张凌宇 毕业设计-废电池分选设备的设计(方形电池筛分与装箱机构)

1、废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构）第一章 概述妥善处理废旧电池及有机固化物，利国利民，势在必行！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机器。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和上一届学生的毕业设计等资料（上一届学生的毕业设计设计了圆柱电池的筛分设备，吹风除杂设备），确定最终废电池分选设备的设计（方形电池筛分与装箱机构）设

2、计方案。目前，有些环保专家提出自然环境容量很大，废电池混同生活垃圾处理不会造成对环境的污染，不需要将其从垃圾中分选出来。其实这是有条件的，其一电池不含汞及其他的重金属或者含量及低；其二生活垃圾处理与处置技术到达一定高的水平，保证垃圾处理过程中不会造成二次污染。但是这两个条件在我国现阶段都还不能满足。我国现电池生产厂家有1000多个，在中国电池工业协会注册的只有300多家，其他的大部分是自生自灭的小厂，生产的也大多是低劣产品。通过检测，电池的含汞量参差不齐，有的非常好，小于百万分之一，符合无汞电池的要求；而有些电池的含汞量非常高，甚至达到了电池质量的0.5%；它高于低汞电池标准的20倍，高于无汞

3、电池标准的一万倍，它属于高汞电池。尽管我国已经出台了一些有关电池生产的相关标准，即自2002年1月1日起国家已经明令禁止汞含量大于电池质量的0.025%的电池的生产和销售；自2005年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池质量0.0001%的碱性锌锰电池；自2006年1月1日起，禁止在国内经销汞含量大于电池质量0.0001%的碱性锌锰电池。 我国垃圾处理技术虽然在近几年取得了长足的进步，但是同发达国家的处理技术相比差距还很大，尤其是处理过程中的二次污染问题还很严重，如垃圾焚烧过程中的尾气处理问题，垃圾填埋过程的防渗问题。由于种种原因这些问题都还比较突出，废电池混同生活垃圾一同处理必将加剧对环

4、境的污染。目前，随着工业技术的发展和人们生活水平的提高，人们的生活越来越依赖于电池的应用。据统计，我国1999年生产电池140亿只，与1998年持平，人均消耗电池3.8只。然而人们在享受电池给生活、生产带来的便利的同时，不得不面对这样一个严峻的事实，即废旧电池中含有大量的有毒有害物质如Cd、Mn、Zn、Cu及废酸废碱和少量的Hg等。这些物质若不经安全处理处置直接进入环境，将对生态环境和人体健康造成严重威胁，同时这无疑是一种资源的巨大浪费。现在，从事环保工作的研究者们普遍关注的是对废电池的回收管理法规和资源化利用及安全处置技术等领域的问题，并在此方面做了深入的研究，取得了可喜的成绩。但却忽略了这

5、样一个事实，当前我国还没有具体的废电池管理办法和可操作的管理法规实施细则，再加上居民普遍环保意识不高，废电池的收集、运输、储存、处理的基础设施又不完善等，导致大量废电池进入生活垃圾，为生活垃圾的“三化”处理（减量化、无害化、资源化）增加了难度。所以，如何将混在垃圾中的废电池分选出来进行资源化利用和安全处置就成了从事环保工作的研究者们的当务之急。 我国对生活垃圾处理的主要模式有堆肥、卫生填埋、焚烧。若进行堆肥的垃圾中混有废电池可能将严重影响堆肥的质量；若含有废电池的垃圾进行焚烧处理，由于废电池中的重金属汞、镉、锌等沸点都较低（汞为357、镉为765、锌为907），高温时，易气化挥发，部分重金属物

6、在焚烧炉膛内反应生成其氯化物、氧化物或是硫化物、比原金属元素更易气化挥发。这些重金属及其化合物将通过烟囱进入大气造成土壤污染和大气污染，部分金属进入炉灰，处理难度将进一步加大；如废电池随垃圾进入卫生填埋场，电池中的有害成分可能迁移到渗滤液中增加渗滤液的处理难度，同时还可能造成对地下水和土壤的污染。由此可见废电池随生活垃圾一起处理处置潜在危害极大，在对生活垃圾进行处理前必须将其中的废电池分选出来。随着我国新能源战略推进和环保要求的提升，绿色环保的锂电池组合镍氢电池组越来越多地替换传统能源产品，称为新能源产品的主力军。电池组对每一个单体电池的技术参数（包括电池容量、内阻、电压等技术参数）的一致性有

7、着非常严格的要求，它是保证电池组整体质量和使用寿命的关键技术，被列为电池组生产过程的关键工序。电池分选就是将上述技术参数在规定范围内的近似的单体电池分选出来。目前，国内电池厂普遍采用人工统计、手工拣选的操作方法进行分选，生产效率低而且出错率高，无法保证分选的准确性。国外和国内一些大型电池企业一直尝试采用机械手的电池自动分选设备，这种自动化生产设备具有很高的技术含量和制造成本，机械手频繁快速移动，将当前分类电池从电池直至托盘中取出放到各个收集区，从根本上解决了人为误操作的质量隐患。尽管这种设备的机械手移动速度很快，但是由于机械手数量十分有限，所以机械手分选机生产效率并不高。为了提高分选机的分选速

