物流分拣系统的行走小车设计【快递物流分拣】【说明书+CAD+SOLIDWORKS】

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The channer 20km overland-A flagship of modern belt conveyortechnologyJ.Bulk Solids Handling, 2003, 11(4):781792.6. 张钺，新型带式输送机设计手册 北京:冶金工业出版社，20017. 宋伟刚，散状物料带式输送机设计 沈阳:东北大学出版社，20008. 邱宣怀，机械设计 北京:高等教育出版杜，20049. 王德发，机械设备控制技术 北京:机械工业出版社，200510. 熊世和，机电系统计算机控制工程 西安:电子科技大学出版社，2004六、系审批意见 系主任（签名）: 七、院领导审核意见 院领导（签名）: 八、学生实际完成日期 九、同组设计（论文）者 5 物流分拣系统的行走小车设计物流分拣系统的行走小车设计1 课题综述1.1 课题目的本课题中所研究的物流分拣系统是一种十分先进而高效的设备，它不但提高了物流分拣的效率、速度而且还提高了分拣工作的正确率。设计本课题的目的在于实现物流分拣的自动化，提高工作效率和准确率，节省人工的成本并降低作业成本。设计中的行走小车，是物流分拣系统中快件传送的一个环节，用于完成快件从上包机至分拣通道之间的传输工作。整个输送过程是由程序控制的，从而达成了节省人工以及作业成本的目标。1.2 小车设计简介 行走小车主要是由两个部分组成。上半部分是一个小型的皮带输送机，用于承载、输送物品，主要由输送带、滚筒和电机组成。下半部分是行走小车的主体，用于实现小车的移动和对输送机的承载。小车的轨道设计为一个环形轨道，小车在上包机处装载包裹后，沿环形轨道行进至分拣道口，卸载货物，再次回到上包机处，如此往复，实现输送功能。图1.1 行走小车结构示意图2 物流分拣系统2.1 物流分拣系统综述分拣作业是物流配送中的一个关键环节，它指的是依据顾客订货要求或配送中心送货计划，迅速、准确地将商品从储位或其他区域拣出，并按照一定方式进行分类、集中，等待配装送货的作业过程。分拣是配送中心作业中最繁锁、工作量最大的环节，也是配送中心作业系统的核心。 如今，商品经济逐步深入，社会需求呈现出向小批量、多品种方向发展的趋势，配送商品的种类和数量急剧增加，这使得分拣作业在配送中心作业的比重越来越大，而客户对配送服务和质量的要求也越来越高。分拣作业的速度和质量直接关系到整个配送中心的信誉和服务水平，分拣系统的建设也成为配送中心非常重视的问题之一。构建分拣系统是一个复杂的过程。从规划设计到实现，需要考虑很多因素。分拣系统与上游的仓储系统以及下游的装运送货系统都有着紧密的联系，所以还要考虑它们之间的衔接，解决好接口的问题。建立分拣系统首先应了解分拣作业的流程，明确系统需要完成的任务。就实际运作过程来看，分拣作业主要由生成拣选信息、行走或搬运、拣货、分类和集中四个基本环节组成。其中: 拣选信息是分拣工作的指令，一般由顾客订单或送货单经加工处理而成，以拣货单或电子信号等形式存在; 行走搬运是分拣作业人员或机器直接接触并拿取和移动货物的过程。实现形式主要有三种，一是人员通过步行或搭乘运载工具到达货物储位; 二是货物随自动化货架到达人员面前; 三是无人参与的物流分拣系统中完全由机械自动完成; 拣货是按照拣选信息的指示抓取货物并确认的过程，是分拣作业的核心，根据货物体积、重量、出货频率等的不同分为手工、机械辅助及自动化设备等实现形式; 分类集中是必要时（如批量拣选时）为了衔接出货装运作业而进行的再加工，在实际中也有人力分货、机械辅助和自动分货机等实现形式。分拣作业流程是分拣系统的业务流程依据，合理利用机械、自动化设备，采用新技术可以节约作业时间、降低分拣错误率，也是构建分拣系统的目标与关键。 分拣系统的发展概况最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统，通过人工搜索、搬运货物来完成货物的提取。在这种系统中，书面文件的制作和查找、人工搬运等浪费了巨大的人力物力，作业效率低下，显然无法满足现代化物流配送对速度和准确性的高要求。图2.1 物流分拣系统随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的物流分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。现代物流配送中，高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置，信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体，管理组织系统负责设备、人员的调度，控制系统总体的运作模式。计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分。2.2 国内外分拣系统应用现状及趋势纵观国内外分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心倾向于采用自动化程度很高的分拣系统。而在我国，由于物流业起步晚，分拣系统中人工作业的比例也较高。 国外物流分拣系统的广泛使用以美国、日本及欧洲为代表的发达国家，在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。物流分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。图2.2 物流分拣系统流水线物流分拣系统（Automated Sorting System）是二战后在美国、日本以及欧洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统，参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们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分拣系统。其主要特点有三: 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化。物流分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等，这恰好适应了国外企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了他们的广泛重视。就国外进行配送业务的行业或企业来说，自动拣选系统已被广泛应用在医药行业、化妆品制造等行业，如日本资生堂、花王、大木等株式会社; 自动分拣机作为物流分拣系统中的关键设备，因其每小时可达6,000-12,000箱的高分拣效率，在日本和欧洲也得到广泛应用: 日本的连锁商业（如西友、日生协、高岛屋等）和宅急便（大和、西浓、佐川等）均普遍使用自动分拣机; 在日本唱片中心，CD及录像带的新出版品也利用高端的机器人自动分拣机拣货。