自動灌封機的設計與調試

董山恒，孫海龍，楊振昆

（北自所（北京）科技發展有限公司，北京 100120）

0 引言

隨著人們物質生活水平的提高，對產品包裝的質量也相應提高，需要能夠完成液體灌裝，封口，包裝等一系列全自動化機械操作的液體灌裝生產線，全自動液體灌裝生產線在國內制藥，保健食品以及酒類等包裝行業方面有大量的需求，我國生產醫藥，保健食品，酒類產品的廠家數不勝數，不同種類產品的灌封要求的不斷增加，對于新型的灌封裝備的發展也有了更大的挑戰。隨著國家為促進制藥行業技術進步，開展制藥機械GMP（藥品生產質量保證規范）評審及驗證檢測工作，加快制藥GMP的實施，全自動液體灌裝生產線在我國的制藥行業也越來越受重視，我國制藥行業的生產廠家達5000多家，大、中型企業也有上千家，市場對高質量、低價格的全自動液體灌裝生產線成套設備的需求必將與日俱增。

1 灌封機結構組成及功能分析

一體化自動灌封機用于圓柱形空心塑料棒類藥物用品的灌液和兩端封口。該灌封機主要由傳送系統，上料系統，封口系統，灌液系統，下料系統和控制系統組成（如圖1所示）。該機能夠自動完成上料，封底，灌液，封頂和下料一整套完整過程，實現了灌封自動化，充分滿足了加工生產要求，大大的提高了生產效率，為醫療器械的自動化發展提供了有利的支持。

圖1 旋轉式自動灌封機總圖

1.1 傳送系統

傳送系統主要由電機，主軸和大盤構成。其功能為通過電機驅動大盤旋轉，在灌封機節拍時間間隔內，將裝有一定數量塑料棒的大盤旋轉到灌封機的各工位，完成相應工位的工作，以完成一個生產周期。

1.2 封口系統

封口系統主要包括封底和封頂兩部分。其主要由封口磨具，壓緊裝置，高頻加熱設備，冷卻裝置和吹氣裝置構成。其功能為通過高頻加熱設備將塑料棒的一端融化在封口磨具中，再通過冷卻裝置冷卻并使其快速成型。

1.3 灌液系統

灌液系統主要由蠕動泵，灌液氣缸，針管，針頭等構成。其功能為當封底工序完成后，由傳送裝置將底部封好的塑料棒傳送到灌液工位，蠕動泵則通過針管將預先裝好的液體，按規定的劑量注入到塑料棒中。

1.4 上料和下料系統

上料系統主要由料斗，推料器，壓料器等部件構成。其功能為當上料工位模具空位時，自動將消毒烘干后的未熔封的塑料棒傳送至固定在大盤上的模具里，以便進行以后的工位工作。

下料系統主要由下料夾板，鏈條，電機，氣缸等部件構成。其功能為最終封口完成后，下料系統把封好的塑料管輸送到指定箱體中，并自動計數。

1.5 工作原理

當消毒烘干后的塑料棒由上料系統傳送至盤夾具上時，大盤帶動塑料棒旋轉至封底工位，此時模具裝置上升，壓緊裝置下降，將塑料夾緊，然后加熱裝置對模具開始加熱，待加熱一定時間后，塑料棒在模具內熔化，冷卻裝置對模具進行冷卻，并吹干冷卻水，待封底成型后，大盤帶動塑料棒旋轉至灌液工位，由灌液裝置將液體灌輸到底部封好的塑料棒內，再由大盤帶動塑料棒至封頂工位，待封頂完成，繼續旋轉至下料工位，由下料裝置將塑料棒輸送到指定區域。