8、度，一些电池自动分选设备采用矩阵式排列机械手多并联机械手以及多工位、多托盘同步进行分选的强化措施，但是最快速度只能达到6090个/min，这也只是一个最佳的理论速度。由于这种设备造价很高，所以限制了在电池行业的产业化推广。由于废旧电池在城市生活垃圾中的含量（质量比）通常小于1，种类繁多，物理特性各不相同，且部分废旧电池体积小不易识别，完全依靠人工分选难度大，分选效率低。可根据废旧电池组分的磁性和导电性将磁力分选、涡流分选同人工分选有机结合起来，形成不同分选模式。根据废旧电池组分磁化率的大小，可将废旧电池分为铁磁性废电池、顺磁性废旧电池和反磁性废旧电池。铁磁性废旧电池，在外电场作用下能迅速达到饱

9、和，磁化率大于零，并与外磁场强度成复杂的函数关系，离开磁场后有剩磁；顺磁性废旧电池，磁化率大于零，在外磁场作用下表现出较弱的磁性，磁化强度和外磁场强度成线性关系；反磁性废旧电池，磁化率小于零，在外加磁场作用下，逆磁场磁化，使磁场减弱。由垃圾中废旧电池的组分可知，大部分都含金属铁和镍，且含量较大，故可通过磁力分选将这部分废旧电池从垃圾中分离出来。同时可利用废旧电池组分的金属导电性进行涡流分选。第二章 废电池回收文献综述2.1 废旧电池回收现状及现有技术目前，有些环保专家提出自然环境容量很大，废电池混同生活垃圾处理不会造成对环境的污染，不需要将其从垃圾中分选出来。其实这是有条件的，其一电池不含汞及

10、其他的重金属或者含量及低；其二生活垃圾处理与处置技术到达一定高的水平，保证垃圾处理过程中不会造成二次污染。但是这两个条件在我国现阶段都还不能满足。我国现电池生产厂家有1000多个，在中国电池工业协会注册的只有300多家，其他的大部分是自生自灭的小厂，生产的也大多是低劣产品。通过检测，电池的含汞量参差不齐，有的非常好，小于百万分之一，符合无汞电池的要求；而有些电池的含汞量非常高，甚至达到了电池质量的0.5%；它高于低汞电池标准的20倍，高于无汞电池标准的一万倍，它属于高汞电池。尽管我国已经出台了一些有关电池生产的相关标准，即自2002年1月1日起国家已经明令禁止汞含量大于电池质量的0.025%的

11、电池的生产和销售；自2005年1月1日起，禁止在国内生产汞含量大于电池质量0.0001%的碱性锌锰电池；自2006年1月1日起，禁止在国内经销汞含量大于电池质量0.0001%的碱性锌锰电池。 我国垃圾处理技术虽然在近几年取得了长足的进步，但是同发达国家的处理技术相比差距还很大，尤其是处理过程中的二次污染问题还很严重，如垃圾焚烧过程中的尾气处理问题，垃圾填埋过程的防渗问题。由于种种原因这些问题都还比较突出，废电池混同生活垃圾一同处理必将加剧对环境的污染。目前，随着工业技术的发展和人们生活水平的提高，人们的生活越来越依赖于电池的应用。据统计，我国1999年生产电池140亿只，与1998年持平，人均

12、消耗电池3.8只。然而人们在享受电池给生活、生产带来的便利的同时，不得不面对这样一个严峻的事实，即废旧电池中含有大量的有毒有害物质如Cd、Mn、Zn、Cu及废酸废碱和少量的Hg等，详见表1。这些物质若不经安全处理处置直接进入环境，将对生态环境和人体健康造成严重威胁，同时这无疑是一种资源的巨大浪费。现在，从事环保工作的研究者们普遍关注的是对废电池的回收管理法规和资源化利用及安全处置技术等领域的问题，并在此方面做了深入的研究，取得了可喜的成绩。但却忽略了这样一个事实，当前我国还没有具体的废电池管理办法和可操作的管理法规实施细则，再加上居民普遍环保意识不高，废电池的收集、运输、储存、处理的基础设施又

13、不完善等，导致大量废电池进入生活垃圾，为生活垃圾的“三化”处理（减量化、无害化、资源化）增加了难度。所以，如何将混在垃圾中的废电池分选出来进行资源化利用和安全处置就成了从事环保工作的研究者们的当务之急。 我国对生活垃圾处理的主要模式有堆肥、卫生填埋、焚烧。若进行堆肥的垃圾中混有废电池可能将严重影响堆肥的质量；若含有废电池的垃圾进行焚烧处理，由于废电池中的重金属汞、镉、锌等沸点都较低（汞为357、镉为765、锌为907），高温时，易气化挥发，部分重金属物在焚烧炉膛内反应生成其氯化物、氧化物或是硫化物、比原金属元素更易气化挥发。这些重金属及其化合物将通过烟囱进入大气造成土壤污染和大气污染，部分金属

14、进入炉灰，处理难度将进一步加大；如废电池随垃圾进入卫生填埋场，电池中的有害成分可能迁移到渗滤液中增加渗滤液的处理难度，同时还可能造成对地下水和土壤的污染。由此可见废电池随生活垃圾一起处理处置潜在危害极大，在对生活垃圾进行处理前必须将其中的废电池分选出来。随着我国新能源战略推进和环保要求的提升，绿色环保的锂电池组合镍氢电池组越来越多地替换传统能源产品，称为新能源产品的主力军。电池组对每一个单体电池的技术参数（包括电池容量、内阻、电压等技术参数）的一致性有着非常严格的要求，它是保证电池组整体质量和使用寿命的关键技术，被列为电池组生产过程的关键工序。电池分选就是将上述技术参数在规定范围内的近似的单体

