毕设论文-废电池分选设备的设计(除杂机构-筛选机构)

前言电池作为一种常见的日用品深入到我们的生活。然而，在方便人们生活的同时也给人们带来了烦恼。使用过的废弃电池中含有很多有害物质，如果不能够好好处理的话，就会污染环境危害人们健康。可是目前还没有好的处理电池的方法，尤其是我国，在关注废电池方面行动有些晚。还没有完整的电池回收处理的标准。目前查询的国内文献资料中，只有关于废电池拆解的设备，但是还缺少废电池分选设备，如果没有分选设备会影响处理废电池的效率。因此设计废电池分选设备是必要的。文献综述2.1电池的危害电池的种类繁多，按照使用次数可以分为：一次性电池和充电电池。根据材料，可分为：锌锰电池、碱锰电池、锂电池、镍电池、燃料电池及太阳能电池等。根据用途可分为：一般电池、车载电池、手机电池等。现在大家都说的废电池已经达到低汞和无汞化，即一只电池没有污染了，可以不用回收,随生活垃圾丢掉了，其实，这是由于废电池回收后在我国没有得到有效的处理的无奈之策。但是，现在废电池都是集中起来通过生活垃圾进入了填埋场，例如：北京市年消费电池近5000吨，但每年回收不足200吨，意味着95%以上的废电池进入了填埋场，北京市现有9个卫生填埋场，部分野坑，每个填埋场可能有几十万、几百万，甚至更多的废电池，在垃圾填埋场的条件下，一旦电池壳体破裂，电池中锌、锰等金属污染水源、土壤，最终通过食物链进入生态环境，将造成不可预计的危害；另外，数据统计表明：2005年我国年生产各种电池346亿只，其中我国年消费140余亿只。跟据实际统计：一只普通锌锰干电池(平均值)：含锌：22%、锰：26%、碳：8%、铁：17%等；一只碱性锌锰干电池(平均值)：含锌：16%、锰：35%、碳：4.5%、铁：20%等，我国每年消费普通锌锰及碱性锌锰干电池电池140亿只，折合重量20多万吨！我国每年废电池白白浪费仅锌一项达4万多吨！如果每个人都珍视废电池，我国每年仅节约“锌”可少开采2座中型矿山！废电池中浪费的资源是永远不可再生的一次资源，我国现在锌矿资源储量达2500万余吨，但我们每年开采300万余吨，意味着8年后我们可能再也没有锌矿可以开采了。所以，从某种意义上说，类似废电池这样的问题，可以说关乎国家的生死存亡：传统的生产模式下造成了大量的浪费并可能产生一系列问题，国家现在大力倡导循环经济，建立和谐社会，这也是大势所趋。含汞、含镉、含铅的这类电池有很多可以回收利用的金属元素，如果能加以利用不仅起到了环保的作用，还节省了资源。我国干电池生产年消耗锌，约为年锌总产量的15%左右。另外有资料显示废电池中有用的资源可占到90%以上.。如果能加以利用，其资源价值十分可观。1.2当前电池回收状况1.2.1国外回收旧电池的状况国外一些发达国家在回收处理废电池方面已经进行了一系列积极的探索，并积累了不少好的经验。美国、日本、欧盟等地区未把群众日常生活使用的普通干电池作为危险废物对待，也没有强制单独收集处理普通干电池的法律。少数发达国家的电池（子）工业协会、个别城市曾经组织过普通干电池收集活动，现在开展这类活动的地方已经很少了。日本、瑞士各有1个废电池再利用工厂，原来主要处理含汞普通废电池，现在则主要处理可充电电池。由于废电池总量较小，设施的生产能力有一部分闲置。德国把收集上来的废电池放置在废弃的矿坑中。在电池管理政策上，发达国家的政策可以概括为两类。第一类是针对普通干电池的。政府要求制造商逐步降低电池中的汞含量，最终禁止向电池中添加汞。这项要求是淘汰所有含汞产品、工艺（如以汞为触媒）的一部分，而不仅仅针对电池行业。现在，几乎所有的发达国家都禁止向电池中添加汞。对于报废的普通干电池，没有强制单独收集处理。如果某个城市或企业自愿单独收集处理（或利用），国家既不鼓励也不限制。第二类政策是针对可充电电池的。通过立法要求制造商逐步淘汰含镉电池。目前，镍氢电池、锂电池正在逐步取代镍镉电池。一些国家的电子制造商协会开展了可充电电池回收利用工作，效果也比较显著。这主要是因为可充电电池总消耗量相对较少（与普通干电池相比）；应用范围较小，容易通过以旧换新的方式收集；回收价值较高。这类废电池收集是比较容易的。据环保专家介绍，为加强对废电池的回收管理，德国实施了废电池回收管理新规定。规定要求消费者将使用完的干电池、钮扣电池等各种类型的电池送交商店或废品回收站回收，商店和废品回收站必须无条件接受废电池，并转送处理厂家进行回收处理。