（机械设计及理论专业论文）高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计.pdf

t h e d e s i g nt h e o r yr e s e a r c ha n d e v o l u t i o n a r yd e s i g no fh i g hs p e e dm e d i c i n c e a u t o m a t i cc a r t o n e r at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rc a oj u ii an 2 一_ m a y ，2 0 10 脚7舢9 肌9m 8 9m 删1脚y 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 摘要 目前国内市场上国产典型药品自动装盒机的装盒速度普遍不高，少数药 机企业虽然尝试开发了个别高速药品自动装盒机，但高速装盒时废品率高。 本文针对这一问题，以机构学和包装机械设计理论为基础，借助计算机运动 仿真等技术方法，依据高速药品自动装盒机设计的通行工艺流程，对高速药 品自动装盒机作了地详细分析，完成了一款新型的高速药品自动装盒机关键 机构的进化设计，研究成果并在企业新产品中得到部分应用，新产品相比于 目前市场上的典型药品自动装盒机，它可在满足较高速度装盒的同时，具有 工作效率高和废品率低的优点。 本文依据药品自动装盒机设计的通用工艺流程，选择1 2 0 型药品自动装 盒机为药品自动装盒机的典型机型，对其各个主要执行机构的运行方式进行 了详细地分析。并对其取盒一开盒机构，推杆机构及药品、纸盒的间歇式传 输机构在装盒机高速运转情况下出现的问题及其产生的原因进行详细的分 析，在此基础上对药品自动装盒机重新进行了整体方案设计，使其能满足高 速装盒的需要。 根据药品自动装盒机在高速运转下取纸盒并将其顺利打开的需要，本文 研究和设计了一种新型的取盒一开盒机构。在本机构中使用凸轮一齿轮组合 机构作为核心机构。在凸轮一齿轮组合机构中，保持凸轮静止不动，而以中 心轮为驱动件，行星轮上连接滚子作为凸轮的从动件，在凸轮和中心轮的作 用下以实现行星架满足“动停一动一停 的运动要求。相对于1 2 0 型药品 自动装盒机中以行星齿轮为主要机构的取盒一打开机构，本机构能够解决药 品自动装盒机在高速下取盒、开盒的稳定性问题。在具体设计机构时，对其 运动方案做了详细的设计计算，对凸轮采用解析法得出其轮廓线及压力角的 计算公式，并用m a t l a b 编程计算得出其实际参数。另外，文中还对药品自 动装盒机中的针对不同规格的调整机构以及纸盒封口机构进行了理论分析 和设计。 取盒一开盒机构是多个机构的复杂组合，有必要对其进行运动仿真以验 证整个设计方案的可行性。在本文的最后，首先对运用三维造型软件 p r o e n g i n e e r 进行模型装配及运动仿真的过程做了详细介绍，然后对设计 好的取盒一开盒机构进行三维实体建模，并对装配好的模型进行了机构运动 仿真，以验证机构设计的合理性以及机构在运行过程中是否出现干涉，为生 产加工提供更可靠的依据。 关键词：药品自动装盒机，取盒一开盒机构，凸轮一齿轮组合机构， p r o e n g i n e e r t h ed e s i g nt h e o r yr e s e a r c ha n d e v o l u t i o n a r yd e s i g no f h i g hs p e e d m e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r a b s t r a c t f o rt h ed o m e s t i ct y p i c a lm e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r sa p p e a r i n gi nt h e c u r r e n td o m e s t i cm a r k e t ，t h e i rc a n t o n i n gs p e e di sn o th i g hg e n e r a l l y af e w e n t e r p r i s e sa t t e m p tt od e v e l o pt h eh i g hs p e e dm e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r s ，b u t t h er e je c tr a t ei sq u i t eh i g hw h e n t h e ya r ei nh i g hs p e e dc a r t o n i n g a i m i n ga tt h i s p r o b l e m ，b