15、电池分选出来。目前，国内电池厂普遍采用人工统计、手工拣选的操作方法进行分选，生产效率低而且出错率高，无法保证分选的准确性。国外和国内一些大型电池企业一直尝试采用机械手的电池自动分选设备，这种自动化生产设备具有很高的技术含量和制造成本，机械手频繁快速移动，将当前分类电池从电池直至托盘中取出放到各个收集区，从根本上解决了人为误操作的质量隐患。尽管这种设备的机械手移动速度很快，但是由于机械手数量十分有限，所以机械手分选机生产效率并不高。为了提高分选机的分选速度，一些电池自动分选设备采用矩阵式排列机械手多并联机械手以及多工位、多托盘同步进行分选的强化措施，但是最快速度只能达到60-90个/min，这也

16、只是一个最佳的理论速度。由于这种设备造价很高，所以限制了在电池行业的产业化推广。2.2 废电池处理及分选技术由于废旧电池在城市生活垃圾中的含量（质量比）通常小于1，种类繁多，物理特性各不相同，且部分废旧电池体积小不易识别，完全依靠人工分选难度大，分选效率低。可根据废旧电池组分的磁性和导电性将磁力分选、涡流分选同人工分选有机结合起来，形成不同分选模式。根据废旧电池组分磁化率的大小，可将废旧电池分为铁磁性废电池、顺磁性废旧电池和反磁性废旧电池。铁磁性废旧电池，在外电场作用下能迅速达到饱和，磁化率大于零，并与外磁场强度成复杂的函数关系，离开磁场后有剩磁；顺磁性废旧电池，磁化率大于零，在外磁场作用下表

17、现出较弱的磁性，磁化强度和外磁场强度成线性关系；反磁性废旧电池，磁化率小于零，在外加磁场作用下，逆磁场磁化，使磁场减弱。由垃圾中废旧电池的组分可知，大部分都含金属铁和镍，且含量较大，故可通过磁力分选将这部分废旧电池从垃圾中分离出来。同时可利用废旧电池组分的金属导电性进行涡流分选。现如今提高分选记得分选速度的关键问题在于增加机械手的数量，但是由于机械手昂贵，对于目前的机械手分选设备是可望而不可及的。所以我在设计中准备采用磁力加物理斜坡的方式，通过力学计算，筛选出一部分特殊材料（可以被磁铁吸附）的电池，用圆形振动筛板剔除过小纽扣电池于小型圆柱形干电池，并尝试用其他纯机械手法筛选出尽量多的电池，在最

18、后几步中穿加PLC检测拨叉分选，生产线技术分选，尽量避免使用机械手。目前废旧电池的回收处理方法主要分为三类,即人工分选法、火法和湿法。1人工分选回收利用法就是将回收的废旧干电池先进行分类,人工分选出碳棒、铜帽、锌皮及各种产品残留物,并分别采用相应的方法予以处理,这种方法简单易行,但使用劳动力多,经济效益差,存在二次污染。2火法处理技术干法是在高温下使电池中的金属及其化合物氧化,还原,分解和挥发,冷凝,有效地回收其中的Hg、Cd 等易挥发物。按照回收工艺的不同,干法回收利用技术又可以分为常压冶金法和真空冶金法。常压冶金法在处理废旧电池时,通常有如下两种方法: (1) 在较低温度下加热废旧电池,使

19、Hg 挥发后再在较高的温度下回收Zn 和其他重金属; (2)在高温下焙烧废旧电池,使其中易挥发的金属及其氧化物挥发,残留物可作为冶金中间物产品或另行处理。常压冶金法是在大气中进行,空气参与反应,会造成二次污染且能源消耗高。真空冶金法处理废旧电池是基于组成电池的各种物质在同一温度下具有不同的蒸气压,在真空中通过蒸发和冷凝,使各组分分别在不同的温度下相互分离,从而实现废旧干电池综合回收与利用。在蒸发过程中,蒸气压高的Cd、Hg、Zn 等组分进入蒸汽,而Mn、Fe 等蒸气压低的组分则留在残液或残渣中,实现了分离。冷凝时,蒸汽相中Hg、Cd、Zn 等在不同温度下凝结为固体或液体,实现分步分离回收。 目

20、前真空冶金法回收废旧电池研究还比较少,该法与湿法及常压冶金法相比,基本无二次污染,流程短,能耗低,具有一定的经济优势 。3湿法处理技术废旧电池的湿法处理技术是基于电池中金属及其化合物溶于酸的原理,将分类、破碎分选后的电池粉末浸泡于酸性溶液中,使目标组分溶于酸液中,然后经过过滤,弃去有机电解质及隔膜杂质,调节所得含目标组分的滤液的pH 值,将Al 、Fe 等微量元素以氢氧化物的形式除去。利用化学沉淀、电化学沉积、离子交换或萃取分离的方法使目标组分以纯金属或金属盐的形式得以回收。湿法工艺种类较多,处理所得产品的纯度通常较高,但却具有流程长、污染重、能耗大、生产成本高的缺点。2.3 可用于废电池分选

21、的机构1电池内阻检测与机械分选机构与送料电机的控制机构微机控制系统通过开关量通道中的锁存器74I-,$373、光电隔离模块和灵敏继电器儿、J2实现对活门挡板1、挡板2的动作控制；通过J3实现送料电机的启停控制。如上位机判断当前电池为一档，系统将控制活门挡板1动作，电池在活门挡板1的导向作用下落入一档料箱。如上位机判断当前电池为二档系统将控制活门挡板2动作，电池在活门挡板2的导向作用下落入二档料箱。如上位机判断当前电池为三档，系统将控制活门挡板1、挡板2都不动作，电池在导向板的导向作用下一直下落入三档料箱。实现了电池的分选控制。被测电池在送料机构的作用下正确到达检测工位时，位置检测传感器Wk向开

