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       【摘要】 
       从传统手工膏贴草药结构方面进行分析，提出一种自动化工业生产的工艺路线，介绍了解决整个生产线技术设计问题及主要工序的机构设计思想，达到了机械自动化生产要求。
       【关键词】  膏贴草药 挂胶涂胶 填药布药 纵向分条 横向切断
       外敷草药膏贴有着几千年的使用史，在治疗跌打损伤，腰椎劳损，颈椎病等方面有着独特疗效。在世界范围内得到了广泛的应用。但由于受到草药制成膏贴方面的生产工艺约束，制造的现代化、批量化还未得到重大突破，分析研究外敷草药膏贴的生产工艺，设计出一种工艺先进、生产运行稳定可靠、适宜自动化大批量生产的加工设备已成为中草医药现代化生产的战略性任务。
       1  外敷草药膏贴结构及工艺分析
       1.1  外敷草药膏贴结构手工传统外敷草药膏贴结构简图如图1所示，中间长方形体积60 mm×40 mm×2 mm为粉末颗粒状多种草药混合物，简称草药，厚度较薄仅为2 mm（膏贴草药的药效原理：使用时，将多种草药熬制的药水，浸湿草药，经过不同药的配伍，产生湿润的新鲜药液，透过药垫渗入患处皮肤而起药效作用）。草药上下两面为厚度0.15 mm的无纺布1、无纺布2包裹，草药四周由无纺布1、无纺布2固结，如此形成一个60 mm×40  mm×2 mm的药袋，简称药袋子。药袋子底面与厚度0.1 mm的无纺布3胶结，即药袋子依附在无纺布3上，同时无纺布3在药袋子四周多出一部分胶贴面积，以便在使用时贴敷在患者病痛皮肤处，即所谓的膏贴布，药袋子上方敷盖无纺布4，厚度为0.2 mm，简称为药垫。药垫与膏贴布四周胶结，将药袋子裹在中间，在药垫上面再由塑皮封装，塑皮四周与膏贴四周胶结，中间裹药袋子及药垫，形成一块完整封装的草药膏贴。
       1.2 形成膏贴的工艺分析及工艺路线确定单片膏贴形成工艺分析如图2所示。从规模化，连续化，自动化生产角度出发，无纺布、塑皮为整卷棍筒形状，草药为粉末颗粒形状，胶为桶袋，据此在工艺路线上确立为如图3所示。
       此生产线设计主要考虑如下整体性的问题:
       1.2.1 纵向进度的同步性，即涂胶、布药、热压固结、横向切断四处的速度同步性。此处采用结构相同的方式实现:①在棍筒外表面按规律阵列凹坑或凸起；②传动链、传动系统、传动结构相同。
       1.2.2 各层无纺布横向宽度幅面不同，切断后所放置位置不同，如何匹配。此处采用横向展开器，其作用为使各个不同幅面产生的单元体，按要求横向展开到预定位置，不致于纵向走偏，为下一道工序做准备，并且产生一定的预拉力，以防止分条后纵向松弛，产生皱折。
       1.2.3 药布条的连续运动与间断切割之间的协调性，如何解决运动的相位角同步。此处采用速度缓冲器，其作用为：将连续运动时产生的临时多余药袋，暂时停顿等待，等到间断切割进入行走时，将其输送走，而在停顿时储备多余药袋。
       2 实现工艺路线的生产方式分析
       