然而，尽管物流分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用物流分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 1）一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。 2） 系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。因此，除物流拣选系统外，国外配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域，特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、RF等计算机辅助拣选系统。 国内研发适合自己的分拣系统和技术与整个物流业的大环境相似，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，物流拣选系统更是寥寥无几。总的来说，我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。图2.3 传统的人工分拣阻碍自动化拣选系统发展的因素有很多，有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证，而在我国，由于商品包装箱（指运输包装）上基本没有印刷条码，商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外，由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展，一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统，这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素，小企业一般无力购进高价设备。如今，国际竞争日益加剧，为了发展我国物流业，国内的许多企业和政府部门也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。例如，随着科技的日新月异，国内的一些物流配送中心也开始结合自身特点、采用高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。采用电子标签拣选系统，使用电子标签设备，大幅度提高了分拣作业速度、降低了拣货出错率。随着对物流业的重视，国内一些物流设备生产企业在分拣设备的生产制造上也取得了一定的进展。电子标签拣选系统，除具备电子标签拣选系统的一般优点之外，还具有弹性控制拣货作业流程、即时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能。在物流拣选技术和系统方面，物流分拣技术在20世纪70年代被引入国内，我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备，并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如，邮电部相关部门相继开发和研制出具国际水平的CORE-NT物流分拣系统，性价比很高的扁平邮件高速物流分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化物流分拣系统等。 虽然在邮政系统外的其它行业，国内对物流分拣系统的使用还非常少，但有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，物流分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。2.3物流分拣系统的组成物流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。图2.4 配送中心出口示意图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物流分拣系统。图2.5 分拣流水线2.4物流分拣系统的特点 物流分拣系统主要有以下特点： 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，物流分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于物流分拣系统单位时间分拣件数多，因此物流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。 分拣误差率极低 物流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，目前物流分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。 分拣作业基本实现无人化 国外建立物流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，因此物流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） 送货车辆抵达物流分拣线的进货端时，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） 物流分拣系统的经营、管理与维护。如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述（1）、（3）、（4）项工作，物流分拣线作到了无人化作业。2.5物流分拣系统的适用条件投资大物流分拣系统本身需要建设短则4050米，长则150200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄2万平方米以上，而且一般物流分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建34层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。这种巨额的先期投入要花1020年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资，小企业无力进行此项投资。要求高物流分拣机只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品。袋装商品、包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超高、不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣，因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取二条措施：一是推行标准化包装，使大部分商品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机。2.6物流分拣系统的分类 1）堆块式（Pusher sorting system）堆块式分拣机由链板式输送机和具有独特形状的滑块在链板间左右滑动进行商品分拣的推块等组成。