22、关量输入电路U5(74|LS245)输入端输入一个低电平，单片机U读取该信号后，将信号通过串行1：3通知上位机，上位机便启动一次测量过程，测试系统快速检测一次输入量，将采集的电池内阻检测信号输入计算机进行分析并将测量结果通过串行口通知单片机U1。分选执行机构由两个电磁执行元件和相应的机械结构组成，工作时，单片机U1接到上位机的信号后与储存的标准值进行比较，判断其分档，通过开关量输出电路U3和光电隔离模块，控制灵敏继电器J1、J2，从而控制两个电磁执行元件EM1、EM2驱动分选活门开启，已测电池沿下料通道落入相应的电池料箱9，完成一个电池的分选，同时上料推板将待测电池推入内阻测量头，开始下一个电

23、池的分选。2采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机:步骤1: 汽缸将电池周转托盘由托盘进料区域顶起直至电池分选区域, 预分类电池的电池帽接触到吸盘式电磁铁表面。步骤2: 计算机根据电池的检测结果和特定的分类方法, 控制电池上方的吸盘式电磁铁保持通电状态或者断电状态, 通电的吸盘式电磁铁产生的磁场将该当前类电池牢牢吸住。步骤3: 汽缸将电池周转托盘落回到托盘进料区域, 此时, 当前类分选电池仍然牢牢吸在吸盘式电磁铁上, 其他预分类电池仍然留在电池周转托盘里面, 实现了当前分类电池从其他预分类电池中间分离出来的目的。步骤4: 电池收集盘从电池收集区域水平移动至分选区域(吸盘式电磁铁下方), 到位以后,通

24、电的吸盘式电磁铁全部断电, 当前分类电池全部落在电池收集盘上, 并且被移出电池分选区域至电池收集区域进行装箱,。重复以上步骤分选下一类电池, 直至所有电池分类分选结束。电池自动分选机的分选速度不仅取决于吸盘式电磁铁数量的多少, 还在于分选类别的多少, 其分选速度的计算公式如下:分选速度=吸盘式电磁铁的数量/(电池分类数*每分钟分选频次)如果吸盘式电磁铁的数量为384; 电池分类数6类; 每分钟分选频次为4次;分选速度=384/6*4= 256个/min实践证明: 我们可以进一步增加吸盘式电磁铁的数量, 所以进一步提高分选机的分选速度也是一件容易的事, 只是设计时需要根据工厂的具体生产产量和现场

25、布局最终确定最佳的分选速度。采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机的优越性采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机, 不需要价格昂贵的机械手和复杂的伺服控制系统, 采用低廉的吸盘式电磁铁和简单的直线运动元件实现了电池快速分选, 生产效率很高、性能十分稳定可靠。采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机在整个分选过程全部实现自动化, 待分类的电池周转托盘从设备的政左侧推入, 从右侧流出后进行下一轮周转; 电池分选出来在电池收集区域进行快速装箱; 特别值得一提的是, 该设备在更换电池型号时非常简单, 只是需要调整吸盘式电磁铁的高度,其余不需要进行任何调整。整个生产过程、调试和维修十分方便快捷, 体现了人性化的设计理念。采

26、用吸盘式电磁铁的电池自动分选机, 从根本上解决了人为误操作导致电池错误分类的现象发生, 从而有效地保证了电池组的产品质量和使用寿命。它的普及推广将有利于促进大电池大规模产业化发展进程。3.使用PLC与机械手电池自动分选系统主控机采用PLC 机,并配有通讯卡和脉冲控制卡。通讯卡完成分选系统与上位机的双向数据通信,脉冲控制卡不仅可以提供步进脉冲,还可以提供16 位TTL 兼容的数字I/ O ,可作为自动分选机的检测和控制信号。系统的电气原理如图2 所示:机械传动部分采用两个步进电机作为驱动,一个电机控制机械手在水平方向移动,能够精确定位机械手抓取和放下电池的位置,另一个电机完成分选完毕的电池的收集

27、工作,保证下次分选时,分类道拔叉中无电池。每个电机都由行程开关来控制其初始位置,使长期工作无累积定位误差,增强了系统的可靠性。总控板采用对检测和控制信号进行集中控制的原则,进行信号抗干扰处理,保证信号采集的可靠性和准确性,以实现下列功能:(1) 两个步进电机的方向和脉冲频率控制,从而实现对分选机位置和速度的控制。(2) 检测各开关量输入信号,识别各状态参数。(3) 识别编码板信号,以便确认与上位机通讯的电池盘号。(4) 控制电磁阀的吸合,使机械手正常工作。(5) 实现声光限位报警。根据总体设计思想和系统硬件配置情况,在软件上要求整个系统的自动化程度要高,能够完成以下功能:a1 步进电机自动而且

28、精确地定位于电池盘各行和各分选槽。b1 步进电机零位的自动检测以及步进电机方向和速度的自动调节,达到快速准确地进行分类控制。c1 自动识别编码板上的电池盘信号,与上位机通讯并从上位机获得分类数据。d1 机械手自动抓取电池,按分类表自动放入8 类分选槽内,分选机构自动将电池导入制定分选区内,某类分选区内电池装满,自动停车,进行声光报警,以提醒操作人员按类取走电池。e1 机械手上电眼对电池有/ 无状态进行全程监测,并对各种非正常状态进行处理。对一些机构进行限位控制,确保设备正常、安全运行。启动系统,按绿色“运行”键,屏幕显示电池盘号,若为空盘系统处于等待状态,直到有经电池检测工作台检测过的电池盘安

