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医用瓶盖冲塞机的设计与研究
摘要
首先,介绍了国内外的发展状况,了解了现今医药包装设备发展的程度和我国这方面的不足之处,明确了今后发展的方向。
其次,分析了整个设备的构成,从整体上提高设备工作的可靠性,确定了各个机构的基本功能及作用。
为了最大程度的提高设备的可靠性,然后,对各个主要机构进行了分析,具体包括理盖机构、送盖机构、冲裁机构、塞纸机构和送纸机构。
画出了总装配图和部分机构的装配图,进行强度校核的计算。
最后总结了所设计的医用瓶盖充塞机相对于已有设备所作的改进、存在的不足之处以及将来发展的方向。
关键字:
安全,冲塞机,机构分析,设计
MedicalcappluggingMachineDesignandResearch
Abstract
First,thepaperintroducesthedevelopmentsituation,tounderstandthecurrentlevelofdevelopmentofpharmaceuticalpackagingandourshortcomingsinthisregard,acleardirectionforfuturedevelopment.Secondly,theanalysisoftheentiredevicestructure,enhancetheoverallreliabilityofproductionequipment,fromtheoverallcoordinationofequipmentcollaboratewitheachother,setthebasicfunctionsofthevariousagenciesandfunctions.Then,onebyonebodyontheanalysis,thegreatestdegreeofimproveequipmentreliability,includingthereasonscoveredbodies,sendcoverbody,blankinginstitutions,insertpaperbodies,feedbodies.Drawassemblydrawingofsomeagencies,ageneralassemblydrawings,calculationofthestrengthcheck.Concludedthedevelopmentofthedevicerelativetothepreviousplace,butalsoontheinadequaciesoftheequipment,andthefuturedirectionofdevelopment.
Keyword:
Security,pluggingmachine,institutionalanalysis,design
摘要I
1绪论............................................................................................................................1
1.1前言...................................................................................................................1
1.2研究现状...........................................................................................................1
1.2.1国外的发展概况....................................................................................1
1.2.2国内的发展概况..................................................................................4
1.3本课题的主要内容及意义............................................................................51.3.1主要研究内容........................................................................................51.3.2本课题的意义.........................................................................................5
2瓶盖冲塞机械机构总体设计.....................................................................................6
2.1简介...................................................................................................................6
2.2总体设计...........................................................................................................6
3理盖机构和送盖机构................................................................................................8
3.1振动料斗的机械原理及机构组成...................................................................8
3.2瓶盖的定向设计..............................................................................................9
3.3瓶盖在轨道上的运动分析............................................................................10
3.4送盖机构........................................................................................................11
3.4.1简述.......................................................................................................11