同时，他们还对有毒性的镍镉电池和含汞电池实行押金制度，即消费者购买每节电池中含有一定的押金，当消费者拿着废旧电池来换时，价格中可以自动扣除押金。另外，有的国家还制定了一些相关的政策。比如美国、日本废旧电池回收后交到企业处理，每处理一吨政府给予一定补贴；韩国生产电池的厂家，每生产一吨要交一定数量的保证金，用于回收者、处理者的费用，并指定专门的工厂进行处理。还有的国家对电池生产企业征收环境治理税或对废旧电池处理企业进行减免税等。1.2.2国内废电池回收状况法律法规方面：我国有关政府管理部门对废电池问题非常重视。国家环保总局等9部委于1997年出台的《关于限制电池中含汞量的规定》中要求：自2001年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池总重量0.025%的电池；自2001年1月1日起，凡进入国内市场销售的国内、外电池产品（含与用电器配套的电池），在单体电池上均需标注汞含量（例如：“低汞”或“无汞”）字样，未标注汞含量的电池不准进入市场销售。自2002年起，禁止在国内经销汞含量大于0.025%的电池。自2005年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池总重量0.0001%（1ppM）的碱锰电池；自2006年1月1日起，禁止在国内经销汞含量大于0.0001%的碱锰电池。2003年国家环保总局等五部委颁布的《废电池污染防治技术政策》中要求：各级人民政府应制定鼓励性经济政策等措施，加快符合环境保护要求的废电池分类收集、贮存、资源再生及处理处置体系和设施建设，推动废电池污染防治工作。同时规定：废一次电池的回收,应由回收责任单位审慎地开展。目前,在缺乏有效回收的技术经济条件下，不鼓励集中收集已达到国家低汞或无汞要求的废一次电池。1.3目前电池处理的方法工业回收方法：国际上通行的废旧电池处理方式大致有三种：固化深埋、存放于废矿井、回收利用。固化深埋、存放于废矿井如法国一家工厂就从中提取镍和镉，再将镍用于炼钢，镉则重新用于生产电池。其余的各类废电池一般都运往专门的有毒、有害垃圾填埋场，但这种做法不仅花费太大而且还造成浪费，因为其中尚有不少可作原料的有用物质。回收利用热处理瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂，巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎，然后送往炉内加热，这时可提取挥发出的汞，温度更高时锌也蒸发，它同样是贵重金属。铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金。该工厂一年可加工2000吨废电池，可获得780吨锰铁合金，400吨锌合金及3吨汞。另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素，并将氧化锰、氧化锌、氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售。不过，热处理的方法花费较高，瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费。“湿处理”马格德堡近郊区正在兴建一个“湿处理”装置，在这里除铅蓄电池外，各类电池均溶解于硫酸，然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属，用这种方式获得的原料比热处理方法纯净，因此在市场上售价更高，而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来。湿处理可省去分拣环节（因为分拣是手工操作，会增加成本）。马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨，其成本虽然比填埋方法略高，但贵重原料不致丢弃，也不会污染环境。真空热处理法德国阿尔特公司研制的真空热处理法还要便宜，不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池，废电池在真空中加热，其中汞迅速蒸发，即可将其回收，然后将剩余原料磨碎，用磁体提取金属铁，再从余下粉末中提取镍和锰。