a s e do nm e c h a n i s ma n dp a c k a g i n gm a c h i n e r yd e s i g nt h e o r y ，u s i n g c o m p u t e rs i m u l a t i o nt e c h n o l o g y ， a c c o r d i n gt ot h eg e n e r a lp r o c e s so fd e s i g n i n g t h eh i g hs p e e dm e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r s ，ad e t a i l e da n a l y s i sa n da e v o l u t i o n a r yd e s i g no f t h ek e ym e c h a n i s ma r em a d ef o ran e w t y p eo fh i g hs p e e d m e d i c i n ea u t o m a t i cc a r t o n e r a n dr e s e a r c hr e s u l t sa r ea p p l i e dt ot h en e w p r o d u c t i ns o m ee n t e r p r i s e s c o m p a r e dw i t ht h et y p i c a lm e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r s a p p e a r i n go nt h ec u r r e n tm a r k e t ，i tc o u l dm a k et h ec a r t o n e rh a v eh i 曲e f f i c i e n c y a n dl o wr e j e c tr a t ea sw e l la sm e e t i n gt h er e q u i r e m e n to fh i g hc a r t o n i n gs p e e d a c c o r d i n gt ot h eg e n e r a lp r o c e s so fd e s i g n i n gt h eh i g hs p e e dm e d i c i n c e a u t o m a t i cc a r t o n e r s ，t a k i n gt h em e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e ro f12 0t y p ew h i c h i sat y p i c a lc a r t o n e rf o re x a m p l e ，e v e r ym e c h a n i s m s m o t i o na r e c a r e f u l l y a n a l y z e d t h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n dr e a s o n so f t h eg e t t i n ga n du n f o l d i n gc a r t o n m e c h a n i s m ，t h ep u s h - r o d m e c h a n i s ma n dt h ei n t e r m i t t e n tt r a n s m i s s i o n m e c h a n i s mo fc a r t o na r ec a r e f u l l ya n a l y z e dw h i l et h ec a r t o n e ri si nh i g hs p e e d c a r t o n i n g b a s e do nt h i s ，t h ew h o l ep r o g r a mo fm e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e ri s d e s i g n e d ，w h i c hc o u l dm e e tt h en e e d so fh i g hs p e e dc a r t o n i n g a c c o r d i n gt ot h en e e d so fg e t t i n ga n du n f o l d i n gt h ec a r t o nw h e nt h e m e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e ri su n d e rt h eh i 曲s p e