物流行業(yè)分揀機(jī)設(shè)計(jì)研究

陳炳燃

關(guān)鍵詞：物流行業(yè);分揀機(jī);設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及生產(chǎn)能力的提升，物流作為第三利潤(rùn)源泉得到越來(lái)越多的關(guān)注。實(shí)現(xiàn)物流的現(xiàn)代化，需要采用快速、高效、自動(dòng)化的物流設(shè)施設(shè)備，但我國(guó)的物流分揀作業(yè)目前很大一部分仍然依靠人力完成，占用了極大的勞力資源卻達(dá)不到高效率。目前國(guó)內(nèi)物流行業(yè)的快速發(fā)展與集成物流自動(dòng)化程度低形成鮮明對(duì)比，尤其是快遞郵政行業(yè)更需要自動(dòng)化的物流裝備提高分揀的效率，降低人工分揀造成的高出錯(cuò)率。分揀機(jī)器人分揀機(jī)可以輕松的處理大量商品，做到了最少化員工的勞力水平，提高了工作效率，在節(jié)奏越來(lái)越快的物流行業(yè)有極大的應(yīng)用空間。分揀機(jī)器人分揀機(jī)擁有極高的工作效率，移動(dòng)小車在分揀機(jī)器人分揀機(jī)工作過(guò)程中通過(guò)同步帶連接著驅(qū)動(dòng)輪，帶動(dòng)分裂盤(pán)運(yùn)動(dòng)。研究分揀機(jī)器人分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)，將幫助人們了解分揀機(jī)器人分揀機(jī)的作業(yè)過(guò)程，對(duì)其高效的工作效率有更加直觀的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)分揀機(jī)器人分揀機(jī)的研發(fā)及其在行業(yè)中的應(yīng)用，改善目前行業(yè)中自動(dòng)化程度低的狀況，降低勞力成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

1我國(guó)物流行業(yè)自動(dòng)分揀系統(tǒng)現(xiàn)狀

我國(guó)自動(dòng)分揀機(jī)的應(yīng)用大約始于1980年代，隨著業(yè)界對(duì)現(xiàn)代化物流的實(shí)際需求的增長(zhǎng)，各行業(yè)對(duì)高速精確的分揀系統(tǒng)的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現(xiàn)在煙草、醫(yī)藥、圖書(shū)及超市配送領(lǐng)域，并有望在將來(lái)向化妝品及工業(yè)零配件等領(lǐng)域擴(kuò)展。在中國(guó)市場(chǎng)引進(jìn)的“Sorter”分揀機(jī)、滑塊分揀機(jī)和交叉帶分揀機(jī)這兩種分揀設(shè)備相比，“Sorter”分揀機(jī)的性價(jià)比是最高的?；瑝K分揀機(jī)采用直線型布局，故處理能力比“Sorter”分揀機(jī)要低;交叉帶分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致占地面積大，而“Sorter”則能節(jié)約40%左右占地空間;在價(jià)格方面，“Sorter”分揀機(jī)的價(jià)格僅為交叉帶分揀機(jī)的一半。

2物流行業(yè)分揀機(jī)系統(tǒng)組成

為了達(dá)到最基本的自動(dòng)化分揀的目的需要分揀機(jī)系統(tǒng)三個(gè)部分的組成，在控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下實(shí)現(xiàn)物件從供件系統(tǒng)進(jìn)入分揀主機(jī)進(jìn)行分揀后由下件系統(tǒng)完成物件的物理位置的分類，從而達(dá)到物件分揀的過(guò)程。

2.1供件系統(tǒng)

供件系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)分揀主機(jī)的高效、準(zhǔn)確處理而存在的，因此這個(gè)系統(tǒng)并不是絕對(duì)必需的。圖1是分揀機(jī)的組成部分，用于將包件準(zhǔn)確無(wú)誤的送入到帶式小車中。

2.2主體運(yùn)載系統(tǒng)

分揀系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是實(shí)現(xiàn)分揀的主要執(zhí)行系統(tǒng)，它的目的就是為了實(shí)現(xiàn)具有各種不同附載信息的物件在一定的策略邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物件的分配與組合;下件系統(tǒng)是分揀處理的末端設(shè)備，它的目的是為分揀處理后的物件提供暫時(shí)的存放位置，并實(shí)現(xiàn)一定的管理功能。圖2用于承接由供件機(jī)供給的包件，并將包件送往預(yù)先設(shè)定的道口落袋。帶有包件的分裂盤(pán)移動(dòng)小車在到達(dá)預(yù)定的道口時(shí)被自帶電機(jī)觸發(fā)分裂盤(pán)，分裂盤(pán)打開(kāi)使包件迅速落入袋中。主體運(yùn)載系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上采用同步帶與移動(dòng)小車的沉孔連接，而小車之間使用連接軸設(shè)置，使得小車在高速水平轉(zhuǎn)彎時(shí)既平穩(wěn)又轉(zhuǎn)動(dòng)自如;同時(shí)在結(jié)構(gòu)上根本性的解決了分揀機(jī)在大載荷情況下的承載傾翻不可靠、不平穩(wěn)等缺陷。

3物流行業(yè)分揀機(jī)要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1分裂盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