29、装上,系统开始与上位机通讯,通讯成功后,可得到电池分类数据,并显示过滤后的电池分类数据。过滤数据的原则是:高于第7 类的电池,归于第7 类。机械手开始抓取电池,机械臂下降,机械手上的电眼检测电池状态(有/ 无) 。当此行电池盘中有电池时,机械手夹住电池,机械臂上升,机械手上的电眼再检测一次电池状态(有/ 无) 。若此行无电池,机械手会自动转到下一行检测和操作。如果两次检测电池状态不同,响铃提示此行中有没有被抓起的电池,机械手下一次会自动到这一行重新抓取上一次漏分选的电池,机械手抓取电池子程序框图。机械手按上位机下传的电池分类数据自动把电池分选到相应的电池类别区内,机械臂下降,机械手放下该类电池

30、。如果机械手上有某类电池未放下,机械手将重复放下电池的动作,直到电池放下,然后机械手自动运行至下一类别区内,当机械手上无电池时自动返回, 进行下一次电池分选工作。工作中分选区内的某类电池装满时,进行声光报警,提醒用户取走电池,并把滑块放回原位,按绿色“运行”键,系统将继续自动运行。每盘电池分选完毕,自动统计分类结果,批量分选完毕,还可从上位机获得批量统计结果。为了保证电池自动分选机的运行灵活、可靠,我们采取了一些安全措施。(1) 紧急停车和启动按钮。在系统工作过程中,若出现紧急或异常情况时,会产生声光报警,同时可暂停系统的运行,进行必要的检查和修复后,按启动键系统自动继续工作。(2) 机械手上

31、的电眼。分选时机械手抓取和放下电池,为防止误操作和保护机械手冲击的损坏,机械手上的电眼全程对机械手进行监测和保护,同时还可以通过机械手上电池的有无状态,来减少运行时间,从而提高分类速度。总之,通过采取软硬件设计方法,确保系统安全可靠地长期运行。第三章 废电池分选设备的用途、规格、主要技术性能及特点3.1 研究内容通过机械的方式筛除圆形扁平状、圆形柱状等非方形电池，并把所筛选出来的方形电池按型号尺寸不同或材料不同分装不同的箱中保存以便二次回收废物利用处理。现如今提高分选记得分选速度的关键问题在于增加机械手的数量，但是由于机械手昂贵，对于目前的机械手分选设备是可望而不可及的。所以我在设计中准备采用

32、磁力加物理斜坡的方式，通过力学计算，筛选出一部分特殊材料（可以被磁铁吸附）的电池，用圆形振动筛板剔除过小纽扣电池于小型圆柱形干电池，并尝试用其他纯机械手法筛选出尽量多的电池，在最后几步中穿加PLC检测拨叉分选，生产线技术分选，尽量避免使用机械手。3.2 设备用途方形圆形电池以及纽扣电池的区分，并且最终装箱：1接受已经经过吹风机构去除垃圾的未分类电池。2筛选5号电池，7号电池，以及纽扣电池，其中纽扣电池直接装箱，5号电池与7号电池送到二次电池分选机构进行进一步分选。3分选1号电池，2号电池与方形电池，其中方形电池直接装箱，1号电池与2号电池送到二次电池分选机构进行进一步分选。4将分离开的每种电池

33、进行装箱等待下步处理。图3.1 分选装置总流程图3.3 主要技术性能 1.未经处理的电池经过吹风除杂机构去除其中混杂垃圾。2.经过吹风除杂的电池通过漏斗直接导入筛箱中，利用电池的物理尺寸，经过两层筛板以及纽扣电池筛网进行初步筛分，分别筛去5号电池，7号电池以及纽扣电池。3.在余下的电池中通过滚动摩擦与滑动摩擦消耗的能不同，经过合理的角度和摩擦系数的斜面，区分方形电池以及1号电池与2号电池。（在滚道上添加挡板与导向槽使略高的1号电池脱离主滚道进入其自己的收集滚道）4.圆柱电池又分为一次性电池、锰电池、镍电池等，我们利用他们的内阻区别，利用传感器将经过排队的电池进行区分。5.通过使箱体往复运动使电

34、池依次排入箱中。图3.2 方形电池分选方案图3.4 机构特点能够进行快速大量的筛选工作，在保证筛选率的同时提高筛选效率，不采用传统机械手与传感器的分选方式，进一步提高分选效率，降低成本。采用板材冲压焊接等加工方式使机械重量大幅度减轻，方便入料与出料。筛板采用互换性设计，分别设计不同电池筛选的不同筛板，有一定调整性，若某块板在实际应用中不合适或者损坏可以更换或从新设计一个板，减少损失。第四章 废电池分选设备的总体设计4.1 筛箱功能原理分析筛箱的主要作用是为了将收集到的1,2,5,7和方形电池与纽扣电池，由于1,2与方形电池尺寸与质量上不容易区分。所以筛箱主要是用来分开5号，7号与纽扣电池并且分