e do p e r a t i o n ，an e wk i n do f g e t t i n ga n du n f o l d i n gc a r t o nm e c h a n i s mi s r e s e a r c h e da n dd e s i g n e d t h e c a m g e a rc o m b i n e dm e c h a n i s mi st a k e na st h ec o r em e c h a n i s mo ft h eg e t t i n g a n du n f o l d i n gc a r t o nm e c h a n i s m w h i l et h ec a m g e a rc o m b i n e dm e c h a n i s mi s i i i d e s i g n e d ，t h ec a mi sm a i n t a i n e ds t a t i o n a r y ，t h ec e n t e rg e a ri sr e g a r d e da sd r i v e n p a r t t h ep l a n e t a r yg e a rc o n n e c t e dw i t ht h er o l l e ri sr e g a r d e da st h ec a m f o ll o w e r , ， 一 一一 a n dt h e p l a n e r c a r d e ri sa c h i e v e dt om e e tt h em o v i n gr e q u i r e m e n to f m o v e s t o p - m o v e s t o p u n d e r t h ea c t i o no ft h ec a ma n dt h ec e n t e r g e a r c o m p a r e dw i t ht h eg e a i n ga n du n f o l d i n gc a r t o nm e c h a n i s mi nw h i c ht h e p l a n e t a r yg e a rm e c h a n i s mi st a k e n 硒t h ek e ym e c h a n i s mi nt h em e d i c i n c e a u t o m a t i cc a r t o n e ro f12 0t y p e ，i tc o u l ds o l v et h es t a b i l i t yp r o b l e m so fg e t t i n g a n du n f o l d i n gc a r t o nw h i l et h em e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e ri si nt h eh i g hs p e e d c a r t o n i n g t h es c h e m eo fm o v e m e n ti sp a r t i c u l a r l yd e s i g n e da n dc a l c u l a t e d w h e nt h em e c h a n i s mi sd e s i g n e d t h ec a l c u l a t i o nf o r m u l ao fc a m sc o n t o u rl i n e a n dt h ep r e s s u r ea n g l ei sw o r k e do u tu s i n ga n a l y t i cm e t h o d a n di t sa c t u a l p a r a m e t e r sa r ec a l c u l a t e db yw r i t i n gm a t l a bp r o g r a m i na d d i t i o n ，t h ea d j u s t i n g m e c h a n i s ma n dc a r t o ns e a l i n gm e c h a n i s mo ft h em e d i c i n c ea u t o m a t i cc a a o n e r f o rd i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n sa r ea n a l y z e da n dd e s i g n e d m i l et h e g e t t i n g a n d u n f o l d i n g c a r t o nm e c h a n i s mi sa c o m p l e