廢電池分選設備的設計（除雜機構篩選機構

1、第一章 前言電池作為一種常見的日用品深入到我們的生活。然而，在方便人們生活的同時也給人們帶來了煩惱。使用過的廢棄電池中含有很多有害物質，如果不能夠好好處理的話，就會污染環(huán)境危害人們健康。可是目前還沒有好的處理電池的方法，尤其是我國，在關注廢電池方面行動有些晚。還沒有完整的電池回收處理的標準。目前查詢的國內文獻資料中，只有關于廢電池拆解的設備，但是還缺少廢電池分選設備，如果沒有分選設備會影響處理廢電池的效率。因此設計廢電池分選設備是必要的。第二章 文獻綜述2.1電池的危害電池的種類繁多，按照使用次數(shù)可以分為：一次性電池和充電電池。根據(jù)材料，可分為：鋅錳電池、堿錳電池、鋰電池、鎳電池、燃料電池及太

2、陽能電池等。根據(jù)用途可分為：一般電池、車載電池、手機電池等?，F(xiàn)在大家都說的廢電池已經(jīng)達到低汞和無汞化，即一只電池沒有污染了，可以不用回收,隨生活垃圾丟掉了，其實，這是由于廢電池回收后在我國沒有得到有效的處理的無奈之策。但是，現(xiàn)在廢電池都是集中起來通過生活垃圾進入了填埋場，例如：北京市年消費電池近5000噸，但每年回收不足200噸，意味著95%以上的廢電池進入了填埋場，北京市現(xiàn)有9個衛(wèi)生填埋場，部分野坑，每個填埋場可能有幾十萬、幾百萬，甚至更多的廢電池，在垃圾填埋場的條件下，一旦電池殼體破裂，電池中鋅、錳等金屬污染水源、土壤，最終通過食物鏈進入生態(tài)環(huán)境，將造成不可預計的危害；另外，數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明：

3、2005年我國年生產(chǎn)各種電池346億只，其中我國年消費140余億只。跟據(jù)實際統(tǒng)計：一只普通鋅錳干電池(平均值)：含鋅：22%、錳：26%、碳：8%、鐵：17%等；一只堿性鋅錳干電池(平均值)：含鋅：16%、錳：35%、碳：4.5%、鐵：20%等，我國每年消費普通鋅錳及堿性鋅錳干電池電池140億只，折合重量20多萬噸！我國每年廢電池白白浪費僅鋅一項達4萬多噸！如果每個人都珍視廢電池，我國每年僅節(jié)約“鋅”可少開采2座中型礦山！廢電池中浪費的資源是永遠不可再生的一次資源，我國現(xiàn)在鋅礦資源儲量達2500萬余噸，但我們每年開采300萬余噸，意味著8年后我們可能再也沒有鋅礦可以開采了。所以，從某種意義上說

4、，類似廢電池這樣的問題，可以說關乎國家的生死存亡：傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式下造成了大量的浪費并可能產(chǎn)生一系列問題，國家現(xiàn)在大力倡導循環(huán)經(jīng)濟，建立和諧社會，這也是大勢所趨。含汞、含鎘、含鉛的這類電池有很多可以回收利用的金屬元素，如果能加以利用不僅起到了環(huán)保的作用，還節(jié)省了資源。我國干電池生產(chǎn)年消耗鋅，約為年鋅總產(chǎn)量的15%左右。另外有資料顯示廢電池中有用的資源可占到90%以上.。如果能加以利用，其資源價值十分可觀。1.2當前電池回收狀況1.2.1國外回收舊電池的狀況國外一些發(fā)達國家在回收處理廢電池方面已經(jīng)進行了一系列積極的探索，并積累了不少好的經(jīng)驗。 美國、日本、歐盟等地區(qū)未把群眾日常生活使用的普通干電池

5、作為危險廢物對待，也沒有強制單獨收集處理普通干電池的法律。少數(shù)發(fā)達國家的電池（子）工業(yè)協(xié)會、個別城市曾經(jīng)組織過普通干電池收集活動，現(xiàn)在開展這類活動的地方已經(jīng)很少了。日本、瑞士各有1個廢電池再利用工廠，原來主要處理含汞普通廢電池，現(xiàn)在則主要處理可充電電池。由于廢電池總量較小，設施的生產(chǎn)能力有一部分閑置。德國把收集上來的廢電池放置在廢棄的礦坑中。 在電池管理政策上，發(fā)達國家的政策可以概括為兩類。 第一類是針對普通干電池的。政府要求制造商逐步降低電池中的汞含量，最終禁止向電池中添加汞。這項要求是淘汰所有含汞產(chǎn)品、工藝（如以汞為觸媒）的一部分，而不僅僅針對電池行業(yè)?，F(xiàn)在，幾乎所有的發(fā)達國家都禁止向電池

