许社忠

（哈飞工业风电设备制造公司，黑龙江 哈尔滨 150066）

前言

制药行业随着粉剂和颗粒剂胶囊包装药品的迅速发展，市场上对胶囊分装机的需求量也不断增加。各制药厂从多方面考虑，都将产量达1500粒/分以上的机型作为首选机型。为适应市场需求，我们开发设计产量达2000粒/分的硬胶囊分装机。

1 现状与问题

目前，市场上的国产分装机的实际产量基本都没有达到额定产量，即型号所标示的产量。有的差得较多，型号所标示的产量是以额定转速125转/分为依据计算。但实际上，国产分装机的运转速度多数在110转/分左右，较少能达到115-120转/分。它们存在的共同缺陷是高速运转时上机率低，不能满足使用要求，为了保证上机率，只能用降低转速的手段，即靠降低产量来保上机率。

然而，国内部分制药厂使用的国外先进分装机的运行状况较好，基本上可以运转到额定转速125转/分，并且可以满足上机率的要求。我们经过大量的比较和理论分析工作，发现国内分装机与国外先进分装机的主要差距是高速状态下，分装机运转不稳定，部分机构出现振动现象,转速越高振动越明显,还伴随明显噪音，影响机构执行功能的可靠性,最终影响到分装机的上机率。

2 总体目标与方案

我们设计研制新型硬胶囊分装机的目标是适应市场的需求，向市场提供性能优良，可与国外先进分装机相媲美的硬胶囊分装机产品。基本性能参数要达到以下指标：a.额定产量：2000 粒/分;b.上机率:99.6%以上;c.额定转速：125转/分;这些指标就是国际上先进机型的指标。

我们重点进行了以下工作，实现提高分装机上机率的目的，使分装机性能达到或超过上述指标。a.采取有效措施提高分装机的高速稳定性，保证分装机在额定转速下正常工作，保证分装机具有良好的上机率。b.采取有效措施增强关键机构的功能，提高分装机各机构的工作可靠性，保证上机率，满足用户的使用要求。

3 方案论证与实施

3.1 提高高速稳定性。高速稳定性问题是关系到分装机能否在高速状态下正常运转，不出现振动和伴随噪音现象的关键。分装机只有高速稳定性好，才能保证分装机在高速运转时，各机构执行部件工作准确、可靠，最终保证上机率和型号产量。我们从研究分装机的工作原理和结构入手，查找影响高速稳定性的因素。硬胶囊分装机是复杂的多凸轮机构协调运动的高精度机器，它完成从胶囊梳理、胶囊帽体分离、胶囊转运、定量充填药粉、废胶囊剔除，胶囊帽体扣合、胶囊成品药被顶出胶囊运载孔并在压力空气的作用下离开机体进入成品胶囊药收集器中的各项功能。完成各项功能的执行零部件的协调运动都是由凸轮机构完成的。在凸轮机构中，执行零部件的运动特性、运动轨迹、运动行程都由各机构中凸轮的工作曲线决定，凸轮是凸轮机构中的核心元件，因此凸轮工作曲线的运动特性好坏是凸轮设计的关键，它决定了依据其工作曲线运动的执行部件运动状况。我们把分析、研究、优化设计凸轮工作曲线的运动特性作为提高分装机高速稳定性，克服振动和噪音，提高上机率的方法之一。针对胶囊分装机这种中速运转，并且要求较高稳定性的凸轮机构，我们在新型硬胶囊分装机的设计中，重点对凸轮工作曲线进行设计优化，改善其运动特性，使执行零部件的运动速度，加速度连续变化并为有限值，消除突变现象，满足高速运转要求。我们对于胶囊梳理机构、粉冲杆升降机构等重要的凸轮机构，设计凸轮时采用了正弦运动规律的过渡曲线。这种过渡曲线的加速度曲线是一条正弦曲线，曲线光滑连续，没有突变点。过渡曲线起始点的加速度理论值为零，并且加速度的最大值是有限的；速度曲线也是连续变化的，先逐渐增加，在过渡段中间达到最高，再缓慢减小，到达停止段（执行部件不动）速度最小，并为常量；正弦运动规律曲线保证执行零部件的振动噪音小，磨损小，完全适合于中高速运转的要求。这种正弦运动规律过渡曲线凸轮装在样机上进行了试验，经多档转速的对比试验，验证了凸轮曲线优化设计后分装机的运行状况明显优于多圆弧拟合曲线凸轮。

3.2 提高关键机构工作可靠性。可靠性是分装机在规定时间内，规定条件下，完成规定功能的能力。如果分装机上的各机构都能良好完成各自的规定功能，整机的可靠性高，上机率就高。上机率关系到分装机的产量和成品率，是药厂比较重视的指标，尤其对于那些分装较贵重的进口原药的厂家，他们在不得已的情况下经常以牺牲产量来保证分装机的上机率，避免原药的损失。分装机中胶囊剔除机构的工作可靠性尤其重要，它的主要功能是将位于上运载模块中的没有被真空力吸开的不合格胶囊剔除，清理出运载模块上的运载孔，以便该孔能在下一循环中继续接运胶囊。一旦出现在上运载模块中的运载孔中存在未被分开的胶囊没有被有效剔除，将会出现这粒胶囊重新落入运载模块中，影响了分装机的成品率，也造成胶囊及原料药粉的浪费。

为彻底避免出现上述情况，我们认真分析该机构的结构，工作原理。分装机的该工位上、下模块仍然错开，在上模块的下面是剔除机构的顶杆，顶杆在凸轮的作用下升起，正常情况下上模块中都是胶囊帽，而胶囊帽是不会被顶出上模块的，而如果上模块的运载孔中是一粒整个胶囊，它就会被顶起，而在上模块的上方是剔除机构的斜板，在斜板的作用下使被顶出的胶囊倾倒，胶囊倾倒后掉入废胶囊收集盒中，完成剔除不合格胶囊的过程。经过分析、研究和试验，我们发现这种剔废方法实现起来不可靠，尤其在分装机高速运转状态下，容易出现胶囊被顶起后，在惯性作用下没有被斜板倚倒，却又重新落入胶囊运载孔中。因此为彻底解决这个问题，我们在胶囊剔除机构的斜板上开出气孔，接入压力空气。用压力空气的吹力将被顶出运载孔的废胶囊从侧面吹倒飞入废胶囊收集盒中。采取此措施后，极大的提高了该机构的工作可靠性，效果明显。

4 调试结果在空运转试验时，分装机的运转速度达到130转/分时，运转状态良好，各运动部件没有出现振动现象和异常噪音。在胶囊装药运转试验中，分装机的运转速度达到125转/分，保证上机率在99.6%以上。分装机既满足上机率的要求，又实现了额定转速下运转。该机研制达到了最初设定的目标，实现设计开发目的。

[1]机械设计手册,化学工业出版社

[2]机械加工工艺手册,机械工业出版社

[3]机械零件设计手册,国防工业出版社