药物制剂机械设计原理专业知识讲座

第五章药品制剂机械设计原理药品制剂特殊性→药剂设备专业特点：

（1)与普通机械不一样；

（2)但仍轻工机械范围，多为自动加工机械。本章介绍：

§5.1药剂自动机生产率分析

§5.2药剂自动机工艺方案设计

§5.3药剂自动机循环图设计.目录10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第1页§5-1药剂自动机生产率分析

自动机械出现→劳动条件改进、生产率提升↓

自动机生产率作为自动机械性能衡量指标。↓

分析掌握影响生产率主要原因→找出提升自动机生产率有效途经。本节介绍:

自动机械生产率

自动机生产率分析

实际生产率

提升生产率途经.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第2页一、自动机械生产率——是指自动机械在单位时间内生产产品数量，其单位能够是:件/分、米/分、千克/分、升/分等。

●产品是广义。●以下分析是单件产品特征自动机械

理论生产率

工艺生产率.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第3页理论生产率●自动机械通常是调整到正常工作状态下加工产品，此时生产率称为理论生产率，用Q表示。它是自动机械设计理论依据。设加工单件时间T为

T=t工作+t空程

t工作——加工循环内工作行程所需时间;

t空程——加工循环内空行程所需时间。

对多工位自动机，t工作、t空程均为各工位不相重合时间之和。自动机械理论生产率Q为

Q=1/T=1/(t工作+t空程).10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第4页工艺生产率●假如Q=1/T=1/(t工作+t空程)式中t空程=0,则

Q=1/T=1/t工作=K

K称为工艺生产率——自动机在工作循环内无空行程或空行程时间与工作行程时间重合时生产率,表示连续生产。由上述二式得

Q=K/(Kt空程+1)令1/(Kt空程+1)=η,则

η=Q/K=t工作/T

η称为生产率系数——表示自动机理论生产率与工艺生产率之比,亦表示自动机在时间上利用程度,即工艺过程连续化程度。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第5页二、自动机生产率分析●由生产率公式可知：t工作、t空程↓→Ｔ↓→Q↑;●从不一样t空程值K-η曲线和不一样t空程值K-Q曲线分析：

图6-1不一样t空程值K-η曲线

图6-2不一样t空程值K-Q曲线10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第6页分析结论:1)0<η<1，所以Q<K.2)t空一定时，K↑→η↓；

K一定时，t空↓→η↑.t空程Ⅰ<t空程Ⅱ<t空程Ⅲ10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第7页（3)3)t空一定时，K↑→Q↑,但K→∞时，Q→1/t空为定值；

K一定时，t空↓→Q↑，但t空→0时，Q→K值。

t空=0时自动机为连续作用型机械，Q=K，此时重点研究：K↑(t工作↓)→Q↑.t空程Ⅰ<t空程Ⅱ<t空程Ⅲ10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第8页（4)4)K较小（t工作较大)时，t空对Q影响小；

K较小时：重点研究t工作↓→K↑→Q↑;

K较大时：重点研究t空程↓→Q↑;

K适中时：同时研究t工作、t空程。

——自动机生产率理论本质所在。K较大（t工作较小)时，t空对Q影响大。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第9页三、自动机械实际生产率●因部件磨损、机构故障、更换产品等→时间损失→实际生产率<理论生产率Q。●实际生产率Q实——考虑时间损失而计算自动机械在单位时间内生产产品数量。Q实=1/(t工作+t空程+t损失)●相对而言，t空程即为循环内时间损失，t损失即为循环外时间损失，即t总损=t空程+t损失。●t总损与自动机械设计、选择、应用相关，分为两大方面：工艺和设备;或六类：与空程时间、工具使用、修理调整、产生废品、转换产品、生产管理等相关时间损失。●由以上介绍可见：K—Q—Q实关系。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第10页K—Q—Q实关系曲线◆Ⅰ——T=t工作，此时自动机械生产率为工艺生产率K；Ⅱ——T=t工作+t空程，此时生产率为理论生产率Q；Ⅲ——T=t工作+t空程+t损失，此时生产率为实际生产率Q实。◆由图可见：自动机工艺生产率↑、（设备)可靠性↑→实际生产率曲线向右延伸，Q实max↑。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第11页四、提升生产率路径●影响自动机生产率两大方面：工艺原因和设备原因。——工艺方案先进合理、设备和机构先进可靠、时间损失少→生产率↑。●提升生产率路径:1、降低循环内空程时间损失t空程：

（1）时间（部分）重合；

（2）在确保工作精度和可靠性前提下采取合理工作速度；

（3）采取连续作用型自动机。2、降低循环外时间损失t损失。3.降低基本工艺时间t工作：

（1）采取先进新工艺；

（2）采取工序分散方式；

（3）采取多件加工方法。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第12页§5-2药剂自动机工艺方案设计