这种加工一吨废电池的成本不到1500马克。人工拆解我国有些地区采用人工拆解来得到电池中的有用物质。这种方法对工人的健康又很大影响，所以不应提倡。第三章废电池分选设备的方案分析与设计3.1废电池分选设备的功能原理分析机构分析废电池分选设备是一种将各种混杂的废电池进行机械分类并装入不同包装容器的方法。现在回收的废电池中混杂各种电池，例如：钮扣电池、普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、氢镍电池、镉镍电池、锂离子电池，形状有圆形扁平装、圆形柱状、长方形等不同形状，同时含有各种不同生活垃圾，例如：废纸、废塑料、口香糖等。通过了解不同电池的结构、成份等特点，参考现有国内外专利等资料，确定设计方案，并可指导加工成产品。根据任务需求，要将回收后的电池进行分拣。将目前满足拆解条件的电池分检出来（目前的条件可拆解圆柱锌锰电池）等待下一步的加工，不满足条件的电池进行封装保存。所以，本系统的主要功能有四个：除杂，除去废电池中混杂的杂质。（其中杂质包括生活垃圾，纽扣电池，方形电池，锂离子电池）分型号，为便于以后的加工，需要把电池的大小型号分开，目前回收的电池中主要以分选1号5号7号圆柱电池为主。分类型，由于圆柱电池的成分不同，所以组成结构不同，需要分开拆解。本设计需要区分普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、氢镍电池、镉镍电池。前两种电池为一次电池，后两种电池是可充电电池。装箱，把分好类的电池装箱，等待下一步的加工。图3.1分选装置流程图根据需求，主要的步骤如下：1.使电池从料斗中漏下，且控制相应的速度。2.将电池还有杂质区分开，杂志除去，电池回收起来。3.通过筛选使手机电池和纽扣电池从电池的总体中分离出来。手机电池及纽扣电池分开储存，剩余部分传送到下一个单元。4.通过筛选使方形的电池从电池中分离出来并且储存。5.通过传送带使电池传送到下一个工序，且排队。6.把圆柱电池按尺寸型号分开，主要分为1号5号7号电池。7.按电池的成分把同尺寸电池分类。目前要分的种类有如下几类：普通锌皮锌锰电池、普通铁皮锌锰电池、普通铁皮碱性锌锰电池、氢镍电池、镉镍电池。（重要步骤）8.把分好类的电池装箱。3.2目标、规格、主要技术性能分选设备每次分选30kg电池，每天达到分选1吨电池的目的。设计主要采用机械装置，需要用到单片机控制，工作时需要人工看管。第四章除杂机构设计 除杂机构用于去除废电池中的垃圾，并控制电池的流量。根据统计，这些垃圾以废纸、废塑料为主，所以可以设计吹风机构去除。将电池从料斗中漏下的过程中，在旁侧加风机，控制风力大小祛除碎纸塑料等杂质。如图3.1，为控制流量，仿照播种机的原理，在漏斗口处安放特制的大齿轮，用齿轮的齿槽携带电池从漏斗上漏下。这样控制齿轮转速就能控制电池流量。图4.1吹风机构4.1制定参数根据处理电池的质量为30kg。所以可定漏斗长宽高分别为600mm×400mm×320mm，漏斗材料采用45钢。经过优化，把控制流量的大齿轮改为大滚筒，以便适应漏斗尺寸和电池尺寸。滚筒直径d=210mm长度478mm。定滚筒转速30r/min为方便电池装填，定除杂机高度1.1m左右。4.2拟定传动方案为保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利，选择带传动加齿轮传动的方案。带传动的承载能力较小，传递相同转矩时结构尺寸较其他形式大，但传动平稳，能缓冲减震，因此布置在传动的高速级。齿轮的传动平稳，所以可以设计减速器，平稳的降低电机转速，传递功率，传动带相连。图4.2大滚筒传动图4.3原动机选择因为无特殊要求所以选择交流电动机作为原动机，根据参数可计算工作机功率。漏斗每次装入30kg废电池所以设滚筒承受的力为300N。