同位素胶囊生产机系统设计说明书(编辑修改稿)

同位素胶囊生产机系统设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

很普遍。 包括机械中所需的零件、标准件，在生产市场都容易购买到。 只是这些原材料在加工时要求较高，因此加工费用很高。 而该设备基本上都是全自动的，操作人员只需控制计算机数据管理系统，这样只消耗了极小的人力成本。 因此，可以看出，胶囊生产机的运行成本并不是很高的。 从社会效益分析角度分析，胶囊生产机在医疗事业中也有很大的立足空间。 在国内碘 131 胶囊 的生产技术没有得到完善，而该设备却能对 胶囊 中碘 131 的稀释和分装达到一定的要求，虽然这是一台放射性同位素的生产机，但在生产过程中却没有危险，不会对环境造成污染，也不会对操作人员有所伤害。 使生产过程得到完善。 这样就不用花巨大的本钱去进口国外的同类设备了。 该设备的研发有利于同位素元素在制药方面的发展，对医疗事业的发展有了很大的帮助。 同时也使甲亢病在人民的生活中得到了 很好的控制，对人民生活作出了贡献。 因此该设备对国家经济与社会效益都有很大的帮助与提高。 从另一方面讲，放射性同位素胶囊生产机美观实 用、造型美观大方，采用宜人化设计，操作简便。 安全环保，操作绝对安全。 质量稳定，故障率低。 有利于防止放射性物质对人身造成的辐射。 既省时又省力，又节省了大量人力、物力和才力，稀释精度高，工作效率大大提高，从而也大大提高了其经济效益。 10 西华大学毕业设计说明书 2 同位素胶囊生产机 功能原理设计 总体分析 总体分析是设计中的一项重要工作。 总体分析不同于一般的技术经济分析，它是从系统的整体出发，采用各种工具和方法，对系统进行定性与定量的分析。 还要分析内、外系统及系统内部各子系统之间的联系因素，并作出评价，为得到最优系统方案 提供依据。 在进行 胶囊生产机 的开发设计的时候，同样要像其他产品的开发设计一样，要按照机械设计的一般规则进行设计。 首先要从胶囊生产机 机的总体功能出发，对它要有一个整体的认识，然后就要确定它的总功能，完成黑箱图，进行功能分解，功能组合，确定设计的结构方案，求解，得出形态学矩阵，最终要得到几种较好的设计方案，进行比较、选优。 最后要得到一种相对最好的设计方案。 机械设计的总体步骤在以前的《机械设计学》、《机械系统设计》、《机械结构设计》、《设计方法学》等课程中都要学到。 就是先要从整体出发，先把握产品的总体功能，然后就 要对产品的功能进行分析和分解、求解等。 而此胶囊生产机的总功能则是在一定的时间内将药物稀释后，分装到各胶囊中，最后收集分装好的胶囊。 而且每粒胶囊要保证一定药物的活度量。 此次的胶囊生产 机的开发设计的总体步骤如下的流程图： 确定产品的总共能 黑箱图 分功能 分功能组合 确定总功能的方案 作出功能结构图 功能求解 求出形态学矩阵 选出几种总体的原理方案 评价 得出最优方案。 在系统学 中 用“黑箱”（ Black Box）来描述功能，任何一个技术系统都有输入和输出，把技术系统看成一个黑箱，其输入用物料流 M、信息流 S 和能量流 E来描述；其输出用相应的 M’、 S’和 E’来描述。 所以，黑箱图就是用来描述一个系统的输入和输出的关系的，即用黑箱图来描述一个系统的功能，它可以帮助我们在进行系统设计的时候更好的把握整个系统的布局和各个分功能的关系。 设计过程就是逐步打开黑箱，确定其内部结构，实现由输入量转化为输出量的过程。 