x c o m b i n a t i o no fm u l t i p l em e c h a n i s m s ，i ti sn e c e s s a r yt oc a r r yo u tt h em o t i o n s i m u l a t i o nt ov e i l f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h ed e s i g n i n gs c h e m e i nt h el a s tp a r t ，t h e p r o c e s so f m o d e la s s e m b l ya n dm o t i o ns i m u l a t i o ni sc a r e f u l l ya n a l y z e du s i n g3 d m o d e l l i n gs o f t w a r ep r o e n g 仆厄e r t h e nt h em o d e lo fg e t t i n ga n du n f o l d i n g c a r t o nm e c h a n i s mi sb u i l t e d a n dt h em o t i o ns i m u l a t i o no ft h em o d e la s s e m b l e d i sc a r d e do u tt ov e r i f yt h er a t i o n a l i t yo fm e c h a n i s md e s i g n e da n dw h e t h e rt h e i n t e r f e r e n c ei sa p p e a r e di nt h eo p e r a t i o np r o c e s so fm e c h a n i s m i tc o u l dp r o v i d e m o r er e l i a b l eb a s i sf o rp r o d u c t i o np r o c e s s k e yw o r d s ：m e d i c i n c ea u t o m a t i cc a r t o n e r ，g e a i n ga n du n f o l d i n gc a r t o n m e c h a n i s m ，c a m g e a rc o m b i n e dm e c h a n i s m ，p r o e n g i n e e r i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i ll 者论1 1 1 药品自动装盒机的现状与发展趋势。l 1 1 1 国内外药品装盒机的技术发展现状l 1 1 2 我国药品装盒机发展趋势4 1 2 研究药品自动装盒机的目的和意义5 1 3 本课题的主要研究和开发。6 1 3 1 主要内容6 1 3 2 技术难点及采用的方法6 2 药品自动装盒机技术分析及方案设计7 2 1 药品自动装盒机通行工艺流程7 2 2 典型药品自动装盒机的技术方案分析8 2 3 提高装盒速度后装盒机存在的问题及原因分析1 0 2 4 高速药品自动装盒机方案设计1 3 2 4 1 装盒机运转动作分析。1 3 2 4 2 总体方案设计1 4 2 5 本章小结16 3 高速自动装盒机主要机构的研究l7 3 1 取盒一开盒机构1 7 3 1 1 纸盒打开工艺动作分析1 7 3 1 2 机构的组成及原理1 7 3 1 3 机构运动分析1 8 3 1 4 凸轮机构设计2 0 3 1 5 机构应用分析4 4 3 2 针对不同药盒规格的调整机构4 4 3 2 1 药品盒调节机构4 4 3 2 2 纸盒传送链调节机构4 5 3 3 纸盒封口机构4 6 3 3 1 刮舌机构4 7 3 3 2 插舌机构4 8 3 4 本章小结4 9 4 取盒一开盒机构的运动仿真5 1 4 1 机构运动仿真的目的5 1 4 2p r o e n g i n e e r 的机构模块与运动仿真。5 1 4 2 1p r o e n g i n e e r 术语5 1 4 2 2p r o e n g i n e e r 运动仿真概述5 2 4 2 3 创建运动模型5 2 4 3 取盒一开盒机构的运动仿真6 2 4 4 本章小结。6 6 5 总结6 7 致谢。6 9 参考文献7 1 攻读学位期间发表的学术论文目录7 3 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明7 5 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 1 绪论 1 1 药品自动装盒机的现状与发展趋势t 1 1 2 1 ，嗍 1 1 1 国内外药品装盒机的技术发展现状 我国自动装盒机的产品形成于上世纪七十年代，但由于在当时我国自主生产的纸盒 的加工制作以及包装材料的质量都达不到机器的包装要求，装盒机在使用过程中频频出 现问题，因此在我国制药企业中很少使用到全自动装盒机。