毕业设计（论文）-底卸式物流分拣机及分拣信号自动识别系统【全套图纸】.doc

中国矿业大学2011届本科毕业设计 目 录全套图纸，加1538937061 绪 论11.1 物流的基本概念和发展方向11.1.1 物流的基本概念11.1.2 现代物流的发展方向11.2 带式输送机的特点11.3 分拣系统简介及分拣机的分类21.3.1 分拣系统简介31.3.2 分拣机的分类及特点41.4自动分拣系统作业描述61.5自动分拣系统的主要特点71.5.1能连续、大批量地分拣货物71.5.2分拣误差率极低71.5.3分拣作业基本实现无人化71.6自动识别技术与设备在现代物流中的应用72 设计要求及方案确定82.1 设计要求82.2 方案确定93 底卸式分拣机系统的整体设计93.1 输送货物的特点及分拣要求103.1.1 输送货物的特点103.1.2 分拣要求103.2 基本参数的确定103.2.1 带宽的确定103.2.2 带速的确定103.2.3 输送量103.2.4电动滚筒功率的确定113.3 带式输送机的选型113.3.1三种常用的带式输送机的特点及适用范围113.3.2主要参数及设计选用123.3.3输送带层数确定123.3.4 输送带材料确定133.3.5 输送带的连接方法133.4 电动滚筒的选型143.5 改向滚筒的设计及强度校核153.5.1 改向滚筒的设计153.5.2改向滚筒的轴的校核163.6 中间架及托板的设计183.7 带式输送机底架的设计193.8 气压缸的设计203. 8. 1气压传动及其应用203. 8. 2气缸的设计213.9 气压回路的设计263.10 底卸式物流分拣机的总体装配顺序294 分拣机信号自动识别系统设计294.1 自动识别系统总体设计方案294.2 条形码识别器的选用304.2.1 条形码概述304.2.2条形码识别系统的组成304.2.3条形码的识别原理304.2.4条形码识别器的选用314.3 A/D转换器的选择324.4 控制电路的设计324.4.1单片机的选择及其接口电路324. 4. 2其它电路344.5 程序设计364.5.1设计程序流程364.5.2延时时间的计算364.5.3程序37参考文献41翻译部分42英文原文42中文译文53致 谢60 中国矿业大学2011届本科毕业设计 第63页1 绪 论1.1 物流的基本概念和发展方向1.1.1 物流的基本概念物流的基本任务是完成物资实体（物资及其载体）的物理流动过程,既是完成物资实体（包括原材料燃料动力、工具、半成品、零配件、成品）等的储存和运输。围绕这一基本任务，物流还包括物资的计划、管理，既检验、包装、装卸等。最终要根据物资的种类、数量和质量，在最合适的时候，以最低的成本，将其送到正确的地点。同时，即使完成物料信息的传输和修改，以及输送工具（载体）回收的全过程。近几年来，物流成为续互联网和电子商务之后的又一热点，越来越受到企业的关注。很多企业希望引入现代物流的管理理念，借助于现代物流技术与装备，重建自己的物流系统，以降低成本，提高效益，增强市场竞争力。事实证明，通过实现企业物流的现代化来提升管理的水平，获得更大的利润空间，已成为有远见的企业家成功的捷径。物流管理装备的市场需求将大幅增加，为整个行业提供了巨大的发展空间。1.1.2 现代物流的发展方向社会生产力的发展要求建立高效的物流系统。自有生产以来就有物流，但是物流作为一项专门的学问引起人们的重视，作为一个专门的学科被研究，却远远滞后于生产制造。在社会生产力发展的早期阶段，人们把主要精力放在生产制造过程；研究高效率的加工机械；改进加工工艺；采用新材料等，力图降低成本，提高生产率。随着社会生产力的发展，生产制造业的发展出现了三种明显的趋势：（1）自动化水平越来越高。生产设备从手工到机械，直到自动化，生产率大大提高，生产节奏加快。（2）柔性化水平也越来越高。随着市场竞争的需要，多品种、小批量产品生产日益增多。（3）产规模表达扩大，专业分工越来越细。使得现代生产物流具有以下特点：（1）现代化的物流设备。生产物流现代化的基础，首先是采用快速、高效、自动化的物流设备。计算机管理（2）计算机管理。与现代生产制造想适应的物流系统，一般都有结构复杂、物流节奏快、物流线路复杂、信息量大、适时性要求高等特点。（3）系统化和集成化。生产物流系统的结构特点:是点多、线长、面宽、规模大。1.2 带式输送机的特点带式输送机自1795年被发明以来，经过两个世纪的发展，已经被电力、冶金、煤炭、化工、矿山、港口等各行各业广泛采用。特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的采用，使带式输送机的发展不入了一个新纪元。当今，无论从输送量、运距、经济效益等各方面来衡量，它已经可以同火车、汽车运输相抗衡，成为三足鼎立的局面，并成为各国争先发展的行业。它具有以下的特点：（1）结构简单。带式输送机的结构由传动滚筒、改向滚筒、托辊或无托辊式部件、驱动装置、输送带等几大件组成，仅有十多种部件，能进行标准化生产，并可按需要进行组合装配，结构十分简单。