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55沖亞高速壓片機的技術創新與降本增效

2014-09-02查看:

筆者在2005年曾寫過《在國情與實惠的雙理念上成功定位的亞高速旋轉式壓片機》一文,探討的是聊城萬合工...

  筆者在2005年曾寫過《在國情與實惠的雙理念上成功定位的亞高速旋轉式壓片機》一文,探討的是聊城萬合工業制造有限公司所研發的ZPYG45亞高速旋轉式壓片機,這是一個45沖亞高速壓片機,其經過2年多的市場檢驗,贏得了市場,得到了許多廠家的應用。萬合公司在產品贏得市場的同時,2007年推出了ZPYGS55升級型的亞高速旋轉式壓片機(下簡為55沖亞高速壓片機),或許有人會認為該產品只是增加了10沖,談不上其技術創新與降本增效。因此,筆者經過近1年多對55沖亞高速壓片機的考察,在此將探討一下該產品的技術創新與降本增效。

為何開發亞高速壓片機?

  壓片機與壓片技術是醫藥制劑工業中最普遍的亦是最重要的, 盡管壓片機從19世紀初已經出現,至今已有90年的歷史。旋轉式是壓片機家族中最常見與最實用的機型,在2004年前,旋轉式壓片機分為普通型與高速型。其中,普通型(亦稱中速型)的最高轉臺轉速為30rpm,相應最高產量為11~13萬片/h;高速型的轉臺轉速一般為50rpm,相應的產量為30~33萬片/h,而近年開發的高速型最高轉臺轉速為60~80rpm,相應的最高產量為52萬片/h。從中可看到,普通型與高速型壓片機生產能力二者差19~39萬片/h,即高速型產量相等于2~4臺普通型的產量。如換算到班產(8h/天)來看,普通型能達88~104萬片/班,而高速型能達240~416萬片/班。

  現結合我國片劑生產的實踐來談片劑項目的常見問題:(1)2002年前,大規模GMP改造的片劑項目的設計依據以參考普通型壓片機產量居多,隨著企業生產規格的發展與產品結構的調整,企業常會在原項目的基礎上挖潛增產,考慮到前后工序設備配置與原設計電力配置的局限,常會把增產范圍考慮在遞增40-60%,原先的普通型壓片機已不能滿足增產所求,若選高速型會出現電力或利用率低的問題;(2)還有部分新發展片劑企業,在未知品種市場銷量與初期投資有限的情況下,若選用普通型則沒有再發展的余地,若選用高速型則會面臨初期投資大與利用率低的問題。

  面對此問題,人們從實用角度迫切地希望能找到介于普通型與高速型中間的壓片機,以適應日趨不同生產規模所需。聊城萬合公司近年來所開發的亞高速系列壓片機正是這種需求的產物,該公司先研發出45沖亞高速壓片機(產量20萬片/h),雖然能實用地解決上述問題,但是否還有潛力可挖呢?這也是人們所關注的。值得慶幸的是聊城萬合公司繼45沖亞高速壓片機成功研發后,相繼又開發出55沖亞高速壓片機(產量26萬片/h),其意義有三:一是豐富了亞高速壓片機系列;二是最大地挖掘了由凸輪帶動沖桿的旋轉式壓片機的潛力(注,高速型是液壓帶動沖桿);三是55沖亞高速產量產量(26萬片/h)的定位恰是普通型最高產的1倍,便于選型。

亞高速壓片機的技術難題與創新

  以亞高速壓片機研發難題而言,其關鍵問題便是轉臺轉速提速后所帶來的一系列問題。在旋轉式壓片機中,一般高速型轉臺轉速在50r/min以上,普通型轉臺最高轉速在30r/min左右。為了兼顧提速與片劑壓制質量,故把亞高速型的轉臺轉速定位在40r/min左右,轉臺轉速的提高將壓片機產量大幅度的提高,45沖亞高速型產量可達20萬片/h,55沖亞高速型產量可達26萬片/h。誠然,亞高速型就是普通型的一種提速,猶如火車提速一樣,提速之后會帶來一系列問題。這些問題表現在壓輪半徑、轉臺半徑、加料充填方式與跳沖這幾個方面,要解決這些問題便是產品技術的創新。

