装盒机的发展及其新的物料下放机构

王利伟

（北京翰林航宇科技发展有限公司，北京 102205）

0 引言

将药品装盒是药品包装工序的重要组成部分，药品的包装目前大多采用全自动装盒机来完成。在全自动装盒机的各种机构中，物料的准确下放尤为重要，能否设计出与内包物相匹配的物料下放机构是保证下料的位置是否准确、物料放置的时间是否与设备的整体传输动作相匹配的关键。

为了使内包物能够准确地装入包装盒内，本公司专门设计开发了专用的摇摆跟随旋片下料机构，该机构能很好地保证下料的稳定性、准确性、连续性和高效性。

1 国外装盒机的发展

应用于制药行业的装盒机是基于其他行业的装盒机发展起来的。最早的装盒机设计制造起源于20世纪50年代的欧洲，目前国外最高产能的装盒机已经能够达到500～600盒/min。

国外比较成功的装盒机制造商有德国的IWKA公司、意大利的CAM公司等。这些制造商的装盒机设备有以下几个特点：

（1）设备售价较高，德国IWKA公司100系列产品价格约160万元，意大利CAM产品（速度为130盒/min）价格约150万元；

（2）设备体积过大，装盒机设备的整机外形庞大，机身长度在4 m以上（只有意大利CAM公司的全自动装盒机机身较短，机身长度仅约2.2 m），占地面积过大，对于厂房的设计要求也就相对较高。

近年来，国外装盒机的发展变化较大，其装盒速度定位在高速机系列，如意大利CAM推出的高速CAMKO装盒机，其定位于医药或者糖膏的泡罩包装应用，每分钟一般可以完成600～800多个泡罩的装盒工作，其实际主要是一台连续动作的机械驱动组合装置，在设备中央设计了一个滚筒，通过滚筒在垂直面内旋转，进而带动产品和纸盒推进器整体运行。

2 国内装盒机的发展

我国的装盒机在20世纪60年代才有了基本的雏形，通过技术的不断完善及加工水平的不断提高，国内装盒机的设计制造有了翻天覆地的变化。

在国内的制药装备行业，装盒机的设计制造也从当初20世纪八九十年代以北京双鹤、上海龙腾为代表的专业制造商，发展到现在以北京翰林、浙江圣雷、上海顾德等为代表的专业制造装盒机的厂商30多家，当然还有其他非专业制造装盒机厂商约60多家。装盒机包装的内包物也从当初的软膏管状与板状形内包物，发展到现在的软袋等软性的内包装和抗生素瓶等瓶装的多元化包装。装盒机的产能也从当初的60盒/min，发展到现在的200～400盒/min。

早期中国装盒机的技术同国外同类产品的先进水平相比，特别是同意大利、德国产品相比，其技术水平落后了近10年。国内装盒机无论是在运行速度、制造精度、内包物的形式，还是电器控制方面均与国外设备有一定差距。但由于中国近几年控制技术的发展，使中国装盒机的技术水平同国际先进水平的差距逐步缩小。特别是最近几年来装盒机技术的创新发展，也使国内装盒机发生了质的变化。

3 物料下放机构的介绍

目前，制约装盒机速度提升的关键问题是如何解决物料的准确下放。其中，被广泛采用的物料下放机构为自由落料的下料机构。

自由落料即依靠物料自身的重量完成下料，然后物料由气缸推杆推动完成进料。这种依靠单杆或者双杆气缸推动完成物料推进的机构多应用于间歇式运动的全自动装盒机。此种结构方式简单，但是其所受的制约性极强，由于依靠物料自重下落，一旦遇到轻薄的物料根本无法完成物料下放的过程。

此外，还有一种旋片下料机构。旋片下料机构由伺服电机控制，伺服电机通过同步带轮传动系统控制旋片旋转，通过旋片旋转进而带动物料放料，这种机构多用于全自动连续式装盒机。

此种结构方式在低速状态下生产时不会出现任何问题，但随着生产速度的提高，这种机构存在的问题也逐渐暴露出来。由于这种旋片下料机构为固定结构，用于控制的伺服电机无法准确判断出设备传动机构的速度，一旦下料速度与设备运转速度相互匹配不上，容易形成下料的盲区，为后续的装盒埋下巨大隐患。