3.4.2瓶盖前进的动力源.................................................................................12
3.4.3轨道的设计............................................................................................14
3.4.4送盖机构的力学分析与电机选择........................................................14
4送铝箔片机构...........................................................................................................15
4.1传送机构的设计...........................................................................................15
4.2传动轴强度校核...........................................................................................15
4.3控制电机的选择...........................................................................................19
5冲裁机构和塞纸机构................................................................................................20
5.1曲柄滑块机构和偏心轮机构.......................................................................20
5.2冲裁机构设计...............................................................................................21
5.3冲裁机构运动学分析...................................................................................22
5.4冲裁电机选择...............................................................................................24
5.5主动轴扭转强度核.......................................................................................25
5.6塞纸机构......................................................................................................25
6结论.............................................................................................................................27
参考文献.........................................................................................................................28
致谢...............................................................................................................................29附录...............................................................................................................................30
1绪论
1.1前言
改革开放30年来,中国自动冲塞机市场从无到有,从小到大、从总量快速扩张到结构明显升级,逐步形成了有中国特色的多样化、多层次的消费市场。
自动冲塞机市场规模比改革初期扩大了几倍乃至几十倍,其发展成就令世人瞩目。
2010年中国自动冲塞机市场发展迅速,产品产出持续扩张,国家产业政策鼓励自动冲塞机产业向高技术产品方向发展,国内企业新增投资项目投资逐渐增多。
投资者对自动冲塞机行业的关注越来越密切,这使得自动冲塞机行业的发展需求增大[1]。
由于目前生活水平的提高,人们对健康的日益重视,医疗器械必将越加热销,医用产品的市场肯定会越来越大。
随着医保政策的推出,更加迎来发展的春天。
1.2研究现状
1.2.1国外包装机械发展概况
随着世界科技的发展,发达国家已经把核能技术、微电子技术、激光技术、生物技术和系统工程融入了传统的机械制造技术中。
新的合金材料、高分子材料、复合材料、无机非金属材料等新材料也得到了推广应用,包装机械的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。
随着科技的发展包装机械在各国都在广泛使用,占领着市场的主导地位。
下面就简单介绍下国外各国的发展情况:
日本包装机械起初主要是引进、消化欧美设备,之后着力开发自己的新技术。
主要集中在计算机和辅助马达驱动两种关键技术上。
其包装机械制造厂以中小型企业为主,而食品包装机械占据全部产品的51%,主要针对国内市场[6]。
意大利生产的包装机械中,40%是食品包装机械,如糖果包装机、茶叶包装机、灌装机等。
意大利包装机械行业的最大优势就在于可以按照用户的要求进行设计和生产,并能保证很好地完成设计、生产、试验,实现监督、检验、组装、调整和用户需求分析等。
产品的特点是外观考究、性能优良、价格便宜[7]。
美国的包装机械大多数用计算机控制,使包装机械向高速度、高效率、高质量的方向发展。
对商品包装材料所需的温度、强度、电压和包装的数量等都编成程序输入电脑,进行自动控制。
这不仅可以提高包装机械的使用效率,提高包装机械的精密度和准确度。
美国的包装机械向注重经济、自动、高效和多功能方向发展。
如微处理程序控制、调控系统、传感、光电等装置,在美国的包装机械设备上广为应用,既提高了工作效率,又改进了包装质量。
例如,有一种充填机,在同样的条件下不受包装材料和包装物体形态差异的限制,只要稍加调试,即可适应各种形状包装容器的充填[8]。
德国在包装机械设计、制造、技术性能方面居于领先地位。
产品以高速度、高可靠性、高包装质量、高度自动化、高成套性等方面享誉全球。
其设计尤其针对大型企业量身打造。