（2）输送物料范围广泛。带式输送机的输送带具有抗磨、耐酸碱、耐油、阻燃等各种性能，并耐高、低温，可按需要进行制造，因而能输送各种散料、块料、化学品、生熟料和混凝土。（3）输送量大。运量可从每小时几公斤到几千吨，而且连续不间断运送，这是火车、汽车运输望尘莫及的。（4）运距长。单机长度可达十几公里一条，在国外已十分普及中间无需任何转载点。德国单机60公里一条已经出现。越野的带式输送机常使用中间木擦驱动方式，使输送带长度不受输送带强度的限制。（5）对线路适应性强。现代的带式输送机在越野敷设时，已从槽形发展到圆管形，它可在水平及垂直面上转弯，打破了槽形带式输送机不能转弯的限制，因而能依山靠水，沿地形而走，可节省大量修隧道、桥梁的基建投资。（6）装卸料方便。带式输送机可根据工艺流程需要，可在任何点上进行装、卸料。圆管式带式输送机也是如此。还可以在回程段上装、卸料，进行反向运输。（7）可靠性高。由于结构简单，运动部件自重轻，只要输送带不被撕破，寿命可长达十年之久，而金属结构的部件，只要防锈好，几十年也不坏。（8）营运费低廉。带式输送机的磨损件仅为托辊和滚筒，输送带寿命长，自动化程度高，使用人员很少，品军每公里不到1人，消耗的机油和电力也很少。（9）基建投资省。火车、汽车运输的坡度都太小，因而延长大，修建的路基长。而带是式输送机一般可在20度以上，如用圆管式输送机90度都能上去，又能水平转弯，大大节省了基建投资。另外，通过合理设计也可大量节约基建投资。现国外带式输送机每公里成本费为100万300万美元，国内为人民币500元，其中输送带占整机成本的30%35%。随着化学工业的发展，输送带成本将进一步下降。（10）能耗低，效率高。由于运动不见自重轻，无效运量少，在所有连续式和非连续式运输中，带式输送机的耗能最低、效率最高。（11）维修费少。带式输送机运动部件仅是滚筒和托辊，输送带又十分耐磨。相比之下，火车、汽车磨损部件要多得多，且更换磨损件也较为频繁。（12）应用领域广阔，市场巨大。根据调查，我过现有带式输送机约200万台，其中，锅炉上镁约40万台；煤矿120万台；火力发电厂167座，每厂约3千米，折合1万台；建材厂和水泥厂6千个，平均每厂50台，共计30万台；港口码头约1万台，不包括卸船机和散货装船机等。而当作环保机械的圆管式带式输送机在火力发电厂中的除灰系统的潜力更大。综上所述，带式输送机的优越性已十分明显，它是国民经济中不可缺少的关键设备。加之国际互联网络化的实现，又大大缩短了带式输送机的设计、开发、制造、销售的周期，使它更加具有竞争力。1.3 分拣系统简介及分拣机的分类1.3.1 分拣系统简介生产高度发达的国家，物流量是非常大的。其中大量的需要经过分拣才能才能分配到各个用户，因此欧美各国和日本等发达国家采用了大量的各种分拣系统来完成分拣这一繁琐的而有枯燥的工作。特别是第二次世界大战以后这几十年分拣技术发展很快，分拣系统规模越来越大，分拣能力越来越高，应用范围越来越广，已经成为物流系统中的重要组成部分。分拣是指为进行输送、配送，把很多货物按品种、不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可以氛围人工分拣、机械分拣三大类。人工分拣基本上是靠人力搬运，把所需要的货物分门别类地送到指定的地点，或利用最简单的器具和手推车等，这种分拣方式劳动强度大，分拣效率最低。分拣是以机械为主要输送工具，还要靠人工进行检选，这种分拣方式用得最多的是输送机，用板条式输送机、传送带、辊道输送机等，有的也叫“输送机分拣“。这种方式是用设备在地面上的输送机窗送货物，在各分拣位置配备的作业人员看到标签、色标、编号等分拣的标志，便进行检选，再放到手边的简易传送带上或场地上，也有用”箱式托盘“，是在箱式托盘这装入分拣的货物，用叉车等机械移动箱式托盘，用人力把货物放到分拣的位置，或在利用箱式托盘进行分配。使用较多的是在箱式托盘下面装车轮的滚轮箱式托盘。这种分拣方式投资不高，可以减轻劳动的强度，提高分拣效率。自动分拣是从货物进入分拣系统送到指定的分拣位置为止，都是按照人们的指令靠自动分拣装置来完成的。这种装置是由接受分拣指示情报的控制装置、计算机网络、把到达分拣位置的货物送到别处的搬送装置等结构。缩减仪，除了用键盘或其他方式向控制装置输入分拣指示情报的作业外，由于全部用机械自动作业，因此，分拣处理能力较大，分拣分类数量也较大。分拣系统除了用于邮政局的邮包信件和车站的货物分到指定位置外，一发展到食品工业、前卫造纸、化学工业、机械制造、商店市场、发行出版等各行各业，广泛使用自动分拣机分拣从小到的各式各样的物品。自动分拣系统的规模和能力已有很大的发展，目前大型分拣系统大多包括几十个到几百个分拣物，分拣能力每小时达万件以上。国外分拣系统规模都很大，主要包括进给台、信号盘、分拣机、信息识别、设备控制和计算机管理等几大部分，还要配备外围的各种运输和装卸机械组成一个庞大而复杂的系统。