推块式分拣系统是由推块式分拣机，供件机，分流机，信息采集系统，控制系统、网络系统等组成。a）可适应不同大小、重量、形状的各种不同商品；b）分拣时轻柔、准确；c）可向左、右两侧分拣，占地空间小；d）分拣时所需商品间隙小，分拣能力高达18000个/时；e) 机身长，最长达110米，出口多。图2.6 滑块式分拣系统 2）交叉带式（Carbel Sorting）由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车(简称“小车”)联接在一起，当“小车”移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。因为主驱动带式输送机与“小车”上的带式输送机呈交叉状，故称交叉带式分拣机。 主要优点/性能参数 a）适宜于分拣各类小件商品，如食品、化妆品、衣物等。 b）分拣出口多，可左右两侧分拣。 c）分拣能力，一般达60007700个/时。 根据作业现场的具体情况可分水平循环式或直行循环式。 3）斜导轮式（Line shaft Diverter） 当转动着的斜导轮，在平行排列的主窄幅皮带间隙中浮上、下降时，达到商品的分拣目的。 主要优点/性能参数 a)对商品冲击力小，分拣轻柔； b）分拣快速准确； c）适应各类商品，只要是硬纸箱、塑料箱等平底面商品；d）分拣出口数量多。4）轨道台车式分拣机（Pallet sorting system）被分拣的物品放置在沿轨道运行的小车托盘上，当到达分拣口时，台车托盘倾斜30度，物品被分拣到指定的目的地。主要优点/性能参数 a）可三维立体布局，适应作业工程需要。 b）可靠耐用，易维修保养。c）适用于大批量产品的分拣，如报纸捆，米袋等。5）摇臂式（Swing Arm Diverter）被分拣的物品放置在钢带式或链板式输送机上，当到达分拣口时，摇臂转动，物品沿摇臂杆斜面滑到指定的目的地主要优点/性能参数结构简单，价格较低。 6）垂直式拣选系统（Vertecal Picking System） 垂直式拣选系统(又称折板式垂直连续升降输送系统)是不同楼层间平面输送系统的连接装置。根据用途和结构的不同，有从某楼层分拣输送至某楼层；从某楼层分拣输送至不同的各楼层；从某楼层分拣输送至某楼层的不同出口方向。3 小车上的输送装置（带式输送机）3.1 带式输送机的分类行走小车的主要构件之一就是用于输送快件的带式输送机。带式输送机分类方法有多种，按运输物料的输送带结构可分成两类，一类是普通型带式输送机，这类带式输送机在输送带运输物料的过程中，上带呈槽形，下带呈平形，输送带有托辊托起，输送带外表几何形状均为平面；另外一类是特种结构的带式输送机，各有各的输送特点。图3.1 小车上的输送机3.2 带式输送机的结构及布置方式带式输送机又称胶带运输机带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。带式输送机常见典型的布置方式如图3.2所示。3.3 输送带的分类 输送带又叫运输带，是用于皮带输送带中起承载和运送物料作用的橡胶与纤维、金属复合制品，或者是塑料和织物复合的制品。皮带输送机在农业、工矿企业和交通运输业中广泛用于输送各种固体块状和粉料状物料或成件物品，输送带能连续化、高效率、大倾角运输，输送带操作安全，输送带使用简便，维修容易，运费低廉，并能缩短运输距离， 降低工程造价，节省人力物力。图3.2 带式输送机典型布置方式 输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部和中间部位卸下。为此在设计中需要选择一条恰当的输送带，以完成输送快件的任务。其分类如下 1）普通输送带普通输送带，又称普通棉帆布输送带，适用于短距离、载量中等条件下输送物料，拉力比较低，承重有一定的限制。普通输送带广泛用于建材、化工、煤炭、电力、冶金等部门，适用于常温下输送非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料，如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。图3.3 普通输送带 2）尼龙输送带尼龙输送带，其中间夹层帆布为尼龙帆布。 尼龙（NN）输送带具有带体薄、强力高、耐冲击，成槽性好，层间粘合力大，屈挠性优异及使用寿命长等特点，适用于中长距离，较高载量，高速条件下输送物料，广泛用于矿山、煤场、化工、冶金、建筑、港口等部门。尼龙输送带适用于常温下输送非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料、如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。特点：a）带体弹性好，耐冲击，耐磨损。b）屈挠性好，易于成槽。c）不发生霉蚀。其它输送带种类还有：防滑输送带、聚酯输送带、环形输送带、食品输送带、橡胶止水带、聚酯输送带、阻燃输送带、波状挡边输送带等等，各有不同的特点与适用领域。但本次设计中所设计的带式输送机是一种小型机器，输送带的要求没有那么严苛与复杂，因此从上述两种输送袋中进行选择。图3.4 尼龙输送带 3.4 输送带的选择本次设计中的传送带是小型输送带，用于小车在运送货物抵达目的地时的卸载快件。对比上述的2中输送带类型，初步决定选用尼龙输送带作为带式输送机的输送带。相比于普通输送带，我认为尼龙输送带更为符合设计中的需要，也更适合小型传送装置的要求。尼龙输送带和普通棉布芯输送带相比具有强力高、弹性好、耐冲击、自重轻、成槽性好等优点。图3.5 运输带工作示意图3.6 带式输送机中的托辊和滚筒自动流水线中皮带输送上使用的小型滚筒，一般都是平行托辊，因此本次设计中也选择托辊作为带式输送机里的滚筒。托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大。它占了一台带式输送机总成本的35%，产生了70%以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。判断托辊好坏的标准有以下几条：托辊径向跳动量；托辊灵活度；轴向窜动量。图3.6 托辊托辊的基本类型托辊按其用途分类为调心托辊、缓冲托辊、槽形托辊、平行托辊。调心托辊的作用是纠正带式输送机的跑偏，通常输送机的重载段上安装回转式槽形调心托辊，空载段上安装平行调心托辊。缓冲托辊是根据实际情况应用于机尾架上的，受料时，可以降低物料对皮带的冲击，有利于沿长皮带的使用寿命。槽形托辊一般由两个侧托辊和一个平托辊组成，槽角度一般为30度，对于可拆卸式的带式输送机，槽形托辊的三个托辊互相铰接在一起，故称铰接托辊。平行托辊一般为一个长辊，它安装在承受压力的下端故称下托辊。3.7 托辊的选择综上所述，本次设计中将选择平行调心托辊作为输送机的托辊，用来防止皮带跑偏，使得快件可以准确地被输入、送出。托辊的材质选择尼龙的，其优点如下：1）尼龙托辊具有极高的耐磨性能，极低的磨擦系数，不易磨损皮带；2）尼龙托辊具有优良的自润滑性，不用注油，在恶劣条件下使用不易卡死；3）尼龙托辊具有具有抗静电，抗阴燃，耐老化，耐化学（酸、碱和有机溶剂）的腐蚀；4）能承受反复冲击、震动；5）尼龙托辊使用环境温度范围为：4080；6）机械性能优异，重量轻，安装方便，不用维修；7）尼龙托辊嗓音低，运转平稳，寿命长（是金属托辊寿命的3-5倍）从各方面看来，都十分符合物流分拣系统所需的输送条件。