35、别装箱。方案一：利用磁力分选，在传送轨道两遍加电磁铁，通过定时的通断先筛选出一部分磁导性较好或体积比较小的电池，然后在通过传感器，筛选出体积大直径高的电池，其余电池再通过圆形筛板筛去圆形电池，留下方形电池。优点是筛选效率高，但由于需要用到电磁铁与传感器，成本较大，机械方面需要设计的内容较少，故不优先考虑。方案二：多层筛板分选，利用电池尺寸不同的特点，为每种电池各设计一个筛板，从上到下以筛孔从大到小排列，通过层层筛选，把每种尺寸的电池详细按种类分开。优点是纯机械只有一种运动方式，达成容易，但由于电池种类过多，所以需要的筛板也较多，机器传动会比较困难，而且由于筛板容易造成分选率低等问题，而且会造成

36、机械过大，工作量过大，故不优先考虑。方案三：先利用筛板初步筛选，把混淆在一起的电池先分成一堆一堆的，在通过简单的机械或者物理手法进行分选。此方法具备方案二的优点，并且由于不是一次分开虽然会导致效率下降，但相应的分选率会提高，而且不需要采用传感器或电磁铁等设备，节约成本，工作量适中，故优先考虑。相对于目前的筛箱，为了保证筛选度以及筛选效率，所以采用第三种方案。4.2 筛箱的总体方案设计筛体部分采用分层结构，筛板倾斜10°，筛板用硬质塑料一次成型，避免加工中产生的变形，并且若有型号上的改变也容易更换。筛箱四壁箱体采用金属构造，框架可使用槽钢，上箱体设计方便安装筛板并且在上下箱体接触部分设

37、计滚轮以减轻电机带动曲柄滑块机构的扭矩。上箱体前后箱板之间设计一个辅助支撑板减少两侧箱板应力集中。利用曲柄滑块装置使上箱体左右震动，并且在左右箱板添加弹簧减震。选择低转速高扭矩的电机，通过计算合适的振动频率，通过V带减速或者齿轮箱减速达到合适的输入转速。根据检索到的电池尺寸方面的数据，在除去一些跟随废电池一起的生活垃圾及电池本身的会污染环境或腐蚀金属的废液。分选第一步应先机械筛选，由于纽扣电池最大直径为11.6mm，近似于7号干电池直径，所以可以用12mm左右的筛网优先筛除7号与纽扣电池，并且当这两种电池被同时筛除也方便分开，然后我预想是通过滑动摩擦和滚动摩擦消耗的势能不同，通过斜坡使方形电池

38、和圆形电池滚落时的距离不同而达到第二步分开方形与圆形电池的目的，或者再次通过物理筛选先去除5号电池，留下2号电池，1号电池与方形电池进行分选，难点是若用斜坡分选，在斜坡上就不能发生电池的碰撞或者推挤什么的，若让电池一个个通过，则降低分选效率，但由于电池比较小巧，可以在同一机器内多轨道进行，需要保证的就是每次每条轨道仅在一定时间内通过1枚电池。当把方形电池筛选出来之后，可以用生产线挡板的那种方法，由于2号电池的直径是25mm而1号电池的直径是32mm，我可以在轨道高于28mm处设立斜向挡板并挖空挡板指向轨道设立新的收集轨道使1号电池自动由挡板滚落分选到其自己的收集容器中。4.3 滑轨方案设计 由

39、于1号电池，2号电池与方形9号电池尺寸类似不容易用筛选的方式选出，所以设计斜坡滑轨，通过计算，因为方形电池在滑轨上收到的是滑动摩擦，滑动摩擦系数远大于圆形电池的滚动摩擦系数使方形电池在滑轨上受力为0，进行匀速直线运动，而圆形电池做滚动，当两种电池脱离滑轨时方形电池会落入离滑轨较近的收集箱中，而圆形电池则会落在较远的收集箱中达到分选的目的。图4.1 废电池筛装配图第五章 废电池分选设备的总体设计5.1 总体布局先利用筛板初步筛选，把混淆在一起的电池先分成一堆一堆的，在通过简单的机械或者物理手法进行分选。5.2 筛箱的主要技术参数的确定尺寸直径11mm，高度44mm直径14mm，高度49mm高度5

40、0mm,直径25mm国内型号AAAAAC俗称7号锌锰干电池5号锌锰干电池2号锌锰干电池日常适用范围电子钟、手电筒、遥控器电子钟、手电筒，R6P也可用于遥控器手电筒、收音机尺寸高度59mm,直径32mm国内型号D俗称1号锌锰干电池9v方形碱性电池日常适用范围手电筒、收音机报警器，遥控玩具，无线门铃，无线耳机，万用表尺寸高度59mm,直径32mm11mm，高度44mm直径14mm，高度49mm国际型号LR20LR03LR6俗称1号碱性锌锰干电池7号碱性锌锰干电池5号碱性锌锰干电池日常适用范围电动玩具、电动剃须刀、燃气热水器电动玩具、随身听、MP3录音机、电动剃须刀、遥控器、BP机电动玩具、电动剃须

41、刀、燃气热水器表5.1 干电池尺寸与材料5.2.1 筛体尺寸筛箱的第一层筛网需要筛除5号及比5号电池更小尺寸的电池，5号电池的直径为14mm，2号电池的直径为25mm，为了保证筛选率，第一层筛网直径至少为16mm，预选18mm。第一层筛板设计有19排筛孔，每排筛孔尺寸为18mm×800mm，中间间隔距离为32mm，整体尺寸为1000mm×1000mm，为避免加工变形与应力集中，筛孔两遍做成圆滑状。铝合金密度根据掺入金属不同，大概为2.52.88之间，计算时取2700KG/M3。筛箱的第二层筛网需要筛除7号电池及纽扣电池，7号电池直径为11mm，由于和5号电池直径差距较小，取