有的还与立体仓库连接起来，配合无人驾驶的小车、拖链小车等其他物流设备组成复杂的系统，分拣系统在总体布局上真可说是千变万化。从分拣技术水品上，欧美各国发展最早，技术比较成熟，目前处于世界领先地位。日本则在第二次世界大战后发展很快，到1385年，自动分拣机总拥有自动分拣机最多的国家，从19701985年共338太自动分拣机投入运行，其中58.32%用于仓库业。我过的分拣技术才开始起步，仅在邮政局有一些小型的半自动的翻盘分拣机用于邮包的分拣，在别的行业就很少见到有一定的规模和有一定水平的分拣系统。不过，在近几年，我国的自动分拣系统也有了突飞猛进的发展，应用的领域越来越广泛。自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成。 控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、按商品品种、按商品送达地点或按货主的类别对商品进行自动分类。这些分拣需求可以通过不同方式，如可通过条形码扫描、色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种商品该进入哪一个分拣道口。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种，不同的装置对分拣货物的包装材料、包装重量、包装物底面的平滑程度等有不完全相同的要求。输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的商品滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。分拣道口是已分拣商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那里由工作人员将该道口的所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配送作业。以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。1.3.2 分拣机的分类及特点分拣系统中，分拣机是最主要的设备，由于分拣机使用在各行各业，分拣对象不论在尺寸重量上还是在外形上都有很大差别，小的可以分拣照片口袋，的的可以分拣长度达1500mm的大型物品，因此分拣机的种类十分的繁多。主要有以下几种：（1）链式分拣机这类分拣机又包括：翼盘式分拣机、翻盘式分拣机、翻板式分拣机、三维翻转式翻盘分拣机。a,翼盘式分拣机：其托盘由象鸟翼一样的两块板组成。中间用铰链联结，平时翼盘V形，被分拣物承载在其中。分拣时，两块翼板分别向左右翻转，使分拣物落入溜槽。这种分拣机可以分拣易滚动的圆柱形物品。b,翻盘式分拣机：这是链式分拣机的主要机型。它是在一条沿着分拣机全长的封闭环形导轨中，设置一条驱动链条，并在驱动链条上安装一系列载货托盘，将被分拣物放在托盘上输送。到分拣口时，倾翻机构使得托盘向左或向右倾斜，使分拣物滑落到侧面的溜槽中，以达到分拣的目的。翻盘式分拣机各托盘之间的间隙很小，而且可以左右两个方向倾翻，所以这种分拣机可以设置很多分拣口。由于驱动链条可以在上下和左右两个方向弯曲，因此，这种分拣机可以在各个楼层之间沿空间封闭曲线布置。总体布置方便灵活。分拣物的最大尺寸和质量受到托盘的限制，但对分拣物的形状，包装材质等的适应性好，适用于要求在短时间内大量分拣小型物品的系统。c,翻板式分拣机：其结构与链式翻盘式分拣机基本相同，只是将承载托盘做成没有边缘的平板型。板与板之间的间隙较小，体积小的分拣物占用一块板，体积大的占用两块甚至三块板。分拣时，承载同一分拣物的板同时翻转。这种分拣机打破了托盘之间的界限，扩大了对大型分拣物的适用性。但是其控制比较复杂。d,三维翻转式翻盘分拣机：这种分拣机与普通翻盘式分拣机的主要区别在于其倾翻机构比较特殊，它能使托盘倾翻时还沿着垂直轴旋转90度，使其中长形分拣物沿着长度方向滑入溜槽。这样可以减少分拣口之间的距离，使分拣口的数目增加。这种翻转方式还能使分拣物下落的速度减慢，以减少对分拣物的冲击。（2）钢带式分拣机 钢带分拣机是在钢带运输机上装有若干个横向推出装置，对应每个推出装置处设一个溜槽。当分拣物到达预定分拣口时，横向推出装置拨动分拣物，使其从钢带运输机的侧面滑出落入对应的溜槽中。钢带分拣机采用表面光滑的钢带，因此钢带与分拣物的摩擦系数较小，对分拣物的适应性较好，不受纸箱、木箱、袋等包装形式的限制。由于钢带的运行速度高（可以高达120米/秒）。因此分拣速度快，分拣良可以达到每小时万件以上。钢带分拣机对钢带的材质要求较高。对钢带及其接头的工艺处理要求也较为严格。钢带分拣机工作时对分拣物有一定的冲击，太薄的、容易滚动、易碎的物品一般不能采用。另外，当钢带分拣机的设计速度较高时，分拣口不能设置得太密集，也就是说，分拣口的数目一般比较少。