郭天佑

摘 要：隨著科學技術(shù)日新月異的進步，工業(yè)的發(fā)展在全球掀起一陣浪潮，各行各業(yè)對機械零件的需求也越來也大。但是，零件在加工過程中總是存在一定誤差，所以一些達不到標準的零件需要挑揀出來。通常，零件挑揀采用人工流水線作業(yè)方式，但是由于人為因素的影響，隨著工作時間的增長，人在操作的過程中難免會出現(xiàn)差錯。為了解決標準件分揀目前存在的問題，提高零件分揀的效率和準確度，本文設計出一種自動分揀機構(gòu)。研究表明，這種標準件自動分揀機構(gòu)可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低人們的勞動強度。

關(guān)鍵詞：標準件;自動分揀機構(gòu);準確度;效率

中圖分類號：TH789;TP212.9文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）02-0064-03

Design of an Automatic Sorting Mechanism for Standard Parts

GUO Tianyou

（School of Mechanical Engineering， North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： With the rapid progress of science and technology， the development of industry has set off a wave in the world， and the demand for mechanical parts in all walks of life is also increasing. However， there are always certain errors in the processing of parts， so some parts that do not meet the standards need to be picked out. Usually， parts picking adopts manual assembly line operation， but due to the influence of human factors， with the increase of working time， people will inevitably make mistakes in the process of operation. In order to solve the current problems of standard parts sorting and improve the efficiency and accuracy of parts sorting， this paper designed an automatic sorting mechanism. Research shows that this kind of automatic sorting mechanism for standard parts can improve the production efficiency of enterprises and reduce the labor intensity of people.

Keywords： standard parts;automatic sorting mechanism;accuracy;efficiency

目前，由于加工技術(shù)水平的限制，零件生產(chǎn)期間難免會出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，這些次品達不到相關(guān)使用標準，所以人們需要把它們分揀出來。早期，次品分揀完全依靠人力操作，當零件生產(chǎn)規(guī)模不大時，人力分揀還可以滿足分揀標準，但是當零件大批量生產(chǎn)時，人力分揀就不能有效滿足分揀標準，這樣就會影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。為了解決目前標準件生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的問題，本文提出一種自動分揀機構(gòu)設計方案。

1 整體結(jié)構(gòu)方案設計

本文設計的自動分揀機構(gòu)主要由振動篩、傳動帶、電動推桿、傳感器、計數(shù)器、電機、收集機構(gòu)和控制機構(gòu)等部分組成[1]。根據(jù)不同部件的功能，這種自動分揀機構(gòu)又可以分為多種機構(gòu)[2]。其中，上料機構(gòu)主要利用振動篩送料;動力機構(gòu)采用小型電動機;傳動機構(gòu)是傳動帶和滾筒;檢測機構(gòu)是傳感器;執(zhí)行機構(gòu)是電動推桿;收集機構(gòu)是收集箱;計數(shù)機構(gòu)是計數(shù)器。此外，其還包括托輥組、托輥支架等。

這種自動分揀機構(gòu)可以實現(xiàn)如下功能：把生產(chǎn)好的標準件零件從輸送帶的一端向另一端傳送，輸送期間實現(xiàn)標準件次品的分揀;可以實現(xiàn)不同品質(zhì)標準件的分揀和計數(shù)，為機械零件的分揀和包裝提供很大的方便;設有次品收集裝置，次品既可以作為原材料回用于加工生產(chǎn)，又可以降低能耗，減少浪費。

這種自動分揀機構(gòu)的工作流程如圖1所示。在設備未通電之前，將加工好的零件放入振動篩中，檢查各個機構(gòu)是否能夠安全有效地運行;確認無誤后，將設備通電;振動篩將工件抖落到傳動帶上，在抖動的過程中，原本錯亂排列的零件由于振動篩的抖動，變得有一定的順序，在零件落到傳動帶上后，依靠與傳動帶的摩擦力作用，零件隨著傳動帶朝檢測的方向前進;在零件通過第一個傳感器的下面時，傳感器迅速采集零件的信息，然后傳送到控制系統(tǒng)中，如果達到第一個標準，那么一號推桿就會被觸發(fā)，將檢測到的零件推入相應的收集箱中，零件經(jīng)過滑軌落入收集箱的過程中，固定在滑道上的傳感器被觸發(fā)，向控制系統(tǒng)傳遞一個信號，表示已經(jīng)收集一個零件;接著，零件繼續(xù)向前傳送，工作過程和前面一樣，在經(jīng)過最后一個傳感器后，傳動帶上的零件已經(jīng)被分揀得差不多;傳動帶尾端下部有一個收集箱，傳動帶上剩余的零件落入收集箱內(nèi)。

在檢測過程中，由于傳感器檢測誤差，可能會有零件遺漏，所以可以再次對最后收集的零件進行檢測和分揀，以保證分揀精確。

2 傳動帶參數(shù)的確定

在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，傳動帶在各領域的應用頻率要遠高于其他輸送方式，但是輸送裝置經(jīng)過頻繁使用后，受物體與傳動帶之間的摩擦力作用，傳動帶表面產(chǎn)生較大的磨損，導致其使用壽命大大降低[3]。所以，在選擇傳動帶材料時，要提前研究傳動帶工作環(huán)境，以便延長傳動帶的使用壽命。橡膠材料具備良好的耐熱性和抗拉強度，相較于其他傳動帶材料，其具有較長的使用壽命。