4 物料下放机构的运动工艺过程和动作分析

本公司通过对多种下料机构进行研究对比，针对上述下料机构存在的不完善的地方，特别设计制造出摇摆跟随旋片下料机构（图1），该机构解决了旋片下料机构在高速生产的情况下落料与装盒动作不匹配的问题。

图1 摇摆跟随旋片下料机构

全自动高速装盒机的下料工艺流程为：将物料置于物料库中（可通过传输带直接完成送料），机器转动摇摆库随之摆动，使摆动速度与机器产品链传输速度达到一致，通过伺服马达控制放料片完成下料。当主机运动时，摆动料库运动速度与整机运行速度吻合，跟随料库旋转下料，整个放料结束。

其工艺动作步骤如下：首先将药板放入跟随料库、摆动料库和静止料库中，药板的码放高度要高于低点检测位置，否则，后续药板不能正常落入静止料库。料库正常工作时，摆动料库向右摆动，跟随料库与产品链输送速度相同，放料片旋转一周后放一板药板到产品链上。然后，摆动料库和跟随料库向左返回，完成一次下料。物料的料位高于高点检测时，药板剔除；物料的料位低于高点检测时，药板正常落入静止料库；物料的料位低于低点检测时，放料片不动作，产品链为空位。在一个周期内放入药板的数量由工艺参数确定，可以通过人机界面或者调节伺服驱动器参数来实现。

5 摇摆跟随旋片下料机构的组成与原理

本公司的摇摆跟随旋片下料机构采用的是垂直设计理念，传动部件之间采用同步带轮传动，运动部件选用伺服马达控制。当伺服马达高速旋转时，其通过同步带驱动摆杆运动，使整体料库运动完成放料。

此种机构由机架、支撑板、带轮传动、摆杆机构、齿轮传动、伺服马达、驱动器等部件组成。机架固定于装盒机的底架上，前板面与机架垂直，伺服马达置于中平板上通过带轮和同步带连接摆杆机构。当主机速度设定为恒定时，调整主控制伺服马达的编码器参数，其中需要调整摇摆轴和放板轴的相位偏移，具体如下：

（1）摇摆轴相位偏移：机器主轴运转一个周期为360°，摇摆伺服马达也随之跟随运转360°，机器的主轴与摇摆伺服马达运动之间有个相位偏差（因初始位置不同），设定好相位偏移值之后，摇摆伺服马达就会恒定地以该相位偏移值跟随机器的主轴运动。

（2）放板轴相位偏移：设定放板伺服轴的传感器零点与实际的放板伺服轴位置之间的偏移值，可以调整传感器的位置，使得传感器零点是需要的放板伺服轴的机械零点（动作的起始点）；也可以不调整传感器的位置，调整该偏移值，使得放板伺服轴的停止位置为所需要的机械位置。

此种设定调整可在人机界面完成，也可在伺服马达驱动器中进行调整和设定，调整过程中机器不能停止。当所有的设定完成后，随机器运动的旋片高速旋转物料完成下放。

6 结语

全自动高速装盒机在药品的包装中属于高技术、高智能、高竞争的机电一体化产品，高技术的成果都会在全自动高速装盒机中得到应用。本公司将全自动高速装盒机中的下料机构做了巧妙的设计，使摆杆机构、齿轮传动机构、带轮传动机构和伺服马达驱动组合在一起，以此设计出的全新的下料机构对装盒机的整体发展起到了积极的推动作用。

［1］曹巨江，徐光中，祁宇明.药品纸盒包装机开盒机构运动方案设计与分析［J］.机械传动，2006（3）

［2］尚久浩.自动机械设计［M］.北京：中国轻工业出版社，2003

［3］成大先.机械设计手册：机构［M］.北京：化学工业出版社，2004

［4］田耀华.药品装盒机的基本要求和发展前景［J］.机电信息，2005（12）

［5］潘建海.二类药品装盒包装生产线应用的方案及技术要点［J］.机电信息，2008（5）

［6］浦绍俊.自动装盒机在制药工业中的应用［J］.机电信息，2007（11）

［7］JB/T10640—2006《多功能装盒机》标准［S］