钢带分拣机的横向推出装置通常采用电动或气动挡板，其动作速度要得当，以便能迅速准确的将分拣物横向推出。为了尽量减少对分拣物的冲击，有时将挡板做成折线形或分成两段，以进行“柔和分拣”。（3）胶带分拣机由于胶带输送机具有结构简单，价格便宜，技术成熟等优点，采用一胶带输送机为主机的分拣机已发展了较多的品种。这种分拣机主要包括：横向推出式胶带分拣机、斜行胶带式分拣机、斜置辊轮式胶带分拣机、转台式胶带分拣机、底卸式胶带分拣机（即本次毕业设计要求的类型）。a,横向推出式胶带分拣机:其结构与钢带分拣机基本相同，只是用胶带输送机来代替钢带输送机。由于分拣物与胶带的粘着力较大，须要限制分拣物的质量和包装形式，使其应用受到较大的限制。b,斜行胶带分拣机:将胶带输送机向左或是向右倾斜，使得胶带平面与水平面约成30度倾角，另外用一条不动的钢壁板与胶带平面组成一个夹角约为90度的V形槽。分拣物在V形槽内被胶带拖动沿着钢制壁板滑行，壁板上设置若干可以向下翻开的挡板。当分拣物运行到预定的挡板处时，挡板向下翻开，分拣物滑落到对应的溜槽中，达到分拣的目的。斜行胶带分拣机克服了横向推出式分拣机推出较为困难的缺点。但是表面有突出物的分拣物有可能卡在挡板的接缝处，而重心偏向壁板的分拣物易在胶带上打滑而影响分拣。c,斜置辊轮式胶带分拣机:在分拣口处，用托辊使胶带的运行方向改变，形成一个V形槽。在V形槽内安装一排轴线可以向左右偏转45度角的辊轮。平时辊轮轴线与胶带的运行方向垂直，并处在输送平面以下，分拣物可以从V形槽上面越过。分拣时，斜置辊轮轴线向左或向右偏转45度角，并上升至与运输平面一致，使分拣物被辊轮拖动从侧面脱离胶带输送机滑入分拣溜槽，这种分拣机不适合分拣体积较小的物品，太小的物品会卡在V形槽内或是斜置辊轮。由于斜置辊轮分隔的各段胶带输送机也可以由多台独立驱动的短胶带输送机联成一线组成。这样虽然增加了驱动装置（电动滚筒）的数目，但可减少胶带弯曲的次数，延长胶带的使用寿命。d,转台式胶带分拣机:由多段独立驱动的胶带输送机联成一线组成。处在分拣口的短胶带输送机装在可以沿着垂直旋转的转台上。当分拣物到达预定的分拣口时，转台连同短胶带输送机一起向左或是向右旋转45度，分拣物就可以从侧面送出，滑入分拣溜槽。e,底卸式胶带分拣机。这种分拣机也是由多段独立驱动的短胶带输送机联成一线组成的。分拣时，短胶带输送机向上昂起约30度角，使得胶带机的分拣口处形成一个缺口，分拣物即从缺口处滑落到下面的溜槽中。（4）辊道分拣机这类分拣机是一辊道输送机为主体。它包括：横向胶带式辊道分拣机、横向推出式分拣机。a,横向胶带式辊道分拣机:以辊道输送机为主体，在分拣口处的辊子间隙中，安装与辊道运行方向垂直的容胶带。平时横向容胶带的承载面低于辊道的承载面，分拣物可以通过分拣口运行。分拣时横向胶带向上升至高出辊道承载面，托起分拣物，并使其向侧面运行滑入溜槽中到达分拣的目的。b,横向推出式辊道分拣机:以辊道输送机为主体，在分拣口处的辊子间隙中安装一系列由链条拖动的细长导板。平时导板位于辊道的一侧排成直线，不影响分拣物的运行。道分拣时，导板沿着辊子的间隙移动，逐步件分拣物推向侧面，进入分拣岔道，分拣岔道也采用辊道。这种分拣机的动作比较柔和，适用于易翻到、破碎的物品。1.4自动分拣系统作业描述自动分拣系统（Automated Sorting System）是二次大战后在美国、日本的物流中心中广泛采用的一种自动分拣系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可缺少的一部分。该系统的作业过程可以简单描述如下：物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种运输工具送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确的分类，将这些商品运送到指定地点（如指定的货架、加工区域、出货站台等），同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短的时间内从庞大的高层货存架存储系统中准确找到要出库的商品所在位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站台集中，以便装车配送。1.5自动分拣系统的主要特点1.5.1能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣7000件包装商品，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。1.5.2分拣误差率极低 自动分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这又取决于分拣信息的输入机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3%以上，如采用条形码扫描输入，除非条形码的印刷本身有差错，否则不会出错。