物流行業分揀機設計研究

陳炳燃

關鍵詞：物流行業;分揀機;設計

隨著經濟的發展以及生產能力的提升，物流作為第三利潤源泉得到越來越多的關注。實現物流的現代化，需要采用快速、高效、自動化的物流設施設備，但我國的物流分揀作業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不到高效率。目前國內物流行業的快速發展與集成物流自動化程度低形成鮮明對比，尤其是快遞郵政行業更需要自動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率。分揀機器人分揀機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，在節奏越來越快的物流行業有極大的應用空間。分揀機器人分揀機擁有極高的工作效率，移動小車在分揀機器人分揀機工作過程中通過同步帶連接著驅動輪，帶動分裂盤運動。研究分揀機器人分揀機的結構，將幫助人們了解分揀機器人分揀機的作業過程，對其高效的工作效率有更加直觀的認識，促進分揀機器人分揀機的研發及其在行業中的應用，改善目前行業中自動化程度低的狀況，降低勞力成本，提升經濟效益。

1我國物流行業自動分揀系統現狀

我國自動分揀機的應用大約始于1980年代，隨著業界對現代化物流的實際需求的增長，各行業對高速精確的分揀系統的要求正在不斷地提高。這一需求最明顯地表現在煙草、醫藥、圖書及超市配送領域，并有望在將來向化妝品及工業零配件等領域擴展。在中國市場引進的“Sorter”分揀機、滑塊分揀機和交叉帶分揀機這兩種分揀設備相比，“Sorter”分揀機的性價比是最高的。滑塊分揀機采用直線型布局，故處理能力比“Sorter”分揀機要低;交叉帶分揀機的結構導致占地面積大，而“Sorter”則能節約40%左右占地空間;在價格方面，“Sorter”分揀機的價格僅為交叉帶分揀機的一半。

2物流行業分揀機系統組成

為了達到最基本的自動化分揀的目的需要分揀機系統三個部分的組成，在控制系統的協調控制下實現物件從供件系統進入分揀主機進行分揀后由下件系統完成物件的物理位置的分類，從而達到物件分揀的過程。

2.1供件系統

供件系統是為了實現分揀主機的高效、準確處理而存在的，因此這個系統并不是絕對必需的。圖1是分揀機的組成部分，用于將包件準確無誤的送入到帶式小車中。

2.2主體運載系統

分揀系統是整個系統的核心部分，是實現分揀的主要執行系統，它的目的就是為了實現具有各種不同附載信息的物件在一定的策略邏輯關系的基礎上實現物件的分配與組合;下件系統是分揀處理的末端設備，它的目的是為分揀處理后的物件提供暫時的存放位置，并實現一定的管理功能。圖2用于承接由供件機供給的包件，并將包件送往預先設定的道口落袋。帶有包件的分裂盤移動小車在到達預定的道口時被自帶電機觸發分裂盤，分裂盤打開使包件迅速落入袋中。主體運載系統從結構上采用同步帶與移動小車的沉孔連接，而小車之間使用連接軸設置，使得小車在高速水平轉彎時既平穩又轉動自如;同時在結構上根本性的解決了分揀機在大載荷情況下的承載傾翻不可靠、不平穩等缺陷。

3物流行業分揀機要機構設計

3.1分裂盤結構設計

被動型分裂盤的設計過程需要考慮很多因素，如圖3和圖4，對材質的要求：要求耐磨損、壽命長，滿足高強度的作業需求分裂盤采取特殊鋁合金型的材質組成，這樣的材質使分裂盤既輕便又堅固，可以防止分裂盤在上料時受損，增長使用壽命;對分揀動作的要求：要求響應速度要快，重力分揀可能會出現落袋不及時的缺點，可以通過加偏流和其他輔助設備，提高分裂盤的開合性;與雙搖桿機構的配合：雙搖桿機構與分裂盤配合，作用使分裂盤同時開合。方案采用電動滾筒進行設計，保證了運動可靠性，如圖4。

3.2雙搖桿機構的設計

雙搖桿機構軸向固定件長18mm，固定機架長度200mm，聯軸桿的桿長為180mm，同時在雙搖桿機構中，兩個軸向固定件均為最短桿。在這里設固定機架為最長桿，桿長為x1，軸向固定件是最短桿，桿長為x2，聯軸桿桿長為x3，在這里對聯軸桿進行校核。在分裂盤中，雙搖桿機構的最短桿可知是軸向固定件，并不是機架。所以，第一種可能性被排除。因此，在分裂盤中的雙搖桿機構的機架為任意桿。

雙搖桿機構在控制分裂盤同時開合運動中，達到極限位置，可得知聯軸桿最大長度，公式1：x1+x2≥X3+X2，可知X3

3.3電機與減速器設計

可知扭矩M=5927N·m，計算電機功率

由電動機額定輸出功率可知，選取Y132S2三相異步電動機三相異步電動機功率：7.5KW電壓：380V電流：15A絕緣：B噪音：83dB（A）轉速2900r/min。廣泛適用于不合易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機械設備上，如金屬切削機床、泵、風機、運輸機械、攪拌機、農業機械和食品機械等。

在分裂盤同步帶驅動輪的轉速是9轉/分鐘，需要1：320的減速器，考慮到1：320的減速箱體積過大，效率較低，現用1：60的減速器，通過鏈條連接大鏈輪和小鏈輪，達到速比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上料機構結構設計

上料機構組成部分有上料機與傳送帶。其中上料機的主要工作是將包件集中供到傳送帶上。上料機（如圖6），的制作材料選擇鋼材，經濟實用。底座部件對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軸承連接。上面支架通過翻轉帶動裝有包件的箱子，在重力的作用下，包件被供到傳送帶上。

上料系統采用多條窄皮帶傳動的形式，有效的解決了輸送膠帶高速運轉容易跑偏的缺陷。主要結構形式為焊接框架支撐的形式，兩側有檢修門可方面對設備的維護工作。傳送帶（如圖7），包括牽引件、承載構件、驅動裝置、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;承載構件用以承放物料，有料斗、托架等;驅動裝置給輸送機以動力，一般由電動機、減速器和制動器（停止器）等組成;張緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使牽引件保持一定的張力和垂度，保證傳送帶正常運轉;支承件用以承托牽引件或承載構件，可采用滾輪、托輥等。

4物流行業分揀機最終設計

通過以上設計最終確定分揀機產品，矩形分揀機有4個驅動輪（輪直徑2500mm），托盤高2600mm。整個分揀機占地區域：10.5mx56m，243個運送單元，每一單元2個托盤。托盤尺寸：400mmx500mm，卸貨站有木質滑槽。滑槽直接卸貨入滾動的存儲容器。設計特點：可分揀物品包括單一信封和雜志，捆包信封和雜志，不規則形狀物品和管狀物品。最大尺寸：450mmx300mmx200mm，不限郵政編碼數目，分揀出口介于210至272個，每一個分揀機1個撿除站。自動掃描：西門子OCR（光學字符閱讀器）系統，如圖7。

5結論

（1）設計了一種適用于快遞、郵件等其他小型貨物的分級輸送裝置，對國內市場上分揀機不足進行了改善;（2）機械機構、結構的改進，提出了一種除了交叉帶分揀裝置以外的相對輕量化分揀裝置;（3）控制方式的改進，從上料到下料由集成控制系統控制，實現了作業的完全自動化;（4）結合當下實際情況所作出的基于TRIZ理論的分析設計，為后面的設計分析提供了理論支持。