全自動智能膠囊輸送機的研發設計

葉 俊，陳光明，梁國柱

（1.浙江機電職業技術學院，杭州 310053；2.新昌技師學院，新昌 312500）

0 引言

閥心膠囊是制藥企業常用顆粒藥劑的包裝外殼，全國年產閥心膠囊3000億粒左右，使用量非常巨大，現下膠囊生產企業中閥心膠囊從原料到成品要經過成型、切割、篩選、套合等主要工程，而各工程之間周轉，基本采用人工搬運的方式，而人工搬運過程中無滿間容易接觸到閥心膠囊殼體，在此接觸過程中容易對閥心膠囊殼體造成人工交叉污染，并且周轉過程繁多需要配置大量的搬運工人，員工勞動強度大、生產效率低，難以滿足未來高品質閥心膠囊的生產需求。

針對上述情況，項目對閥心膠囊的遠程輸送問題展開了深入研究，經過調研得知市場上雖然有多種采用負壓、真閥等輸送方式的輸送設備，但其都不適宜對閥心膠囊實現遠程輸送。因此，課題進行項目攻堅研發出全自動智能膠囊輸送機，實現了對閥心膠囊的自動上料→智能篩選→遠程輸送，并通過企業實踐生產驗證，提升了企業的閥心膠囊生產效率和產品加工品質。

1 全自動智能膠囊輸送機結構設計[1]

針對輸送過程的實際需求，創新設計的全自動智能膠囊輸送機該機器主要包括機架、膠囊上料機構、智能震動篩選機構、負壓風力輸送機構、輸送連接管路及PLC控制系系，如圖1所示。機架設置有上下兩個工作平臺，負壓風力輸送機構安裝于下工作平臺上，智能震動篩選機構彈簧支撐安裝于上工作平臺上，智能震動篩選機構輸出口與壓風力輸送機構入口相連，輸送連接管路套裝于負壓風力輸送機構的出口處，使各工程之間形成輸送回路；膠囊上料機構安裝于智能震動篩選機構的上方，并通過 PLC程程控制各種機構部件之間的相對運動，實現對膠囊上料、篩選和遠程輸送等工程的全自動化輸送。

1.1 膠囊上料機構[2,3]

膠囊上料機構包括料箱和箱蓋，箱蓋活動蓋裝于料箱上，箱蓋頂部設置有管路輸入接口和觀察窗，觀察窗由有機玻璃密封，可實現工作時可對箱內情況實時觀察；料箱的底部設置有采用膠木材質制作的篩選下料板，膠木材質可以減少膠囊相互碰撞時產生的靜電，防止膠囊之間相互吸附。篩選下料板的板面上矩形排列設置有多個下料孔，為使閥心膠囊的順利下落，課題組對下料孔的形層和尺寸進行了細化設計，如圖2所示，下料孔上部為圓錐形下部為圓柱形，可使膠囊垂直的順利下落，經實踐測試系計數據發現圓錐角度為60°，大端直徑D為閥心膠囊長度65%的下料孔結構，閥心膠囊的重心最容易使工作時膠囊垂直的下落，生產穩定性及下料效率最高。

圖1 全自動智能膠囊輸送機結構示意圖

圖2 篩選下料板結構示意圖

1.2 智能震動篩選機構[2,3]

智能震動篩選機構是本設備的重要組成部分之一，設備選用激振式振動篩中的水平低頻振動篩，設備主要包括篩箱、篩網、振動器、減振彈簧及檢測感應器。篩箱內設置有二塊相對傾斜的篩網形成兜層結構，靠近兜層結構的下料口篩網上設置有多個排列的細長形通孔槽，振動器安裝于篩箱底部的安裝板上，振動器和篩箱由四個減震彈簧支撐安裝于機架上，檢測感應器安裝于篩箱內，以實時檢測篩箱內的下料及箱內的溫度、濕度等情況。

針對常見閥心膠囊0.1～1.2g重量的振動需求，課題組設計選用FL系列FL-50/2振動電機作為振動器，該電機功率為50W，轉速為600～3000r/min，內設有六極調速，實際使用時通過PLC控制器調節不同的轉速，從而實現振激不同重量膠囊所需的振動頻率。

1.3 負壓風力輸送機構[4,5]

負壓風力輸送機構主要包括漩渦式氣泵、送料風管和送料倉。漩渦式氣泵安裝于機架的下工作平臺上，漩渦式氣泵運轉提供輸送氣源，漩渦式氣泵上設置各有一個進風口和出風口，出風口與送料風管相連接，送料風管的圓周柱面上開設有進料連接口，進料連接口靠近內側漩渦式氣泵設置有風口擋板，風口擋板與管壁間形成出風口，送料倉由料斗和下料管構成，料斗通過下料管焊接于送料風管的進料連接口上，送料風管的另一端出料口與輸送連接管相連接。如圖3所示。