●工艺方案——指自动机加工产品时采取工艺过程和方法。

同一产品生产可用不一样工艺过程，选最有效是确定工艺方案时首要处理问题。●产品生产三种工艺方法：

（1)理化作用型——产品在机器所施物理或化学作用下发生性质或状态改变，以完成加工过程。如超声波洗瓶机、干燥灭菌设备等。

（2)机械作用型——产品在机器所施机械作用下发生形态改变，以完成加工过程。如自动分装机、灌装机等。

（3)综合作用型——产品同时在机器所施机械作用和理化作用下发生性质和状态改变，以完成加工过程。如颗粒剂塑膜包装封口机、安瓿拉丝封口等。●工艺方案→影响机器性能、技术经济指标、生产率、产品质量等↓

研究和掌握加工工艺、重复分析比较↓

确定成熟和合理工艺方案。工艺方案设计标准工艺方案选择关键点工艺原理图绘制.相关内容10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第13页一、工艺方案设计标准*

●工艺方案设计总要求：高质量产品、高效率生产、低成本和简单结构等。●工艺方案设计遵照标准：1)工序集中或分散标准

工序集中——将简单加工工艺集中在某工位进行多个不一样要求加工。特点是工位数少、降低运输等辅助工艺→生产率高、机构数少，但复杂。工序分散——将复杂工艺分解为若干工序（位)，在同一机器不一样工位上进行加工。特点是机构简单、可采取时间重合标准以提升生产率，但工位数增加、要求传送及定位可靠性高。工序集中与分散程度选定，取决于哪一个更有利于高质量、高效率、低成本。

»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第14页设计标准续工序各有严格要求

↓

以加工时间最长工序节拍为自动机节拍

↓

要求各工序加工时间靠近、相等,不然影响生产率

↓

平衡工序节拍——使各工序加工时间相等

办法：

扬先进、改落后，采取新技术、新工艺、先进工具→提升工艺速度;

采取工序集中或分散标准。

»…2)平衡工序（位)节拍标准10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第15页设计标准

使各工序（位)工作行程时间相互重合、工作行程时间与辅助时间重合、辅助时间相互重合。4)多件同时加工标准在一加工过程中对多件同时完成相同工作。如水针灌装。

3)时间重合标准10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第16页二、工艺方案选择关键点*●同一产品生产可采取不一样工艺过程

↓

工艺方案分析、比较和选择。●选择工艺方案时考虑：（1)产品质量与成本——最基本问题；（2)生产率；（3)结构复杂性和技术可靠性；（4)方案合理性、先进性、发展方向；（5)实现方案劳动条件、环境保护等。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第17页三、工艺原理图绘制●工艺方案选择确定

↓

设计和绘制工艺原理图——

是设计自动机械运动系统和结构基础和原始资料。

●工艺原理图上应反应：

（1)产品运动路线；

（2)操作次序和工位数；

（3)各工位上产品加工情况；

（4)工具与产品相互位置与作用方式等；

（5)大致可了解自动机械运动特征、工作循环、总体布置方案等。●步骤：工艺路线选择→绘制工艺原理图。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第18页（一)工艺路线选择●选择和确定工艺路线是设计和绘制工艺原理图最主要一步。●常见工艺路线:1、直线型工艺路线2、台阶型工艺路线3、回转型工艺路线4.组合型工艺路线.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第19页1.直线型工艺路线例一卧式直线型块包装工艺路线——工件沿直线运动并被加工。分卧式和立式。»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第20页例二卧式直线型袋包装工艺路线

1-三面封口袋;2-切断刀;3-纵封器;4-加科器;5-横封器;6-隔块;7-导向杆;8-板式成形器;9-导向滚轮;10-卷简塑膜»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第21页例三立式直线型袋包装工艺路线1-料斗;2-加料器;3-塑膜;4-纵封滚轮;5-引导管;6-横封及切断滚轮;7-导向辊;8-成品10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第22页2.台阶型工艺路线例一台阶型折叠式包装工艺路线——较利于折叠包装和印字包装等。»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第23页例二台阶型印包生产线工艺路线10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第24页回转型液体灌装工艺路线

与直线型工艺路线相比,所占空间较小。——工件在回转运动中被加工。3.回转型工艺路线10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第25页4.组合型工艺路线组合型袋包装工艺路线

1-三角形成形器;2-立辊;3-纵封器;4-充填转盘;5-切刀盘;6-横封器——兼有直线型和回转型工艺特点。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第26页（二)绘制工艺原理图

确定了工艺路线→绘制原理图，表示:操作、工位等→为后续设计准备。

例题…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第27页例一栓剂半自动包装图6-11栓剂半自动包装工艺原理

图中表示：

采取直线型工艺路线、五个工位完成工作（吸塑成型、手工置栓、热封、冲切、装盒等)及加工情况与作用方式等。»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第28页

