mL玻璃瓶外徑為53 mm，瓶口外徑為28.3 mm，瓶身高度為104 mm。若要滿足玻璃瓶能夠被平穩帶起，則凹口深度需≥3/4瓶身外徑，另外，為防止帶起緊鄰其后的玻璃瓶，凹口深度不能大于瓶身外徑。

以此計算凹口最低深度3/4×53＝39.75 mm，綜合考慮設計凹口深度為45 mm；為滿足凹口高度≥瓶身高度，充分考慮玻璃瓶進入瓶籃的流暢性和帶瓶鉤的強度，設計凹口高度為169 mm（圖3）。

圖3 凹口深度及高度設計

2.4 凹口圓盤帶瓶鉤的材質選擇

對于帶瓶鉤的材質選擇，以輕巧、耐磨、有效減緩撞擊為出發點，大多選擇使用塑料王和尼龍材質。其中，尼龍材質因其尺寸穩定性好、熱穩定性好、耐磨性強、機械強度高、高抗沖、高載重、耐撞擊等優點，成為本次設計的首選材料。

2.5 瓶口壓條的設計

為防止帶瓶鉤旋轉過程中帶起緊鄰的瓶子，筆者設計安裝了瓶口壓條，瓶口壓條的設計寬度以大于瓶口外徑、小于瓶身直徑為佳，設計壓條寬度為40 mm、厚度15 mm，壓條材質為304不銹鋼方管。壓條上部安裝壓簧，當瓶子被帶起時瓶口壓條在壓簧的作用下給瓶口一個反作用力，將帶起的瓶子阻擋下來，防止瓶子向后傾倒。瓶口壓條示意如圖4所示。

圖4 瓶口壓條示意

2.6 瓶口壓條的壓簧設計

以鈉鈣玻璃輸液瓶C型瓶為例，其國家標準（YBB00032002）規定：100 mL玻璃瓶耐壓力應≥0.6 MPa。壓力彈簧常數的計算公式：

式中 k——壓力彈簧常數，kgf/mm；

G——線材的鋼性模數，不銹鋼絲G＝7 300；

d——線徑，mm；

Dm——中徑，外徑Do－d，mm；

Nc——有效圈數，總圈數N－2。

筆者設計選擇不銹鋼材質壓簧：不銹鋼絲線徑1.5 mm、外徑22.5 mm、總圈數10.5圈，則彈簧壓力常數k＝（7 300×1.54）/[8×（22.5－1.5）3×（10.5－2）]≈0.059 kgf/mm。根據1 kgf/mm＝9.8 MPa，則0.059×9.8≈0.58 MPa＜0.6 MPa。因此，此壓簧能夠滿足要求，且不會對玻璃瓶造成損傷。瓶口壓條安裝示意如圖5所示。

圖5 瓶口壓條的安裝示意

3 使用效果

對帶瓶鉤進行設計改進后，取得了良好的使用效果：

（1）采用新型凹口圓盤帶瓶鉤后，帶瓶鉤的破損減少；

（2）杜絕了卡瓶、倒瓶現象，減少了生產過程中的玻璃瓶破損；

（3）設備運行連續性好，生產過程流暢，減少了質量風險，提高了經濟效益。

我公司使用新型凹口圓盤帶瓶鉤后，生產維修時間縮短，生產連續性好，產品質量有了很大的提升，玻璃瓶的損耗及維修費用大幅度降低，產品收率顯著提高。

4 結語

綜上所述，本文通過加大帶瓶鉤受力面的面積，增強了帶瓶鉤的承受力，降低了帶瓶鉤斷裂的可能性；通過控制帶瓶鉤凹口深度，玻璃瓶進入帶瓶鉤的深度得到了有效控制，防止卡瓶或倒瓶；通過圓盤式設計，旋轉過程連續性強，杜絕了間隙運轉過程中的卡瓶、破瓶現象；通過增加瓶口壓條，防止瓶被帶起，減少了玻璃瓶的破損消耗。

[1]成大先主編.機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2008.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T2639—2008 玻璃輸液瓶[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3]田耀華.對隧道式超聲波洗瓶機特點的探索[J].機電信息，2008（11）.

[4]催震坤，鄧春曉.超聲波洗瓶機的研制與應用[J].黑龍江醫藥，2001（4）.

2015-08-14

王振朋（1978—），男，安徽阜陽人，助理工程師，從事企業管理工作。