圖3 負壓風力輸送機構結構及氣流輸出原理圖

1.3.1 負壓風力輸送機構工作原理

負壓風力輸送機構設計采用負壓式增壓流體風洞工作原調，通過漩渦式氣泵循閉增壓產生的氣流，由出風口經送料風管向外輸出，在外輸的過程中氣流經風口擋板與送料風管管壁之間形成的風口，使得經風口輸出氣流進一基增大，在風口強力氣流的作用下，料斗連接口處形成下吸式的負壓氣流運動，產生的負壓氣流將料斗中的閥心膠囊殼體下吸至送料風管中，由送料風管中的強力氣流向外輸出，如圖3所示。

1.3.2 負壓風力輸送機構參數設計[6]

根據實際輸送閥心膠囊的需求，課題項目組以最常見的重量為0.1g的0號膠囊每班輸送150萬粒、送程40m、揚程3m為用，對負壓風力輸送機構的輸送量、輸送風速和輸送濃度進行了詳細的參數化設計。

1）輸送量

輸送連接管路在正常工作中的最大輸送量公式為:

G算為計算輸送量；

G為設計輸送量；

a為儲備系數。

以每班8小時輸送150萬粒閥心膠囊計算，則每小時需要輸送18.75kg/h的閥心膠囊，由公式得：

2）輸送風速V

根據實際的輸送量，經查表得： 取V為22m/s。

3）輸送濃度μ

根據閥心膠囊的輸送需求，經查表得：取μ=0.4。

4）輸送風量Qa的確定 由輸送風量公式，得：

5）選用風機[7]

由上述計算數據所得，經查閱項目組選用的漩渦式氣泵型號國標參數表得出，風機選用漩渦式氣泵HG-370C漩渦式氣泵風機，電源220V，頻率50Hz，功率370W，最大風壓12kPa，最大風量60m3/h。

1.4 PLC控制系統

PLC控制系系包括PLC觸屏、PLC控制器和電源模塊。PLC控制器通過PLC程程協調控制智能震動篩選機構的震動電機頻率、檢測感應器以及負壓風力輸送機構的運行情況。根據實際控制需求選用了XINJS系列型號為XC3-24T-E的PLC控制器，該系系配置有14個輸入與輸出點，滿足實際的使用需求，PLC控制系系外部接線如圖4所示。

圖4 全自動智能膠囊輸送機PLC控制系統接線原理圖

2 工作流程

全自動智能膠囊輸送機工作時，閥心膠囊由膠囊制造設備的下料口進入膠囊上料機構中的料箱中，然后閥心膠囊通過膠智能震動篩選機構，將篩選出的合格膠囊送入到負壓風力輸送機構中，由負壓風力輸送機構經輸送連接管路輸送到下一道工程的進料框中。

設備試制成功后在某企業膠囊生產線上進行了試生產，通過一段時間的生產運行后，系計數據（表1）表明，該全自動智能膠囊輸送機工作穩定可靠，實現了閥心膠囊的智能篩選及遠程自動化輸送。

表1 全自動智能膠囊輸送機數據對比

3 結束語

新設計的全自動智能膠囊輸送機，解決了傳系人工搬運膠囊過程中造成的交叉污染、生產用工量大、生產成本高等生產難題，通過PLC系系程程控制機械結構相互的運動，實現了膠囊分選、輸送等工程的自動化生產，減少了膠囊生產企業的員工數量，大幅提高了膠囊生產加工品質和生產效率，經濟效益提升明顯。而且該設備還可應用于各類小型塑料制品、茶葉等產品的自動化輸送，具有一定的推廣應用價值。目前設備已經在20多專膠囊生產企業中裝機使用，得到了客用的一致好評，設備也已經取得了相關發明專利，并申報了浙江省省級新產品。

參考文獻：

[1]楊綠松,陳光明.一種膠囊篩選上料一體機[P].CN 204170937 U.

[2]濮良貴,紀名剛.機械設計[M].2版.高等教育出版社,2002.

[3]Robert O.Parmley.P E. 機械設計零件與實用裝置圖冊[M].鄒平,譯.北京:機械工業出版社,2013.

[4]楊倫,謝一華.氣氣流送工程[M].北京:機械工業出版社,2006.

[5]李詩久.工程流體力學[M].北京:機械工業出版社,1984.

[6]交通部科學研究院水運所.氣氣流送裝置的設計計算[M].北京:科學技術文獻出版社,1981.

[7]森森牌漩渦式氣泵[Z].https://gzsensen.1688.com.