浅析抗生素瓶粉剂分装机进瓶方式与速度提升的改进设计

唐湘祁

上海华东制药机械有限公司

上海 201323

 

摘  要：从分析抗生素瓶粉剂分装机的单轨进瓶方式入手，指出了分装机单轨进瓶速度受间歇运动和摩擦力制约的问题，并据此提出了分装机双轨进瓶的改进方案，有效提升了进瓶速度，使得产量有所提高。

关键词：单轨进瓶；双轨进瓶；分装机；进瓶方式

 

0  引言

随着制药行业生产成本的提高以及新版GMP的实施，降低生产成本成为了制药企业的主要任务。对粉剂生产厂家而言，要想提高企业生产效益，就必须提升抗生素瓶粉剂分装机（以下简称分装机）的生产速度。目前国内制药企业大多采用螺杆式抗生素瓶粉剂分装机，且多数采用单轨直线式或圆盘式进瓶的方式。笔者经过多年的分析研究和实践，设计出了用于四头分装机的双轨进瓶机构，使得分装速度从240～250瓶/min提升到300～320瓶/min，且速度稳定、可靠。

1  单轨进瓶方式

国内抗生素瓶粉剂分装机的进瓶方式以直线式和圆盘式为主。其中，直线式分装机空间占用大，拨块多，更换规格件麻烦，清洗灭菌也较困难；圆盘式分装机空间占用小，更换规格件容易，便于设备进行一拖二、一拖三布置。

现以圆盘式分装机为例，分析其单轨进瓶方式。图1为圆盘式单轨送瓶示意图。粉剂分装不同于水剂灌装，水剂可连续移动灌注，而粉剂只能在静止状态下进行分装。因此，分装机的进瓶拨盘和分瓶螺杆为间歇运动，瓶子的运动形式为：运动—停止—运动—停止，通常把运动+停止时间设定为一个工作周期。 

1.1  工作周期

四头分装机的一个工作周期包括运动进瓶和停顿分装，在一个工作周期中，进瓶和停顿分装所占时间各为1/2。现以320瓶/min（7 mL瓶规格）的分装速度为设计依据，每一个工作周期T的计算公式如下：

T=60/（生产速度÷周期内分装瓶数）=60/（320÷4）=0.75 s

由于进瓶和停顿分装时间各占1/2，所以进瓶和分装时间为0.75/2=0.375 s。

1.2  平顶输送链运动速度

1.2.1  平顶输送链最低运动速度V_min

由于7 mL规格的瓶身直径为22 mm，所以平顶输送链最低运动速度V_min=（瓶径×每个周期的运瓶数量×60）/（T/2）=（22×4×60）/（0.75/2）=14 080 mm/min。

1.2.2  平顶输送链实际运动速度V

考虑到平顶输送链材质为塑料，与7 mL抗生素玻璃瓶之间的摩擦系数较小，对抗生素玻璃瓶的运动推力也小，特别是螺杆瞬时起动时，抗生素玻璃瓶的运动速度需从0加速到15 000 mm/min以上。此外，抗生素玻璃瓶在运动时与栏栅存在摩擦阻力，所以平顶输送链运动速度V实际取值应≥2V_min，即V≥2×14 080=28 160 mm/min。

通过多年测试平顶输送链运行时的运动推力得知，输送链运行速度V=28 000 mm/min时接近临界点，当V＞28 m/min时运动推力没有增加，反而增加了瓶子运动时的跳动量，抗生素玻璃瓶不能顺利进入螺杆，甚至引起爆瓶。因此，笔者选取V=28 000 mm/min来计算转盘转速。

1.3  进瓶转盘转速

由于进瓶转盘外圆线速度需≥V，则N≥V/[（进瓶转盘外径-瓶径）×3.14]=28 000/[（900-22）×3.14]≈10.16 r/min。

1.4  单轨进瓶速度

根据实际经验，进瓶转盘转速超过8 r/min时容易倒瓶，超过10 r/min时倒瓶现象特别严重，所以单轨进瓶的速度B=[进瓶转盘转速×（进瓶转盘外径-瓶径）×3.14]÷2/瓶径=[8×（900-22）×3.14]÷2/22≈500瓶/min。

因为粉剂分装是间歇停顿式的，分装和停顿时间各占1/2，所以进瓶速度=B/2=500/2=250瓶/min。实际生产中，分装机的正常运行速度为240～250瓶/min，与上述理论计算结果相符。

2  双轨进瓶方式

2.1  结构与原理

图2为双轨送瓶示意图。此设计结构包括进瓶转盘、分装拨轮、进瓶大拨轮、进瓶小拨轮、过渡拨轮等。各拨轮之间为机械式联动，并做间歇式运动，抗生素玻璃瓶分两路进瓶，双轨进瓶的设计原理与单轨进瓶方式相同。 

2.2  双轨进瓶速度

双轨进瓶转盘与进瓶大拨轮、小拨轮直接对接，瓶子运动过程中无过桥板，摩擦阻力降到了最低，理论上单条轨道的进瓶速度B的计算公式如下（按7 mL瓶规格计算）：

B=进瓶转盘转速×进瓶转盘内轨道中心圆直径×（3.14/4）/瓶径=8×840×（3.14/4）/22≈240瓶/min

即双轨进瓶速度应为B×2=480瓶/min。

在实际生产中，由于此机构的瓶子直接进拨轮，瓶子运动时有一定旋转离心力，所以进瓶速度会有所降低。经样机试车验证，分装机速度可达380瓶/min。在药厂实际联线生产条件下稳定运行的速度≥300瓶/min。

3  结语

本文介绍的两种不同进瓶方式的分装机已大批量生产投入药厂使用，经药厂使用效果反馈：采用单轨进瓶方式的分装机稳定运行速度为240～250瓶/min；采用双轨进瓶方式的分装机稳定运行速度为300～320瓶/min，速率提高了20%以上。

通过实际上机运行证明，双轨进瓶的原理与方案是有效、可行的，在同样的时间、人力和生产运行成本下，与单轨进瓶方式相比，采用双轨进瓶方式的分装机速度提高了20%，药品生产成本相应下降，企业市场竞争力显著提高。 

作者简介：

唐湘祁（1963—），男，湖南祁东人，工程师

研究方向：

制药机械设计