滚筒转速30r/min滚筒直径d=210mm滚筒所需功率PW=Fωr=945WV带传送的效率1=0.96滚动轴承的效率2=0.99（3对）联轴器的效率3=0.97总效率=1233=0.904电动机所需的功率为=1045.354W则选择YY801-4即可，同步转速1500r/min，四极额定功率1.1kW，满载转速1400r/min4.4V带传动设计传动功率取q=1.05kW主动轴转速n1取1400r/min从动轴转速n2取350r/min传动比为i=4设计功率Pd=KAP取KA=1.1则Pd=1.04kW则小带轮的基准直径为dd1=63mm大带轮的基准直径为dd2=idd1（1-ε）取ε=0.015（0.01~0.02）dd2=248.22mm选取标准值dd2=250mm初定轴间距通过计算的方法确定0.7（dd1+dd2）≤a0＜2（dd1+dd2）219≤a0＜626取a0=450mmLd0=1411.09mm选取基准长度Ld0=1400mm实际轴间距a≈444mm单根V带传递的额定功率P1=2.8kW传动比i≠1的额定功率增量△P1=0.5kW计算公式带速小带轮包角V带的根数确定参数小带轮包角修正系数Kα=0.99带长修正系数KL=0.96计算结果V=4.62m/sα=155.87°z=1单根V带的预紧力作用在轴上的力确定参数V带每米的长质量m=0.12kg/m计算结果=174.23N=340.76N则实际传动比为i=3.97则输出速度为n=352.64r/min4.5减速器齿轮部分设计4.5.1设计数据传递功率P=1.04(kW)输入转速n1=352.64(r/min)输出转速n2=30(r/min)总传动比i=11.75则i1=i2=3.4284.5.2高速齿轮设计由T=9549P/n式中：P为齿轮传递的功率（kW）；T为传递的转矩（N·m）；n为齿轮的转速传递转矩T=28.16(N·m)原动机载荷特性SF=轻微振动工作机载荷特性WF=均匀平稳预定寿命H=10000(小时)齿轮1硬度取值范围HBSP1=45～50齿轮2硬度取值范围HBSP2=45～50齿轮2硬度HBS2=48齿轮基本参数模数(法面模数)Mn=3(mm)端面模数Mt=3齿轮1齿数Z1=28齿轮1变位系数X1=0.00齿轮1齿宽B1=25.00(mm)齿轮1齿宽系数Φd1=0.298齿轮2齿数Z2=96齿轮2变位系数X2=0.00齿轮2齿宽B2=20.00(mm)齿轮2齿宽系数Φd2=0.069标准中心距a0=186(mm)实际中心距其中中心距变动系数a=186(mm)分度圆直径齿顶高齿根高压力角an=20°齿轮1分度圆直径d1=84.00(mm)齿轮1齿顶圆直径da1=90.00(mm)齿轮1齿根圆直径df1=76.50(mm)齿轮1基圆直径db1=78.93(mm)齿轮1齿顶高ha1=3.00(mm)齿轮1齿根高hf1=3.75(mm)齿轮1全齿高h1=6.75(mm)齿轮1齿顶压力角αat1=28.71(度)齿轮2分度圆直径d2=288.00(mm)齿轮2齿顶圆直径da2=294.00(mm)齿轮2齿根圆直径df2=280.50(mm)齿轮2基圆直径db2=270.63(mm)齿轮2齿顶高ha2=3.00(mm)齿轮2齿根高hf2=3.75(mm)齿轮2全齿高h2=6.75(mm)齿轮2齿顶压力角αat2=22.998480(度)齿顶高系数ha*=1.00顶隙系数c*=0.25压力角α*=20(度)端面齿顶高系数ha*t=1.00端面顶隙系数c*t=0.25端面压力角α*t=20.00(度)端面啮合角αt'=20.00(度)4.5.3低速轴齿轮设计传递功率P=1.04kW齿轮3转速n3=102.84r/min齿轮4转速n4=30r/min由T=9549P/n式中：P为齿轮传递的功率（kW）；T为传递的转矩（N·m）；n为齿轮的转速传递转矩T=96.57(N·m)原动机载荷特性SF=轻微振动工作机载荷特性WF=均匀平稳预定寿命H=10000(小时)齿轮3硬度取值范围HBSP1=45～50齿轮3硬度HBS1=48齿轮4材料及热处理Met2=45<表面淬火>齿轮4硬度取值范围HBSP2=45～50齿轮4硬度HBS2=48齿轮基本参数模数(法面模数)Mn=3(mm)端面模数Mt=3齿轮3齿数Z1=23齿轮3变位系数X1=0.00齿轮3齿宽B1=25.00(mm)齿轮3齿宽系数Φd1=0.362齿轮4齿数Z2=79齿轮4变位系数X2=0.00齿轮4齿宽B2=20.00(mm)齿轮4齿宽系数Φd2=0.084标准中心距a0=153(mm)实际中心距其中中心距变动系数a=153(mm)齿数比U=3.434分度圆直径齿顶高齿根高压力角an=20°齿轮3分度