圖2 非工作和工作對比圖

2 設計分析

2.1 主要技術指標

1）自動封口灌裝一體機的設計產能為100～150支/分鐘；

2）一次灌裝數為60支；

3）蠕動泵容量0.5ml～10ml；

4）灌液精度±0.5%；

5）總功率10kW；

6）熔封后泄漏率≤0.5%；

要求速度可調，灌液量可調，計量準確，運行平穩，藥液不外溢，灌液時無液體滴漏現象，并保證無管不灌液。

2.2 灌封機設計要求

1）功能齊全、設計合理、結構緊湊；

2）性能指標穩定；

3）運行安全可靠、傳動平穩、噪聲小；

4）藥物不受污染，符合GMP的衛生標準書；

5）易于維修保養，便于清洗；

6）自動化程度高，操作簡便。

工藝范圍廣，藝范圍越寬，越能提高設備利用率，實現一機多用，即可以利用同一設備可以灌裝多種物料和多種規格的容器。

3 調試及主要問題分析

無論是設計上還是運行中，生產效率都能達到額定技術指標，即100～150支/分鐘。生產效率是可變的，可以通過調整磨具的個數和熔封塑料管的時間來調整。

3.1 熔封質量

在灌封機的使用過程中，熔封塑料管的質量是至關重要的，它關系到熔封后的泄漏率，同時也影響外觀，可能直接影響市場銷量。通過設計分析及調試經驗得知，影響熔封質量幾大關鍵要素如下，并針對這些因素對機械機構及控制做了相應的調整。

1）熔封溫度

溫度過高導致熔封距離過長，從而影響成型產品的長度；溫度過低導致泄漏，大大增加了產品的泄漏率。為此我們使用了紅外測溫傳感器，對熔封模具的溫度進行了實時在線監測，保證了熔封溫度的準確性。如圖3、圖4所示。

圖3 設計中傳感器圖紙

圖4 調試中傳感器示意圖

2）溫升速率

在調試過程中發現，溫升速率對熔封質量有一定的影響。最終通過控制高頻加熱設備來控制對模具的加熱速率，明顯改善了熔封質量。

3）模具的冷卻

在調試過程中驗證了熔封模具的冷卻是至關重要的，如果冷卻效果不好，將導致脫模無法完成，即融封不成功。同時也防止模具的溫度不斷的傳遞到載體上，導致整個設備溫度過高，增加危險性。為此，在設計過程中我們對模具采用了水冷方式。為了避免冷卻槽內殘留的水分及模具底部沾有水滴，影響下次加熱時間及速率，在水冷后，我們對冷卻槽進行了吹氣處理。如圖5所示。

圖5 連接在模具載體上的水管和氣管

4）融封塑料管的壓緊

在熔封過程中塑料管的一端在模具內受熱熔化，另外一端要有壓力，使之能夠完成熔封過程。而在這個過程中，如果壓力持續存在就有可能導致熔封表面不平滑，而且也會導致產品整體長度變短。所以在設計中我們對壓緊裝置做了限位處理，當壓緊裝置升降到一定距離后，限位螺母卡在軸套上，壓緊裝置保持穩態，不再繼續升降，保證了熔封的質量的同時也滿足了產品長度的公差要求。如圖6中箭頭所示。

圖6 壓緊裝置限位螺母

3.2 無瓶不灌裝—激光對射檢驗

調試中發現，灌液過程中確保無瓶不灌裝是非常必要的，當灌液工位處有塑料管時，擋住光電開關，發出有管信號，灌液功能開啟；如灌裝工位無塑料管時，發出無管信號，灌液功能關閉，從而實現了無瓶不灌裝功能（如圖7所示），既避免了無管灌液的浪費，同時也避免了無管時灌液造成液體的揮發，甚至是某些液體對設備的腐蝕等。

圖7 無管不灌液原理

4 結語

闡述的旋轉式自動灌封機為自主創新設計，并申請相關發明專利。其主要難點在于熔封質量的工藝要求，在調試過程中也做了大量實驗，無論在結構還是在控制上都做了相關調整。目前該設備已投入正常運行，現場使用結果表明，該設備具有速度可調，灌液精準，藥液不外漏，灌封速度快等優點，滿足相關領域塑料管的灌封要求。