图3.7 尼龙托辊3.8 带式输送机中的电机3.8.1 电机综述电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电。图3.8 微型直流电机3.8.2 电机的分类 1）按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 a）直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 b）交流电机可划分：单相电机和三相电机。 2）按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 a）同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 b）异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 3）按起动与运行方式可划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 3.8.3 设计中输送装置电机的选择 经查阅相关资料后，初步选定传动电机的类型为三相异步电动机。三相异步电机是感应电机的一种，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。之所以选择三相异步电动机，是因为其结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。虽然三相异步电动机功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差，但在物流分拣输送环节中，并无太大影响，因此选择三相异步电动机。图3.9 Y系列三相异步电动机4 小车的运动部件4.1 电动机在3.8.2中已有关于电机的介绍，因此这里直接选择直流无刷电动机作为小车运动部件的驱动电机。图4.1 无刷直流电机无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。它有如下特点：1） 可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；2） 具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；3） 可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；4） 体积小、重量轻、出力大；5） 转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；6） 无级调速，调速范围广，过载能力强；7） 软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；8） 效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%60%。9） 可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；10）耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；4.2 行走小车的传动带在行走小车的设计中，除了输送装置用到了皮带，还有小车本身的运动装置也需要用到皮带，用于连接小车驱动轮与电机，以及连接滚筒与电机，从而使小车能够运动，使输送带能够运行。本次设计中选择平带作为传动带。平带是传动带的一种，包括普通平带、编织带、复合平带、高速带等。由于普通平带过载能力较小，耐热、油能力较差；编织带有传送功率小，易松弛的问题；高速带的性能远超出设计所需，因此，这里选择复合平带作为传送带。 图4.2 平带4.3 小车运动导轨与轮子关于小车运动中使用的导轨，准备采用类似于火车轨道的钢轨结构，将钢轨环绕一圈形成环形轨道，完成从上包口到分拣口的链接。本次设计中，所用钢轨尺寸将远小于真实的火车钢轨，仅参考其模式。另外，因小车所需承载的物件质量并不大，最多为40Kg，即使再加上小型的带式输送机质量，也不需要采用轨枕来分摊压力，因此设计中省去了轨枕部分。钢轨界面如图4.3所示：图4.3 钢轨截面示意图小车的轮子初步定为4轮运动，其设计思路也借鉴火车的转向架，但设计较之简单很多，主要是采用其中的轮对组成，将其中一对轮对轮设计成主动轮，由无刷直流电机提供动力，传动带传递动力，而另一对即为从动轮。钢轮应也具有轮缘，用以导向和防止小车脱离轨道。图4.4 转向架结构示意图参考文献 1 张晓萍等,现代生产物流及仿真 北京:清华大学出版社, 2005 2 王兆义,小型可编程控制器实用技术 北京:机械工业出版社, 2004 3 钟约先,林亨等,机械系统计算机控制 北京:清华大学出版社, 2004 4 邓星钟,机电传动控制 武汉:华中科技大学出版社, 2003 5 Nordell L K. The channer 20km overland-A flagship of modern belt conveyortechnologyJ.Bulk Solids Handling, 2003, 11(4):781792. 6 张钺，新型带式输送机设计手册 北京:冶金工业出版社，2001 7 宋伟刚，散状物料带式输送机设计 沈阳:东北大学出版社，2000 8 邱宣怀，机械设计 北京:高等教育出版杜，2004 9 王德发，机械设备控制技术 北京:机械工业出版社，2005 1 熊世和，机电系统计算机控制工程 西安:电子科技大学出版社，2004 11 专业课程电机与拖动教学方法的探索与研究-内江科技-2011年 第1期 12 基于DSP的六相电机控制系统的硬件设计-重庆科技学院学报：自然科学版 13 基于光电红外传感器的电机转速检测控制装置设计-制造业自动化-2011年 14 王海华.物流分拣系统的设计D.鞍山钢铁学院,2001 15 戴冬冰.无刷电机控制器在细纱机中的应用D.天津工业大学,2006. 16 车辆转向架虚拟设计系统建模-科技通报-2011年 第2期29 物流分拣系统的行走小车设计毕业设计说明书物流分拣系统的行走小车设计学 院 专 业 班级学号 学 生 指导教师 摘要本课题中所研究的物流分拣系统是一种十分先进而高效的设备，它不但提高了物流分拣的效率、速度而且还提高了分拣工作的正确率。设计本课题的目的在于实现物流分拣的自动化，提高工作效率和准确率，节省人工的成本并降低作业成本。设计中的行走小车，是物流分拣系统中快件传送的一个环节，用于完成快件从上包机至分拣通道之间的传输工作。整个输送过程是由程序控制的，从而达成了节省人工以及作业成本的目标。