11 西华大学毕业设计说明书 在设计前，将机器只要的输入和输出进 行分析，更具构想，其中机器的控制可以转换，一种模式有机器自动完成，另一种模式有人通过按钮一步一步完成。 这样在机器有故障时便于分析排除。 此次研发的同位素胶囊生产机的黑箱图如 图 21 所示： 描述 优选 热量 噪声、振动 胶囊壳、药剂 胶囊药剂 动力、能量 控制信号 显示信号 人力 图 21 胶囊生产机的黑箱图 胶囊生产机 功能分解 在设计中，功能分解就是把复杂的系统分解为若干个相连的、想对比较简单的子系统，可使设计和分析比较简便。 根据需要各子系统还可以分解为更小、更简洁的子系统，依次逐级分解，直至能进行适宜的设计和分析为止。 我们在做 任何一个系统的设计都是从总功能出发，然后分清主要功能和次要功能，接下来的工作就是对总共能的分解。 功能的分解主要就是为了方便我们在以后的系统设计 ，可以保证以后的设计过程中 理清思路、 能够把握住设计的重点。 从系统的观点看，一个系统可以分解成一些子系统，那么一个系统的总共能也因该可以分解成一分功能。 有一些学者因此提出一些设想：是否可以把机器中的复杂动作分解为一些基本动作，并把这些基本动作理解为“功能元素”，由这些功能元素可以构成任何技术系统复杂的总功能。 另一种方式是不把功能过分细分，而只是分解到“功能单元”的层次上。 这样的功能单元式既有一定的独立性，又有一定的复杂程度。 在此我们首先的对胶囊生产机的总功能了解。 该生产机的工艺流程 图如图 同位素胶囊生产机 黑箱 12 西华大学毕业设计说明书 22 所示 ： 图 22 胶囊生产机的工艺流程图 根据胶囊生产机的生产工艺流程我们可以将该生产机的各个功能做出划分， 得出胶囊生产机的功能分解图，如图 23： 图 23 胶囊生产机功能分解图 由分解图可以对胶囊生产机的功能结构有所认识，从而可以进一步对此进行 分析与设计。 功能结构图 上一节中由胶囊生产机的功能分解图只能清楚的看出所有的分功能但不能从分的表达各分功能之间的相互配合的关系。 所以，我们就有必要用一种很一目人工灌装药剂 安装固定胶囊上、下壳 下模板移至滴药处 检测定量 实时监控 下模板回位 上、下模板合模 合囊 脱囊 完成胶囊 生产 胶囊分装 活度检测 控制 动力供应 联接与支撑 液体分装 胶囊合囊 胶囊脱囊 收集 定位 传动系统转换 13 西华大学毕业设计说明书 了然的方式来表示各个分功能之间的一些相互配合关系，从而就引出了“功能结构图”这一概念。 它可以比功能分解图更好的反应出各分功能之间的 相互关系。 由总功能分解为分功能，最后做出功能结构图的这一过程，称 为“功能分析”，也可称为“系统分析”。 功能分析是设计人员初步酝酿功能原理设计总体方案的过程，这个过程往往不是一次性完成，而是随设计工作的逐步深入而不 断修改、不断完善的。 功能结构也不是只能有一种形式，它可以有多种不同的组成形式。 为了设计可以实现同一种功能而设计的两种或多种不同的功能结构形式，可以通过并联、串联关系的变化得 到其他形式的功能结构图。 对此作出了胶囊生产机的功能结构图，如图 24 所示： 驱动器 图 24 胶囊生产机功能结构图 液体分装 胶囊合囊 灌装蠕动泵 步进电机 活度检测 传 动系统 横向工作台机构 合模机构 出药、 收集机构 胶囊 脱囊 胶囊收集 电控器 定位控制 连接与支撑 14 西华大学毕业设计说明书 分功能求解 在以上的功能分解和功能结构图都已经具备以后，就必须对已经分解出来的各个分功能找到相应的解。 