因此，目前自动分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。1.5.3分拣作业基本实现无人化 国外建立自动分拣系统的目的之一就是为了减少人员的使用，减轻工员的劳动强度，提高人员的使用效率，因此自动分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于以下工作： (1)送货车辆抵达自动分拣线的进货端时，由人工接货。(2)由人工控制分拣系统的运行。(3)分拣线末端由人工将分拣出来的货物进行集载、装车。(4)自动分拣系统的经营、管理与维护。1.6自动识别技术与设备在现代物流中的应用“物流”概念的形成于二次大战后，20世纪60年代得以逐步完善。现代物流已不仅仅是实物的流动，而是一个实物流、信息流统一的综合服务领域。众所周知，信息在计算机及其网络中“流动”最有效、最快捷、最安全，但实物往往要通过装卸、配送、运输、仓储等许多物理环节才能从源头“流”向终点。实现信息流、实物流“互连”，就需要依靠自动识别技术。自动识别技术在物流过程中，具有信息获取和信息录入功能，是指通过自动（非人工手段）获取项目表示信息并且不使用键盘即可将数据实时输入计算机、程序逻辑控制器或其他微处理器控制设备的技术。一般说，自动识别系统由标签、标签生成设备、识读器及计算机等设备组成。其中，标签是信息的载体，识读器地获取标签装载似的信息，并自动转换为与计算机兼容的数据格式传入计算机，实现信息的自动识别以及信息系统的自动数据采集。物流过程中，标签装载着物流信息，并附着于物流单元上，保证标识信息与实物同步，湿度器则成为物流单元与信息系统的纽带。自动识别技术在物流中的作用显而易见。例如：配送中心的交接运输过程是这样的：货物进入配送中心的入口端时，工作人员需要一面卸货，一面根据订货单要求对货物进行调整，并确定货物的出货模式及目的地，最终从配送中心的出货端将货物运出。如果不使用自动识别技术，“物”与信息完全分离，货物卸货后，工作人员只能坐等货物信息和货物处理指示信息，因为没有这些信息，人们无法得知哪个箱子与哪个订货单对应，各箱子是要通过常规渠道运输，还是要尽心其他处理，因素的目的地是哪里。如果使用自动识别技术，工作人员收到货物的同时，利用识读器可获取随货物同时到达的物流信息，并传入信息系统，从而获得货物处理指示，按照要求卸货，货物顺利“流”向下一环节。减少仓库存储空间占用，也减少了出货调配用的单句数量，消除了人工处理产生的费时和人为错误问题，还能动态了解物品运行全过程情况。自动识别技术家族有一批基于不同原理的自动识别技术，包括：条码技术、射频识别技术、磁识别技术、声音识别技术、图形识别技术、光字符识别技术和生物识别技术等。各种自动识别技术间没有优劣之分，只能根据具体应用确定最适合的自动识别技术。目前，在物流应用中常用的自动识别是条码技术和射频识别技术。2 设计要求及方案确定2.1 设计要求本次毕业设计要求设计一个底卸式物流分拣机及分拣信号自动识别系统。并分析、论证本设计采用的方法、原理及可行性，进行结构设计、运动学计算和强度校核。这种底卸式物流分拣机是由多段独立驱动的短带式输送机联成一线组成。分拣时，短带式输送机向上仰起约30角，使带式输送机在分拣口处形成一个缺口，分拣物即从缺口出滑落到下面对应的溜槽，通过溜槽下滑到底部的输送带上，最后将输送物品输送到指定的位置。其组成结构如图2-1所示：图2-1 底卸式分拣机组成结构图自动分拣识别系统要通过对物体标识进行识别，再通过单片机对信号进行处理，最后通过输出信号对机械部分进行控制，实现动作，将不同种类的物品分开。绘制底卸式物流分拣机及分拣信号自动识别系统的总装图及主要的零件图及控制系统原理图。2.2 方案确定底卸式物流分拣机及分拣信号自动识别系统是由多段独立驱动的短带式输送机联成一线组成。分拣时，短带式输送机向上仰起约30角，使带式输送机在分拣口处形成一个缺口，分拣物即从缺口出滑落到下面对应的溜槽。自动分拣识别系统要通过对物体标识进行识别，再通过单片机对信号进行处理，再通过输出信号对机械部分进行控制，实现动作，将不同种类的物品分开。设计方案要突出以下特点：（1）结构简单，制造容易，而且成本较低；（2）能够快速准确的分拣物品，且分拣差错率低；（3）分拣时对分拣物品的冲击和振动要小。整个设计过程包括机械部分和单片机控制两部分。机械部分设计思想为：带式输送机采用电驱动滚筒，改向滚筒改变带式的运动方向的同时要起到拉紧的作用；整个带式输送机由底架支撑；带式输送机向上抬起30角的动作由气压同步系统对改向滚筒的轴作用来实现。单片机控制部分设计思想为：传感器对物体进行识别，将信号输入A/D转换器进行转换，再输入单片机与已输入的数值进行比较，然后输出控制信号对驱动电路进行控制，实现带式输送机的动作。机械部分的设计包括以下几个设计部分：（1）电动滚筒的选型和轴校核；（2）改向滚筒（拉紧滚筒）的设计；（3）带式输送机底架的设计；（4）中间架及托板的设计；（5）气压缸的设计；（6）气压同步回路的设计。