摘要：为解决血液制品生产过程中投入成本高、血浆回收率低、血浆袋破袋操作效率低等问题，设计了一种新型血浆袋破袋机。基于传统破袋机的剪辫、破袋和收集功能，结合流水生产线操作方法，创新引入多路同步传输链路及吹气装置。该破袋机以多路同步传输处理链路为基础、包含冰冻血浆袋剪管－破袋－排冰总成及并联气吹式血浆袋破袋系统，实现了冰冻血浆袋自动破袋、破袋后自动排出血浆和空血浆袋自动收集的功能。详细介绍了破袋机的设计结构和工作方式，并对破袋机在整个破袋操作过程中的破袋方式、工序同步能力和具体运动过程等进行了详细说明，最后通过导入Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件建立三维模型进行装配，以验证结构设计的合理性和各工序的联动性。结果表明，设计的破袋机可同步完成血浆袋剪辫、破袋、沥干和回收等工序，提高了血浆袋的破袋效率及血浆的回收率，提高了血液制品的生产效率。

　　关键词：同步传输链路；气吹式破袋机；血浆袋

　　０引言

　　血液制品主要指通过对血浆采用分离纯化技术制备的生物活性制剂，被广泛用于急救、感染以及凝血障碍疾病。血液从采集、制备、贮存，到送往临床，要经过一系列的操作程序［１］。在制备环节中，血浆袋破袋回收血浆是一项关键操作，如何更好地提高血浆的回收率，完成制备工作，是整个血液利用过程的核心［２］。

　　目前，国内对血浆袋破袋机的研究基于各大生物公司与机械制造企业进行合作研发，多见于专利成果。山东某公司提供一种用于抓放血浆袋的机械手［３］，但未能较好地将机械手与后续血浆袋操作工序进行联动。湖南某公司公开了一种血浆袋自动清洗消毒破袋设备的破袋机发明［４］，通过机械化破袋工艺，解决了现有技术采用人工操作的技术难题，但未能实现血浆的高效回收问题。

　　根据调研，从国内多家血液制品生产厂家使用破袋机的情况来看，产品生产未标准化，设备运行的可靠性差［５］，虽然引入了机械手参与生产，一般需要进袋机器人、夹袋机器人、直线机器人、剪辫机器人及出袋机器人等多种机械手臂进行配合操作［６］，生产工序复杂，生产成本高。此外，血浆机破袋的各个操作未完全实现自动化，仍需要大量人工参与，造成血液制品的污染，血浆袋回收沥干操作过程耗时较长。传统血浆袋破袋机设计８ｍｉｎ一次出袋３２０袋，通过挂针回收沥干血浆袋，动态沥干时间大约需要１６ｍｉｎ［７］，此沥干方式未能达到高效生产的需求，设备工作效率低。血浆袋悬挂沥干，无法保证袋内血浆的完整收集，内壁仍有大量血浆附着，需要后续置于生理盐水浸泡收集残余血浆［８］，严重影响生产效率，造成血浆原料的浪费。

　　因此，需要设计一款新型血浆袋破袋设备，精简血浆袋破袋动作，代替人工破袋操作。本文利用多路同步传输链路将血浆袋的剪辫、破袋、回收操作进行同步联动，精简机械手的数目，最大程度上节省生产成本；在血浆袋破袋后，尽可能地回收袋内剩余血浆，采用吹气装置，可将袋内残余血浆吹出回收；创新空袋回收机构和沥干机构，最大程度节约血浆袋沥干回收时间，提高血浆的回收率及利用率。不仅可以减少人工作业人员，还能有效地提高血液制品生产质量，降低企业生产成本，提高血液制品生产效率。

　　１整体结构及工作原理

　　１．１整体结构

　　完整的血浆袋破袋机应可以完成血浆袋入袋、剪辫、破袋及沥干回收等作业。设备整体结构设计思路是针对血浆袋从清洗台到最后完全沥干收集［９］的整个运动过程，并参考传统血浆袋破袋机的功能来确定的。

　　本文设计的血浆袋破袋机主要由血浆袋进入、血浆袋处理、血浆袋沥干３个部分组成。其中，血浆袋进入部分依靠提升血浆袋机构完成血浆袋的上下及水平运动；血浆袋经机械手抓取进入传送带，传送带采取多路同步传输处理方法，即于链式传输机上设有ｎ个呈环形均布的链轮和绕设在ｎ个链轮之间的链条，链条处在水平面上并通过转动而形成回转传输路径，形成多路同步传输处理链路，链路包括血浆袋破袋总成和空袋回收总成。其中，血浆袋破袋总成包括链式输送机、夹袋器、剪管装置、划袋装置及吹气装置，空袋回收总成包括链式传输机和空袋推出装置；血浆袋沥干部分伴随同步传输处理链路运动，挂针悬挂血袋，配合气缸驱动的推板收集空血袋。破袋机整体结构如图１所示。