关键词：程序 高效 正确率 自动化 节省目 录第一章 绪论1第二章 物流分拣系统12.1物流分拣系统综述12.2国内外分拣系统应用现状及趋势42.3物流分拣系统的组成72.4物流分拣系统的特点92.5物流分拣系统的适用条件102.6物流分拣系统的分类11第三章 方案的确定143.1小车上的输送装置（带式输送机）14 3.1.1带式输送机的分类14 3.2.2带式输送机的结构及布置方式15 3.1.3输送带的分类15 3.1.4输送带的选择18 3.1.5带式输送机中的托辊和滚筒19 3.1.6托辊的选择203.2带式输送机中的电机21 3.2.1电机综述21 3.2.2电机的分类22 3.2.3设计中输送装置电机的选择223.3小车的运动部件24 3.3.1电动机24 3.3.2行走小车的传动带24 3.3.3小车运动导轨与轮子25第四章 零件的选型264.1带式输送机的电机选型264.2小车运动部件的电机选型27第五章 致谢30参考文献31第一章 绪论自动分拣机是按照预先设定的计算机指令对物品进行分拣，并将分拣出的物品送达指定位置的机械。随着激光扫描、ti9aoma及计算机控制技术的发展，自动分拣机在物流中的使用日益普遍。被检货物经由各种方式，如人工搬运、机械搬运、自动化搬运等送入分拣系统，经合流后汇集到输送装置上。物品接受激光扫描仪对其条形码的扫描，或通过其他自动识别的方式，如光学蚊子读取装置、声音识别输入装置等方式，将分拣信息输入计算机中央处理器中。计算机通过将所获得的物品信息与预先设定的信息进行比较，将不同的被拣物品送到特定的分拣道口位置上，完成物品的分拣工作。分拣道口可暂时存放未被取走的物品。当分拣道口满载时，由光电控制，阻止分拣物品再次进入分拣道口。第二章 物流分拣系统2.1 物流分拣系统综述分拣作业是物流配送中的一个关键环节，它指的是依据顾客订货要求或配送中心送货计划，迅速、准确地将商品从储位或其他区域拣出，并按照一定方式进行分类、集中，等待配装送货的作业过程。分拣是配送中心作业中最繁锁、工作量最大的环节，也是配送中心作业系统的核心。 如今，商品经济逐步深入，社会需求呈现出向小批量、多品种方向发展的趋势，配送商品的种类和数量急剧增加，这使得分拣作业在配送中心作业的比重越来越大，而客户对配送服务和质量的要求也越来越高。分拣作业的速度和质量直接关系到整个配送中心的信誉和服务水平，分拣系统的建设也成为配送中心非常重视的问题之一。构建分拣系统是一个复杂的过程。从规划设计到实现，需要考虑很多因素。分拣系统与上游的仓储系统以及下游的装运送货系统都有着紧密的联系，所以还要考虑它们之间的衔接，解决好接口的问题。建立分拣系统首先应了解分拣作业的流程，明确系统需要完成的任务。就实际运作过程来看，分拣作业主要由生成拣选信息、行走或搬运、拣货、分类和集中四个基本环节组成。其中: 拣选信息是分拣工作的指令，一般由顾客订单或送货单经加工处理而成，以拣货单或电子信号等形式存在; 行走搬运是分拣作业人员或机器直接接触并拿取和移动货物的过程。实现形式主要有三种，一是人员通过步行或搭乘运载工具到达货物储位; 二是货物随自动化货架到达人员面前; 三是无人参与的物流分拣系统中完全由机械自动完成; 拣货是按照拣选信息的指示抓取货物并确认的过程，是分拣作业的核心，根据货物体积、重量、出货频率等的不同分为手工、机械辅助及自动化设备等实现形式; 分类集中是必要时（如批量拣选时）为了衔接出货装运作业而进行的再加工，在实际中也有人力分货、机械辅助和自动分货机等实现形式。分拣作业流程是分拣系统的业务流程依据，合理利用机械、自动化设备，采用新技术可以节约作业时间、降低分拣错误率，也是构建分拣系统的目标与关键。 分拣系统的发展概况最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统，通过人工搜索、搬运货物来完成货物的提取。在这种系统中，书面文件的制作和查找、人工搬运等浪费了巨大的人力物力，作业效率低下，显然无法满足现代化物流配送对速度和准确性的高要求。图2.1 物流分拣系统随着科学技术的飞速发展，分拣系统中开始运用各种各样的自动化机械设备，计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在多数的分拣系统中，某些作业环节还需要有人工的参与，但作业强度已越来越小，完全由机械完成分拣作业的物流分拣系统也应运而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣系统的主要特点与发展趋势。现代物流配送中，高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置，信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体，管理组织系统负责设备、人员的调度，控制系统总体的运作模式。计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分。2.2 国内外分拣系统应用现状及趋势纵观国内外分拣系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心倾向于采用自动化程度很高的分拣系统。而在我国，由于物流业起步晚，分拣系统中人工作业的比例也较高。 国外物流分拣系统的广泛使用以美国、日本及欧洲为代表的发达国家，在分拣系统的应用上呈现出自动化程度越来越高的特点。物流分拣系统已成为发达国家大中型物流中心、配送中心或流通中心不可缺少的一部分。图2.2 物流分拣系统流水线物流分拣系统（Automated Sorting System）是二战后在美国、日本以及欧洲的大中型物流中心广泛采用的一种分拣系统，参照邮局分拣信件自动化的经验配置而成。一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口四部分组成，它们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分拣系统。其主要特点有三: 能连续、大批量地分拣货物，分拣误差率极低，分拣作业基本实现无人化。物流分拣系统中人员的使用仅局限于进货时的接货、系统的控制、系统的经营、管理与维护等，这恰好适应了国外企业对减少人员使用、减轻员工劳动强度、提高人员使用效率的要求，因此受到了他们的广泛重视。就国外进行配送业务的行业或企业来说，自动拣选系统已被广泛应用在医药行业、化妆品制造等行业，如日本资生堂、花王、大木等株式会社; 自动分拣机作为物流分拣系统中的关键设备，因其每小时可达6,000-12,000箱的高分拣效率，在日本和欧洲也得到广泛应用: 日本的连锁商业（如西友、日生协、高岛屋等）和宅急便（大和、西浓、佐川等）均普遍使用自动分拣机; 在日本唱片中心，CD及录像带的新出版品也利用高端的机器人自动分拣机拣货。然而，尽管物流分拣系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家，物流中心、配送中心或流通中心不用物流分拣系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 1）一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资，小企业则无能为力。 