 2.1壓輪半徑與轉臺半徑方面

  為了探討旋轉式壓片機壓輪半徑、轉臺半徑與壓片質量之間的關系,就必須對壓輪半徑、轉臺半徑、轉臺轉速、物料顆粒的充填深度以及壓縮速度之間進行理論分析。

  現設定中模內顆粒的壓制過程中某一瞬間的厚度為h,壓制后片子的厚度為h0,則h-h0代表在此瞬間尚待壓制的物料顆粒的深度,稱為待壓深度△h,即△h= h-h0。那么,壓縮速度v為單位時間中模內物料顆粒層厚度的變化量,則

壓縮速度 

式中:△h為物料顆粒的待壓深度、t為時間、v為壓縮速度。

  通過計算可以知道壓縮速度v與壓片機壓輪、轉臺半徑的關系如下:

式中:r為壓輪半徑、R為轉臺半徑、n為轉臺轉速。

  上式分析可知:(1)片劑的壓制過程,壓縮速度v是待壓深度的函數,即物料顆粒在開始壓縮時,壓縮速度較大,在壓制過程中壓縮速度逐漸縮小,在壓縮終了時△h=0時,壓縮速度為0;(2)壓縮速度還是轉臺半徑R、壓輪半徑r以及轉臺轉速n的函數,即壓縮速度隨轉臺半徑R的減小、壓輪半徑r的增大、轉臺的轉速n的減小而減小。

  45沖亞高速壓片機的創新點,也是遵循式(2)的基本理論,在提高轉臺轉速的同時,增大壓輪半徑,以確保普通型壓片機所要求的壓縮速度v。即式(2)中,當R定值時,在增大n的同時,也只能增大r,這樣才能使壓縮速度v達到普通型壓片機要求值。其意為只有較小的壓縮速度v(普通型壓片機多年所形成速度)才能使片劑壓制質量佳,也就是壓輪半徑增大延長了壓制時間,抵消了轉臺轉速提高后壓制時間縮短的矛盾。

  55沖亞高速壓片機可謂是普通型壓片機既要轉臺轉速提速又要增加沖桿數的難中之難事,因為隨著沖桿數的增加,其轉臺半徑也相應增大,從式(2)的理論可知,在增大壓輪半徑的同時,只能略增大轉臺半徑,以確保普通型壓片機所要求的壓縮速度。可以講,55沖亞高速壓片機創新點在兼顧轉臺轉速、轉臺半徑與壓縮速度三方面關系,找到了其最佳和諧點,在此方面可謂是挖盡了潛力。同時,從式(1)中也可知,壓縮速度與待壓深度有關,55沖亞高速壓片機借鑒了高速型的上下預壓輪結構,其創新地把增加預壓軌導改為上下預壓輪,使得預壓力可調。這樣在壓縮速度與預壓力可調雙管齊下的壓片質量可得到有效地保證。

2.2加料充填方面

  普通型壓片機大部采用格柵式加料器(自然加料),模孔繞軸心旋轉,靠顆粒的自由下落而充填于模孔內。轉臺轉速提高后,這種加料方式不能奏效,尤其是密度小流動性差的物料,不能充滿模孔。亞高速壓片機創新地應用了高速型強迫加料結構,其減速電機帶動強制加料器撥料葉輪的逆向轉動,強制性將物料填充到轉臺中模孔內,解決了因轉臺轉速提高后充填不充分的情況。

  強制加料結構相對于自然加料系統有以下方面優點:(1)可根據不同的物料采用不同的葉輪結構形式,以保證物料均勻充填到中模孔內;(2)強制加料的葉輪的速度可以無級調速,以保證轉臺在高速下都能充填充分均勻的物料,從而保證充填系統充填物料均勻一致;(3)物料在密封的條件下完成填充過程,可以最大程度地確保物料的潔凈;(4)對于流動性不好的物料,可以強制性的填充;(5)相對于自然加料,可以避免粉塵,節省物料。

2.3“跳沖”問題

  當轉臺轉速提高后,上下沖桿運行中改變運行方向的位置很容易出現“跳沖”現象。“跳沖”不但影響了片重差異,而且噪聲較大。

  亞高速壓片機創新地在普通型壓片機上應用了以下技術,有效地解決了上述問題:

  (1)將上沖軌導和下沖軌導改為ZCuSn10Pb1材質,并運用計算機仿真設計采用余弦加速度曲線軌導,使沖桿上下運動加速度為零,避免了沖桿在高速運動中受力不均衡而產生噪聲,甚至受過大的沖擊而斷裂;