图中表示：完成洗瓶工作12个工位直线排列、各工位完成工作（热水喷淋、碱水喷淋、冷水喷淋、毛刷清洗、蒸馏水喷淋、沥干)、设备工作循环与总体布置等。例二输液瓶洗瓶机工艺原理»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第29页例三块状物品包装图6-13块状物品包装工艺原理

图中:采取台阶型工艺路线、反应了六个工位完成从裹包到烘干间歇工作过程、机械组成及总体布置等。»

…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第30页例四单转盘冷霜灌装图6-14单转盘冷霜灌装工艺原理

图中:

采取回转型工艺路线、反应了在一个转盘上间歇完成从上空盒到送出成品5个工位工作与作用方式、机械布置与传动等。»…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第31页例五滚筒式铝塑包装»…

图中:采取组合型工艺路线、反应了铝塑包装从塑膜加热成型至成品输出各工位完成工作与加工情况、机械结构与布置等。

工艺流程:塑膜加热成型→冷却定型→加料→热封→冲裁→成品输出。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第32页例六双转盘冷霜自动灌装图中：采取组合型工艺路线、反应了冷霜灌装工艺过程、工位数（包含增加空工位)、双转盘结构及其布置等。

对在一个工位上有几个动作自动机工艺原理图，用上述图示法则难以表示清楚，须按工艺流程每一操作次序绘出其操作原理图。1-装空盒;2-空位;3-灌装;4-空位;5-转位;6-空位;7-上盒;8-放锡箔;9-贴锡箔;10-扣上盖;11-卸成品10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第33页本节内容:

自动机械工作循环

自动机械循环图

自动机械循环图设计.§5-3药剂自动机循环图设计10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第34页1、自动机械工作循环（T）——表示工件在自动机上完成整个加工过程所需总时间●总时间是整个加工过程中不重合时间之和；●自动机工作循环实际上就是机器上加工两（组）相邻产品之间时间间隔；●工作循环是衡量自动机械主要参数。2.执行机构运动循环（T执）——执行机构完成某工序（位）加工过程所需时间。●加工时间是循环中工作行程和空行程时间之和；●运动循环即执行机构周期性地回到初始位置之间时间间隔；●自动机工作循环与执行机构运动循环在时间上应相等→用T执表示T。一、自动机械工作循环10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第35页二、自动机械循环图

■循环图——用于表示循环（时间、角度等)图。

■执行机构运动循环图——表示执行机构运动循环图形。

●运动循环主要依据工艺要求进行设计；●循环图表示方式

（以图6-17自动冲压机冲头运动循环TI为例)■自动机械循环图.

●运动循环表示:T执=工作行程时间tk+空行程时间td+停歇时间to。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第36页冲头运动循环:图6-17自动冲压机示意图

1-凸轮;2-冲头;3-产品;4-下冲模;5-压簧TI=to+td1+tk+td2

to—冲头高位停歇时间;

td1—冲头空程前进空程时间;

tk—冲头工作行程时间;

td2—冲头回程时间;运动循环图表示为：10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第37页图6-18循环图表示方法(a)直线式循环图：将各区段时间和次序按百分比绘于直线坐标上——简单明了;(b)圆形循环图：将各区段时间和次序按百分比绘于圆形坐标上——尤其适合于有凸轮分配轴或转鼓机械;

(c)直角坐标式：横坐标表示运动区段参数，纵坐标表示运动区段状态特征——既简明表示了时间和次序，表示了机构运动状态，故惯用。»10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第38页自动机械循环图●自动机械循环图——表示各执行机构运动循环在自动机工作循环内相互关系图。

◆该图是各执行机构运动循环图按同一参数百分比绘制总图，且以某一执行机构工作起点为准;

◆图中应能反应各执行机构对产品加工順序;

◆图6-17自动冲压机中送料机构运动循环图类似于图6-18,若均以直角坐标式表示,则自动冲压机工作循环图如图6-19。.图6-1910/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第39页三、自动机械循环图设计

●自动机械循环图功用

（1)表示执行机构运动循环之间相互关系；

（2)表示执行机构数目、执行件相对空间位置；

（3)是执行机构凸轮廓线设计和凸轮转角分配依据；

（4)是自动机械安装调试理论依据；

（5)经过循环图设计，可取得合理自动机械工作循环。●自动机械循环图设计自动机械工艺原理、执行机构运动循环图（设计)

↓

自动机械循环图设计——建立各执行机构运动循环图关系

→各执行机构运动协调即同时化。

↓

自动机械循环图就是各执行机构运动同时图

→自动机械各执行机构运动时间同时化和空间同时化设计。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第40页执行机构运动循环图设计▲执行机构运动循环图设计步骤：a、确定执行机构运动循环（时间)b、确定运动循环组成区段c、确定各区段运动时间d、绘制执行机构运动循环图。