主要特点体现在工艺流程和自动化程度越来越高、提高生产效率的同时降低生产成本、产品机械和包装机械一体化、提升产品的柔性和灵活性、普遍使用计算机仿真技术等诸多方面。
是世界上最大的包装机械出口国[9]。
加拿大的包装机械制造业以其灵活性的生产方式和可靠的质量享誉国际市场,尤其擅长制造用于大量不同流水线速度的设备,擅长设计弹性很大的设备。
并且,加拿大的出口商在量身定做塑料设备方面建立了市场优势,为客户提供灵活、创新、定做式解决方案[10][11]。
总体说来,国外的包装机械行业发展有如下几个特点[12]:
(一)、生产高效率。
生产线高度自动化,生产规模大型化,以获得最佳劳动生产率和经济效益;
(二)、资源的高利用率,高度的综合利用和发展循环经济;
(三)、产品高度重视节能,重视降低成本;
(四)、高新技术实用化,提高生产效率,产品上水平、上档次;
(五)、科研成果商品化,使包装机械产品向知识密集化、技术综合化,产品智能化等方面发展。
国外医药包装机械普遍而言在包装机械行业中的市场占有比例并不高。
也很少有相关的文献记载和报道。
1.2.2国内包装机械及医药包装设备研究概况
随着我国经济的日益发展壮大,包装工业也快速发展,但是在我国包装工业快速发展的进程中,大量高技术含量的设备生产线还以进口为主。
例如塑料薄膜双向拉伸设备,一条生产线就近1亿元,从上世纪七十年代开始引进,到目前为止,国内相继进口该类生产线100余条。
还有乳制品行业大量使用的无菌包装盒、灌装设备等大都为国外公司生产的。
国内包装机械行业对国外高端技术生产设备的过度依赖,已成为制约我国包装工业持续、稳定发展的一个绊脚石。
因为大多数包装产品的技术含量体现在加工工艺和技术装备上,工艺是核心,装备是关键,而包装设备在装工艺中居于主导地位。
虽先进设备的引进大大加快了我国包装工业的发展速度,但是,我们不能依赖国外的高端技术与技术装备,这是因为国外的技术装备价格昂贵,一些中小企业无力引进,不利于我国包装行业技术水平的整体提高;
不利于发展自己的知识产权,不利于培育自己的专业设计人员,长此以往我们只能跟在别人后面,这将丧失发展的控制权和市场的主动权[13]。
我国和其它国的在这方面的差距主要出于以下几方面:
[14]
1)产品技术方面:
控制技术和产品可靠性方面较差,且技术更新的速度太慢,新技术、新材料、新工艺推广的范围太窄。
整体水平比发达国家要落后20年,现在我国包装机械产品中仅有5%左右能够达到发达国家90年代初期的水平.还有20%的产品仅能和国外80年代的产品相比,其余60%左右仅能达到国外70年代的水平。
我国的包装机械在产品的开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与进口产品在竞争中处于劣势,抵挡不了进口产品的大量涌入。
在进口设备中,一般是技术含量高或大型设备,大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的。
如无菌包装机大型高速饮料灌装机、贴标机、组合电子秤等。
有的设备国内虽然也能制造,但可靠性不好,生产出的食品质量、保质期等都不如进口设备,如冰淇淋包装机。
包装机械进出口比例相差太大,以1998年为例:
包装机械进出口总额14.8亿美元,进口总额14.4亿美元,比1997年增长21.3%,出口仅为0.45亿美元,比1997年还下降8.9%,进口为出口比例的近33倍。
从1998年我国出口产品看,我国出口的大多是低档次、低附加值或劳动密集型产品,而进口产品都是大型成套设备和高技术含量的产品。
2)产品品种方面:
目前国外包装机械产品的品种大约有2300多种,成套数量多,并且不断有新技术、新产品出现。
国外的包装机械产品一方面向高精度、大型化发展,另一方面向多功能方向发展。
如意大利ILAPAK公司的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量,连续式封合并裁切,一机多工位,包装速度可达120袋/分,其控制系统采用微机和可编程控制器。
与发达国家相比,我国包装机械产品品种及配套数量少,只有1300多种。
缺少高精度和大型化包装机械产品,在钢制两片罐成型设备、高精度电子计量装置、高速电阻焊机、大型中空容器成型机械等方面仍属空白。
3)生产技术与企业管理方面:
目前,国外包装机械企业大多采用了CAD/CAM技术,数控加工中心和柔性制造系统的应用也较广泛。
发达国家包装机械企业的技术、生产、销售等管理工作基本实现了计算机化。
而我国的包装机械生产企业的技术装备水平偏低、设备陈旧、效率低、精度差等问题较突出,从而造成了企业缺乏市场竞争力。
我国未来的发展将呈现以下特点:
1)生产规模:
小批量少品种大批量多品种变批量。
2)资源配置:
劳动密集型设备密集型信息密集型知识密集型。
3)生产方式:
手工机械化单机自动化刚性流水自动线柔性自动线智能自动线。
4)工艺方法:
重视加工前后处理、重视工艺装备,使制造技术成为集工艺方法、工艺装备、工艺材料为一体的成套技术。
5)过程控制:
把对物流、检验、包装、储存过程的控制作为制造技术的组成部分。
6)建立产品循环系统:
设计生产准备加工制造销维修回收利用,整个过程形成一个良性循环[15]。
以国内同类型的包装机械来说,图l-1是舟山市普陀双鱼药机包装厂研制的BCS-120/120I型自动冲塞机。
用于制药、食品、化工等行业的塑料瓶及玻璃容器,在封口过程中,将盘带状铝箔片,先冲裁成圆片,自动塞入瓶盖。
已经是国内少有的冲裁塞一次性连续完成的设备。
但其生产能力只有40、60个/分钟,其速度只是国外同样设备的1/3,1/4。
但其功能,可靠性,自动化程度已经属于国。
内相当领先的水平了[16]。
图1-1BCS-120/120Ⅰ型自动冲塞机图1-2SZ-1型自动塞纸机
图1-2是黑龙江迪尔制药机械有限责任公司研制的SZ-1型自动塞纸机。
主要用于医药行业的片、丸类药品装瓶后的塞纸工序。
该机能自动完成送瓶、送纸、剪纸、制纸片预变形、塞纸全部过程。
通用性好,能适应几种常用规格瓶和纸带盘。
已经是国内市场非常具有竞争力的一款设备。
但是制约其大范围推广的还是40~60瓶/分钟的较低生产速度。
经过市场调研,在冲塞机这一款医用包装机械中,还有若干小厂家也有生产。
但是其性能和技术水平均难以达到BCS-120/120I型的水准。
自动化程度最低的,冲裁圆铝箔片功能由机器完成,而塞入盖是由人手工操作。
相对先进一点的设备,也是先冲裁铝箔片,然后理好,进入下一个工序,用类似吸盘的装置,每次吸5片圆铝箔,然后同时塞入五个瓶盖。
自动化程度相对提高了,但是冲裁和塞的动作分成两步,系统集成化程度较低。
这些机械无论是在可靠性还是稳定性方面都难以达到要求,而且机器使用寿命短。
最关键的是加工速度相当低,最快也只有60-70个/分钟。
1.3本课题的主要内容及意义
1.3.1主要研究内容
1)了解医用瓶盖冲塞机的应用与研究现状,要求总结现有系统的优点与不足。
2)研究并掌握医用瓶盖冲塞机的机械结构与工作原理。
3)设计出一种新的双排式进盖机制,保证铝箔片冲裁和瓶盖能在很短时间间隔内按顺序完成。
要求完成
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