6、中添加汞。對于報廢的普通干電池，沒有強制單獨收集處理。如果某個城市或企業(yè)自愿單獨收集處理（或利用），國家既不鼓勵也不限制。 第二類政策是針對可充電電池的。通過立法要求制造商逐步淘汰含鎘電池。目前，鎳氫電池、鋰電池正在逐步取代鎳鎘電池。一些國家的電子制造商協(xié)會開展了可充電電池回收利用工作，效果也比較顯著。這主要是因為可充電電池總消耗量相對較少（與普通干電池相比）；應用范圍較小，容易通過以舊換新的方式收集；回收價值較高。這類廢電池收集是比較容易的。 據(jù)環(huán)保專家介紹，為加強對廢電池的回收管理，德國實施了廢電池回收管理新規(guī)定。規(guī)定要求消費者將使用完的干電池、鈕扣電池等各種類型的電池送交商店或廢品回收站

7、回收，商店和廢品回收站必須無條件接受廢電池，并轉送處理廠家進行回收處理。同時，他們還對有毒性的鎳鎘電池和含汞電池實行押金制度，即消費者購買每節(jié)電池中含有一定的押金，當消費者拿著廢舊電池來換時，價格中可以自動扣除押金。另外，有的國家還制定了一些相關的政策。比如美國、日本廢舊電池回收后交到企業(yè)處理，每處理一噸政府給予一定補貼；韓國生產(chǎn)電池的廠家，每生產(chǎn)一噸要交一定數(shù)量的保證金，用于回收者、處理者的費用，并指定專門的工廠進行處理。還有的國家對電池生產(chǎn)企業(yè)征收環(huán)境治理稅或對廢舊電池處理企業(yè)進行減免稅等。1.2.2國內廢電池回收狀況法律法規(guī)方面：我國有關政府管理部門對廢電池問題非常重視。國家環(huán)?？偩值?

8、部委于1997年出臺的關于限制電池中含汞量的規(guī)定中要求：自2001年1月1日起，禁止在國內生產(chǎn)汞含量大于電池總重量0.025%的電池；自2001年1月1日起，凡進入國內市場銷售的國內、外電池產(chǎn)品（含與用電器配套的電池），在單體電池上均需標注汞含量（例如：“低汞”或“無汞”）字樣，未標注汞含量的電池不準進入市場銷售。自2002年起，禁止在國內經(jīng)銷汞含量大于0.025%的電池。自2005年1月1日起，禁止在國內生產(chǎn)汞含量大于電池總重量0.0001%（1ppM）的堿錳電池；自2006年1月1日起，禁止在國內經(jīng)銷汞含量大于0.0001%的堿錳電池。2003年國家環(huán)保總局等五部委頒布的廢電池污染防治技術

9、政策中要求：各級人民政府應制定鼓勵性經(jīng)濟政策等措施，加快符合環(huán)境保護要求的廢電池分類收集、貯存、資源再生及處理處置體系和設施建設，推動廢電池污染防治工作。同時規(guī)定：廢一次電池的回收,應由回收責任單位審慎地開展。目前,在缺乏有效回收的技術經(jīng)濟條件下，不鼓勵集中收集已達到國家低汞或無汞要求的廢一次電池。1.3目前電池處理的方法工業(yè)回收方法：國際上通行的廢舊電池處理方式大致有三種：固化深埋、存放于廢礦井、回收利用。1 固化深埋、存放于廢礦井如法國一家工廠就從中提取鎳和鎘，再將鎳用于煉鋼，鎘則重新用于生產(chǎn)電池。 其余的各類廢電池一般都運往專門的有毒、有害垃圾填埋場，但這種做法不僅花費太大而且還造成浪費

10、，因為其中尚有不少可作原料的有用物質。2 回收利用（1） 熱處理瑞士有兩家專門加工利用舊電池的工廠，巴特列克公司采取的方法是將舊電池磨碎，然后送往爐內加熱，這時可提取揮發(fā)出的汞，溫度更高時鋅也蒸發(fā)，它同樣是貴重金屬。鐵和錳熔合后成為煉鋼所需的錳鐵合金。該工廠一年可加工2000噸廢電池，可獲得780噸錳鐵合金，400噸鋅合金及3噸汞。另一家工廠則是直接從電池中提取鐵元素，并將氧化錳、氧化鋅、氧化銅和氧化鎳等金屬混合物作為金屬廢料直接出售。不過，熱處理的方法花費較高，瑞士還規(guī)定向每位電池購買者收取少量廢電池加工專用費。（2） “濕處理”馬格德堡近郊區(qū)正在興建一個“濕處理”裝置，在這里除鉛蓄電池外，