直到上个世纪九十年代，随 着改革开放陆续出现了许多生产、制造全自动装盒机的企业，特别是在九十年代末期的 全国药机博览会上，上海万申包装机械公司展示的h d z 6 0 型全自动装盒机让人耳目一 新，此后，一些生产量大的制药企业就逐渐放弃手工装盒而开始使用全自动装盒机。进 入本世纪以来，我国的包装材料质量在不断地提高，许多生产规模大、销售量好的制药 企业开始全面使用全自动装盒机生产，全自动装盒机在制药行业中得到了更广泛的应用。 目前，我国国产的药品自动装盒机种类繁多，已基本上可以满足国内各药品生产厂 家生产的各种不同剂型的药品的自动装盒需求。国内比较知名的药品生产厂家有北京双 鹤制药装备有限责任公司、浙江圣雷机械有限公司、浙江江南制药机械有限公司、浙江 华联制药机械股份有限公司、上海龙腾机械制造有限公司等。按被包装物进入纸盒的方 式可将药品自动装盒机分为立式与卧式。立式装盒机是指将被包装物从垂直方向放入纸 盒的机型，而卧式装盒机是指将被包装物从水平方向推入纸盒的机型。目前市场上所见 的以卧式居多。另外药品自动装盒机从运行速度上看，可分为以下几类： ( 1 ) 6 0 , - - + 1 2 0 盒m i n 为中低速型，其中6 0 , - - - 8 0 盒m i n 的装盒机以凸轮机构为主， 其具有结构紧凑、体积小、适应性强及方便实惠等优点，但是此类自动装盒机运转速度 慢，而且调整也不容易，如图1 1 所示；8 0 1 2 0 盒m i n 的装盒机以机械一凸轮机构为主， 其具有运行相对较稳定、调整方便等优点，而且应用领域比较广，但是此类自动装盒机 的回转式纸盒成型展开机构不能够适应速度的变化。本类装盒机按其原理一般采用间歇 式结构，如图1 2 所示。 ( 2 ) 1 5 0 1 8 0 盒m i n 为中高速型，如图1 3 所示，本类装盒机以机械连续工作型 机构为主，其优点为高速，但是其使用对象针对性强、对包材要求也比较苛刻。对软膏 剂类以及异形内包物等的装盒尚未达到理想的效果。 ( 3 ) 2 0 0 盒m i n 以上为高速型，如图l - 4 所示，本类装盒机以机械、伺服等先进 控制技术为主，目前市场上尚不多见，大多数厂商正在研制当中。 中高速型以上装盒机按其工作原理大都采用连续式机构。 陕西科技人学硕上学位论文 图1 - 1z h j 6 0 c 型自动装盒机 f i g l - 1z h j t 0 ca u t o m a t i cc a r t o n e r 图1 - 2 h d z l 2 0 型自动装盒机 f i g l - 2h d z l 2 0a u t o m a t i cc a r t o n e r 图1 3w z h l 8 0 型自动装盒机 f i g l - 3w z h l 8 0a u t o m a t i cc a r t o n e r 2 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 图1 - 4h d 3 0 0 型自动装盒机 f i g l - 4h d 3 0 0a u t o m a t i cc a r t o n e r 目前我国制药工厂里使用的自动装盒机存在的常见问题有：( 1 ) 机器速度受限于下 放说明书和药品的速度，应改进或设计更加合理得机构；( 2 ) 机器长时间高速运行后稳 定性比较差，要求运行平稳，多使用伺服系统；( 3 ) 长时间运行后精度达不到要求，同 步性不好，要求提高可靠性；( 4 ) 对产品的适应性低，其功能比较单一，适应面比较窄， 对待装的药品的形状体积等有较严格的规定，应从设计时就多加考虑机器柔性化问题； ( 5 ) 设备运行可靠性不高，需要经常维修而影响生产进度；( 6 ) 生产效率不高，运行 速度慢，自动化程度不高；( 7 ) 装盒机对说明书的尺寸偏差很敏感，例如对说明书的尺 寸偏差要求应小于士0 5 姗，在日常生产中会出现因为说明书较薄而卡机的现象。有时 会因为纸盒的尺寸出现略微的变化而造成纸盒不易被打开或者卡机的现象。 国外自动装盒机技术水平高的国家主要有意大利、德国、美国、日本和英国s 】等， 其设计、制造的药品自动装盒机主要特点有： ( 1 ) 机构设计标准化、模块化。用一台自动装盒机完成不同物料的包装时，利用 原有机型的模块化设计可在短时间内迅速进行规格更换或转换为其他形式的机型，并为 不同的尺寸规模提供了充足的空间； ( 2 ) 结构运动的高精度化。由于采用各种新技术，如伺服电机、数字控制动力负 载控制p l c 及编码器等精密执行机构来控制各种动作，使整机的充填计量精度及各个机 构的动作精度都有所提高； ( 3 ) 控制智能化、柔性化。