2.1 傳動帶尺寸的確定

在設計傳動帶時，考慮實際的分揀作業(yè)，傳動帶的左右跨度設計為9 000 mm。某種標準件的長度為60 mm左右，外形是圓柱體，在傳動的過程中可能會發(fā)生滾動。為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，本研究將傳動帶的寬度設置為200 mm。傳動帶工作時內(nèi)部會產(chǎn)生拉伸應力，所以傳動帶的厚度要選大一些，防止斷裂。傳動帶的厚度不宜過低，厚度選定為8 mm。所以，本文最終確定傳送帶的尺寸，如圖2、圖3所示。

2.2 傳動帶速度的選擇

標準件在檢測后到達指定位置，在電動推桿的推動下，進入對應的收集箱內(nèi)。標準件在傳動帶上做勻速直線運動，在電動推桿的推作用下，會獲得一個垂直于傳動帶方向的速度，由于速度的復合，標準件的滑落類似于一種拋物線運動，如圖4所示。

標準件沿傳動帶運動時，其相對于傳動帶來說是靜止的，如果傳動帶速度過大，標準件就不能準確地落入收集箱內(nèi)，所以選擇合適的傳送速度很重要。

在標準件結(jié)構(gòu)設計的過程中，滑料板的槽口寬度為1 000 mm，推桿的速度一般能達到60 m/s，零件到收集裝置的最遠距離為300 mm，螺柱到達收集箱的開口需要5 s;當傳動帶速度為0.2 m/s時，零件到達收集箱需要5 s。

研究發(fā)現(xiàn)，傳動帶的速度不宜過快，其應該控制在0.0～0.2 m/s。

3 傳感器的選擇

根據(jù)工作原理，傳感器可以分為電學式傳感器、磁學式傳感器、光電式傳感器和位移傳感器等。在標準件分揀的過程中，傳動帶上分布著不同尺寸的零件，所以人們要選用一個標準去衡量零件偏差，依據(jù)這種檢測原理，本設計選用光電式傳感器。其工作原理如下：利用光電效應，由發(fā)射源發(fā)出光線，照射到物體上引起反射，將其轉(zhuǎn)化為光信號的形式，然后通過內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換元件來檢測零件尺寸。

4 主要機構(gòu)的設計

4.1 托輥組的設計

托輥組由滾筒、托輥架、開口銷和滾筒支架組成，如圖5所示。

4.2 執(zhí)行機構(gòu)的設計

執(zhí)行機構(gòu)選擇電動推桿（見圖6），相較于其他類型的執(zhí)行機構(gòu)，在發(fā)揮相同功能的前提下，它能夠有效地節(jié)省空間和能耗。

4.3 托輥支架的設計

如圖7所示，托輥支架固定在傳送帶的兩側(cè)，主要有兩方面的作用。一是對滾筒起到軸向的約束，二是防止傳動帶發(fā)生打滑現(xiàn)象，保證傳動帶安全平穩(wěn)地運行。

5 電機的選型設計

5.1 電機類型的選擇

電機是一種動力提供裝置，當前，人們主要以滿載轉(zhuǎn)速和額定功率作為選擇標準。電機功率不宜過大，這樣不僅會造成電機的過量發(fā)熱，導致電機燒壞，還會造成能源浪費;電機功率也不宜過小，這樣無法滿足機構(gòu)的正常運轉(zhuǎn)需求，導致有些環(huán)節(jié)難以發(fā)揮應有的功能。因此，結(jié)合傳送帶的工作條件，通過設計計算，選擇合適的電機非常重要。

小節(jié)2確定傳送帶的速度為0.0～0.2 m/s，所以本研究選擇具有減速功能的小型減速電機，避免功率過高而導致電機燒壞，通過減速作用后，帶輪的轉(zhuǎn)速能夠達到傳送帶的工作要求。

5.2 傳動裝置效率的確定

查詢相關(guān)資料可得，聯(lián)軸器的效率[η1=0.99];滾動軸承的效率[η2=0.99];閉式圓柱齒輪的效率[η3=0.97];工作機的效率[ηw=0.96]。因此，傳動裝置的效率為：[ηa=η1×η24×η33×ηw=0.99×0.994×0.973×0.96=0.833]。

5.3 電機的三維設計

下面對電機進行三維設計，其三維模型的三視圖如圖8、圖9和圖10所示。電機分布在尾部，中間部分為減速器，最左端為輸出軸，輸出軸上分布有鍵槽，將平鍵安裝在電機輸出軸的鍵槽內(nèi)。

6 結(jié)語

本文設計的標準件自動分揀機構(gòu)由多種裝置組合而成，各個裝置準確地配合工作，能夠有效地把零件按照不同等級的要求分揀出來，大大地節(jié)省了人力，而且挑揀精度要比人工分揀高得多，其在企業(yè)生產(chǎn)中能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]喜崇彬.自動分揀系統(tǒng)市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].物流技術(shù)與應用，2019（1）：82-84.

[2]黃啟明.自動分揀系統(tǒng)及其應用前景分析[J].價值工程，2010（32）：17-18.

[3]白偉.帶式輸送機輸送帶的破損原因與優(yōu)化改造[J].機械管理開發(fā)，2019（4）：275-277.