11、各類電池均溶解于硫酸，然后借助離子樹脂從溶液中提取各種金屬，用這種方式獲得的原料比熱處理方法純凈，因此在市場上售價更高，而且電池中包含的各種物質有95%都能提取出來。濕處理可省去分揀環(huán)節(jié)（因為分揀是手工操作，會增加成本）。馬格德堡這套裝置年加工能力可達7500噸，其成本雖然比填埋方法略高，但貴重原料不致丟棄，也不會污染環(huán)境。（3） 真空熱處理法德國阿爾特公司研制的真空熱處理法還要便宜，不過這首先需要在廢電池中分揀出鎳鎘電池，廢電池在真空中加熱，其中汞迅速蒸發(fā)，即可將其回收，然后將剩余原料磨碎，用磁體提取金屬鐵，再從余下粉末中提取鎳和錳。這種加工一噸廢電池的成本不到1500馬克。（4） 人工拆解

12、我國有些地區(qū)采用人工拆解來得到電池中的有用物質。這種方法對工人的健康又很大影響，所以不應提倡。第三章 廢電池分選設備的方案分析與設計3.1 廢電池分選設備的功能原理分析機構分析廢電池分選設備是一種將各種混雜的廢電池進行機械分類并裝入不同包裝容器的方法。現(xiàn)在回收的廢電池中混雜各種電池，例如：鈕扣電池、普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、氫鎳電池、鎘鎳電池、鋰離子電池，形狀有圓形扁平裝、圓形柱狀、長方形等不同形狀，同時含有各種不同生活垃圾，例如：廢紙、廢塑料、口香糖等。通過了解不同電池的結構、成份等特點，參考現(xiàn)有國內外專利等資料，確定設計方案，并可指導加工成產(chǎn)品。根據(jù)任務需求，要將回收后的電池進行分揀

13、。將目前滿足拆解條件的電池分檢出來（目前的條件可拆解圓柱鋅錳電池）等待下一步的加工，不滿足條件的電池進行封裝保存。所以，本系統(tǒng)的主要功能有四個：1. 除雜，除去廢電池中混雜的雜質。（其中雜質包括生活垃圾，紐扣電池，方形電池，鋰離子電池）2. 分型號，為便于以后的加工，需要把電池的大小型號分開，目前回收的電池中主要以分選1號5號7號圓柱電池為主。3. 分類型，由于圓柱電池的成分不同，所以組成結構不同，需要分開拆解。本設計需要區(qū)分普通鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、氫鎳電池、鎘鎳電池。前兩種電池為一次電池，后兩種電池是可充電電池。4. 裝箱，把分好類的電池裝箱，等待下一步的加工。 圖3.1 分選裝置流

14、程圖根據(jù)需求，主要的步驟如下：1.使電池從料斗中漏下，且控制相應的速度。2.將電池還有雜質區(qū)分開，雜志除去，電池回收起來。3.通過篩選使手機電池和紐扣電池從電池的總體中分離出來。手機電池及紐扣電池分開儲存，剩余部分傳送到下一個單元。4.通過篩選使方形的電池從電池中分離出來并且儲存。5.通過傳送帶使電池傳送到下一個工序，且排隊。6.把圓柱電池按尺寸型號分開，主要分為1號5號7號電池。7.按電池的成分把同尺寸電池分類。目前要分的種類有如下幾類：普通鋅皮鋅錳電池、普通鐵皮鋅錳電池、普通鐵皮堿性鋅錳電池、氫鎳電池、鎘鎳電池。（重要步驟）8.把分好類的電池裝箱。 3.2目標、規(guī)格、主要技術性能分選設備每

15、次分選30kg電池，每天達到分選1噸電池的目的。設計主要采用機械裝置，需要用到單片機控制，工作時需要人工看管。第四章 除雜機構設計除雜機構用于去除廢電池中的垃圾，并控制電池的流量。根據(jù)統(tǒng)計，這些垃圾以廢紙、廢塑料為主，所以可以設計吹風機構去除。將電池從料斗中漏下的過程中，在旁側加風機，控制風力大小祛除碎紙塑料等雜質。如圖3.1，為控制流量，仿照播種機的原理，在漏斗口處安放特制的大齒輪，用齒輪的齒槽攜帶電池從漏斗上漏下。這樣控制齒輪轉速就能控制電池流量。 圖4.1 吹風機構 4.1制定參數(shù)根據(jù)處理電池的質量為30kg。所以可定漏斗長寬高分別為600mm400mm320mm ，漏斗材料采用45鋼。