　　本文设计的血浆袋破袋机的突出特点是在同步传输链路中引入了并联气吹式血浆袋破袋系统。多路同步传输处理链路使各个工位同步运动，井然有序完成动作，解决了现有血浆袋破袋机工作效率低的问题。吹气装置多用于吹屑及液位测量等领域［１０］，将其用在血浆袋破袋机方面的具有一定的创新性。血浆袋经过剪辫后，利用吹气装置将血浆袋内及接口软管内的血浆完全吹出，解决了血浆袋悬挂沥干时间较长的问题，节约了时间成本，同时也避免了血浆浪费的情况，从原料上提高血浆的回收率。

　　１．２工作原理

　　血浆袋在清洗消毒结束以后放入血浆袋底座中，通过传送机构送至本设备入口，入口上方机械手通过丝杆上下移动，下降到血浆袋底座处闭合机械手，然后抬起血浆袋，将血浆袋抬升到指定位置以后通过另一副丝杆进行前后移动，将血浆袋送至后方血袋处理部分。血袋处理部分的链条传送带上装有机械手，固连在链条上，机械手随着链条移动。

　　血袋处理部分的传送带上的机械手运动至血浆袋前后移动的位置，等待血浆袋移动到手爪中心。血袋处理部分的传送带上的机械手抓取血浆袋，设备入口上方的机械手松开，完成血浆袋的交接运动；传送带上的机械手带着血浆袋通过剪辫机构，完成剪辫动作；传送带上的机械手带着血浆袋通过破袋机构，完成破袋动作。传送带上的机械手带着血浆袋通过吹气机构，将冰冻血浆吹出血浆袋。传送带上的机械手带着血浆袋通过空袋回收机构，将血浆袋挂在挂针上，等待进入沥干机构，机械手松爪。

　　前面步骤依次循环往复。

　　沥干机构在一处的挂针挂满血浆袋后，由链条带动将挂针移动到另一侧继续沥干，新挂针转至工作区域继续挂取空的血浆袋。沥干机构上挂针运动到推袋机构处时，推袋机构将血浆袋从挂针上推出，回收已经沥干的血浆袋，沥干与推袋机构运动循环往复，至此一个完整的工作过程完成。

　　２局部结构

　　２．１提升血浆袋机构

　　血浆袋通过清洗机后，进入血浆袋提拉机构，此机构由竖直与水平的两条丝杆（１、２号）及机械手组成，如图２所示。其中，１号丝杆带动整个下方底座进行上下移动，２号丝杆完成机械手的水平运动。当１号丝杆带动底座向下运动时，手爪到达血浆框，此时手爪闭合完成血袋抓取动作，１号丝杆带动下方底座向上运动；２号丝杆通过水平运动，将机械手连同抓取的血浆袋送到后方传送机构，两个丝杆提拉机构同轴连接。电机轴与丝杆提拉装置用联轴器连接，丝杆固定座上部固定，电机带动丝杆转动，丝杆带动滑块前后运动。

　　传送带手爪运动到传送带最左侧时，提升血浆袋机构再将血袋送至传送带手爪处，以防止两处机构发生干扰。当传送带手爪抓紧血袋后，提升血浆袋机构上的手爪松开，完成血袋的换爪动作。然后提升血浆袋机构退至初始位置，并重复之前运动。

　　２．２血浆袋破袋总成

　　血浆袋破袋总成包括链式输送机、夹袋器、剪管装置、划袋装置及吹气装置。链轮链条带动手爪运动，手爪带着血浆袋移动至剪辫工位，剪刀剪断血袋顶部的辫子，剪下的辫子掉落至底部为漏网的收集槽中，辫子内残余的血浆经融化后滴落至血液收集处，待辫子收集满以后，将辫子收集盒从滑槽中取出，放置在生理盐水中浸泡，可将多余血浆浸泡收集［１１］，提高血浆回收率。

　　链式输送机为蜗轮蜗杆电机带动８条同轴生产线同时转动，同步工作，且链条两两为一组，组成一条生产线，生产线上共分为５个工位，分别为取袋、剪辫、破袋、吹气、挂袋。为了达到最大生产效率，一条生产线上共布置１０套机械手爪。

