一款试管加盖机的设计

马雪洁，钟鄂绘，郑洪波

（1.广东科学技术职业学院机电学院，广东珠海 519090；2.珠海倍健电子科技有限公司，广东珠海 519091）

0 引言

作为医学临床检验，用试管采集血液等作为化验样本，是最常见的方式。在用试管采集的样本提取分析后，试管内剩余的样本还需要短期或长期保存。在保存的过程中，需要将试管密封以防止样本挥发污染环境。目前，需要加盖的血样一般是由医护人员手工操作。手工加盖操作除了使医护工作人员劳动繁重外，还存在试管口破裂划伤操作人员，造成交叉感染的危险。随着医院检验项目的增加，尤其是一些大医院，医院内每天的化验量很大，“加盖”这种工作无疑成了较为繁锁的体力劳动，影响检验的效率。因此，医学实验室急需一种具有生物安全防护功能的加盖装置，以替代试管标本加盖过程的手工操作。为改善这种状况，研制了试管加盖装置[1]。

本装置的发明，可以轻松地解决试管加盖的问题，既解决了职业暴露风险问题，避免试管破损对人身的伤害，也减轻了操作者的体力劳动，同时，也是实验室自动化的一个组成部分，提供了一个满足其技术要求，能稳妥地加盖试管盖，又具备了安全防护的功能的装置。

1 用途及性能

（1）试管加盖装置主要用于医院检验科、实验室，在临床检验过程中，检验分析后，试管内样本需短期保存，给样本试管加盖密封储存的一个装置，便于以后复查检验使用。

（2）它既可以替代现有的手工作业，杜绝医护人员因手工加盖带来的潜在生物污染风险，又可降低医护人员的劳动强度，提高工作效率。该机可同时为40个试管加盖，一次操作约为50 s，每小时能为试管加盖2 500～2 800个。

（3）该机设计巧妙、操作方便，具有体积小，结构简单，效率高，实用性强，安全性好并且制造成本低等优点。不同直径的试管，可同时上架加盖，一种盖子可盖两种不同直径的试管，无需分类。

2 加盖装置的组成与原理

试管加盖装置由上底板、盖帽架、加帽杆、加帽杆压力传感器板、中板、转盘、下底板等组成。如图1所示。

图1 试管加盖装置组成

整个加盖机的本体为一个门架体结构，内具有一个能上下运动的盖帽架和一个能来回转动的转盘。盖帽架上有加帽杆和传感器板，整个盖帽架由电机1上下驱动。转盘上有试管盖架和试管架，整个转盘由电机2驱动。当装有试管盖的试管盖架放入加盖机后，电动机2驱动转盘转动，将试管盖架送到盖帽架下方。电机1驱动盖帽架向下移动，将加帽杆插入试管盖架取盖；当试管盖被加帽杆插入后，加帽杆在盖帽架带动下上升，试管盖被拾取，等待将试管加盖。当装有试管的试管架放入加盖机后，电机2驱动转盘，将试管架送到盖帽架下方，同时试管盖架被移出，此时，如果试管盖架里没有试管盖了，可以更换试管盖架或加装试管盖。

在试管架到位后，加帽杆在盖帽架的带动下，向下将试管帽压进试管口，为保证试管盖被压紧，盖帽架继续向下，通过弹簧向加帽杆增加压力，直到一定距离后，盖帽架上的传感器板探测到加帽杆后停止；电机1驱动盖帽架上升到最高点，完成加盖。电机2驱动转盘将试管架送出，试管盖架被送进，再可以进行下一轮加盖工作。

3 结构创新

（1）专用试管盖的结构设计

与试管加盖装置相配合的试管盖是特制的，既易于拾取，又易于加盖的专用试管盖，如图2所示。该试管盖为一圆梯台型瓶盖，其下部的内径与试管内径相同，以保证加盖试管的密封效果。上部的外径大于试管外径，中间有一圆柱状沉孔，沉孔内有一圈凸缘，可以是点状或者条状，在加帽杆插入沉孔的时候，起到卡口的作用[2]。

图2 试管盖结构平面及立体图

（2）加帽杆结构的设计

加帽杆是一条或多条带有弹簧的长条管，管的头部的直径大小可以插入试管盖，上有环形凹槽以卡住试管盖，保证可靠拾取试管盖，管中间有一电磁铁，其作用是在完成加盖试管盖以后，电磁铁动作，将试管盖从加帽杆上推出。弹簧的作用是保证对每一个试管加盖的力量基本相同，以保证在试管长短差异时，也能很好地完成试管加盖。

（3）转盘结构的设计

转盘上有两个对称装置的托盘，托盘分别放置装有试管盖的试管盖架和装有待加盖试管的试管架。托盘在转盘来回转动下，依次将试管盖和试管分别送到加帽杆下方。当试管盖转动到盖帽架下方时，加帽杆向下插入到试管盖架里面的试管盖内的卡口部位，将试管盖拾取后向上运动到上顶部。当转盘再次转动时，装有试管的试管架移到盖帽架下方，加帽杆向下运动，将试管帽压盖在试管口，在加帽杆上升时，加帽杆内部的电磁铁将试管盖从加帽杆上推出来，完成加盖动作。依次来回，更换试管架内的试管，就可加盖多个试管。

（4）试管盖拾取和加盖结构创新

使用一个机构完成试管盖拾取和加盖两个动作，用转盘依次将试管盖和试管分别送到工作位置，盖帽架和加帽杆运动与试管架及试管盖架相配合，完成拾取试管盖和加盖试管盖的动作。转盘将试管盖架送到盖帽架下方，加帽杆前端正好插入试管盖的沉孔，钩住试管盖，完成拾取试管盖的动作。随后转盘将试管架送到盖帽架的下方，其配合在于加帽杆正好将试管盖加盖在试管口上。盖帽架继续向下运动，加帽杆上的弹簧被压缩，当压缩一定距离时，得到适当的盖紧试管盖的压力，这时加帽杆上部被传感器检测到，盖帽架停止运动。加帽杆在盖紧试管盖后，内部的电磁铁将试管盖从加帽杆上推出，直到完成试管盖与加帽杆的分离。试管架、试管盖架和加帽杆的结构提供了试管盖拾取和加盖过程中的定位，试管盖架的孔洞内装有试管盖，孔洞位置与加帽杆是中心对应的；试管架的孔洞内装有待加盖的试管，孔洞位置与加帽杆也是中心对应的，保证试管盖与试管准确定位。用简洁的结构保证了整个试管盖拾取和加盖过程。

4 结论

该试管加盖装置轻松解决了血液标本短期保存的试管密闭问题，确保标本保存的安全、实现标本保存标准化，提高了医护人员的工作效率，减轻了劳动强度。该装置巧妙的设计使得整台机器结构简单，体积小，成本低，并且安全可靠，性能稳定。该机构是准备研发的“生物标本安全操作自动化系统”的一个组成部分。具有广阔的市场前景。

［1］程建良，王保卫.采血管自动开盖机设计［J］.机电工程技术，2007，36（07）：26-29.

［2］吴宗泽.机械结构设计准则与实例：第一版［M］.北京：机械工业出版社，2007.

［3］徐峰，李庆祥.精密机械设计：第一版［M］.北京：清华大学出版社，2005.