国外大多自动装盒机都通过智能型控制仪表和触摸屏 上的菜单式应用软件对机子的各种参数进行跟踪调整。 ( 4 ) 装盒速度的高速化。国外自动装盒机的装盒速度目前最高已可达到5 、6 百盒 每分钟。 ( 5 ) 与前后工序的配套化。国外自动装盒机在设计、生产过程中注重与前后工序 的配套，已成为整个药品自动生产线的重要组成部分。自动生产线可实现从药品生产到 包装再到装盒最后到装箱的整个过程。 陕两科技大学硕士学位论文 总之，无论是从机器运转速度、产品制造精度以及内包物的形式等方面，还是从控 制技术方面，相比于国外同类产品，特别是相比于意大利、德国的产品，我国装盒机的 整体水平整整相差了1 0 年。目前，国内药品自动装盒机的总体水平滞后，其主要原因是 质量上的落后，包含着四方面因素： ( 1 ) 设计开发能力，目前我国的药品自动装盒机的研究基础还比较薄弱，大多数 还处于引进国外机型并进行测绘仿制阶段。若是自动装盒机的关键机构设计不够合理， 虽然在机器低速运行时并不影响整体装盒的稳定性，但是一旦机器处于高速运行状态， 机构设计的不合理之处就会显现出来，另j i - n 绘时的原始误差也会扩大，从而使得机器 运行出现“失稳，影响机器的装盒效率。这些都反映出了国产药品自动装盒机的设计 质量问题。解决问题的关键是加强装盒机各机构理论性方面的研究，提高企业的自主开 发能力，进行机构创新，对仿制的产品进行理论化的二次设计。 ( 2 ) 制造质量，产品的制造是产品开发中一个最重要的环节，可以说制造水平可 以反映出一个产品的整体水平。我国的整体制造业水平相较西方发达国家要落后2 0 年， 而制药装备行业的制造水平更低，还处于2 0 世纪8 0 年代的水平，加工出来的零件精度 很难达到设计要求。这就使得机器装配后的误差过大，在机器运行时会产生机构间动作 的不协调，从而使得机器在高速运行时不稳定并且产生高废品率。 ( 3 ) 配置质量，在现代药品自动装盒机的设计中，为了保证运行的同步性以及对 相关位置的检查控制f 6 j ，大量使用了步进电机和伺服电机以及各种检查控制元件。而为 药品自动装盒机配置的控制元件的好坏会影响机器的最终控制精度，采用高质量、运行 稳定、定位精度高的步进电机或伺服电机驱动，其在保证机器运行同步性方面要比一般 的步进电机或伺服电机好的多，而采用先进、可靠的传感器、编码器、电机三位一体的 伺服驱动，其效果也要比采用一般配置的好的多。 ( 4 ) 装配质量，药品自动装盒机可以算是制药机械中最为复杂的机械，其装配调 试本就极为困难。而且，在自动装盒机的设计思路中，由于需要考虑药品及药盒尺寸的 变化，常常需要设计许多可调节的结构，而对这些机构的人为手工调试水平高低会影响 装盒机是否能正常运行。而目前我国自动装盒机行业调试技师的水准难以与其它行业相 比，跟不能同国外相比。从某一角度说，再好的设计，如果没有好的装配调试者，则药 品自动装盒机只能成功了一半。 1 1 2 我国药品装盒机发展趋势 考察近几年来国外药品自动装盒机的发展状况，结合我国目前的药品自动装盒机的 生产实践，我国的药品自动装盒机生产企业应该在以下几个方面寻求突破： ( 1 )自动装盒机生产企业应加大科研投人，提高自主创新能力，大力引进国外的 先进技术，开发具有市场竞争力的新产品。当前我国医药企业已逐渐显示出寡头垄断的 4 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 趋势，集团化采购将会成为其购买生产设备的主要方式，这对于生产、供应相关设备的 企业而言是个严峻的挑战，这就要求各个企业必须增强企业自身的研发能力，提高其产 品的技术水平及质量，并且企业必须拥有自己的核心技术，开发出属于自己特有的新产 品。另外，我国加入w t 0 后，随着市场的进一步开放，国外相关企业必将加强对我国自 动装盒机市场的涉入，国内的企业要敢于与其竞争，不仅是在国内市场上参与竞争，更 要积极主动的参加到国际市场竞争中去【7 l 。这就对国内的相关企业提出了更高的要求和 更广阔的市场空间，国内企业应该提高自主创新能力，开发新技术，研发新产品，这样 才能在激烈的市场竞争中生存下去并发展壮大自己的实力。 ( 2 ) 自动装盒机生产企业应加强与各个制药企业的联系，自动装盒机生产企业必 须能够根据客户的不同需求而设计生产出合适的产品，实行个性化的服务，从而使企业 与客户之间能够形成良好的互动，使双方都受益。与制药企业之间保持良好的互动关系， 可以使药品自动装盒机生产厂商能更加清楚地了解市场动向，能够及时根据市场需求， 调节企业自身的规划，这些都有利于企业的发展壮大。 ( 3 ) 国家应加强宏观调控力度，加大对市场的导向作用，加强对市场的管理，协 囊 调企业之间的竞争，防止企业之间恶性竞争。同时，国家应加大对包装机械行业的投入 ” 力度，扶持一批有实力的企业，从政策上给予大力支持，使其能够生产出更高质量的产 品。自动装盒机的研发设计是一个复杂过程，需要大量的人力物力财力投入，而且在短 ! 