　　夹袋器由两个夹袋单元组成，且间隔布置固定安装在链式输送机的回转移动路径上。夹袋单元包括气动水口夹和夹板，夹板之间的区域为夹持口，夹袋器中的两个夹持口间隔布置并组成一个夹持工位，夹袋器通过两个间隔布置的夹持口夹住血浆袋的软管两侧区域。

　　剪管装置包括一组气动剪刀，气动剪刀的一端设有可开合动作的剪切口，分别固定安装并间隔水平排列成一行，一组气动剪刀与一组夹袋器形成对应关系，所述的对应关系是指每个气动剪刀均伸入对应夹袋器的两个夹取口之间的间隙中，如图３所示。血浆袋经链式传送机运动至剪管工位，气动剪刀同步动作剪下血浆袋的软管，软管随即掉落在软管收集盒中，冰状血浆融化从软管中流出后，通过过软管收集盒底部的沥干孔滴落至血浆收集池中。

　　划袋装置包括划袋机构和挡袋机构，其中破袋刀片为弹簧刀，斜向上４５°进行安装，如图４所示，血浆袋随着手爪运动至破袋工位，挡袋机构的电机启动，驱动挡板从放倒状态转动为竖立状态，抵住组血浆袋的后表面，后方挡板转动升起以挡住血袋移动。划袋机构的同步带导轨启动，弹簧刀片随着直线导轨运动，从同步带导轨的一端移动至另一端，将血浆袋的前表面划破，完成破袋工序。破袋完成后，挡袋机构的电机启动，驱动挡板从竖立状态转动为放倒状态，从而避开血浆袋后续移动的路径后方挡板放下，手爪带动血浆袋继续向后移动。

　　吹气装置包括升降驱动气缸和吹气管，所有升降驱动气缸的活塞杆均竖直向下伸出，每根吹气管对应一个升降驱动气缸。吹气管下端呈外扩的喇叭口形，吹气管上端与压缩气源连通，如图５所示。血浆袋随机械爪运动至吹气工位，气管针通过气缸进行上下运动。吹气装置中的一组升降驱动气缸的活塞杆伸出，使吹气装置从避让状态切换为对接状态；当吹气装置处在对接状态时，一组吹气管的下端口将血浆袋中的断口包容在内；气管针通入剪辫口处，启动压缩气源，一定压力的压缩空气从吹气管下端吹出，再通过血浆袋上端的断口进入血浆袋内，从血浆袋下端的划口排出，直至将血浆袋内部血冰吹出。压缩空气进入血浆袋内部时，将血浆袋内壁与冰块状血浆分离，压缩空气从血浆袋内排出时，将血浆袋下端的划口撑开，从而使血浆袋内的冰块状血浆从血浆袋的划口排出，落入血浆收集池中。气体将冰块状血浆与血浆袋内壁分离［１２］的同时，撑开了血浆袋的划口，便于冰块状血浆从血浆袋的划口处快速排出。

　　２．３空袋回收总成

　　空袋回收总成包括链式传输机和空袋推出装置。在回转传输路径上设有水平布置的刺钉行，刺钉行包括间隔布置的多个刺钉，链式输机驱动刺钉沿回转传输路径移动并依次通过接收段、沥干段和推出段，如图６所示。空袋推出装置包括液压缸和推板，当液压缸的活塞杆缩回时，推板避开刺钉行的移动路径，当液压缸的活塞杆伸出时，一次性推出处在推出段的刺钉上收集的所有血浆袋。

　　其中，链式传输机每接收一组血浆袋，回转传输路径便向前转动一段，使处在接收段的刺钉上空血浆袋经过多次移动到达推出段，每当回转传输路径向前移动一段后，空袋推出装置的液压缸活塞杆进行一次伸缩动作，液压缸活塞杆伸出时，通过推板将移动至推出段的空血浆袋一次性全部推出，推出的空血浆袋落入空袋收集盒［１３］中，等待集中倾倒处理，液压缸活塞杆缩回时，避开了刺钉的移动路径。空血浆袋从接收段移动至推出段的过程中有充分的时间沥干残留的血浆，空血浆袋移动到推出段后便立即被空袋推出装置卸下［１４］，各工序无缝衔接，自动化程度较高，工作效率基本达到了生产要求。