圆直径d1=69.00(mm)齿轮3齿顶圆直径da1=75.00(mm)齿轮3齿根圆直径df1=61.50(mm)齿轮3基圆直径db1=64.84(mm)齿轮3齿顶高ha1=3.00(mm)齿轮3齿根高hf1=3.75(mm)齿轮3全齿高h1=6.75(mm)齿轮3齿顶压力角αat1=30.17(度)齿轮4分度圆直径d2=237.00(mm)齿轮4齿顶圆直径da2=243.00(mm)齿轮4齿根圆直径df2=229.50(mm)齿轮4基圆直径db2=222.71(mm)齿轮4齿顶高ha2=3.00(mm)齿轮4齿根高hf2=3.75(mm)齿轮4全齿高h2=6.75(mm)齿轮4齿顶压力角αat2=23.58(度)齿顶高系数ha*=1.00顶隙系数c*=0.25压力角α*=20(度)端面齿顶高系数ha*t=1.00端面顶隙系数c*t=0.25端面压力角α*t=20.00(度)端面啮合角αt'=20.00(度)4.6轴径的选定联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而轴的直径是在初算轴的直径基础上进行的，所以要先初算轴的直径。轴的直径可按扭转强度发进行估算，公式可计算。其中材料为45钢时C=107~118，取C=110。4.6.1变速器输入轴初估直径 P=1.04Kw n=352.64r/min =15.78mm4.6.2变速器输出轴及滚筒轴初估直径因为变速器输出轴和滚筒轴是刚性连接所以转速相同，可选择相同轴径值。P=1.04×0.904=0.94kWn=30r/min得轴的初直径=34.68mm可定轴最细处直径是38mm即联轴器处。4.7联轴器的选定 根据工作要求，轴的转速较低工作比较平稳所以选用凸缘联轴器。凸缘联轴器结构简单，制造容易，工作可靠，装拆方便，刚性好，传递转矩大。根据轴直径d=38mm选择联轴器的型号是GY5公称转矩400Tn/（N*m），许用转速n=8000r/min。4.8键的强度计算键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸是其截面尺寸与长度。截面尺寸根据轴径确定，键的长度一般根据轮毂而定，键长亦应符合标准规定的长度系列。重要的键连接在选出键的类型尺寸后还应进行强度校核。普通平键的校核公式为4.8.1联轴器键的校核T=9550×P/nk=0.5h=4mml=L=45mmd=38mm所以所以合格4.9滚筒轴的校核计算图4.3受力分析数据：d=25q=0.63N/mmp=0.925kWn=30r/min由：由：得：FB=119.00NFE=181.00NAB段：M1=0（0x100）BC段：（100x152）CD段：（152x628）DE段：应用第四强度理论校核：图4.4扭矩图∴符合强度要求。第五章电流分选机构设计 一次电池在回收的废电池中占了很大的比例，是也是主要分解的一类，想要分类就需要了解一次电池的外观结构。 一次电池主要是指普通锌锰电池和碱性锌锰电池。从外观观察，普通锌锰电池外部包裹锌皮，另外有一部分在锌皮外边还包裹一层铁皮，而碱性锌锰电池和可冲电电池都是铁皮包装。根据这个特点很容易设计磁选机构，把锌皮电池从中间选出来。但是包裹铁皮的锌锰电池就不能使用这种方法。普通锌锰电池与其他电池的另一个区别就在于封口方式的不同锌锰电池是征集封口，在电池整机的地方可以看到一个塑料的绝缘圈，更高级的碱性电池是负极封口。正负极大部分被金属覆盖，所以我们可以用两个探头通过建检测电池正负极附近是否可以通电来识别带有铁壳的普通锌锰电池。如下图：图4.1检测装置示意图5.1电流检测机构结构设计5.1.1运动方案的选择本机构由于要分选电池，所以需要电池可以向2个方向运动，经分析，电池被检测后有三个方向可以运动：向前，向上，向下。所以有3种组合方案可以选择：方案1向前，向上方案2向前，向下方案3向上，向下如果选择方案1，电池向前运动很好达成，但是让电池向上运动就需要在被测电池的下方有一个向上运动的机构，并且还需要考虑电池被顶起后需要向那个方向移动。如果选用方案2，同方案1相比相同的地方是都有向前的运动，不同时方案2向下运动，比价方案1向下运动后电池的去向更好实现，可以直接在检测传送带下边另接一条传送带即可。如果选用方案3，就需要步距电机旋转角度控制电池上下，造价比较昂贵。