16、經(jīng)過優(yōu)化，把控制流量的大齒輪改為大滾筒，以便適應漏斗尺寸和電池尺寸。滾筒直徑d=210mm 長度478mm。定滾筒轉速30r/min為方便電池裝填，定除雜機高度1.1m左右。4.2擬定傳動方案為保證工作可靠，并且結構簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動效率高和使用維護便利，選擇帶傳動加齒輪傳動的方案。帶傳動的承載能力較小，傳遞相同轉矩時結構尺寸較其他形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖減震，因此布置在傳動的高速級。齒輪的傳動平穩(wěn)，所以可以設計減速器，平穩(wěn)的降低電機轉速，傳遞功率，傳動帶相連。 圖4.2 大滾筒傳動圖4.3原動機選擇因為無特殊要求所以選擇交流電動機作為原動機，根據(jù)參數(shù)可計算工作機功率。

17、漏斗每次裝入30kg廢電池所以設滾筒承受的力為300N。滾筒轉速30r/min滾筒直徑d=210mm滾筒所需功率PW=Fr=945WV帶傳送的效率1=0.96滾動軸承的效率2=0.99（3對）聯(lián)軸器的效率3=0.97總效率=1233=0.904電動機所需的功率為=1045.354W則選擇Y Y801-4即可，同步轉速1500r/min，四極額定功率1.1kW，滿載轉速1400r/min4.4 V帶傳動設計傳動功率取q=1.05kW主動軸轉速n1取1400r/min從動軸轉速n2取350 r/min傳動比為i=4設計功率Pd=KAP 取KA=1.1則Pd=1.04kW則小帶輪的基準直徑為dd1=

18、63mm大帶輪的基準直徑為dd2=idd1（1-）取=0.015（0.010.02）dd2=248.22mm選取標準值dd2=250mm初定軸間距通過計算的方法確定0.7（dd1+ dd2）a02（dd1+ dd2）219a0626取a0=450mmLd0=1411.09mm選取基準長度Ld0=1400mm實際軸間距a444mm單根V帶傳遞的額定功率P1=2.8kW傳動比i1的額定功率增量P1=0.5kW計算公式帶速小帶輪包角V帶的根數(shù)確定參數(shù)小帶輪包角修正系數(shù)K=0.99帶長修正系數(shù)KL=0.96計算結果V=4.62m/s=155.87z=1單根V帶的預緊力作用在軸上的力確定參數(shù)V帶每米的長

19、質量m=0.12kg/m計算結果=174.23N =340.76N則實際傳動比為i=3.97則輸出速度為n=352.64r/min4.5 減速器齒輪部分設計4.5.1設計數(shù)據(jù)傳遞功率 P=1.04(kW)輸入轉速 n1=352.64(r/min)輸出轉速 n2=30(r/min)總傳動比 i=11.75則i1=i2=3.4284.5.2高速齒輪設計由T=9549P/n式中：P為齒輪傳遞的功率（kW）；T為傳遞的轉矩（Nm）；n為齒輪的轉速傳遞轉矩 T=28.16(Nm)原動機載荷特性 SF=輕微振動工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預定壽命 H=10000(小時)齒輪1硬度取值范圍 HBSP1=4

20、550齒輪2硬度取值范圍 HBSP2=4550齒輪2硬度 HBS2=48齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3(mm)端面模數(shù) Mt=3齒輪1齒數(shù) Z1=28齒輪1變位系數(shù) X1=0.00齒輪1齒寬 B1=25.00(mm)齒輪1齒寬系數(shù) d1=0.298齒輪2齒數(shù) Z2=96齒輪2變位系數(shù) X2=0.00齒輪2齒寬 B2=20.00(mm)齒輪2齒寬系數(shù) d2=0.069標準中心距a0=186 (mm)實際中心距其中中心距變動系數(shù)a=186(mm)分度圓直徑齒頂高齒根高壓力角 an=20齒輪1分度圓直徑 d1=84.00 (mm)齒輪1齒頂圓直徑 da1=90.00 (mm)齒輪1齒根圓直徑

21、 df1=76.50 (mm)齒輪1基圓直徑 db1=78.93 (mm)齒輪1齒頂高 ha1=3.00 (mm)齒輪1齒根高 hf1=3.75 (mm)齒輪1全齒高 h1=6.75 (mm)齒輪1齒頂壓力角 at1=28.71 (度)齒輪2分度圓直徑 d2=288.00 (mm)齒輪2齒頂圓直徑 da2=294.00 (mm)齒輪2齒根圓直徑 df2=280.50 (mm)齒輪2基圓直徑 db2=270.63 (mm)齒輪2齒頂高 ha2=3.00 (mm)齒輪2齒根高 hf2=3.75 (mm)齒輪2全齒高 h2=6.75(mm)齒輪2齒頂壓力角 at2=22.(度)齒頂高系數(shù) ha*=1