42、直径平均数为筛网孔径，第二层筛网孔径为12.5mm。第而层筛板设计有19排筛孔，每排筛孔尺寸为12.5mm×800mm，中间间隔距离为37.5mm，整体尺寸为1000mm×1000mm。塑料密度约为101105之间,计算时取1050KG/M3。筛箱的底层是个有筛孔的筛板，纽扣电池最大的直径为11.6mm，大多数纽扣电池直径小于10mm，形状扁平，高度最高为5.4mm，所以在快到出口处开出横向长度为10mm，宽6mm的多排细孔，虽然不能保证回收所有的纽扣电池，但是能保证通过筛网的都是纽扣电池，由于纽扣电池中含有较为贵重的金属，所以通过机械去除其他电池方便收集。第一层筛板设计有

43、5排横向筛孔，每个筛孔尺寸为10mm×6mm每个筛孔之间间距为15mm，一排横向分部39个，第二排与第一排呈交叉分部，中间间隔距离为50mm，整体尺寸仍为1000mm×1000mm但有筛孔的尺寸仅为前中半部分1000mm×250mm长度。筛板与筛板之间的高度距离为80mm，能够保证电池平铺又考虑到电池从上层跌落时自由落体的时间不会过长而产生大量势能对筛板寿命造成影响。第一层筛板由于需要接受上方输入的大量电池，所以需要用耐腐蚀的，有较强弯扭强度的轻便金属，例如铝合金。第二三层筛板由于不会像第一层筛板一样输入大量电池，所以只需要用耐腐蚀性较好的非金属材料，例如塑料。筛

44、板厚度初定为10mm。5.2.2 筛箱部分工作时重量分析筛体部分的重量包括筛体自身的重量以及在从电池落入筛体到电池被筛选离开筛体之间的单位时间内筛体中存有的电池重量。为了减轻筛体重量，周围框架用铝合金冲压并焊接而成，内部筛板用聚丙烯一次塑形，避免加工时造成的变形。筛体重量约为：（1000×1000×10+410×1000×10×4）/109×2700+1000×1000×10×3/109×1050=71.28+31.5=102.78kg筛体上电池若设其为纯滑动摩擦，摩擦系数采用铁与塑料的均值=0

45、.15进行受力分析斜坡角度为10°，设电池为1号电池，查到1快1号电池的重量约为0.088kg/粒F=（mg×sin10-mg×cos10）=ma a=0.34m/s2S=1m=at2 t1.73s所以当斜坡角度为10°的时候，为保证电池的筛选率，至少筛体需要在2秒内往返4次，故皮带轮输出轮转速至少为120r/min。取皮带轮输出轮转速150r/min的时候，若当4层都是1号电池计算每秒可输入电池：1000/59×19×4=128粒 重量约为128×0.088=11.264kg，若输入其他电池，则数量增加，但单个电池的质量减

46、小，所以按照2秒为电池落入筛体到电池被筛选离开筛体之间的单位时间，则电池的重量为22.52kg。所以筛体总重量预估为125kg。第六章 废电池分选设备的运动设计6.1 拟定传动方案由于电池分选系统运动部分就是筛箱的左右往复运动，所以用曲柄连杆机构就能达到，利用电机通过减速器减到合适的转速之后通过皮带轮传递到曲柄连杆机构上，曲柄连杆机构一边连接筛箱箱体达到带动箱体左右振动的目的。在电池通过滑轨时由于需要达到分选的目的而不是随意的自由落下，所以要根据电池下滑的最慢时间来确定每次释放电池的间隔，通过步进电机控制间隔时间，通过两遍都有齿的同步带来进行运输与赋予电池下滑初速度。6.2 绘制传动系统图图6

47、.1 传动系统图第七章 动力设计计算7.1 曲柄滑块机构尺寸 图7.1 曲柄滑块机构示意图决定滑块的往复的行程为H=100mm，则OB=50mm，当B到达垂直距离时，使OC=100mm，所以曲柄长度BC=157.97mm。7.2 电动机选择为了机构能运动起来，我们要选择相应的电动机。电动机的输出功率主要用于筛选箱体的往复运动，经计算筛选箱体的总质量为125kg，由于曲柄滑块机构带动筛箱左右振动而不是上下振动，所以需要负载的F=mg，在筛箱下面安装滑轮，在筛体上面设置滑轨，取0.02，F=25N，再考虑惯性问题F惯=ma，皮带轮输出轮转速为150r/min，通过计算机运动仿真Vmax=0.76m

48、/s，amax=3.36m/sP=125×3.36+25=445W所以振动筛所需功率为445W；V带传送的效率1=0.96 滚动轴承的效率2=0.99 弹性柱销联轴器效率2=0.96总效率总=1×2×3=0.9124电动机所需的功率为Pd=Pw/=487W所以选用Y2-802-6的一般异步电机，其额定转速为900r/min，额定功率为0.55kw，最大转矩2.0，最小转矩1.5，质量为17kg。图7.2 输入轴尺寸图7.3 计算轴的输入功率与转矩P=Pd×3=528w T=9550×0.55/900=583.6NT 1=5.83×5.