▲以自动打印机打印头为例

.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第41页打印头图6-20自动打印机原理图

1-送料器;2-产品;3-打印头;4-杠杆;5-弹簧;6-凸轮生产指标：每班4200件以上；

生产率：Q实=4200/8=525件/小时=8.75件/分；

Q=（1.1~1.2)Q实=9.625~10.5件/分，取Q=10件/分。

分配轴转速：n=10rpm。打印头运动循环图设计以下:10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第42页打印头运动循环图设计a、确定打印头3运动循环按上述计算确定完成一件所需时间T=1/n=60/10=6(s);取打印头3运动循环T3=T=6s.b、确定打印头3运动循环组成区段依据打印工艺，打印头运动循环由五部分组成：

T3=t3o+t3d1+t3k+t3ok+t3d2c、确定打印头3各区段运动时间及转角●为确保有充分时间装料→取t3o=3s→φ3o=360°×3/6=180°;●为确保打印质量→取t3ok=0.2s→φ3ok=360°×0.2/6=12°;●按打印要求，取t3d1=1s→φ3o=360°×1/6=60°;

t3k=0.5s→φ3o=360°×0.5/6=30°;

t3d2=1.3s→φ3o=360°×1.3/6=78°。d、绘制打印头3运动循环图.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第43页打印头运动循环图.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第44页执行机构运动循环时间同时化▲时间同时化设计设计步骤：（1)作出各执行机构运动循环图（各执行机构运动循环图设计)；（2)确定自动机械最小工作循环Tmin；（3)求出合理工作循环T；（4)绘制自动机械时间同时化循环图。▲仍以自动打印机为例。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第45页自动打印机●生产指标：每班4200件以上;取Q=10件/分。

分配轴转速：n=10rpm。图6-20自动打印机原理图

1-送料器;2-产品;3-打印头;4-杠杆;5-弹簧;6-凸轮●工艺过程:

推送——打印——再推送→含有时间同时化要求。●执行机构运动循环时间同时化以下:10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第46页1)各执行机构运动循环图设计图6-21打印头运动循环图.

…

a、运动循环;b、组成区段;c、各区段运动时间及转角;d、绘制打印头运动循环图:A.打印头3运动循环图10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第47页1）B.推送机构1运动循环图

a、确定推送机构1运动循环依据打印工艺、送料行程及上述计算，取推送机构1运动循环T1=4s；

b、确定推送机构1运动循环组成区段

依据送料实际要求，运动循环T1组成：

T1=t1k+t1d+t1o

c、确定推送机构1各区段运动时间

取t1k=1.5s（可计算取得)；

t1d=1.0s（可计算取得)；

t1o=1.5s（可计算和实测得到)

d、绘制推送机构1运动循环图:10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第48页图6-22推送机构运动循环图.…10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第49页2)确定自动打印机最小工作循环Tmin

●最简单运动循环：两机构次序动作→T=4+6=10(s)，相当于运动循环图"串接”——不合理；图6-23自动打印机最小工作循环图…

●两机构无空间位置上干涉→送料、打印两动作可同时进行:可采取时间同时等标准→Tmin=6s。

10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第50页3)求出自动打印机合理工作循环T由图6-23可见显著不足：

i、按A1与A3重合极限情况设计循环图不可靠——未考虑各种实际原因……

↓

应增加超前或滞后余量Δt（或Δφ，普通取Δφ=5°~10°)。

本题取Δt=0.3s（可从t3o取得)。

ii、打印机构t3o过长，可从3s减至1s——对打印机工作循环无影响↓合理工作循环图:↓

合理工作循环T=4s→打印机分配轴转速变为：n=1/4=15转/分;

生产率Q=15件/分→与4200件/分相比，得到了提升——降低了停歇时间。10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第51页图6-24自动打印机同时化循环图.10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第52页4)绘制自动打印机循环图

将运动循环时间转换为分配轴转角：送料机构T1=t1k+t1d+t1o=1.5+1.0+1.5=4（s)

φ1k=360°×t1k/T=360°×1.5/4=135°；

φ1d=360°×t1d/T=360°×1.0/4=90°；

φ1o=360°×t1o/T=360°×1.5/4=135°；打印机构T3=t3d1+t3k+t3ok+t3d2+t3o=1.0+0.5+0.2+1.3+1.0=4（s)

φ3d1=360°×t3d1/T=360°×1.0/4=90°；

φ3k=360°×t3k/T=360°×0.5/4=45°；

φ3ok=360°×t3ok/T=360°×0.2/4=18°；

φ3d2=360°×t3d2/T=360°×1.3/4=117°；

φ3o=360°×t3o/T=360°×1.0/4=90°。绘制自动打印机循环图（图6-25)：10/14/2026药物制剂机械设计原理专业知识讲座第53页自动打印机循