2） 系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动分拣，需要采取诸如推行标准化包装、根据分拣商品统一的包装特性定制分拣机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制分拣机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。因此，除物流拣选系统外，国外配送中心对于计算机辅助拣选系统的利用也相当普遍。在流通领域，特别是连锁超市、便利店的配送中心都广泛使用电子标签、RF等计算机辅助拣选系统。 国内研发适合自己的分拣系统和技术与整个物流业的大环境相似，我国在分拣系统和技术方面相对发达国家还比较落后，人工作业的情况仍比较普遍，电子标签、RF技术等辅助拣选系统的生产和使用还不多，物流拣选系统更是寥寥无几。总的来说，我国分拣系统的应用呈现出集约化程度低、自动化系统和设备应用范围不广泛的特点。图2.3 传统的人工分拣阻碍自动化拣选系统发展的因素有很多，有些则是与我国整个物流业存在的问题相一致的。物流标准化就是我国物流业长期关注的一个问题。商品的条码化、包装的标准化等是自动化拣选系统得以顺利运行的保证，而在我国，由于商品包装箱（指运输包装）上基本没有印刷条码，商业系统至今尚没有认真研究过运用自动分拣机。另外，由于一个公司或企业往往无法左右整个行业的进展，一些大企业倾向于开发适合自己业务特点的系统，这又进一步造成了实际中接口的障碍。自动化设备和系统的价格问题也是另一个阻碍因素，小企业一般无力购进高价设备。如今，国际竞争日益加剧，为了发展我国物流业，国内的许多企业和政府部门也在做更大的努力，也已取得了一定的成效。例如，随着科技的日新月异，国内的一些物流配送中心也开始结合自身特点、采用高技术含量的设备和系统来提高分拣配送效率。采用电子标签拣选系统，使用电子标签设备，大幅度提高了分拣作业速度、降低了拣货出错率。随着对物流业的重视，国内一些物流设备生产企业在分拣设备的生产制造上也取得了一定的进展。电子标签拣选系统，除具备电子标签拣选系统的一般优点之外，还具有弹性控制拣货作业流程、即时现场监控、紧急订单处理和缺货通知等强大的功能。在物流拣选技术和系统方面，物流分拣技术在20世纪70年代被引入国内，我国的邮政系统最早并已多年使用自动分拣设备，并在长期的实践中不断创新、不断进步。例如，邮电部相关部门相继开发和研制出具国际水平的CORE-NT物流分拣系统，性价比很高的扁平邮件高速物流分拣系统; 上海邮政通用技术设备公司研制成功了速递邮件网络化物流分拣系统等。 虽然在邮政系统外的其它行业，国内对物流分拣系统的使用还非常少，但有关部门和企业正在为此做出不懈的努力。可以肯定，随着物流大环境的逐步改善，物流分拣系统在我国流通领域一定会大有用武之地。2.3物流分拣系统的组成物流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。图2.4 配送中心出口示意图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物流分拣系统。图2.5 分拣流水线2.4物流分拣系统的特点 物流分拣系统主要有以下特点： 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，物流分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于物流分拣系统单位时间分拣件数多，因此物流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。 分拣误差率极低 物流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，目前物流分拣系统主要采用条形码技术来识别货物。 分拣作业基本实现无人化 国外建立物流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，因此物流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） 送货车辆抵达物流分拣线的进货端时，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） 物流分拣系统的经营、管理与维护。如美国一公司配送中心面积为10万平方米左右，每天可分拣近40万件商品，仅使用400名左右员工，这其中部分人员都在从事上述（1）、（3）、（4）项工作，物流分拣线作到了无人化作业。2.5物流分拣系统的适用条件投资大物流分拣系统本身需要建设短则4050米，长则150200米的机械传输线，还有配套的机电一体化控制系统、计算机网络及通信系统等，这一系统不仅占地面积大，动辄2万平方米以上，而且一般物流分拣系统都建在自动主体仓库中，这样就要建34层楼高的立体仓库，库内需要配备各种自动化的搬运设施，这丝毫不亚于建立一个现代化工厂所需要的硬件投资。这种巨额的先期投入要花1020年才能收回，如果没有可靠的货源作保证，则有可能系统大都由大型生产企业或大型专业物流公司投资，小企业无力进行此项投资。要求高物流分拣机只适于分拣底部平坦且具有刚性的包装规则的商品。袋装商品、包装底部柔软且凹凸不平、包装容易变形、易破损、超长、超薄、超重、超高、不能倾覆的商品不能使用普通的自动分拣机进行分拣，因此为了使大部分商品都能用机械进行自动分拣，可以采取二条措施：一是推行标准化包装，使大部分商品的包装符合国家标准；二是根据所分拣的大部分商品的统一的包装特性定制特定的分拣机。2.6物流分拣系统的分类 1）堆块式（Pusher sorting system）堆块式分拣机由链板式输送机和具有独特形状的滑块在链板间左右滑动进行商品分拣的推块等组成。推块式分拣系统是由推块式分拣机，供件机，分流机，信息采集系统，控制系统、网络系统等组成。a）可适应不同大小、重量、形状的各种不同商品；b）分拣时轻柔、准确；c）可向左、右两侧分拣，占地空间小；d）分拣时所需商品间隙小，分拣能力高达18000个/时；e) 机身长，最长达110米，出口多。图2.6 滑块式分拣系统 2）交叉带式（Carbel Sorting）由主驱动带式输送机和载有小型带式输送机的台车(简称“小车”)联接在一起，当“小车”移动到所规定的分拣位置时，转动皮带，完成把商品分拣送出的任务。因为主驱动带式输送机与“小车”上的带式输送机呈交叉状，故称交叉带式分拣机。 主要优点/性能参数 a）适宜于分拣各类小件商品，如食品、化妆品、衣物等。 b）分拣出口多，可左右两侧分拣。 c）分拣能力，一般达60007700个/时。 根据作业现场的具体情况可分水平循环式或直行循环式。 3）斜导轮式（Line shaft Diverter） 当转动着的斜导轮，在平行排列的主窄幅皮带间隙中浮上、下降时，达到商品的分拣目的。 主要优点/性能参数 a)对商品冲击力小，分拣轻柔； b）分拣快速准确； c）适应各类商品，只要是硬纸箱、塑料箱等平底面商品；d）分拣出口数量多。4）轨道台车式分拣机（Pallet sorting system）被分拣的物品放置在沿轨道运行的小车托盘上，当到达分拣口时，台车托盘倾斜30度，物品被分拣到指定的目的地。主要优点/性能参数 a）可三维立体布局，适应作业工程需要。 