  (2)主要回轉部件和壓輪機構均采用滾動摩擦,既減少噪聲和零件磨損,又減少了功率損耗。

  (3)為防止下沖跳動,下沖增添了阻尼部件,使下沖在高速運轉時更加平穩可靠。

2.4 55沖與45沖亞高速壓片機的不同點

雖然,45沖亞高速壓片機在普通型壓片機的基礎上有所創新,但是55沖亞高速壓片機的創新不光是“增沖提速”,而且創新地把國際先進高速型壓片機的技術融入其中,這些新技術在普通型壓片機的應用屬國內領先。除上述55沖與45沖亞高速型的不同點外,還有如下方面:

  (1)下沖軌導采用了雙軌構思,使下沖在運行過程中近1/2的時間保持懸浮狀態,減少了下沖尾部的磨損,噪聲也大大降低,同時為提速創造了必要條件;

  (2)斷沖保護裝置,應用變頻器控制技術和精巧的斷沖信號獲取結構,可使轉盤在斷沖后運轉兩到3個沖位的時間內迅速制動,保證強迫加料不被損壞;

  (3)下軌導更換更加方便。下軌導及過橋板、充填調節機構與主體連接方式由兩片弧形墊板過渡連接,弧形墊板由銷定位,螺釘連接,徹底改變所有下軌導的更換維修方式;

  (4)采用裝有旋轉式葉輪的強迫加料器,根據物料性質,葉輪可變頻調速,解決了因增速而造成充填不充分的問題。各種形式葉輪可滿足不同物料要求,確保加料精度;

  (5)壓力大,預壓力連續可調,這是針對一些難壓物料需要壓制時間長的特點而增加的預壓機構,其上下壓輪都可調節,延長了壓制時間,抵消了提速后壓制時間縮短的矛盾;

  (6)壓片室360°無死角,出片機構、下軌導及下壓輪均采用特殊安裝方式,便于操作、拆裝和清潔;

  (7)電氣控制系統采用了先進的PLC觸摸屏控制,大大減少了藥粉對電器元件的影響,也間接地提高了電氣系統的可靠性;

  (8)采用高清晰、隔離視窗設計。

55沖亞高速壓片機的“降本增效”

現通過三項比較來看55沖亞高速壓片機的“降本增效”效應,在以下比較中有一說明,即所列的普通型與高速型壓片機的參數不是特指任何家廠的產品,而是筆者跟據國內市場的情況而定的。

3.1 從各類壓片機生產運行費用的比較來看“降本增效”

             表1 四類壓片機生產1億片所需的運行費用比較

 

項目

55沖亞高速壓片機

45沖亞高速壓片機

普通型

壓片機

高速型

壓片機

基本參數

參考售價/萬元

28

18

9.8

77

單機產量/萬片/h

26

20

13

52

電機功率/kW

7.5

5.5

4

15

計算依據:正常運行8h/班,工作日250d/y,1班/d,每機操作工1人

每年設備費用/萬元(十年折舊)

2.8

1.8

0.98

7.7

每年電費/萬元(以0.7元/kW/h計)

1.05

0.77

0.56

2.1

每年單機維修費及備件費/萬元

(以10%設備總價計/年計)

2.8

1.8

0.98

7.7

工人工資等支出/萬元

(以2.8萬元/人/y計,含三金等)

2.8

2.8

2.8

2.8

工人其它費用/萬元(以0.4萬元/人/y計,含更衣、浴衛、勞防等)

0.4

0.4

0.4

0.4

操作其它費用/萬元

(以1萬元/y計,含照明、空調等)

1

1

1

1

壓片工序的年生產運行費用/萬元

10.85

8.57

6.72

21.7

單機一年可生產的總量/億片

5.2

4

2.6

10.4

每生產1億片所需的生產運行費用/萬元

2.087

2.1403

2.585

2.086

表1為四類壓片機生產1億片所需的運行費用比較,由于普通型、高速型、45沖亞高速與55沖亞高速壓片機的產量不同,只能以生產1億片運用費用作比較。

從圖1中可以看到:55沖亞高速壓片機與高速型壓機所需運行費用是相當,屬最低的,而普通型壓片機屬最高。


         表2同樣年產55沖亞高速與普通型壓片機生產的運行費用比較3.2在同樣年產條件下,從55沖亞高速與普通型壓片機的生產運行費用比較來看“降本增效”

項目

55沖亞高速

壓片機

普通型

壓片機

基本參數

參考售價/萬元

28

9.8

單機產量/萬片/h

26

13

電機功率/kW

7.5

4

計算依據:正常運行8h/班,工作日250d/y,1班/d,每機操作工1人

配置臺數/臺,操作人數/個

1臺/1人

2臺/2人

每年設備費用/萬元(十年折舊)