期并不能见效益，很多企业都无法独立完成，这就需要国家出面组织协调，集中人力物 力进行科研攻关。 从发展的眼光看，在未来几十年里我国药品自动装盒机有着巨大的潜在市场，国产 爱 药品自动装盒机应走一条富有中国特色、模块化、多元化、高精度和高配置的研发之路。 1 2 研究药品自动装盒机的目的和意义 随着我国制药行业的不断发展壮大，各大制药企业生产的产品质量不断提高，药品 种类和药品剂型相较过去也增加了很多，这就对药品包装机械特别是药品自动装盒机提 出了更高的要求。然而从国内大多数的药品自动装盒机制造企业来看，其所生产的产品 大多数还停留在中低速水平上，而且产品的技术含量和质量也都并不高。相比于国外的 产品，国产的药品自动装盒机不仅在装备的发展水平、技术含量等方面有不小的差距， 而且在市场分配中，国产药品自动装盒机的市场占有率仅有三成左右，其中大部分为中 低档产品，而高档市场几乎全部被国外产品所垄断。因此有必要在现有基础上加大科研 投人，提高创新能力，开发新技术，从而缩小与国外产品的差距。 通过自主研发，改善药品装盒机的机械机构、提高药品自动装盒机的装盒效率有利 于提高国产药品装盒机的质量，从而有利于提高国产药品装盒机的市场竞争力。 5 陕西科技大学硕士学位论文 1 3 本课题的主要研究和开发 1 3 1 主要内容 本论文针对所研究的药品自动装盒机，主要完成下面三项内容： ( 1 ) 分析典型药品自动装盒机的运行方式，并分析在更高的装盒速度下其存在的 问题及问题产生的原因，去除其中不再适合的机构，选择新的工作机构，并对高速药品 自动装盒机进行整机设计。 ( 2 ) 对高速药品自动装盒机中取盒一开盒机构进行研究与开发设计。 ( 3 ) 用三维造型软件p r o e n g i n e e r 对取盒一开盒机构进行三维造型，并对其进 行运动仿真，以验证机构设计的是否合理。 1 3 2 技术难点及采用的方法 ( 1 ) 技术难点：在1 2 0 型药品自动装盒机中取盒一开盒机构的回转臂是连续动作 的，其可保证药品自动装盒机在中低速运转下取盒的稳定性，但是当装盒机高速运转时， 其取盒的稳定性较差。因此，取盒开盒机构的研究与开发是本课题研究中的重点和难 点，其运行的稳定性与否会影响整个装盒机的装盒效率。 ( 2 ) 拟采用的方法：由于取盒一开盒机构在吸取纸盒时需停留一段时间，本课题 中重新设计了一种齿轮一凸轮组合机构来替代1 2 0 型药品自动装盒机取盒一开盒机构中 所用的行星齿轮机构。在本机构中保持凸轮静止不动而使行星轮系中的行星架运动，设 计凸轮曲线可满足取盒一开盒机构运动的需要。 6 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 2 药品自动装盒机技术分析及方案设计 2 1 药品自动装盒机的通行工艺流程 药品自动装盒机通过一系列机构的协调运动，即可以将铝塑泡罩药板、药瓶、药膏、 等药品装盒，也可用于茶叶、食品、日用品等小袋包装的物品装盒。主要通过将被装盒 药品、说明书、纸盒输送到装盒工位，将装盒药品、说明书的自动装盒及封口的整个过 程。 i 药板j 药瓶进入料仓h 药板药瓶进入导向仓卜 i 说明书进行折叠h 进入导向仓酋端卜叫药板药赢夹带说明书进入金内卜 l 药盒吸管自动打开卜叫进入运行轨道卜 b 打印批号卜叫折小舌h 折大舌卜叫插大舌卜完成曩盒 图2 l 工艺流程图 f i 9 2 1p r o c e s sf l o wd i a g r a m 被装盒药品通过传送带输送到装盒工位；同时说明书进行自动折叠并向下输送，然 后被夹纸钳夹住也输送到装盒工位；纸盒被吸附手从料仓中吸下，通过开盒装置被打开， 然后输送到传送带上，通过传送带也被输送到装盒工位；在装盒工位通过推料板将药品 说明书推入纸盒内，完成装盒动作；然后对纸盒进行刮舌，折舌，插舌，压舌，打印批 号，废品剔除等动作。工艺流程如图2 1 所示： 通过以上工艺流程分析，可知装盒机需完成以下功触。】： ( 1 ) 药品的输送： ( 2 ) 说明书的自动折叠； ( 3 ) 说明书的输送； ( 4 ) 纸盒的吸附及纸盒的打开； ( 5 ) 纸盒的输送； ( 6 ) 药品、说明书的装盒； ( 7 ) 纸盒的封口； ( 8 ) 打印批号： ( 9 ) 废品的剔除： 7 毒 陕西科技人学硕上学位论文 ( 1 0 ) 成品的输出； 2 2 典型药品自动装盒机的技术方案分析 1 2 0 型药品自动装盒机是一种典型的药品自动装盒机，它采用的是间歇式运动方式， 要实现整个装盒的动作，需要以下执行机构。药板输送带作间歇运动：纸盒输送带作间 歇运动；说明书折叠装置作连续运动；说明书输送机构中的皮带轮作连续运动；吸盒、 开盒装置中的吸附手作连续回转运动；推板作间歇运动；推杆作间歇运动；封口装置中 的刮舌机构作连续运转：折舌、插舌、压舌机构均作连续运动；打印批号的两滚轮作间 歇运动；夹纸钳、药板检测装置均作间歇运动；各运动之间通过运动循环图来进行协调 配合。 ( 1 ) 药板的输送：药板需单向间歇地向前移动，且移动距离较远。远距离单向移 动采用带传动机构或链传动机构中的输送带的移动来实现。考虑到链传动间歇运动中冲 击振动较大，而带传动易打滑，最终选取同步带。同步带兼有带传动与链传动的优点， 且传动比准确，传动效率高，初张紧力小，噪音小，耐冲击振动较好，维修简单方便等 优点。 要实现间歇运动 9 1 ，有连杆机构，凸轮机构，棘轮，槽轮，不完全齿轮及间歇分度 机构等。考虑到连杆机构只能近似实现给定的运动轨迹，且设计较为复杂；凸轮式间歇 运动机构中凸轮加工较复杂，精度要求较高，装配调整较困难：不完全齿轮加工工艺较 复杂，且从动轮在运动的开始与终止时冲击较大；棘轮工作过程中有噪音与冲击，棘齿 易磨损；槽轮机构结构简单，工作可靠，在进入和脱离啮合时运动较平稳，能准确控制 转动的角度。考虑到分度凸轮机构，它是近年来广泛应用的新型间歇运动机构，通过其 可将连续的输入运动转化为间歇式的分度运动。由于分度数很少，最终选取平行分度凸 轮机构。这种机构输入轴与输出轴互相平行，可作为替代槽轮机构的理想机构。平行分 度凸轮机构结构简单，凸轮易于加工，与其他凸轮分度机构相比，制造成本低，机构调 整方便，可加预载消除间隙，运动特性好，高速下运转振动与噪音比较小。因此在1 2 0 型药品自动装盒机中选取的是平行分度凸轮机构。 ( 2 ) 说明书的自动折叠：通过折叠机构对说明书折叠两次，使其尺寸由( 1 0 0 - 2 5 0 ) ( 1 0 0 - 1 5 0 ) m l n 变为( 1 0 0 - - 2 5 0 ) ( 2 0 , - - - 4 0 ) m l t l 。该机构首先要将说明书吸下， 可通过吸盘实现这一动作。 ( 3 ) 说明书的输送：经折叠后的说明书呈水平方向被向下输送，输送到夹纸钳夹 持工位，被夹纸钳夹住向输送工位输送，到输送工位说明书必须立起来，呈竖直方向， 且正好处于药板的后方，且使药板正对说明书中心。 8 高速药品自动装盒机的设计理论研究与进化设计 要实现该输送功能须分两部分完成。第一部分由折纸装置出口到夹纸钳夹持工位。 由于说明书质量很轻，由上向下疏松的过程中要保证说明书不会掉下，而且应保证说明 书的位置正确。因此采用两条皮带将其夹住向下输送。第二部分由夹纸钳夹持工位到装 盒工位。该过程为间歇运动，输送距离较远，且需要一个转动，使说明书由水平位置转 到竖直位置。可通过带传动中的同步带的间歇运动来实现，且将夹纸钳固定在同步带的 一侧。 ( 4 ) 吸盒、开盒：吸盒动作可以由机械手来完成，通过控制机械手吸盘内的真空 的通与断，实现纸盒的吸附与松开。机械手的运动轨迹可由行星齿轮机构来实现，如图 2 - 2 所示。从盒仓中吸下的纸盒，只需要一个很小的力就可以将其打开。因此开盒动作 可通过纸盒向下运动过程中与一个滑块弧面的滑擦和后续的推板的定位来实现。【- 明 8 l 1 定位轴2 偏心轮3 中心齿轮4 齿轮5 齿轮轴 6 固定座 7 吸杆8 机架9 吸盘1 0 纸盒展开块1 1 展开块固定架 图2 2 纸盒自动展开机构 f i 9 2 - 2a u t o m a t i cd e p l o y e ds t r u c t u r eo fc a r t o n ( 5 ) 纸盒的输送：是单向间歇地移动输送，也采用带传动中的同步带和槽轮机构 来实现。 ( 6 ) 药板、说明书的装盒：需要推杆将药板连同说明书一起推进纸盒内，然后推 杆返回。推杆需要做间歇性往返直线运动。 要解决间歇性的往返运动，可通过凸轮机构来实现。只需选用合适的凸轮轮廓线， 使其实现“升降停 的动作要求。但是此处所需行程较远( 1 1 0 m m - - 一1 6 0 m m ) ， 且受到空间位置的限制，用凸轮来实现有些困难。最终选取电动推杆来实现这一动作， 9 陕西科技大学硕士学位论文 如图2 3 所示。电动推杆是一种动作平稳准确、性能可靠、并具有内置过载保护的机械 传动装置。在很广泛的领域内可以替代或取代油缸、汽缸。 l234 5 67l 9l ol l1 21 3 1 电动机2 小齿轮3 大齿轮4 滑座5 安全开关6 拨杆 7 螺杆8 螺母9 弹簧l o 导套11 导轨1 2 推杆1 3 轴头 图2 - 3 电动推杆 f i 9 2 - 3m o t o rd r i v ep u s h e r ( 7 ) 纸盒的封口：封口包括有刮舌、折舌、插舌和压舌等动作。刮舌主要是指将 侧舌封合，该动作可通过刮舌板周期性的回转运动来实现。插舌是指将小舌插入盒中， 该动作需要插舌板间歇性往复运动来实现，考虑到此处空间有限，可以采用凸轮机构来 实现。 ( 8 ) 打印批号：可以通过两滚轮的连续对滚，将批号压在纸盒上，两滚轮的运动 可以通过轮系的一系列运动来实现。 ( 9 ) 废品的剔除：将无药板、无说明书等包装有问题的盒子必须要剔除掉，由于 任何一次不到位的传送都可能造成有问题的包装药盒，此处用机械装置已无法满足要求。 可以通过真空泵控制气缸的往返运动来实现废品的剔除。 ( 1