所以综合来说方案2是最优的方案，选用方案2。如图当被测电池经过检测后，如果合格则电磁铁1接通压块1压下合格电池从出口1落下，当压块抬起后下一枚待测电池由挤压作用被压到待测位置，进行下一次测量。如果被测电池经检查不合格，则电磁铁2接通使压块2压下，有一枚不合格电池从出口2被压出。同样由压力作用下一枚待测电池把已测的不合格电池压出测量位置。继续下一次测量图5.2检测原理示意图图5.2检测装置示意图如图，选用2个同步转动的凸轮控制杠杆摆动来夹住电池，凸轮的传动机构简图如图4.3根据机构简图就可以设定检测机构个部分尺寸。图4.3凸轮机构传动简图5.1.2检测机各部分尺寸设计杠杆尺寸设计本次设计以检测5号电池为例，由表4.1查得5号电池尺寸D=13.5mmH=50mm表4.1锌锰电池型号和规格标准所以可以初定杠杆的尺寸长度总长L=237mm杆的宽度b=17.5mm杆的厚度h=20mm倾斜角度α=30°图4.4杠杆尺寸图由杠杆尺寸可以指定杠杆的极限位置图4.4杠杆极限位置图当杠杆打开时需要检测触头离电池5mm以便电池可以正常移动，不受触头影响由此可得出杠杆的摆角为3°并可以得到弹簧的长度L=65mm，辅助杆经过的孔径d=6mm凸轮的行程h=6mm由此可确定凸轮的形状凸轮尺寸设计凸轮可以实现无特定规律要求的工作行程，也可以实现有特运动规律的行程，还可以实现复杂的运动轨迹。凸轮有结构简单、紧凑，具有很少的活动构件，占据空间小的特点。最大的优点是对于任意要求的从动捡运动规律都可以毫无困难的设计出轮廓线来实现，它常用于传力不大的场合，在本机构中只要调整好弹簧的弹性，完全可以使用凸轮。由上一步已知凸轮的行程h=6mm可定凸轮的基圆r=19mm跟据需要凸轮要完成一次推程和一次回程中间分别有一段长间隔和短间隔定机构每分钟检测30个电池则凸轮的转速就是30rad/min在2s的周期中检测机触头大概需要与电池接触0.1s，加上推程和回程的时间大概需要0.5s其余的1.5s留给控制电池的运动。杠杆处于张开状态。由此可以设计出凸轮。图4.4凸轮设计图锥齿轮的设计为了实现凸轮的同步转动需要把两个凸轮联系起来，如果使用一般的直齿轮连接，直齿轮的直径会很大，影响检测机其他机构的设计。此时锥齿轮就是很好的解决方法。直齿锥齿轮有结构简单，制造容易，成本低，承载能力较低，噪音较大（经磨削后，噪声可大为降低），轴向力较小等特点。根据本次设计可以选用直齿锥齿轮。本齿轮只为改变传动方向，所以可已选择传动比为1的一对齿轮，就是说可以选取2个相同的齿轮。所以设计数据如下：分锥角δ=45°齿顶高ha=m=2齿根高hf=1.2m=2.4分度圆直径d=mz=40齿顶圆直径da=d+2hacosδ=40+2.828=42.828齿根圆直径df=d-2hacosδ=40-2.828=37.1715锥距R=根号2/2*mz=28.2842齿根角tanθf=hf/R=0.08486θf=4.85°顶锥角δa=δ+θf=49.85°根锥角δf=δ-θf=40.15°顶隙c=0.2*m=0.4分度圆齿厚s=πm/2=3.14当量齿数zv=z/cosδ=20/cos45=28.28齿宽B<=R/3=28.28/3=9.42取整B=9图4.5锥齿轮设计轴的设计根据之前确定好的零部件大小和位置，可定轴的长度，主轴长度L=190mm图4.6主轴尺寸图凸轮轴的长度L=161mm图4.7凸轮轴尺寸图压块和的设计为使电池向下运动，需要设计一个压块。因为压块竖直方向上有高度限制，没办法直接加动力，所以选用一根小的杠杆传递动力。压块的高度h设为30mm，压块的宽度比电池的高要短，所以长度l设为40，厚度要比电池的直径小b=10mm，压块尺寸图如下图4.8压块尺寸压块底部设计成燕尾形与杠杆配合起到加紧定位作用，当杠杆收紧，通过小连杆推动压块压下，起到完全定位。图4.9电池定位5.2电流检测机构运动参数及动力参数设计5.2.1检测机受力分析根据图4.4对杠杆2个极限位置分析在杠杆张开时，弹簧只受很小的阻力，可以保持杠杆的张开状态在杠杆收紧时，弹簧收缩，到达收紧极限位置时弹簧受力最大。