单片机控制部分包括以下几个部分：（1）传感器的选择及其应用电路；（2）A/D转换器的选用；（3）控制电路的设计；（4）驱动电路；（5）程序设计。在整个设计中要特别注意各个部分的相互关系，以及机械部分的输送机的长度、底架的高度和气压缸之间的相互影响。3 底卸式分拣机系统的整体设计3.1 输送货物的特点及分拣要求3.1.1 输送货物的特点该底卸式分拣机主要输送的物品为长20cm，宽25cm的长方体包装的物品，物品上贴有条形码，物品的质量约为3kg每件。3.1.2 分拣要求对设计的该分拣机有如下技术要求：（1）能够快速准确地分拣，保证差错率低。（2）工作时对物品的冲击和震动要小，防止损坏物品。（3）分拣系统对信号的识别能力要强，保证能识别条形码正反、有倾角、有损坏等情况。（4）保证流水线上没有物品堆积，防止不能识别以及不是本系统的物品妨碍整体分拣。（5）分拣过程中实现无人操作。3.2 基本参数的确定3.2.1 带宽的确定对成件物品的输送，带速一般要小于1.25m/s，带宽一般应该比输送物品的横向尺寸大50100mm。根据输送物品的特点，有B=250+(50100) （3.1）则B300mm3.2.2 带速的确定表3-1中给出了输送机带宽和带速之间对应的关系。带宽B（mm）100,150,200,250300,400,500带速（m/min）15.24,16.18,17.06,19.12,23.37,25.17,28.57,30.3,32.03,47.98,60.7715.06,16.49,17.05,19.36,24.35,27.96,30.3,32,47.41表3-1 输送机带宽和带速对应表参考表3-1及实际输送物品的情况，可以确定如下参数：V32m/min则V=0.53m/s3.2.3 输送量取单个货物的重量为3kg/箱（连同包装），根据运输机械手册中的公式： （3.2）式中，n 最大输送量（件/时）或（t / h）T物品的净空间距（m）b沿物品输送方向的物品的长度（m）K装载系数，0.50.9之间V传输速度取T=1.2m； K=0.6又b=0.3m； V=0.53m/s带入上式可以得出最大输送量为=763.2(件/时)所以，最大的输送重量就是：Q = n32.28（t / h）3.2.4电动滚筒功率的确定参见电动滚筒设计与选用手册当B300mm时，选用公式： （3.3）式中：L输送机长（m），取最长lmax2mH物料的垂直提升高度（m）;(H=0)Q输送量PA滚筒轴功率（kw）B带宽（mm）V带速（m/s）3.3 带式输送机的选型带式输送机是化工、煤炭、冶金、建材、电力、轻工、粮食及交通运输等部门广泛使用的运输设备。适合于输送容重为0.52.5顿/m2的各种形状、粉状等散件物料，也可以输送成件物品。3.3.1三种常用的带式输送机的特点及适用范围（1）TD75型通电固定式带式输送机是一般用途的带式输送机，其宽度有六种：500,650,800,1000,1200和1400（mm）其所选用的输送带有普通橡胶带和塑料带两种，适用于工作环境温度在1540之间，输送具有酸性、碱性、油美物质等物料时，需要采用耐酸、耐碱、耐油的橡胶带或者塑料带。可用于水平或倾斜运输。（2）QD80轻型固定式胶带输送机QD80轻型固定式胶带输送机是为化工、轻工、食品、粮食、邮电等部门设计的通用固定式连续输送机，可以输送各种散状物料和成件物品；带宽有：300；400；500；650；800；1000；1200(mm)输送速度有：0.25；0.50；0.8；1.0；1.25；1.6；2.0和2.5（m/s）八种，能够满足一般运输作业线的要求；一般工作环境1540之间，可以满足耐酸、耐碱、耐油、耐热、无毒、防污染等特殊要求；输送机最大输送长度按传动滚筒或者电动滚筒的许用扭矩（M）来确定；水平式输送机带面距离地面的高度有500mm和800mm两种。（3）特轻型带式输送机特轻型带式输送机系化工部北京橡胶研究设计院设计江苏溧阳化工机械厂可以制造。该机具有负荷轻、线速度低的特点，主要用于橡胶工厂连续输送胶条、胶边等，也可用于其他行业轻载荷成件物品的连续输送。在选型设计中，凡是根据其输送能力及输送距离（包括水平长度和提升高度）经过校核计算后，电动滚筒所需要的工作扭矩小于机型所规定的许用扭矩时均可以选用。联系本设计所输送货物的特点，是一种较轻的载荷。故选用特轻型固定带式输送机。3.3.2主要参数及设计选用（1）机型选择选用B300mm的平型运输机。（2）驱动装置选用与其配套且通用的特轻型风冷式电动滚筒。（3）输送带特轻型带式输送机由于滚筒的直径较小，故输送带选用层数Z3的橡胶输送带。带的接头方式优先采用热流化胶接或冷胶法。（4）输送机的组合长度（头、尾轮的水平距离）lmax2m。