◎游義富　吳泳達　雷發(fā)榮　宋　熠　韋海蘭

（廣西大學機械工程學院530003）

一種中藥沖壓研磨機的設計與研究

◎游義富吳泳達雷發(fā)榮宋熠韋海蘭

（廣西大學機械工程學院530003）

醫(yī)學研究表明，人體胃腸道對顆粒達到最佳吸收細度約為15μm，一般中藥微粉粒徑為10～75μm，中藥超微粉粒徑為0.1～10μm，目前市場上應用得比較成熟的技術是超微粉碎。本文所研究的中藥沖壓研磨機結合了機械擠壓和超微粉碎技術，能有效提高有效成分的溶出度，提高中藥材的生物利用度以及藥效的利用率。這類中藥研磨設備具有無粉塵、自動化程度高、操作簡單等特點，使藥品的生產(chǎn)符合國家標準，達到GMP的要求。

中藥；沖壓研磨機；超微粉碎

超微粉碎技術對藥材細胞的破壁率可達95%，從而使細胞中的有效成分充分地暴露出來并直接與提取溶劑接觸，提高藥物的溶解度；或者直接與機體的受體相結合后被吸收，以發(fā)揮更大的治療效果。大量研究證實，超微粉碎可以使中藥顆粒的粒徑達到最佳的吸收細度水平，因而藥物中的有效成分在人體胃腸道中的溶解度顯著增加，可提高藥物的起效時間以及生物利用度，還可發(fā)揮一些新的治療效果。[1][2][3]但是傳統(tǒng)超微粉碎過程中，所需要消耗的能量較大，因為藥材不易受力，所以在藥材研磨過程中，對其施加一些壓力，會加快研磨進程，提高研磨效率。除此之外，我們知道在研磨過程中消耗的能量大約是沖壓破碎同等物體所消耗能量的4.75倍，即在研磨過程中對藥材進行一定的擠壓是節(jié)約能源和提高研磨效率的有效措施。

一、中藥沖壓研磨機的設計思路

圖1　中藥沖壓研磨機的整體結構示意圖

（一）設計要求

1.精度保證；

2.工作時操作簡單，穩(wěn)定性高；

3.轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)。

（二）結構設計及工作原理

1.回路式傳動機構

回路式傳動沖壓研磨機構，包括帶輪傳動機構、齒輪傳動機構、曲柄連桿機構和沖壓研磨組件，帶輪傳動機構包括方形軸、小帶輪、皮帶、大帶輪和第三轉(zhuǎn)軸等；齒輪傳動機構包括相互嚙合的圓柱齒輪和相互嚙合錐齒輪以及轉(zhuǎn)軸；曲柄連桿機構包括轉(zhuǎn)盤、連桿和擺桿組件。動力傳遞路線為：電機—帶輪傳動機構—齒輪傳動機構—曲柄連桿機構組件—沖壓研磨組件。在方形軸和撥叉共同作用下，磨盤可作沖壓運動，同時又能進行繞軸線旋轉(zhuǎn)研磨。沖壓研磨機能夠?qū)⒅兴幉目焖贈_壓研磨成粉末，減輕勞動強度，提高工作效率。

圖2　中藥沖壓研磨機的前視圖和左視圖

2.沖壓研磨機整體機構

（1）沖壓研磨機機構包括：帶輪傳動機構、齒輪傳動機構、曲柄連桿機構和沖壓研磨組件。其特征在于，具體結構和連接關系為：帶輪傳動機構包括方形軸、小帶輪、皮帶、大帶輪和第三轉(zhuǎn)軸等。小帶輪、軸套與方形軸過盈配合，大帶輪通過平鍵與第三轉(zhuǎn)軸連接，第三轉(zhuǎn)軸與機體上的圓孔間隙配合形成轉(zhuǎn)動副，大帶輪與小帶輪之間通過皮帶連接。

齒輪傳動機構包括：相互嚙合的圓柱齒輪和相互嚙合的錐齒輪以及第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸。第一轉(zhuǎn)軸和第二轉(zhuǎn)軸均與機體上的圓孔間隙配合，第一轉(zhuǎn)軸一端通過平鍵與第一錐齒輪連接，第二轉(zhuǎn)軸分別通過平鍵與第二錐齒輪、第二圓柱齒輪連接，第一圓柱齒輪通過平鍵與第三轉(zhuǎn)軸上端連接，第一圓柱齒輪與第二圓柱齒輪相互嚙合，第一錐齒輪與第二錐齒輪相互嚙合。

曲柄連桿機構包括：轉(zhuǎn)盤、連桿和擺桿組件。轉(zhuǎn)盤通過平鍵與第一轉(zhuǎn)軸另一端連接，連桿一端與轉(zhuǎn)盤上的第二鉸鏈鉸接，另一端與擺桿通過第一鉸鏈鉸接，擺桿和撥叉擺桿分別焊接在擺桿轉(zhuǎn)軸兩端，擺桿轉(zhuǎn)軸與第一軸承、第二軸承間隙配合，撥叉焊接在撥叉擺桿上。