b）可靠耐用，易维修保养。c）适用于大批量产品的分拣，如报纸捆，米袋等。5）摇臂式（Swing Arm Diverter）被分拣的物品放置在钢带式或链板式输送机上，当到达分拣口时，摇臂转动，物品沿摇臂杆斜面滑到指定的目的地主要优点/性能参数结构简单，价格较低。 6）垂直式拣选系统（Vertecal Picking System） 垂直式拣选系统(又称折板式垂直连续升降输送系统)是不同楼层间平面输送系统的连接装置。根据用途和结构的不同，有从某楼层分拣输送至某楼层；从某楼层分拣输送至不同的各楼层；从某楼层分拣输送至某楼层的不同出口方向。第三章 方案的确定3.1 小车上的输送装置（带式输送机）3.1.1带式输送机的分类行走小车的主要构件之一就是用于输送快件的带式输送机。带式输送机分类方法有多种，按运输物料的输送带结构可分成两类，一类是普通型带式输送机，这类带式输送机在输送带运输物料的过程中，上带呈槽形，下带呈平形，输送带有托辊托起，输送带外表几何形状均为平面；另外一类是特种结构的带式输送机，各有各的输送特点。图3.1 小车上的输送机3.1.2 带式输送机的结构及布置方式带式输送机又称胶带运输机带式输送机主要由以下部件组成：头架、驱动装置、传动滚筒、尾架、托辊、中间架、尾部改向装置、卸载装置、清扫装置、安全保护装置等。电动机通过联轴器、减速器带动传动滚筒转动或其他驱动机构，借助于滚筒或其他驱动机构与输送带之间的摩擦力，使输送带运动。通用固定式输送带输送机多采用单点驱动方式，即驱动装置集中的安装在输送机长度的某一个位置处，一般放在机头处。单点驱动方式按传动滚筒的数目分，可分为单滚筒和双滚筒驱动。对每个滚筒的驱动又可分为单电动机驱动和多电动机驱动。单筒、单电动机驱动方式最简单，在考虑驱动方式时应是首选方式。带式输送机常见典型的布置方式如图3.2所示。3.1.3 输送带的分类 输送带又叫运输带，是用于皮带输送带中起承载和运送物料作用的橡胶与纤维、金属复合制品，或者是塑料和织物复合的制品。皮带输送机在农业、工矿企业和交通运输业中广泛用于输送各种固体块状和粉料状物料或成件物品，输送带能连续化、高效率、大倾角运输，输送带操作安全，输送带使用简便，维修容易，运费低廉，并能缩短运输距离， 降低工程造价，节省人力物力。图3.2 带式输送机典型布置方式 输送带是带式输送机的承载构件，带上的物料随输送带一起运行，物料根据需要可以在输送机的端部和中间部位卸下。为此在设计中需要选择一条恰当的输送带，以完成输送快件的任务。其分类如下 1）普通输送带普通输送带，又称普通棉帆布输送带，适用于短距离、载量中等条件下输送物料，拉力比较低，承重有一定的限制。普通输送带广泛用于建材、化工、煤炭、电力、冶金等部门，适用于常温下输送非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料，如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。图3.3 普通输送带 2）尼龙输送带尼龙输送带，其中间夹层帆布为尼龙帆布。 尼龙（NN）输送带具有带体薄、强力高、耐冲击，成槽性好，层间粘合力大，屈挠性优异及使用寿命长等特点，适用于中长距离，较高载量，高速条件下输送物料，广泛用于矿山、煤场、化工、冶金、建筑、港口等部门。尼龙输送带适用于常温下输送非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料、如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。特点：a）带体弹性好，耐冲击，耐磨损。b）屈挠性好，易于成槽。c）不发生霉蚀。其它输送带种类还有：防滑输送带、聚酯输送带、环形输送带、食品输送带、橡胶止水带、聚酯输送带、阻燃输送带、波状挡边输送带等等，各有不同的特点与适用领域。但本次设计中所设计的带式输送机是一种小型机器，输送带的要求没有那么严苛与复杂，因此从上述两种输送袋中进行选择。图3.4 尼龙输送带 3.1.4 输送带的选择本次设计中的传送带是小型输送带，用于小车在运送货物抵达目的地时的卸载快件。对比上述的2中输送带类型，初步决定选用尼龙输送带作为带式输送机的输送带。相比于普通输送带，我认为尼龙输送带更为符合设计中的需要，也更适合小型传送装置的要求。尼龙输送带和普通棉布芯输送带相比具有强力高、弹性好、耐冲击、自重轻、成槽性好等优点。图3.5 运输带工作示意图3.1.5 带式输送机中的托辊和滚筒自动流水线中皮带输送上使用的小型滚筒，一般都是平行托辊，因此本次设计中也选择托辊作为带式输送机里的滚筒。托辊是带式输送机的重要部件，种类多，数量大。它占了一台带式输送机总成本的35%，产生了70%以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。判断托辊好坏的标准有以下几条：托辊径向跳动量；托辊灵活度；轴向窜动量。图3.6 托辊托辊的基本类型托辊按其用途分类为调心托辊、缓冲托辊、槽形托辊、平行托辊。调心托辊的作用是纠正带式输送机的跑偏，通常输送机的重载段上安装回转式槽形调心托辊，空载段上安装平行调心托辊。缓冲托辊是根据实际情况应用于机尾架上的，受料时，可以降低物料对皮带的冲击，有利于沿长皮带的使用寿命。槽形托辊一般由两个侧托辊和一个平托辊组成，槽角度一般为30度，对于可拆卸式的带式输送机，槽形托辊的三个托辊互相铰接在一起，故称铰接托辊。平行托辊一般为一个长辊，它安装在承受压力的下端故称下托辊。3.1.6 托辊的选择综上所述，本次设计中将选择平行调心托辊作为输送机的托辊，用来防止皮带跑偏，使得快件可以准确地被输入、送出。托辊的材质选择尼龙的，其优点如下：1）尼龙托辊具有极高的耐磨性能，极低的磨擦系数，不易磨损皮带；2）尼龙托辊具有优良的自润滑性，不用注油，在恶劣条件下使用不易卡死；3）尼龙托辊具有具有抗静电，抗阴燃，耐老化，耐化学（酸、碱和有机溶剂）的腐蚀；4）能承受反复冲击、震动；5）尼龙托辊使用环境温度范围为：4080；6）机械性能优异，重量轻，安装方便，不用维修；7）尼龙托辊嗓音低，运转平稳，寿命长（是金属托辊寿命的3-5倍）从各方面看来，都十分符合物流分拣系统所需的输送条件。图3.7 尼龙托辊3.2 带式输送机中的电机3.2.1 电机综述电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电。图3.8 微型直流电机3.2.2 电机的分类 1）按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 a）直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 b）交流电机可划分：单相电机和三相电机。 2）按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 a）同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 b）异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 3）按起动与运行方式可划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 3.2.3 设计中输送装置电机的选择 经查阅相关资料后，初步选定传动电机的类型为无刷直流电动机。