22、.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20(度)端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00端面頂隙系數(shù) c*t=0.25端面壓力角 *t=20.00 (度)端面嚙合角 t=20.00 (度)4.5.3低速軸齒輪設計傳遞功率P=1.04kW齒輪3轉速n3=102.84r/min齒輪4轉速n4=30r/min由T=9549P/n式中：P為齒輪傳遞的功率（kW）；T為傳遞的轉矩（Nm）；n為齒輪的轉速傳遞轉矩 T=96.57(Nm)原動機載荷特性 SF=輕微振動工作機載荷特性 WF=均勻平穩(wěn)預定壽命 H=10000(小時)齒輪3硬度取值范圍 HBSP1=4550齒輪3硬度 HBS1=48齒輪4材料及熱處

23、理 Met2=45齒輪4硬度取值范圍 HBSP2=4550齒輪4硬度 HBS2=48齒輪基本參數(shù)模數(shù)(法面模數(shù)) Mn=3(mm)端面模數(shù) Mt=3齒輪3齒數(shù) Z1=23齒輪3變位系數(shù) X1=0.00齒輪3齒寬 B1=25.00(mm)齒輪3齒寬系數(shù) d1=0.362齒輪4齒數(shù) Z2=79齒輪4變位系數(shù) X2=0.00齒輪4齒寬 B2=20.00(mm)齒輪4齒寬系數(shù) d2=0.084標準中心距a0=153(mm)實際中心距 其中中心距變動系數(shù)a=153(mm)齒數(shù)比 U=3.434分度圓直徑齒頂高齒根高壓力角 an=20齒輪3分度圓直徑 d1=69.00 (mm)齒輪3齒頂圓直徑 da1=7

24、5.00 (mm)齒輪3齒根圓直徑 df1=61.50 (mm)齒輪3基圓直徑 db1=64.84(mm)齒輪3齒頂高 ha1=3.00 (mm)齒輪3齒根高 hf1=3.75 (mm)齒輪3全齒高 h1=6.75 (mm)齒輪3齒頂壓力角 at1=30.17 (度)齒輪4分度圓直徑 d2=237.00 (mm)齒輪4齒頂圓直徑 da2=243.00 (mm)齒輪4齒根圓直徑 df2=229.50 (mm)齒輪4基圓直徑 db2=222.71(mm)齒輪4齒頂高 ha2=3.00 (mm)齒輪4齒根高 hf2=3.75 (mm)齒輪4全齒高 h2=6.75 (mm)齒輪4齒頂壓力角 at2=2

25、3.58 (度)齒頂高系數(shù) ha*=1.00頂隙系數(shù) c*=0.25壓力角 *=20(度)端面齒頂高系數(shù) ha*t=1.00端面頂隙系數(shù) c*t=0.25端面壓力角 *t=20.00 (度)端面嚙合角 t=20.00 (度)4.6軸徑的選定聯(lián)軸器和滾動軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而軸的直徑是在初算軸的直徑基礎上進行的，所以要先初算軸的直徑。軸的直徑可按扭轉強度發(fā)進行估算，公式可計算。其中材料為45鋼時C=107118，取C=110。4.6.1變速器輸入軸初估直徑P=1.04Kwn=352.64r/min=15.78mm4.6.2變速器輸出軸及滾筒軸初估直徑因為變速器輸出軸和滾筒軸是剛性連接

26、所以轉速相同，可選擇相同軸徑值。P=1.040.904=0.94kWn=30r/min得軸的初直徑=34.68mm可定軸最細處直徑是38mm即聯(lián)軸器處。4.7聯(lián)軸器的選定根據(jù)工作要求，軸的轉速較低工作比較平穩(wěn)所以選用凸緣聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器結構簡單，制造容易，工作可靠，裝拆方便，剛性好，傳遞轉矩大。根據(jù)軸直徑d=38mm選擇聯(lián)軸器的型號是GY5公稱轉矩400Tn/（N*m），許用轉速n=8000r/min。4.8鍵的強度計算鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型根據(jù)鍵連接的結構特點、使用要求和工作條件來選擇；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。鍵的主要尺寸是其截面尺寸與長度。截面