沖壓研磨組件包括：方形軸套、頂盤和磨盤。方形軸套與方形軸間隙配合形成移動副，頂盤和磨盤分別焊接在方形軸套上。

（2）根據(jù)要求所述的一種回路式傳動沖壓研磨機構，其特征在于，所述方形軸套上焊接有頂盤和磨盤。

（3）根據(jù)要求所述的一種回路式傳動沖壓研磨機構，其特征在于，所述磨盤上端面有凹痕的粗糙摩擦面。

3.磨盤設計

為滿足旋轉(zhuǎn)與擠壓相結合，設計了可上下移動的磨盤，在工作時，發(fā)動機通過驅(qū)動軸連接磨盤中間的軸來驅(qū)動磨盤高速旋轉(zhuǎn)。另一邊，發(fā)動機通過皮帶輪、齒輪系、飛輪、轉(zhuǎn)軸擺桿來驅(qū)動磨盤在旋轉(zhuǎn)時通過下方的方軸上下來回移動。

圖3　磨盤內(nèi)部構造

擠壓前后磨盤中物藥物顆粒的狀態(tài)：

圖4　擠壓前后磨盤中藥物顆粒的狀態(tài)

二、電子電路的控制設計

無極調(diào)速控制。采用電子控制部分由無極調(diào)速開關、中間繼電器、電子控制器組成、電子調(diào)速器等組成。當需要調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度時，無極調(diào)速開關可以實現(xiàn)對發(fā)動機的調(diào)速控制。

三、能耗和效率的分析

粉碎過程中的能耗是比較復雜的問題，粉碎過程中的能耗與許多的因素有關。[4]

由經(jīng)典的Lewis公式：粉碎工程粒徑的減小所消耗的能量與粒徑的n次方成反比，表達為：

dE：顆粒粒度減小時的粉碎能耗；

C、n：常數(shù)；

X：顆粒粒徑；

所以對把藥材研磨得越細所消耗的能量就越多。除此之外，我們知道在研磨過程中消耗的能量大約是沖壓破碎同等物體所消耗能量的4.75倍，所以在研磨過程中把部分研磨的能量用于對藥材的擠壓，可適當減少能量的消耗。

四、應用前景

中藥材細粉的粒徑越小，其表面面積就越大，相應的有效成分的溶出更容易，在水中的溶解度較高，也更加易于人體吸收。但中藥材的粉碎直徑一般在10～100μm左右，最細的九號篩（200目）所得的細粉粒徑在75μm左右，此時的藥材粉體仍然是由數(shù)十乃至更多的細胞所組成，且大多數(shù)細胞都還比較完整，細胞中的活性成分需要穿過較多的細胞壁方能進入到溶劑之中。[5]較大的中藥材及其粗粉的細胞中的活性成分幾乎難以穿過諸多的細胞而到達溶媒中，因而提取率不高，無法最大限度地發(fā)揮藥物的功效。[1]所以需要采用超微粉碎技術，使細胞壁破碎。細胞破壁后，胞內(nèi)有效成分可充分暴露出來，使細胞內(nèi)的有效成分直接與外部提取溶劑相接觸，縮短提取時間，提高活性成分溶出度，特別是大分子成分提取率的增加更為明顯。[2]同時，藥物經(jīng)超微粉化時，中藥方劑在高強度沖擊力作用下，各種活性成分混合均勻，而使得固態(tài)的物料實現(xiàn)了液相混合以及乳化的效果，且可增加微粉粒子在胃腸道壁上的附著面積，從而提高有效成分的釋放、消化及吸收。此外，超細粒子的吸附能力很強，因而被排出體外的時間也相對延長，可提高活性成分的藥效及生物利用度。[6]沖壓研磨機可以使藥粉粒達到超微中藥粉徑水平，同時提高了效率，降低了能耗。同時，藥物經(jīng)擠壓超微粉化時，中藥方劑在高強度沖擊力作用下，各種活性成分混合均勻，使得固態(tài)的物料實現(xiàn)了液相混合以及乳化的效果。與此同時，中藥材沖壓研磨機可以達到超微粉碎，大大提升了中藥制劑水平以及產(chǎn)品的科技含量，不僅豐富了中藥劑型，提升了制劑水平，而且增加了產(chǎn)品的科技含量。常用中藥大部分具備無毒、無害的特點，為中藥發(fā)展提供了更加廣闊的空間，也為中藥超微粉碎技術的發(fā)展，對開展“綠色中藥”、保護環(huán)境、節(jié)省藥材資源、減輕運輸壓力、方便服用、降低成本等都具有重要意義。

參考資料：

［1］江一唱，劉云海.超微粉碎對復方中藥藥效的影響［J.］中國藥師，2011，14（79）：1352-1355

［2］谷麗麗，張雪梅，田莉瑛，等.中藥超微粉碎技術的應用及進展［J］.生命科學儀器，2008，6（8）：49-52.

［3］李德成，劉慶燕，韓傳偉，等.中藥超微粉碎技術在中藥制劑中廣泛應用的優(yōu)越性［J］.世界中醫(yī)藥，2010，05（06）：430-431，439.

［4］黃曉東，中藥黃連超細粉碎技術［D］.上海.華東理工大學，2011.

［5］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典（一部）［M］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2010：凡例9.

［6］耿亞，馬永明.超微粉碎對中藥方劑藥效的影響［N］.中國醫(yī)藥學現(xiàn)代遠程教育2013-5.