       　　为实现图3所示生产工艺，采用如图4所示的生产方式。
       3 主要工序的机构设计
       由图4可以看出，许多部位相似或相同，现在以产生单个药袋子工序的机构设计为例，来阐述一下设计依据及解决方法。
       3.1 挂胶－涂胶机构
       无纺布1与无纺布2通过热固性胶2粘结形成封闭药袋，此药袋长×宽×高为70 mm×50 mm×2 mm，四周粘结宽度为5mm，中间为草药空间。对涂胶的要求是:涂胶有足够量(有一定厚度)且不过多，在整块涂敷面上涂胶均匀，不能有局部缺胶或局部胶量过多，涂胶厚度可适时调整，草药储放处(即中间60 mm×40 mm的矩形区域)不能有胶即应为空白处。为达此目的，涂胶机构采用两棍一刀结构来实现。如图4挂胶－涂胶部分所示，一棍为挂胶棍，采用钢制棍筒，外表面按2 mm×2 mm，制作点阵坑点，坑点大小为SΦ0.5 mm，目的是在挂胶棍旋转时储带一定量的胶，挂胶棍正下方为胶池，当挂胶棍转动时，其外表面也会带有相当量的胶，但此类胶在胶棍表面上是不均匀的，有的部位厚，有的会较少，也有可能会出现胶泪。为此采用一襞刀，襞刀在横向还要做往复运动，襞刀的压紧力应适当并能可调。襞刀的主要作用是:压紧力恰当还可调以达到胶棍上的挂胶厚度可控。襞刀横向往复运动可以将较多的泪胶刮掉，并可弥补缺失部位或较薄部位的胶厚，从而达到不缺胶、无泪胶、胶厚均匀一致的目的。结构的实现是:襞刀往复运动采用曲柄滑块正弦机构。襞刀压力大小采用弹簧力控制。胶的厚度影响因素应该是多因素的，如棍的速度、胶的粘度、襞刀压力、点阵多少、点阵大小、辊表面材质、表面粗糙度等，当以上因素除压力之外为一定时，胶的厚度就取决于襞刀压力。第二棍为涂胶棍。当挂胶棍按一定厚度挂胶后，再通过与涂胶棍接触挤压，将胶传递到涂胶棍上，涂胶棍外圆周表面按照草药长度×宽度×尺寸阵列挖空，如此一来，涂胶棍表面展开后的形状应为多个阵列药袋子形状，从而实现胶的正确涂敷。
        
       3.2 填药－布药机构 
       在大幅面(1 200 mm宽)纵向连续生产线上准确按位置、形状、定量(厚)布药是保证药袋形成的关键，布药的形状或者说是按一定体积形状装填一定量的药，是外敷药药效实现的一个关键。如图4填药－布药部分所示，为实现60 mm×40 mm×2 mm形状布药，在定量填药方式上，采用棍筒外壁轮面以草药尺寸为基本依据，挖空逼近体积的方式填药(挖空的长×宽×厚凹槽接近60 mm×40 mm×2 mm，体积可调，实现定形定量填药)，每一转可布药四块膏贴。
       
       布药还必须准确布在无胶的草药位置处，为实现此目的，采取如下措施：一是填药轮与涂胶辊在相位上准确一致，此处有齿轮传动系统及辊的尺寸保证；二是有时间控制凸轮准时打开、关闭布药口，使药的落下与停止由时间凸轮进一步控制，保证药落到布上与停止落药位置正是草药预放位置处，同时落药要均匀一致，保证布药厚度一致。(此处填药轮与时间控制凸轮在相位上与局部结构设计上做恰当精确的修正)。
       
       考虑到临时停机、紧急停车时不致于落药堆积造成废品及影响再次开车生产，该处采用的紧急关闭气缸控制停车时的落药关闭，只要停车此气缸就关闭，保证无废品产生。
       3.3 热压固结机构     
       当布药之后，布1与布2应在四周固结，固结方式采用热压固结， 如图4热压固结部分所示，为保证加热加压部位准确，加热加压辊同样采用逼近草药尺寸挖凹槽，凸起四周为加压加热的部位，同时有传动系统保证。加热方式采用内藏加热瓦直接加热方式，加热温度应控制在150～200 ℃，此处采用热电偶直接接触式测温，由加热控制系统调控加热温度。加压方式采用气缸及杠杆作用于加热加压辊上，压力大小应在15～30 kg，利用压力调节阀间接控制压力。因为压力大一点不会对固接产生太大影响，但压力不可小于一定值，否则热压后达不到固结目的。
       3.4 纵向分条机构
       纵向分条是将上一道涂胶布药固结之后的宽幅分割为窄条，为下一步横向切割成单片作准备。纵向分条的关键是:药片被压紧按运动速度前进，刀片快速切割，切割时不能产生药布被撕裂、不同步等现象发生［2］。如图4纵向分条部分所示，分条原理是：药袋下方的托辊为主动辊，上方装刀片的辊子有两部分构成，一部分为在刀辊压下与主动辊压实之后靠摩擦力被动运转，此部分为刀片与刀片之间的压辊，起到压紧药条的作用。第二部分为刀片，刀片是6倍于主动托辊的速度切割药布片。
       3.5 横向切断机构
       横向切断是为药片进入下一个包裹工序作准备。为保证横向切断可靠， 如图4横向切断部分所示，采用槽轮机构与曲柄滑块组合机构来实现［3］，其工作原理如下:横向切断前部有一缓冲机构，使得连续运转的生产线在此工序为间歇前进，主动轮通过槽轮机构使药袋条间歇前进，同时主动轴通过齿轮系统带动曲柄滑块机构，当槽轮在停歇时，曲柄滑块机构中的滑块处于下部，刀刃处于下降与抬起离开药袋条处的运动时段中；当槽轮机构运动， 药袋条前进时，滑块处于上部，刀刃处于抬起与下降时段中。为保证切断可靠，在切断时，滑块部分的两侧有压紧块，保证药袋条被压死后切断。同时，刀刃在横向也作3°的倾斜，以使刀刃与药袋成为点接触切割，使切割的力量足够大且锋利，确保切断可靠。
        