杠杆受力图如下图4.10杆受力图设弹簧刚度2.5N/mm则F1=2.5*8=20N所以凸轮对杠杆用力F=20*105/69=30.43N由凸轮转速30r/min凸轮半径19mm则凸轮所需功率为P=Fωr=17W5.2.2检测机动力分析凸轮的动力分析锥齿轮的效率1=0.96滚动轴承的效率2=0.99（3对）联轴器的效率3=0.97总效率=1233=0.904凸轮电动机所需的功率为=17/0.904=18.8W因为电机功率很小，所以可以选用直流电机则选择40ZYW3额定电压24V额定转速5000r/min额定转矩40N*m输出功率20.5W额定电流1.6A质量200g压块的动力分析压块的动力有2种，杠杆收紧时，带动小连杆下压，小连杆推动压块，加紧电池。当杠杆张开后，电磁铁把小杠杆吸起，小杠杆带动电池压下，把电池压入槽中。第六章控制系统设计6.1控制系统的选择6.1.1控制系统需要完成的功能在分选系统中控制系统需要完成如下功能控制电源控制电磁铁通断控制电机检测电流连接传感器，检测电池质量信息计数6.1.2控制系统的选择方案一：继电接触器控制系统。继电接触器控制系统是使用按钮、开关、行程开关、继电器、接触器等组成的控制系统。它通过电气触点的闭合和分断来控制电路的接通与断开，实现对电动机拖动系统的起动、停止、调速、自动循环与保护等自动控制。优点：具备控制器件结构简单、价格低廉、控制方式直观、容易掌握、工作可靠易维护等优点。缺点：体积较大、控制速度慢，改变控制功能必须通过改变接线来完成，比较麻烦和困难。方案二：可编程控制器（PLC）。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。特点：可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。基于以上优点，分选设备应选用可编程控制器控制。根据现有资料，暂时使用能力风暴AS-UII机器人及其扩展卡。6.2控制系统简介 AS-UII是面向教育的新一代只能移动机器人。它有一个功能强大的微处理系统，而且还能扩展听觉视觉、和触觉，成为真正意义上的智能机器人。针对本次设计系统选用AS-Mfunction多功能扩展卡来完成数据输入输出。下图是ASUII结构图：图6.1ASUII结构简图AS多功能扩展卡：AS-Mfunction多功能扩展卡是“能力风暴”机器人系列扩展卡之一。其主要功能是完成对EI产品的控制。图6.2AS多共扩展卡图6.3AS控制卡端口图主要参数：输出端口：电机输出口 4个，输出电压取决电池电压，最大可达12V，最大输出电流可达±1A，可以通过编程控制电流的方向。数字量输出口 4个，输出电压取决电池电压，最大可为12V，最大输出电流为1A，电流只能朝一个方向流动。输入端口：数字量输入端口 8个模拟量输入端口 3个输入捕捉口 2个编程界面介绍：AS-UII编程界面包括两部分，分别是图形界面和JC代码界面，图形界面直观易懂，编程界面与C语言界面类似，也叫容易学习。图6.4AS图形界面图6.5JC代码界面6.3编制控制程序6.3.1分析控制的动作需要的接口检测机构启动、检测机构停止 需要1个数字输入凸轮电机启动停止 需要1个数字数入和1个数字输出电磁铁1的启动、停止 需要1个数字输出电磁铁2的启动、停止 需要1个数字输出检测触头的三种通电状态 需要2个数字输入5.3.2编制图形界面（即流程图）设电路需要2个按钮，按钮1控制电源通断。按钮2控制凸轮电机启动。触头通电时有2种状态，断电时有一种状态则按钮1对应 数字输入1按钮2对应 数字输入2触头通电1 数字输入3触头通电2 数字输入4电磁铁1 数字输出1电磁铁2 数字输出2凸轮电机 数字输出3系统的工作步骤应该是①启动系统②启动检测（即启动凸轮电机）③检测装置判断④电磁铁通电⑤复位由此可编制系统主流程图图6.6系统主流程图检测部分子流程图6.4图6.7检测部分子流程图由流程图可得到程序：intmd_1=0;intmcd_1=0;voidmain(){while(1){md_1=read(0x4000);if((md_1&0b1)==0b0){SubRoutine_1();md_1=read(0x4000);if((md_1&0b10)==0b0){SubRoutine_2();SubRoutine_4();SubRoutine_3();}}}}voidSubRoutine_1(){mcd_1=(mcd_1&0b1110)|0b1;write(0x5000,mcd_1);return;}voidSubRoutine_2(){while(1){md_1=read(0x4000);if((md_1&0b1)==0b0){return;}else{md_1=read(0x4000);if((md_1&0b100)==0b0){wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b1011)|0b100;write(0x5000,mcd_1);wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b1011);write(0x5000,mcd_1);}else{md_1=read(0x4000);if((md_1&0b1000)==0b0){wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b1011)|0b100;write(0x5000,mcd_1);wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b1011);write(0x5000,mcd_1);}else{md_1=read(0x4000);if((md_1&0b1100)==0b0){wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b111)|0b1000;write(0x5000,mcd_1);wait(0.500000);mcd_1=(mcd_1&0b111);write(0x5000,mcd_1);}}}wait(1.000000);}}}voidSubRoutine_3(){mcd_1=(mcd_1&0b1110);write(0x5000,mcd_1);return;}voidSubRoutine_4(){mcd_1=(mcd_1&0b1101);write(0x5000,mcd_1);return;}6.4线路连接由于电池有正极和负极的分别，所以在连接的时候需要串联二极管控制电流方向，以免系统出现故障。图6.8电路图第六章结束语废电池的妥善处理是一件利国利民造福子孙的环保事业，然而现在却步入了一种有人收集却无人处理的窘境。主要原因是缺少可行的处理技术。废电池分选是废电池回收利用的重要环节，把废电池分门别类，才能更好的处理。由于设备的机构较多所以选择了两个比较复杂的机构重点设计。参考文献[1]现代实用机床设计手册编写组编.现代实用机床设计手册(第一册，第二册).北京：机械工业出版社，2006[2]冯新安主编.机械制造装备设计[M].第二版.北京：机械工业出版社，2005[3]韩秋实主编.机械制造技术基础.北京：机械工业出版社，2004[4]中国国家标准.机械卷全套。[5]赵松年，张奇鹏主编.机电一体化机械系统设计.北京：机械工业出版社，1998.[6]机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册（上册，下册）.北京：机械工业出版社，1994[7]徐灏主编.新编机械设计师手册(下册).北京：机械工业出版社，1995.[8]JBT9022-1999，振动筛设计规范[S].[9]王自新.真空处理废电池废灯管设备：中国，200320100485.9[P].2004-09-22.[10]CN200610061204.1,废弃电池分选拆解工艺及系统H01M652(2006.01)I.[11]万永明.废旧电池回收分解头：中国；00222863.7[P].2001-1-13.[12]万永明.废旧电池回收处理机：中国，02222062.3[P].2002-03-29.[13].深圳市先宇达科技有限公司.电池分选机：中国，2006200664169.4[P].2007-10-3.[14].哈尔滨大学.利用多脉冲电流激励来对动力电池进行分选的设备.中国，200720115909.7[P].2008-9-24.[15].BARETECCO.LTD.RECYCLINGMETHODOFWASTEBATTERY:SOUTHKOREA,2008047956[P].2008-04-24.基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究