（5）拉紧装置3.3.3输送带层数确定（1）胶带输送机最大张力计算输送机最大工作张力按下式计算： （3.4）式中：Smax输送带的最大工作张力N B带宽（mm） 输送带的纵向扯断强度（N/mm层） Z输送带芯层的帆布层数 n输送带安全系数由前面的计算可以知道胶带的最大张力为：Smax =15（N）所以由此可以看出，其扯断力是很小的，可以选择传动带作为输送带，但在输送部分的输送带为了保证其运输的平稳则选择NN-100为带芯层，取其最小层数Z2100N/mm层，其层厚为1mm，上胶1.5mm，下胶1.5mm层重为1.02kg/m2，胶层重1.19kg/m2输送带厚度（mm）= 布层数层重上胶厚小胶厚 = 21.0 + 1.5 + 1.5 = 5（mm） 输送带质量 =布层数每一层质量（上胶厚下胶厚）单位胶料的质量带宽带长 21.02（1.51.5）1.190.31.20 2.02（kg）最大工作张力6666（N）最大工作张力远远超出输送带的最大许用张力，故满足输送要求。3.3.4 输送带材料确定在输送机和进给台上，为了保证平稳、安全、卫生，可以选择NN-100的带芯和NR的覆盖胶。（符合运输机械设计选用手册中输送带类型及适用的工作条件）NN-100：锦伦（尼龙）芯，扯断强度为100N/(mm.层)NR：天然橡胶，价格便宜。其中，NN（尼龙）可以耐高温（80150），摩擦性能好，不易产生皮带跑偏的现象。3.3.5 输送带的连接方法输送带的连接有三种方法，分别是机械连接法、硫化连接法和冷粘接头法。在本设计中的皮带适合于硫化连接法和冷粘连接法。（1）硫化连接法。将输送带分层剥离，打磨干净，刷上橡胶液，待不粘手的时候，再涂刷一遍。再凉到不粘手时，将两输送带剥离层合拢、敲平。再盖上电加热板，上好压板。通电1.5小时，输送带中心温度达到150摄氏度时停止。不可过于硫化，如果硫化时间不足，或过头均达不到预期效果。对于多层带芯可用斜割法，对于单层芯输送带，如阻燃带。只能用切成三角形对接连接。（2）冷粘连接法。把输送带接头的两端切割玻璃成阶梯形状，每层带芯形成一个台阶。剥开的每层都先用丙酮除去釉质，晾干再涂上一层粘接剂。等晾干不粘手时，将两端输送带对齐合拢压实，用木锤木锤均匀锤实。最好用重物压平。固化时间23小时。视可应粘接剂而定。切割方式采用斜割法。一般与输送带中心成4560，接头以全搭接为好，即接头重叠一部分，接头强度保持率在90%以上。全搭界接头的总长度按下式计算： （3.5）式中，L全搭接头长度，mm带芯的抗拉强度Z带芯层数0.75冷粘固化2小时，输送带粘接面的剪切强度，N/mm2粘接的好坏与剥离层打磨是否均匀有关，用电动钢丝砂轮打磨最好。3.4 电动滚筒的选型由前面的计算可知，电动滚筒的功率为0.253kw。则查电动滚筒设计与选用手册可得由天津市叉车总厂电动滚筒厂生产得电动滚筒有如表3-2所示：表3-2 电动滚筒参数表滚筒直径mm电机功率kw带速m/s滚筒长度mm600.020.040.180.75300900.040.090.0250.753501120.180.370.020.803501320.250.550.0251.25350因此，选用FB-2.5-0.5-112350型号的电动滚筒一定能够满足要求，功率为0.25kw，带速为0.25m/s。其外形尺寸如图3-1所示：图3-1 电动滚筒的尺寸图校验其扭矩T:由运输机械手册可以得知： 运行阻力为： （3.6）式中：Qmax3 g=9.8 0.3 =8.82（N）Fy为胶带与滚筒相遇点的张力： Fy = f = 8.82（N）Fe为分离点的合力，而Fymax/Fe=ex(欧拉) （3.7）则Fe=8.82/2.1924=4.02（N）所以线性张力Flmax=Fymax-Fe=8.82-4.02=4.8（N）对于电动滚筒而言，滚筒直径为D=112mmM = FlmaxD/2=4.80.112/2 =0.2688（Nm）故扭矩很小，满足设计要求。3.5 改向滚筒的设计及强度校核3.5.1 改向滚筒的设计改向滚筒的作用是改变带式的运动方向，使带式绕过滚筒后与原来的运动方向成180度，即与原来的运动方向相反。在本设计中，带式输送机是单滚筒驱动，只有电驱动滚筒和改向滚筒，所以改向滚筒还要起到拉紧的作用。这就需要在改向滚筒的两端加上拉紧装置。具体设计如图3-2所示：螺栓用来顶住改向滚筒的轴（轴的两端作成平面），使其不能随着带式的力而产生移动。当螺栓出现松动时，要及时给于欲紧。因此这种拉紧装置是受动拉紧装置。图3-2 改向滚筒拉紧装置尺寸图改向滚筒的轴因为被拉紧装置固定，所以它是不能动的。但是带式与滚筒相接触的地方又必须是活动部件，所以改向滚筒是由轴和滚筒两部分组成。滚筒用壁厚为4.5mm、外径为112mm的45号无缝钢管，轴的材料为45号钢，调质处理。两部分之间用伸沟球轴承。轴承的定位是通过滚筒和轴套来实现的。改向滚筒的具体设计方案如图3-3所示：图3-3 改向滚筒的尺寸图改向滚筒轴中段的直径是根据轴承的安装尺寸而定的。轴的两端有一个小圆孔，当气压缸活塞头部的圆环与轴相套在一起时，用一根铁丝穿过小孔，来使活塞头部的圆环定位，使其不会向外移动。