49、7×0.96=31.9N带输出皮带轮的输出轴用M30的长螺栓与套筒的组合代替，直接安装在下筛体上，校核螺栓的抗弯扭能力。带轮重量为2Kg=20N图7.3 输入轴受力分析图对a点取矩得：20×0.042-Frb×0.09=0 Frb=9.33N Fra=10.66N1轴的剪力分布图为：图7.4 输入轴剪力图扭矩图为：图7.5 输入轴扭矩图 弯矩图为：图7.6 输入轴弯矩图所以由图中可以看出A截面为危险截面，对A截面进行弯扭合成强度校核所以强度满足。第八章 筛选滑道结构设计8.1 结构方案的确定设计分选滑道的目的有以下两个：1.利用滑动摩擦与滚动摩擦系数的不同，电池在

50、经过滑道的时候会消耗不同的势能，当角度一定时，方形电池和圆形电池离开滑道时候拥有的动能不同，飞离的距离不同，以达到分开方形电池与圆形电池的目的。2.利用滑道上安装的挡板，使大于2号电池直径的1号电池由挡板进入掉落轨道，最终掉进收集箱中。8.2 机构及主要零件空间布置确定结构之后，由于经前文计算，方形电池在10°的斜坡上行进1000mm需要5s，所以除了必要的斜坡以外，需要一个控制其速度的机构，设计用液压马达带动一个反“卐”字机构，控制液压马达的速度为3转/分钟，达到控制电池速度的目的。图8.1 滑道俯视图图8.2 滑道主视图8.3 轴承的布局由于只有3个安装轴，其中2个轴基本不受到扭

51、矩与切应力，所以在校核的时候只校核了输入轴。输入轴是安装在垂直减速器之后，竖直安装，受到轴向力与径向力，两边用角接触球轴承固定，一端安装在下箱体上，用皮带轮盒支撑另一端，皮带轮盒焊接在下箱体上，中间用键安装输入皮带轮。输出轴安装在下箱体上，与下箱体固定，只承受径向力，中间经过滑动轴承连接轴与输出皮带轮，输出皮带轮上打孔，用螺栓连接连杆，形成曲柄连杆机构。图8.3 曲柄连杆机构 滑道轴是用于安装反“卐”机构的输入轴，一端接联轴器与液压马达相连，两端均选用深沟球轴承。8.4 润滑与密封方式的选择由于轴承全部为敞开式设计，无法采用油润滑，所以所有的轴承润滑均采用脂润滑，润滑脂材料选择钙基润滑脂(GB

52、/T 4911987)。第九章 主要零件的计算9.1 V带传动的计算确定计算功率传动功率取0.03KW主动轮转速n1=900r/min从动轮转速n2=150r/min传动比i=6设计功率Pd=KAP 取KA=1.1则Pd=0.605KW小带轮的基准直径为dd1=150mm由于传动比过大，所以选择在电动机后添加一传动比i=6的标准减速器使带轮传动比为1。所以有大带轮的基准直径为dd2=idd1（1-）150mm=0.015（0.010.02） 选取标准直径dd2=150mm初定轴间距通过计算的方法确定0.7（dd1+dd2）a02（dd1+dd2）取a0=300mmLd0=1071mm选取基准长

53、度Ld0=1120mma324.59.2 传动轴直径的估算及验算输入轴的材料为45钢。按照轴的扭转强度条件：可得轴的直径：输入轴P=Pd×3=528w=0.52Kw n=150r/minT=9550×0.55/900=583.6NT 1=5.83×5.7×0.96=31.9N 设计直径: 满足。 弯曲刚度，扭转刚度及危险断面强度计算见第七章。9.3 滚动轴承的验算 由于轴承转速一定并工作在非高温等特殊工作场合。当可靠度为90%的时候，滚动轴承的寿命： 其中为角接触球轴承=3轴承n=150r/min轴承型号为7205C所以有C=10.5轴承承受的当量动载荷

54、：对于有中等冲级或中等惯性冲级的机构，载荷系数：Fra=10.66N（第七章计算）带入计算得合格9.4 联轴器的选择与验算选择联轴器时需要考虑：1.所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。2.联轴器的工作转速高低引起的离心力大小。对于高速传动轴，应选用平衡精度高的联轴器。3.两轴相对位移的大小和方向。4.联轴器的可靠性和工作环境。5.联轴器的制造、安装、维护和成本。综上所述，本机构传递转速较小，减速器与轴连接不需要缓冲或者减震，离心力一般，两轴相对位移大小较小，工作环境不恶劣，可靠性需要较高。按照制造安装维护的方便以及成本，选择刚性联轴器-GY2。由于机器启动时的动载荷和运转中可能出

55、现的过载现象，所以应当按轴上的最大转矩作为计算转矩：根据计算转矩Tca及所选的联轴器类型，按照：的条件由联轴器标准中选定该联轴器的型号。Tca=1.7×5.836=992.1210N·m T=63N·m 所以合格。9.5 曲柄滑块机构的运动学计算对曲柄滑块部分进行运动分析： 将：在Y方向上投影得： 综上得：又第十章 电池筛选机构与滑轨机构技术经济分析废旧电池的危害已经被人们日益看重，怎么样能够更快速更有效的处理他们，这是关键。但其在回收和再利用过程中如果处理不好，必然会产生新的污染源，给环境和人体健康造成极大危害。去年两会期间，一位政协委员就此事提交提案，引起国家有关部门高度重视，整顿废旧铅酸蓄电池回收和再生铅行业势在必行。通常废旧电池是经过制定回收点进行回收，然后在经过运输，送往电池处理地点，最终通过专业设施对其进行回收和再利用。在这个处理的过程中不难发现，废旧电池的处理要经过一段繁琐的过程，期间的运输费用，处理费用占很大一部分。我设计的废旧电池处理设备，是通过简单机械对各种电池进行分类，除杂和装箱。通过一套完整程序将废旧电池分选出来，这样在进行下一步的处理和再利用上，明显提高的效率，同时便于储存和运输。大大提高了经济适用性，从经济角度讲，废电池的回收设