　　２．４沥干机构

　　本文中沥干机构设计为四边形结构，当一侧挂针都挂满血袋以后，链条带动挂针移动至另一侧继续沥干，而新一侧空挂针移动至传送部分最末端；当血袋运动到沥干部分最后一侧时，由气缸驱动的推板将已经沥干的血袋推入下方的血浆袋收集盒中［１５］，此时挂针又变为空挂针，等待下一轮的工作循环，如图７所示。

　　沥干机构并不仅局限于四边形，可根据整条生产线的工作速度或者血袋所需沥干时间调整为三角形或Ｎ边型，只需要最后一侧安装血袋推板，将血袋推出，其余侧都为血袋沥干等待侧。其中，沥干收集槽为斜锲型，将收集的沥干血袋滴落的血浆都汇集流入血浆融浆罐中［１６］。沥干机构可根据生产条件调整变化形状，极大优化了生产条件。

　　３测试验证与结果分析

　　３．１系统结构验证

　　按照血浆袋破袋机的设计思路，整体结构主要由传送部分、吹起部分、剪辫部分、沥干部分、破袋部分、手爪部分［１７］、外部进入部分和支架部分等装配体及其他零部件构成，根据各个装配体及零部件的位置关系，在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建立血浆袋破袋机三维模型，从装配的角度进行产品设计，分析破袋机各工序是否存在干涉。血浆袋在第一位置由一组夹袋器夹持，经链式输送机传送至第二位置，气动剪刀将处在第二位置的一组血浆袋的软管全部剪断完成剪管操作；剪管后血浆袋随链式输送机运动到第三位置，划袋机构的同步带导轨启动，驱动划刀从同步带导轨的一端移动至另一端，将处在第三位置的血浆袋的前表面划破；划袋后血浆袋随链式输送机运动到第四位置，启动压缩气源，一定压力的压缩空气从吹气管下端吹出，链式输送机启动，使血浆袋移动至第五位置，血浆袋穿刺在对应的刺钉上，每当接收段上的刺钉收集了预定组数的空血浆袋后，链式传输机驱动回转传输路径向前移动一段，使处在接收段的刺钉移动至沥干段，使处在推出段的刺钉移动至接收段。通过装配，真正实现整个产品零件设计、装配设计和工程图之间全相关，产品设计完全可编辑。

　　３．２结果分析

　　根据上述血浆袋破袋机的运动分析，处在第一位置、第二位置、第三位置、第四位置和第五位置的共５组血浆袋同步动作，在第一位置夹取血浆袋，在第二位置剪断血浆袋的软管，在第三位置划破血浆袋的外壁，在第四位置吹气排出血浆袋的内容物，在第五位置将空血浆袋转移至链式传输机的接收段的刺钉上。链式传输机每接收一组血浆袋，回转传输路径向前转动一段，使处在接收段的刺钉上空血浆袋经过多次移动到达推出段，空血浆袋从接收段移动至推出段的过程中有充分的时间沥干残留的血浆，空血浆袋移动到推出段后便立即被空袋推出装置卸下，各工序无缝衔接，自动化程度较高。其中吹气装置向血浆袋的软管断口中吹气使气体将冰块状血浆与血浆袋内壁分离的同时，撑开了血浆袋的划口，便于冰块状血浆从血浆袋的划口处快速排出。这种分离排出方式可靠性和可重复性好，当吹气压力达到一定值既可１００％保证冰块状血浆从血浆袋的划口处排出。链式输送机向前移动一步的间隔时长为ａ，空血浆袋进入链式传输机上之后所需沥干时间为ｂ，根据上述两项参数，可适应性设计链式传输机的链轮数量，可使血浆袋进入链式传输机之后经过多次移动（每次移动的间隔时长为ａ）到达推出段，从而达到充分的沥干效果，极大提高了血浆袋破袋操作的效率［１８］，有效避免了人工操作可能导致的血液制品污染和操作人员安全风险。

　　４结束语

　　本文针对血液制品的生产特性设计了一种新型血浆袋破袋机，整套设备采用流水线式生产流程，生产速度快，效率高，成本更低，制造更简单。在具体操作流程中，夹取血浆袋、剪断血浆袋的软管、划破血浆袋的外壁、吹气排出血浆袋的内容物及将空血浆袋转移至链式传输机的接收段的刺钉上这５个工序实现同步动作，多路同步传输处理链路使各个工位同步传动，井然有序完成动作。创新性地添加自动吹气装置，可将血袋中的冰块完整吹出，与原有技术相比极大地提高了效率，并尽量减少了血浆袋内血浆的残留量，使后续血袋沥干时间继续降低，同时极大地提高了血浆原料的利用率，提高了破袋机的工作效率。

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