筆者在2005年曾寫(xiě)過(guò)《在國情與實(shí)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(wàn)合工業(yè)制造有限公司所研發(fā)的ZPYG45亞高速旋轉式壓片機，這是一個(gè)45沖亞高速壓片機，其經(jīng)過(guò)2年多的市場(chǎng)檢驗，贏(yíng)得了市場(chǎng)，得到了許多廠(chǎng)家的應用。萬(wàn)合公司在產(chǎn)品贏(yíng)得市場(chǎng)的同時(shí)，2007年推出了ZPYGS55升級型的亞高速旋轉式壓片機(下簡(jiǎn)為55沖亞高速壓片機)，或許有人會(huì )認為該產(chǎn)品只是增加了10沖，談不上其技術(shù)創(chuàng )新與降本增效。因此，筆者經(jīng)過(guò)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(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng )新與降本增效。
 
1 為何開(kāi)發(fā)亞高速壓片機？
      壓片機與壓片技術(shù)是醫藥制劑工業(yè)中最普遍的亦是最重要的， 盡管壓片機從19世紀初已經(jīng)出現，至今已有90年的歷史。旋轉式是壓片機家族中最常見(jiàn)與最實(shí)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(chēng)中速型)的最高轉臺轉速為30rpm，相應最高產(chǎn)量為11～13萬(wàn)片/h；高速型的轉臺轉速一般為50rpm，相應的產(chǎn)量為30～33萬(wàn)片/h，而近年開(kāi)發(fā)的高速型最高轉臺轉速為60～80rpm，相應的最高產(chǎn)量為52萬(wàn)片/h。從中可看到，普通型與高速型壓片機生產(chǎn)能力二者差19～39萬(wàn)片/h，即高速型產(chǎn)量相等于2～4臺普通型的產(chǎn)量。如換算到班產(chǎn)(8h/天)來(lái)看，普通型能達88～104萬(wàn)片/班，而高速型能達240～416萬(wàn)片/班。
     現結合我國片劑生產(chǎn)的實(shí)踐來(lái)談片劑項目的常見(jiàn)問(wèn)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(chǎn)量居多，隨著(zhù)企業(yè)生產(chǎn)規格的發(fā)展與產(chǎn)品結構的調整，企業(yè)常會(huì )在原項目的基礎上挖潛增產(chǎn)，考慮到前后工序設備配置與原設計電力配置的局限，常會(huì )把增產(chǎn)范圍考慮在遞增40-60%，原先的普通型壓片機已不能滿(mǎn)足增產(chǎn)所求，若選高速型會(huì )出現電力或利用率低的問(wèn)題；(2)還有部分新發(fā)展片劑企業(yè)，在未知品種市場(chǎng)銷(xiāo)量與初期投資有限的情況下，若選用普通型則沒(méi)有再發(fā)展的余地，若選用高速型則會(huì )面臨初期投資大與利用率低的問(wèn)題。
      面對此問(wèn)題，人們從實(shí)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(chǎn)規模所需。聊城萬(wàn)合公司近年來(lái)所開(kāi)發(fā)的亞高速系列壓片機正是這種需求的產(chǎn)物，該公司先研發(fā)出45沖亞高速壓片機(產(chǎn)量20萬(wàn)片/h)，雖然能實(shí)用地解決上述問(wèn)題，但是否還有潛力可挖呢？這也是人們所關(guān)注的。值得慶幸的是聊城萬(wàn)合公司繼45沖亞高速壓片機成功研發(fā)后，相繼又開(kāi)發(fā)出55沖亞高速壓片機(產(chǎn)量26萬(wàn)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(dòng)沖桿的旋轉式壓片機的潛力(注，高速型是液壓帶動(dòng)沖桿)；三是55沖亞高速產(chǎn)量產(chǎn)量(26萬(wàn)片/h)的定位恰是普通型最高產(chǎn)的1倍，便于選型。
 