       为保证涂胶、布药、热压固结、横向切断的准确度，就要求整个生产线在长度方向上每点的运动速度相同、同步，且无纺布在每个部位的变形(长度方向)，都是在恒阻力矩作用下变形量的平移，换句话说，就是在整个生产线上每两个运转棍之间的无纺布没有变形量，以保证相位的同步性，为此传动系统［4］上采用的措施为:①采用单一电机、减速机和一根主传动轴系统，保证提供给每个托辊的速度一致、同步；②每一对压辊(涂胶、热压固结、横向切断)都采用双驱动，即上辊与下辊同时运动，此处采用齿轮传动系统保证上下两辊速度相同、相位同步；③在零件结构及其它方面采用的措施:①每个棍的外径都采用相同尺寸，表面材质与厚度(有一些采用贴塑胶)一致，保证其运动过程中的摩擦系数相同，产生的张力相同，避免局部拉长；②用结构相同的方式产生压力，使每对棍的压力大小一致。
       4 传动系统设计
        
       还以产生单个药袋子工序的机构设计为例来阐述传动系统设计，如图5所示。
       5 布辊的恒阻力矩
       5.1 布辊的恒阻力矩
       为防止在运转过程中，出现无纺布的皱折、无纺布纵向松弛以及药袋尺寸的准确性下降，在每个无纺布棍上都设置安装一个恒阻力矩器，使得无纺布始终处于一种相同张力下连续运转，保证整条生产线的运动同步性及无松弛、皱折出现。
       5.2 吹扫无纺布
       在生产、运输中可能会有灰尘落进，在膏贴生产中应先进行吹扫，去除表面的灰尘，此处采用吹风去除浮尘、浮灰，以保证涂胶、固结可靠。
       5.3 压辊抬起及气动系统
       设计在生产过程中，可能会出现一些涂胶不均，填药不满或者无纺布纵向松弛，横向不整齐等故障，为便于维护及调整，在生产过程中需临时停车调整，这就要求各个压辊都应能抬起、落下，落下时相位准确不错位，以便调整维护。如图5所示剖视图N-N，在此采用气动杠杆系统，以固定齿轮轴为杠杆转动中轴，被抬起辊筒的心轴为杠杆端点的一个杠杆抬起系统。
       6 结论
       该生产线的设计解决了连续运动与间断运动的协调及同步，使不同幅面按要求达到预定位置，主要工序的机构设计满足了运动的同步性、位置的准确性、工作的可靠性等技术要求，使膏贴生产实现自动化规模化要求。
       【参考文献】
         　　［1］董丽云.瓦楞纸板涂胶贴面机的机构设计［J］.机械设计与制造， 2006，1:26.
       
       ［2］刘志勇，赵学民，杨 海.激光在线膏药切片系统［J］.应用激光，2004，12（6）:390.
       
       ［3］洪允楣 .机构设计的组合与变异方法［M］.北京:机械工业出版社， 1982：71.
       
       ［4］许洪基，雷光.现代机械传动手册［M］.北京:机械工业出版社，1995：180.