27、尺寸根據(jù)軸徑確定，鍵的長度一般根據(jù)輪轂而定，鍵長亦應符合標準規(guī)定的長度系列。重要的鍵連接在選出鍵的類型尺寸后還應進行強度校核。普通平鍵的校核公式為4.8.1聯(lián)軸器鍵的校核T=9550P/nk=0.5h=4mml=L=45mmd=38mm所以所以合格4.9滾筒軸的校核計算圖4.3 受力分析數(shù)據(jù)：d=25 q=0.63N/mm p=0.925kW n=30r/min由： 由： 得：FB=119.00NFE=181.00NAB段：M1=0 （0x100）BC段： （100x152）CD段： （152x628）DE段： 應用第四強度理論校核：圖4.4 扭矩圖符合強度要求。第五章 電流分選機構設計一次電

28、池在回收的廢電池中占了很大的比例，是也是主要分解的一類，想要分類就需要了解一次電池的外觀結構。一次電池主要是指普通鋅錳電池和堿性鋅錳電池。從外觀觀察，普通鋅錳電池外部包裹鋅皮，另外有一部分在鋅皮外邊還包裹一層鐵皮，而堿性鋅錳電池和可沖電電池都是鐵皮包裝。根據(jù)這個特點很容易設計磁選機構，把鋅皮電池從中間選出來。但是包裹鐵皮的鋅錳電池就不能使用這種方法。普通鋅錳電池與其他電池的另一個區(qū)別就在于封口方式的不同鋅錳電池是征集封口，在電池整機的地方可以看到一個塑料的絕緣圈，更高級的堿性電池是負極封口。正負極大部分被金屬覆蓋，所以我們可以用兩個探頭通過建檢測電池正負極附近是否可以通電來識別帶有鐵殼的普通鋅

29、錳電池。如下圖：圖4.1 檢測裝置示意圖5.1電流檢測機構結構設計5.1.1運動方案的選擇本機構由于要分選電池，所以需要電池可以向2個方向運動，經(jīng)分析，電池被檢測后有三個方向可以運動：向前，向上，向下。所以有3種組合方案可以選擇：方案1向前，向上方案2向前，向下方案3向上，向下如果選擇方案1，電池向前運動很好達成，但是讓電池向上運動就需要在被測電池的下方有一個向上運動的機構，并且還需要考慮電池被頂起后需要向那個方向移動。如果選用方案2，同方案1相比相同的地方是都有向前的運動，不同時方案2向下運動，比價方案1向下運動后電池的去向更好實現(xiàn)，可以直接在檢測傳送帶下邊另接一條傳送帶即可。如果選用方案3

30、，就需要步距電機旋轉角度控制電池上下，造價比較昂貴。所以綜合來說方案2是最優(yōu)的方案，選用方案2。如圖當被測電池經(jīng)過檢測后，如果合格則電磁鐵1接通壓塊1壓下合格電池從出口1落下，當壓塊抬起后下一枚待測電池由擠壓作用被壓到待測位置，進行下一次測量。如果被測電池經(jīng)檢查不合格，則電磁鐵2接通使壓塊2壓下，有一枚不合格電池從出口2被壓出。同樣由壓力作用下一枚待測電池把已測的不合格電池壓出測量位置。繼續(xù)下一次測量圖5.2 檢測原理示意圖圖5.2 檢測裝置示意圖如圖，選用2個同步轉動的凸輪控制杠桿擺動來夾住電池，凸輪的傳動機構簡圖如圖4.3根據(jù)機構簡圖就可以設定檢測機構個部分尺寸。圖4.3凸輪機構傳動簡圖5

31、.1.2檢測機各部分尺寸設計5.1.2.1杠桿尺寸設計本次設計以檢測5號電池為例，由表4.1查得5號電池尺寸D=13.5mmH=50mm表4.1鋅錳電池型號和規(guī)格標準所以可以初定杠桿的尺寸長度總長L=237mm桿的寬度b=17.5mm桿的厚度h=20mm傾斜角度=30圖4.4杠桿尺寸圖由杠桿尺寸可以指定杠桿的極限位置圖4.4杠桿極限位置圖當杠桿打開時需要檢測觸頭離電池5mm以便電池可以正常移動，不受觸頭影響由此可得出杠桿的擺角為3并可以得到彈簧的長度L=65mm，輔助桿經(jīng)過的孔徑d=6mm凸輪的行程h=6mm由此可確定凸輪的形狀5.1.2.2凸輪尺寸設計凸輪可以實現(xiàn)無特定規(guī)律要求的工作行程，也