被動(dòng)型分裂盤(pán)的設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮很多因素，如圖3和圖4，對(duì)材質(zhì)的要求：要求耐磨損、壽命長(zhǎng)，滿足高強(qiáng)度的作業(yè)需求分裂盤(pán)采取特殊鋁合金型的材質(zhì)組成，這樣的材質(zhì)使分裂盤(pán)既輕便又堅(jiān)固，可以防止分裂盤(pán)在上料時(shí)受損，增長(zhǎng)使用壽命;對(duì)分揀動(dòng)作的要求：要求響應(yīng)速度要快，重力分揀可能會(huì)出現(xiàn)落袋不及時(shí)的缺點(diǎn)，可以通過(guò)加偏流和其他輔助設(shè)備，提高分裂盤(pán)的開(kāi)合性;與雙搖桿機(jī)構(gòu)的配合：雙搖桿機(jī)構(gòu)與分裂盤(pán)配合，作用使分裂盤(pán)同時(shí)開(kāi)合。方案采用電動(dòng)滾筒進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證了運(yùn)動(dòng)可靠性，如圖4。

3.2雙搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

雙搖桿機(jī)構(gòu)軸向固定件長(zhǎng)18mm，固定機(jī)架長(zhǎng)度200mm，聯(lián)軸桿的桿長(zhǎng)為180mm，同時(shí)在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩個(gè)軸向固定件均為最短桿。在這里設(shè)固定機(jī)架為最長(zhǎng)桿，桿長(zhǎng)為x1，軸向固定件是最短桿，桿長(zhǎng)為x2，聯(lián)軸桿桿長(zhǎng)為x3，在這里對(duì)聯(lián)軸桿進(jìn)行校核。在分裂盤(pán)中，雙搖桿機(jī)構(gòu)的最短桿可知是軸向固定件，并不是機(jī)架。所以，第一種可能性被排除。因此，在分裂盤(pán)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架為任意桿。

雙搖桿機(jī)構(gòu)在控制分裂盤(pán)同時(shí)開(kāi)合運(yùn)動(dòng)中，達(dá)到極限位置，可得知聯(lián)軸桿最大長(zhǎng)度，公式1：x1+x2≥X3+X2，可知X3

3.3電機(jī)與減速器設(shè)計(jì)

可知扭矩M=5927N·m，計(jì)算電機(jī)功率

由電動(dòng)機(jī)額定輸出功率可知，選取Y132S2三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)功率：7.5KW電壓：380V電流：15A絕緣：B噪音：83dB（A）轉(zhuǎn)速2900r/min。廣泛適用于不合易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場(chǎng)合和無(wú)特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。

在分裂盤(pán)同步帶驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速是9轉(zhuǎn)/分鐘，需要1：320的減速器，考慮到1：320的減速箱體積過(guò)大，效率較低，現(xiàn)用1：60的減速器，通過(guò)鏈條連接大鏈輪和小鏈輪，達(dá)到速比1：320的效果。1：60的減速器選取蝸輪蝸桿減速箱，如圖5。

3.4上料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上料機(jī)構(gòu)組成部分有上料機(jī)與傳送帶。其中上料機(jī)的主要工作是將包件集中供到傳送帶上。上料機(jī)（如圖6），的制作材料選擇鋼材，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。底座部件對(duì)裝有包件的箱子起到固定作用，上面支架起到支撐作用，上面支架和底部部件之間通過(guò)軸承連接。上面支架通過(guò)翻轉(zhuǎn)帶動(dòng)裝有包件的箱子，在重力的作用下，包件被供到傳送帶上。

上料系統(tǒng)采用多條窄皮帶傳動(dòng)的形式，有效的解決了輸送膠帶高速運(yùn)轉(zhuǎn)容易跑偏的缺陷。主要結(jié)構(gòu)形式為焊接框架支撐的形式，兩側(cè)有檢修門(mén)可方面對(duì)設(shè)備的維護(hù)工作。傳送帶（如圖7），包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。牽引件用以傳遞牽引力，一般采用輸送帶;承載構(gòu)件用以承放物料，有料斗、托架等;驅(qū)動(dòng)裝置給輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器（停止器）等組成;張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，保證傳送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn);支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用滾輪、托輥等。

4物流行業(yè)分揀機(jī)最終設(shè)計(jì)

通過(guò)以上設(shè)計(jì)最終確定分揀機(jī)產(chǎn)品，矩形分揀機(jī)有4個(gè)驅(qū)動(dòng)輪（輪直徑2500mm），托盤(pán)高2600mm。整個(gè)分揀機(jī)占地區(qū)域：10.5mx56m，243個(gè)運(yùn)送單元，每一單元2個(gè)托盤(pán)。托盤(pán)尺寸：400mmx500mm，卸貨站有木質(zhì)滑槽。滑槽直接卸貨入滾動(dòng)的存儲(chǔ)容器。設(shè)計(jì)特點(diǎn)：可分揀物品包括單一信封和雜志，捆包信封和雜志，不規(guī)則形狀物品和管狀物品。最大尺寸：450mmx300mmx200mm，不限郵政編碼數(shù)目，分揀出口介于210至272個(gè)，每一個(gè)分揀機(jī)1個(gè)撿除站。自動(dòng)掃描：西門(mén)子OCR（光學(xué)字符閱讀器）系統(tǒng)，如圖7。

5結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)了一種適用于快遞、郵件等其他小型貨物的分級(jí)輸送裝置，對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上分揀機(jī)不足進(jìn)行了改善;（2）機(jī)械機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提出了一種除了交叉帶分揀裝置以外的相對(duì)輕量化分揀裝置;（3）控制方式的改進(jìn)，從上料到下料由集成控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)的完全自動(dòng)化;（4）結(jié)合當(dāng)下實(shí)際情況所作出的基于TRIZ理論的分析設(shè)計(jì)，為后面的設(shè)計(jì)分析提供了理論支持。