2 亞高速壓片機的技術(shù)難題與創(chuàng )新
       以亞高速壓片機研發(fā)難題而言，其關(guān)鍵問(wèn)題便是轉臺轉速提速后所帶來(lái)的一系列問(wèn)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(zhì)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(chǎn)量大幅度的提高，45沖亞高速型產(chǎn)量可達20萬(wàn)片/h，55沖亞高速型產(chǎn)量可達26萬(wàn)片/h。誠然，亞高         速型就是普通型的一種提速，猶如火車(chē)提速一樣，提速之后會(huì )帶來(lái)一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題表現在壓輪半徑、轉臺半徑、加料充填方式與跳沖這幾個(gè)方面，要解決這些問(wèn)題便是產(chǎn)品技術(shù)的創(chuàng )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(zhì)量之間的關(guān)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(jìn)行理論分析。
現設定中模內顆粒的壓制過(guò)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(chēng)為待壓深度△h，即△h= h-h0。那么，壓縮速度v為單位時(shí)間中模內物料顆粒層厚度的變化量，則
壓縮速度                 (1)
式中：△h為物料顆粒的待壓深度、t為時(shí)間、v為壓縮速度。
通過(guò)計算可以知道壓縮速度v與壓片機壓輪、轉臺半徑的關(guān)系如下：
                (2)
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(guò)程，壓縮速度v是待壓深度的函數，即物料顆粒在開(kāi)始壓縮時(shí)，壓縮速度較大，在壓制過(guò)程中壓縮速度逐漸縮小，在壓縮終了時(shí)△h=0時(shí)，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(chuàng )新點(diǎn)，也是遵循式(2)的基本理論，在提高轉臺轉速的同時(shí)，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(shí)，在增大n的同時(shí)，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(zhì)量佳，也就是壓輪半徑增大延長(cháng)了壓制時(shí)間，抵消了轉臺轉速提高后壓制時(shí)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(zhù)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(shí)，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?？梢灾v，55沖亞高速壓片機創(chuàng )新點(diǎn)在兼顧轉臺轉速、轉臺半徑與壓縮速度三方面關(guān)系，找到了其最佳和諧點(diǎn)，在此方面可謂是挖盡了潛力。同時(shí)，從式(1)中也可知，壓縮速度與待壓深度有關(guān)，55沖亞高速壓片機借鑒了高速型的上下預壓輪結構，其創(chuàng )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(zhì)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)，?？桌@軸心旋轉，靠顆粒的自由下落而充填于?？變?。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(dòng)性差的物料，不能充滿(mǎn)?？?。亞高速壓片機創(chuàng )新地應用了高速型強迫加料結構，其減速電機帶動(dòng)強制加料器撥料葉輪的逆向轉動(dòng)，強制性將物料填充到轉臺中?？變?，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(yōu)點(diǎn)：(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?？變?；(2)強制加料的葉輪的速度可以無(wú)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(guò)程，可以最大程度地確保物料的潔凈；(4)對于流動(dòng)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(wèn)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?！疤鴽_”不但影響了片重差異，而且噪聲較大。
亞高速壓片機創(chuàng )新地在普通型壓片機上應用了以下技術(shù)，有效地解決了上述問(wèn)題：
(1)將上沖軌導和下沖軌導改為ZCuSn10Pb1材質(zhì)，并運用計算機仿真設計采用余弦加速度曲線(xiàn)軌導，使沖桿上下運動(dòng)加速度為零，避免了沖桿在高速運動(dòng)中受力不均衡而產(chǎn)生噪聲，甚至受過(guò)大的沖擊而斷裂；
(2)主要回轉部件和壓輪機構均采用滾動(dòng)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(dòng)，下沖增添了阻尼部件，使下沖在高速運轉時(shí)更加平穩可靠。
2.4 55沖與45沖亞高速壓片機的不同點(diǎn)
    雖然，45沖亞高速壓片機在普通型壓片機的基礎上有所創(chuàng )新，但是55沖亞高速壓片機的創(chuàng )新不光是“增沖提速”，而且創(chuàng )新地把國際先進(jìn)高速型壓片機的技術(shù)融入其中，這些新技術(shù)在普通型壓片機的應用屬?lài)鴥阮I(lǐng)先。除上述55沖與45沖亞高速型的不同點(diǎn)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(guò)程中近1/2的時(shí)間保持懸浮狀態(tài)，減少了下沖尾部的磨損，噪聲也大大降低，同時(shí)為提速創(chuàng )造了必要條件；
(2)斷沖保護裝置，應用變頻器控制技術(shù)和精巧的斷沖信號獲取結構，可使轉盤(pán)在斷沖后運轉兩到3個(gè)沖位的時(shí)間內迅速制動(dòng)，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(guò)橋板、充填調節機構與主體連接方式由兩片弧形墊板過(guò)渡連接，弧形墊板由銷(xiāo)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(zhì)，葉輪可變頻調速，解決了因增速而造成充填不充分的問(wèn)題。各種形式葉輪可滿(mǎn)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(shí)間長(cháng)的特點(diǎn)而增加的預壓機構，其上下壓輪都可調節，延長(cháng)了壓制時(shí)間,抵消了提速后壓制時(shí)間縮短的矛盾；
(6)壓片室360°無(wú)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(jìn)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。
 
3 55沖亞高速壓片機的“降本增效”
      現通過(guò)三項比較來(lái)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(shuō)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(chǎng)的產(chǎn)品，而是筆者跟據國內市場(chǎng)的情況而定的。
3.1 從各類(lèi)壓片機生產(chǎn)運行費用的比較來(lái)看“降本增效”
表1 四類(lèi)壓片機生產(chǎn)1億片所需的運行費用比較