2.8

1.96

每年電費/萬元(以0.7元/kW/h計)

1.05

1.12

每年單機維修費及備件費/萬元(以10%設備總價計/年計)

2.8

1.96

工人工資等支出/萬元(以2.8萬元/人/y計,含三金等)

2.8

5.6

工人其它費用/萬元(以0.4萬元/人/y計,含更衣、浴衛、勞防等)

0.4

0.8

操作其它費用/萬元(以1萬元/y計,含照明、空調等)

1

1

增加1臺設備所需凈化房費用以0.4萬元/臺計(20年折舊)

0.4

0.8

壓片工序的年生產運行費用/萬元

11.25

13.24

單機一年可生產的總量/億片

5.2

5.2

  表2為在同樣年產條件下的55沖亞高速與普通型壓片機生產運行費用比較,即同樣年產為5.2億片/年,在配置上55沖亞高速配1臺,而普通型需配2臺。

   從圖2中可以看到:(1)55沖亞高速壓片機的費用最低,普通型壓片機最高,二者差為13.24-11.25=1.99萬元,即10年可省約20萬元;(2)從節電方面看,每年55沖亞高速型與普通型所耗電費用之差為1.12-1.05=0.07萬元,即10可省約0.7萬元。

3.3在同樣年產條件下,從三類壓片機的生產運行費用比較來看“降本增效”

             表3同樣年產三類壓片機的生產運行費用比較

項目

55沖亞高速壓片機

高速型

壓片機

普通型

壓片機

基本參數

參考售價/萬元

28

77

9.8

單機產量/萬片/h

26

52

13

電機功率/kW

7.5

15

4

計算依據:正常運行8h/班,工作日250d/y,1班/d,每機操作工1人

配置臺數/臺,操作人數/個

2臺/2人

1臺/1人

4臺/4人

每年設備費用/萬元(十年折舊)

5.6

7.7

3.92

每年電費/萬元(以0.7元/kW/h計)

2.1

2.1

2.24

每年單機維修費及備件費/萬元(以10%設備總價計/年計)

5.6

7.7

3.92

工人工資等支出/萬元(以2.8萬元/人/y計,含三金等)

5.6

2.8

11.2

工人其它費用/萬元(以0.4萬元/人/y計,含更衣、浴衛、勞防等)

0.8

0.4

1.6

操作其它費用/萬元(以1萬元/y計,含照明、空調等)

1

1

1

增加1臺設備所需凈化房費用以0.4萬元/臺計(20年折舊)

0.8

0.4

1.6

壓片工序的年生產運行費用/萬元

21.5

22.1

25.48

單機一年可生產的總量/億片

10.4

10.4

10.4

每生產1億片所需的生產運行費用/萬元

2.029

2.125

2.45

  表3為在同樣年產條件下的三類壓片機的生產運行費用比較,即同樣年產為10.4億片/年,在配置上55沖亞高速配2臺、高速型配1臺、普通型需配4臺。

  從圖3中可以看到:(1)55沖亞高速壓片機的費用最低,高速型壓片機相本與55沖亞高速相當,普通型壓片機最高,普通型與55沖亞高速二者差為25.48-21.5=3.98萬元,即10年可省約40萬元;(2)從節電方面看,每年55沖亞高速與普通型所耗電費用之差為2.24-2.1=0.14萬元,即10可省約1.4萬元。

  本文從為何開發亞高速壓片機入手,闡述了亞高速壓片機的技術難題與創新問題,最后比較性探討了55沖亞高速壓片機的降本增效效應。4結語與說明

  還須說明二點:(1)筆者寫此文的目的不是夸大亞高速型的用途,普通型與高速型也是有著其不同需求的應用,在壓片機市場上有著其相應地位,普通型有著低價與實用一面,高速型有著高產、高技術與高智能一面。就以近期研發的高速型壓片機而言,有著許多智能性控制特點,而此方面亞高速型壓片機就略遜高速型壓片機。可以說,亞高速型的出現給人們多了一種選擇,正謂仁者見仁、智者見智;(2)本文所比較的數據只是能人們一種參考,或許有些數據不一定正確,對壓片機使用者根據各自調研的詳實數據來計算,最后作出自已的判斷。

   可以說,亞高速壓片機的問世,豐富了旋轉式壓片機家族,擴大了使用者的選擇。這幾年在國內壓片機市場中,聊城萬合公司的亞高速壓片機得到了很多藥廠的應用,并受到一定壓片機使用者的追捧。
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