无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。它有如下特点：1） 可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；2） 具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构；3） 可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；4） 体积小、重量轻、出力大；5） 转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；6） 无级调速，调速范围广，过载能力强；7） 软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置；8） 效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%60%。9） 可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单；10）耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；图3.9 无刷直流电机3.3 小车的运动部件3.3.1 电动机在3.8.2中已有关于电机的介绍，因此这里直接选择直流无刷电动机作为小车运动部件的驱动电机。3.3.2 行走小车的传动带在行走小车的设计中，除了输送装置用到了皮带，还有小车本身的运动装置也需要用到皮带，用于连接小车驱动轮与电机，以及连接滚筒与电机，从而使小车能够运动，使输送带能够运行。本次设计中选择平带作为传动带。平带是传动带的一种，包括普通平带、编织带、复合平带、高速带等。由于普通平带过载能力较小，耐热、油能力较差；编织带有传送功率小，易松弛的问题；高速带的性能远超出设计所需，因此，这里选择复合平带作为传送带。 图4.2 平带3.3.3 小车运动导轨与轮子关于小车运动中使用的导轨，准备采用类似于火车轨道的钢轨结构，将钢轨环绕一圈形成环形轨道，完成从上包口到分拣口的链接。本次设计中，所用钢轨尺寸将远小于真实的火车钢轨，仅参考其模式。另外，因小车所需承载的物件质量并不大，最多为40Kg，即使再加上小型的带式输送机质量，也不需要采用轨枕来分摊压力，因此设计中省去了轨枕部分。钢轨界面如图4.3所示：图4.3 钢轨截面示意图小车的轮子初步定为4轮运动，其设计思路也借鉴火车的转向架，但设计较之简单很多，主要是采用其中的轮对组成，将其中一对轮对轮设计成主动轮，由无刷直流电机提供动力，传动带传递动力，而另一对即为从动轮。钢轮应也具有轮缘，用以导向和防止小车脱离轨道。图4.4 转向架结构示意图第四章 零部件的选型4.1带式输送机的电机选型电动机输出的转矩主要是客服负载惯量，只要加速到同步转速后，电动机的输出转矩只用来客服摩擦转矩。因此负载转矩最大时应是启动的瞬间。设电动机启动的时刻t=0，电机的角速度=0，从零加速到同步转速时是匀加速运动，加速时间是0.2s，稳定速度是2/s，则启动时的等效转矩为：M=J=5.2310-5nJ式中J负载的转动惯量（gcm） n电动机的同步转速（r/min）设物体质量m=40kg，辊轮转速n=40r/min,辊轮半径r=2.5cm J物=m物r2=402.52=250000g/cm2物重 W=40kg9.8N/kg=392N摩擦力 F=W=0.045392=17.64N物体作用在2个辊筒上，所以实际摩擦力 F=F=17.64N=8.82N m辊500g J辊=mr2=5002.52=1562.5gcm2电动机应提供的转矩为 M=5.2510-5n（J物+ J辊）+Fr =5.2510-540（250000+1562.5）+8.822.5=550Ncm200.110000.83假设工作阻力为20N则辊筒所需功率PW= =2.4W需要电动机的功率Pd=2.8W4.2小车运动部件的电机选型P=Fvk/ 1）式中P电机功率（W）F牵引力（N）k常数（一般为1.2-2倍）传动效率（一般为0.8）v速度（m/s）在匀速运动时，牵引力F等于小车在轨道上运动时的摩擦力，F=G，是摩擦系数，与轮子和导轨的状态有关。启动过程中，小车从静止加速到最高速，还需要另一个加速的力，F=ma，m是小车和负载的总质量，a是加速度，要求加速时间越短，a越大，F也越大。所以牵引力还要加上这一部分。可以把上面考虑摩擦力计算出的功率乘以一个系数k（可取1.2-2倍）作为总功率。k越大，加速能力越强。牵引力F=G 2）式中G重力（N）重力G=mg式中m为小车与负载的总重量（kg）设小车与负载中100kg，g=9.8N/kgG=mg=100kg9.8N/kg=980N 3）查表得有滚珠轴承的料车-钢轨之间的摩擦系数=0.09将3）带入2）得F=G=9800.09=88.2N 4）将4）带入1）得P=Fvk/=88.20.62/0.8=132.3W致谢设计工作基本结束。在设计过程中，我的到了许多老师的悉心指导。在方案的确定、和可行性讨论中，为我提供了不少参考意见，帮我分析思路，开拓视野。对于设计中的一些细节问题，我的到了很多同学的热心帮助，本设计能顺利完成和周围同学的帮助是分不开的。在这里，谨向曾经帮助过我的老师和同学们致以深深的谢意。也感谢教过我的学校老师们，每一位老师的悉心教导都是我完成这篇论文的基础。最后，感谢各位答辩的老师们。参考文献 1 张晓萍等,现代生产物流及仿真 北京:清华大学出版社, 2005 2 王兆义,小型可编程控制器实用技术 北京:机械工业出版社, 2004 3 钟约先,林亨等,机械系统计算机控制 北京:清华大学出版社, 2004 4 邓星钟,机电传动控制 武汉:华中科技大学出版社, 2003 5 Nordell L K. The channer 20km overland-A flagship of modern belt conveyortechnologyJ.Bulk Solids Handling, 2003, 11(4):781792. 6 张钺，新型带式输送机设计手册 北京:冶金工业出版社，2001 7 宋伟刚，散状物料带式输送机设计 沈阳:东北大学出版社，2000 8 邱宣怀，机械设计 北京:高等教育出版杜，2004 9 王德发，机械设备控制技术 北京:机械工业出版社，2005 1 熊世和，机电系统计算机控制工程 西安:电子科技大学出版社，2004 11 专业课程电机与拖动教学方法的探索与研究-内江科技-2011年 第1期 12 基于DSP的六相电机控制系统的硬件设计-重庆科技学院学报：自然科学版 13 基于光电红外传感器的电机转速检测控制装置设计-制造业自动化-2011年 14 王海华.物流分拣系统的设计D.鞍山钢铁学院,2001 15 戴冬冰.无刷电机控制器在细纱机中的应用D.天津工业大学,2006. 16 车辆转向架虚拟设计系统建模-科技通报-2011年 第2期31