32、可以實現(xiàn)有特運動規(guī)律的行程，還可以實現(xiàn)復雜的運動軌跡。凸輪有結構簡單、緊湊，具有很少的活動構件，占據(jù)空間小的特點。最大的優(yōu)點是對于任意要求的從動撿運動規(guī)律都可以毫無困難的設計出輪廓線來實現(xiàn)，它常用于傳力不大的場合，在本機構中只要調整好彈簧的彈性，完全可以使用凸輪。由上一步已知凸輪的行程h=6mm可定凸輪的基圓r=19mm跟據(jù)需要凸輪要完成一次推程和一次回程中間分別有一段長間隔和短間隔定機構每分鐘檢測30個電池則凸輪的轉速就是30rad/min在2s的周期中檢測機觸頭大概需要與電池接觸0.1s，加上推程和回程的時間大概需要0.5s其余的1.5s留給控制電池的運動。杠桿處于張開狀態(tài)。由此可以設計出

33、凸輪。圖4.4凸輪設計圖5.1.2.3錐齒輪的設計為了實現(xiàn)凸輪的同步轉動需要把兩個凸輪聯(lián)系起來，如果使用一般的直齒輪連接，直齒輪的直徑會很大，影響檢測機其他機構的設計。此時錐齒輪就是很好的解決方法。直齒錐齒輪有結構簡單，制造容易，成本低，承載能力較低，噪音較大（經(jīng)磨削后，噪聲可大為降低），軸向力較小等特點。根據(jù)本次設計可以選用直齒錐齒輪。本齒輪只為改變傳動方向，所以可已選擇傳動比為1的一對齒輪，就是說可以選取2個相同的齒輪。所以設計數(shù)據(jù)如下：分錐角 =45齒頂高 ha=m=2齒根高 hf=1.2m=2.4分度圓直徑 d=mz=40齒頂圓直徑 da=d+2hacos=40+2.828=42.82

34、8齒根圓直徑 df=d-2hacos=40-2.828=37.1715錐距 R=根號2/2*mz=28.2842齒根角 tanf=hf/R=0.08486 f=4.85頂錐角 a=+f=49.85根錐角 f=-f=40.15頂隙 c=0.2*m=0.4分度圓齒厚 s=m/2=3.14當量齒數(shù) zv=z/cos=20/cos45=28.28齒寬 B=R/3=28.28/3=9.42 取整B=9圖4.5錐齒輪設計5.1.2.4軸的設計根據(jù)之前確定好的零部件大小和位置，可定軸的長度，主軸長度L=190mm圖4.6主軸尺寸圖凸輪軸的長度L=161mm圖4.7凸輪軸尺寸圖5.1.2.5壓塊和的設計為使電

35、池向下運動，需要設計一個壓塊。因為壓塊豎直方向上有高度限制，沒辦法直接加動力，所以選用一根小的杠桿傳遞動力。壓塊的高度h設為30mm，壓塊的寬度比電池的高要短，所以長度l設為40，厚度要比電池的直徑小b=10mm，壓塊尺寸圖如下圖4.8壓塊尺寸壓塊底部設計成燕尾形與杠桿配合起到加緊定位作用，當杠桿收緊，通過小連桿推動壓塊壓下，起到完全定位。圖4.9電池定位5.2電流檢測機構運動參數(shù)及動力參數(shù)設計5.2.1檢測機受力分析根據(jù)圖4.4對杠桿2個極限位置分析在杠桿張開時，彈簧只受很小的阻力，可以保持杠桿的張開狀態(tài)在杠桿收緊時，彈簧收縮，到達收緊極限位置時彈簧受力最大。杠桿受力圖如下圖4.10桿受力圖

36、設彈簧剛度2.5N/mm則F1=2.5*8=20N所以凸輪對杠桿用力F=20*105/69=30.43N由凸輪轉速30r/min凸輪半徑19mm則凸輪所需功率為P=Fr=17W5.2.2檢測機動力分析5.2.2.1凸輪的動力分析錐齒輪的效率1=0.96滾動軸承的效率2=0.99（3對）聯(lián)軸器的效率3=0.97總效率=1233=0.904凸輪電動機所需的功率為=17/0.904=18.8W因為電機功率很小，所以可以選用直流電機則選擇40ZYW3 額定電壓24V額定轉速5000r/min 額定轉矩40N*m輸出功率20.5W額定電流1.6A質量200g5.2.2.1壓塊的動力分析壓塊的動力有2種，