3.5.2改向滚筒的轴的校核（1）改向滚筒静止时的强度校核改向滚筒的受力分析如下图：改向滚筒所受的力和驱动滚筒所受的力的大小是相同的，都是150N，只是作用的方向相反。因为改向滚筒的轴是固定的，其两端的挡板就对它有一个支反力，设为15N。水平面： 垂直面： 弯矩和水平面：垂直面：合成弯矩M （3.8）（2）校核轴的强度轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计工程学表4-1查得，则，取，拉紧滚筒最细的地方宽25mm，取d=35mm轴的计算应力为 （3.9）根据计算结果可知，该轴满足强度要求。1 轴在整个机构抬起时的剪切强度校核（1）轴的受力分析为气缸的理论输出力，即只有一个剪切面，即m=1轴为45号钢，调质处理，剪切疲劳极限为，则剪切应力：，取 （3.10）从计算结果可得，该轴满足剪切强度要求。改向滚筒所用的轴承与驱动滚筒的相同，且受力与其也近似，所以在此不再校核轴承的强度。3.6 中间架及托板的设计中间架是薄壁钢结构，它是带式输送机两边的挡板。它的一个附加作用是防止带式过于跑偏。中间架采用2mm厚的热轧钢板，可以减轻整个带式输送机的质量，以便减轻气压缸举起不分的总质量，减轻其负荷。整个输送机抬起的部分是改向滚筒、带式、物料、中间架和托板，中间架是运动部件，所以与电动滚筒两边的机架不能固定。在中间架的前部另外焊接一个圆弧状槽形薄钢板，用来搭在输送机底架的头架上。其具体搭放形式在电动滚筒的设计图中已经表示出来了。中间架的后端是与改向滚筒的拉紧装置的挡板通过螺栓相连接。托板用来支撑物料和带，不要产生下垂现象。托板的一边折90度，用来和中间板用螺栓联接。托板也是要抬起的部件，所以它的质量必须小，在次选用和中间架一样的材料，都是3mm厚的热轧钢板。中间架和托板的结构和连接如图3-4所示：图3-4 中间架和托板的结构图托板与中间架的连接，一边用螺栓，一边是用螺栓上套一个10mm厚的硬质橡胶，其与托板接触的地方是平面，可以起到支撑的作用，选用硬质橡胶，可以保证不变形，保证托板水平。做成这个样子，有两个原因：一、一端用螺栓和中间架连接，可以保证整个输送机构在被抬起的时候，托板不会向前滑落；二、另一端用橡胶支撑可以保证安装的顺利，因为当要安装这半边的中间架时，带式已经安装上去了，不可能伸入手像另一边一样再上螺母和垫片了。3.7 带式输送机底架的设计带式输送机必须有一个支架来支撑，而且输送机的后端要抬起来，所以输送机不能和底架相连接在一起。带式输送机的底架应包括与电动滚筒相连的头架、支撑改向滚筒的尾架，还有滑落物品的溜槽。输送机底架如图3-5所示。图3-5 输送机机架的结构图带式输送带的底架由头架和尾架组成。头架的材料为型钢，厚10mm，宽20mm，上端的圆形由机械加工而成，小孔上用螺栓将端盖固定在上面，四个孔均布。它们的具体尺寸都是根据电动滚筒部分的尺寸决定。电动滚筒的轴承放在头架的孔内，因为轴承宽20mm，所以型钢取为20mm厚。中间架的前部搭放在头架上。尾架用来支撑改向滚筒，它与拉紧挡板的后端相接触。当气缸不动作时，拉紧滚筒及部分带式和物料的重量由尾架和气缸共同承担，其中尾架是主要的承载部件。在尾架的上端有5mm厚的橡胶垫，当气缸放下输送机时可以起到缓冲的作用。尾架的材料与头架相同，都是代号为GB/T704-1988的型钢，宽度20mm，厚度10mm。溜槽是输送物品滑落的轨道，它和地面成48度的角。因为输送物品的质量很小，输送带的速度也不高，所以物品对溜槽的冲击不大，可以将溜槽的材料选择为塑料类。具体材料为代号GB/T4454-1996，聚氯乙烯。溜槽的底部做成圆弧状，可以减小物体对机架的冲击。在头架与尾架、头架与头架、尾架与尾架之间的横梁，保证了它们之间的距离，增强了底架的稳定性。本设计中采用最稳定的三角形结构，在受到大的载荷时也不会变形。底架的底板是10mm厚的热轧钢板直接加工而成，可以减少成本，不需铸造。底板上的孔用来通过螺栓和工作台相连接。作用是当带式输送机工作时的振动不会使整个机构的位置发生偏移。后端的底板尺寸较大，还用来安装气压缸的支座。3.8 气压缸的设计3. 8. 1气压传动及其应用气压传动简称气动,是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号。控制和驱动各种机械和设备，以实现生产过程机械化，自动化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要的分支。因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防暴、防电磁干扰，抗振动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点，所以气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起，互相补充，已发展成为实现生产过程自动化的