通过前面进行的各个工作步骤，已经弄清楚了该 胶囊生产机的总功能、分功能、功能元之间的关系。 这种功能关系说明 系统的输入和输出以及内部的转换，然而就要通过分功能求解来实现这些 功能。 在 对胶囊生产机进行功能分解 时 ，其主要包括以下几部分：液体分 装、胶囊合囊、胶囊脱药与收集。 分析各部分之间的运动关系、功能。 对实现这些功能的动作进行求解。 （ 1） 、液体分装 胶囊生产机在进行液体分装时有几个动作，先是启动横向工作台电机，用丝杆转动事托板带动下模板向左运动， 使下模板向左运动到输液针架下，且针头对准待分装的胶囊座，接着根据发送的液体分装体积指令，启动灌装蠕动泵定量分液，并进行活度检测控制，当活度未达到工单的要求时，由检测值与给定值之差折算出需补偿的脉冲数，再驱动蠕动泵补偿，直到活度值满足要求。 分液结束后，横向电机启动，使 下模板 向右运动 回位等待合模。 功能分解图如图 25 所示： 图 25 液体分装功能分解图 （ 2）、胶囊合囊 待下模板左移结束后，启动立柱电机，同样适用丝杆传动，使上模板与中模板通过弹簧下移，实现与下模板的合模。 功能分解图如图 26所示： 液体分装 灌装蠕动泵 横向工作电机 活度检测 下模板左移 滴液 检测 15 西华大学毕业设计说明书 图 26 胶囊合囊功能分解图 （ 3）、胶囊脱囊与收集 当上、中模板与下模板合囊后，启动 顶杆 电机，通过丝杆传动带动顶杆机构上移，使胶囊脱 囊。 在此同时， 出药 也丝杆传动使 风扇 移动，对齐胶囊位置，通过风扇收集分装好的胶囊。 功能分解图如图 27 所示： 图 27 胶囊 出药 、收集功能分解图 通过以上的分功能求解 ，我们则可以更清楚的对胶囊生产机的结构有所了解，清楚了它是怎样实现系统输入与输出及内部的转换。 对它的总共能、分功能、功能元之间的关系以及各执行部件与动力源之间的传动关系一目了然。 这样更有助于 对此的结构设计与总体方案设计。 功能元求解 上一节 中我们对胶囊生产机的分功能进行了分析，对此之间的各个功能元之间的关系有了认识。 在功能分析阶段，确定了该产品的分功能。 通过分功能求解，经选择与变异，得到一些分功能载体的备选方案。 在变体中，对主要分功能解的发展有了较清楚的认识，各备选方案在机构、产品发展演化中的地位有了大致的了解；在这些工作基础上，把分功能加以组合，需求整体方案最优。 在此我们则用形态学矩阵来加以表达与分析。 态学矩阵是将前期的功能解和相关功能进行联系的方法，通过形态学矩阵可以组合出很多种设计方案，是机械胶囊合囊 下模板左移回位 立柱电机 上模板与中模板下移 合囊 胶囊脱囊、收集 顶杆电机 出药电机 顶杆机构 风扇移动 脱囊 收集 16 西华大学毕业设计说明书 设计的一门非常重要的设计方法之一。 形 态综合法建立在形态学矩阵的基础上，通过系统的分解与组合需找各种方案。 胶囊生产机的形态学矩 阵如表 21 所示： 从表 21可知该胶囊生产机组合 方案有： 4179。 3179。 3179。 1179。 2179。 1179。 2= 144 种。 该胶囊生产机要求在生产过程中精准，动力不受电压的 波动或者负载的变化而影响，能直接 受数字量的控制。 而步进电机是将电脉冲信号转化为角位移和线位移的机电元件，特别适宜采用微机进行控制，因此选择步进电机。 该设备中的传动是将电机输出的旋转运动转化为往复直线运动，而丝杆螺母传动则比较好，结构简单且能完成相应的工作要求。 在胶囊合模时，由于空间安装位置关系，需要一个能量传递装置，这里不存在打滑现象，。