37、杠桿收緊時，帶動小連桿下壓，小連桿推動壓塊，加緊電池。當杠桿張開后，電磁鐵把小杠桿吸起，小杠桿帶動電池壓下，把電池壓入槽中。第六章 控制系統(tǒng)設計6.1控制系統(tǒng)的選擇6.1.1控制系統(tǒng)需要完成的功能在分選系統(tǒng)中控制系統(tǒng)需要完成如下功能1） 控制電源2） 控制電磁鐵通斷3） 控制電機4） 檢測電流5） 連接傳感器，檢測電池質量信息6） 計數(shù)6.1.2控制系統(tǒng)的選擇方案一：繼電接觸器控制系統(tǒng)。繼電接觸器控制系統(tǒng)是使用按鈕、開關、行程開關、繼電器、接觸器等組成的控制系統(tǒng)。它通過電氣觸點的閉合和分斷來控制電路的接通與斷開，實現(xiàn)對電動機拖動系統(tǒng)的起動、停止、調速、自動循環(huán)與保護等自動控制。優(yōu)點：具備控制器

38、件結構簡單、價格低廉、控制方式直觀、容易掌握、工作可靠易維護等優(yōu)點。缺點：體積較大、控制速度慢，改變控制功能必須通過改變接線來完成，比較麻煩和困難。方案二：可編程控制器（PLC）。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。特點：可靠性高，抗干擾能力強PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有

39、關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入

40、外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。硬件配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，

41、使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容

42、易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。基于以上優(yōu)點，分選設備應選用可編程控制器控制。根據(jù)現(xiàn)有資料，

43、暫時使用能力風暴AS-UII機器人及其擴展卡。6.2控制系統(tǒng)簡介AS-UII是面向教育的新一代只能移動機器人。它有一個功能強大的微處理系統(tǒng)，而且還能擴展聽覺視覺、和觸覺，成為真正意義上的智能機器人。針對本次設計系統(tǒng)選用AS-Mfunction多功能擴展卡來完成數(shù)據(jù)輸入輸出。下圖是ASUII結構圖：圖6.1 ASUII結構簡圖AS多功能擴展卡：AS-Mfunction多功能擴展卡是“能力風暴”機器人系列擴展卡之一。其主要功能是完成對EI產(chǎn)品的控制。圖6.2 AS多共擴展卡圖6.3 AS控制卡端口圖主要參數(shù)：輸出端口：電機輸出口4個，輸出電壓取決電池電壓，最大可達12V，最大輸出電流可達1A，可以

44、通過編程控制電流的方向。數(shù)字量輸出口4個，輸出電壓取決電池電壓，最大可為12V，最大輸出電流為1A，電流只能朝一個方向流動。輸入端口：數(shù)字量輸入端口8個 模擬量輸入端口3個輸入捕捉口2個編程界面介紹：AS-UII編程界面包括兩部分，分別是圖形界面和JC代碼界面，圖形界面直觀易懂，編程界面與C語言界面類似，也叫容易學習。圖6.4 AS圖形界面圖6.5 JC代碼界面6.3編制控制程序6.3.1分析控制的動作需要的接口1） 檢測機構啟動、檢測機構停止需要1個數(shù)字輸入2） 凸輪電機啟動停止需要1個數(shù)字數(shù)入和1個數(shù)字輸出3） 電磁鐵1的啟動、停止需要1個數(shù)字輸出4） 電磁鐵2的啟動、停止需要1個數(shù)字輸出

45、5） 檢測觸頭的三種通電狀態(tài)需要2個數(shù)字輸入5.3.2編制圖形界面（即流程圖）設電路需要2個按鈕，按鈕1控制電源通斷。按鈕2控制凸輪電機啟動。觸頭通電時有2種狀態(tài)，斷電時有一種狀態(tài)則按鈕1對應數(shù)字輸入1 按鈕2對應數(shù)字輸入2 觸頭通電1數(shù)字輸入3 觸頭通電2數(shù)字輸入4 電磁鐵1數(shù)字輸出1電磁鐵2數(shù)字輸出2 凸輪電機數(shù)字輸出3系統(tǒng)的工作步驟應該是啟動系統(tǒng)啟動檢測（即啟動凸輪電機）檢測裝置判斷電磁鐵通電復位由此可編制系統(tǒng)主流程圖圖6.6 系統(tǒng)主流程圖檢測部分子流程圖6.4圖6.7 檢測部分子流程圖由流程圖可得到程序：int md_1=0;int mcd_1=0;void main() while(

46、1) md_1 = read(0x4000); if( (md_1 & 0b1) = 0b0) SubRoutine_1 (); md_1 = read(0x4000); if( (md_1 & 0b10) = 0b0) SubRoutine_2 (); SubRoutine_4 (); SubRoutine_3 (); void SubRoutine_1( ) mcd_1 =(mcd_1 & 0b1110) | 0b1; write( 0x5000 ,mcd_1); return;void SubRoutine_2( ) while(1) md_1 = read(0x4000); if( (md_1 &