推块式分拣机道岔执行机构设计

最新 精品 Word 欢迎下载 可修改重庆科技学院毕业设计（论文）题 目 _ 推块式分拣机 _ 分拣系统的设计 姓 名_ 张文波 _ 学 号_ 2021440122 院（系） 机械工程学院_ 专业班级 机械设计制造及其自动化 指导教师_ 王晓梅_ _ 职 称_ 讲师 _ 评 阅 人_ _ _ 职 称_ _ 2007年 6 月 10 日重庆科技学院本科生毕业设计（论文）推块式分拣机分拣系统的设计学生姓名： 张文波 指导老师： 王晓梅 讲师 专 业：机械设计制造及其自动化院 （系）： 机械工程学院 2008年 6 月 10 日重庆科技学院本科生毕业设计 中文摘要摘 要在物流行业飞速发展的今天，自动分拣设备占有非常重要的地位。长期以来国内分拣技术较为落后，一定程度上影响了我国物流业的发展，急需大量引进一种高速而有效的分拣设备，推块式分拣机正好符合此要求。论文通过吸收和借鉴国内外同类产品的先进设计理念，先对分拣系统进行了总体方案设计，然后对分拣系统的道岔执行机构按照其组成部分进行了详细的设计。在设计的整个过程中，充分考虑了系统的稳定性、快速性、准确性，并且集合工程实际，使系统在稳、快、准三方面的综合性能达到最佳效果。设计最后还运用了pro/e软件对道岔执行机构进行了三维实体造型，为下一部的三维仿真奠定了基础。关键词：推块式 分拣机 气动 道岔执行机构重庆科技学院本科生毕业设计 英文摘要Abstract The rapid development of the logistics industry today, Bechtel, automatic sorting system occupies a very important position. For a long time sorting system more backward country in light of the current worlds advanced automated sorting processing equipment design experience, a more reasonable and effective sorting equipment came into being, it is pushing block-sorting machines. Papers by absorbing and drawing on similar products at home and abroad advanced design concepts, the first system for sorting the overall programme design, in the sorting system in the main part - Turnout implementing agencies in accordance with its integral part of a detailed design. In the design of the whole process, give full consideration to the systems stability, rapid, accurate and fully considered the actual project, allowing the system to achieve the best results. Finally, the use of the design pro / e software Turnout implementing agencies in the three-dimensional simulation, show various aspects of performance are in line with demand. Key words: Push-block Orting machinesPneumatic Turnout implementing agencies重庆科技学院本科生毕业设计 目录 目 录中文摘要 - 英文摘要 - 1 前言 - 11.1 自动分拣技术的发展及其现状 - 11.2 自动分拣机的种类 - 32 推块式分拣机技术方案 - 6 2.1 总体运行方案 - 6 2.2 主要技术参数 - 6 2.3 关键技术 - 7 2.4 技术概况 - 83 推块式分拣机固定分拣道岔数学模型建立 - 153.1 起始段的动力设计计算 - 163.2 下线口段的动力设计计算 - 193.3 中间段的动力设计计算 - 214 道岔执行机构方案设计 - 224.1 电磁式 - 224.2 水平气动式 - 244.3 垂直气动式 - 265 道岔执行机构零件设计 - 295.1 换向块的设计 - 29 5.2 换向块与气缸的连接设计 - 365.3 气缸的固定 - 385.4 导向杆设计 - 415.5 气缸负载校核 - 456 计算机仿真 - 47结 束 语 - 50致 谢 - 50参考文献 - 51 重庆科技学院本科生毕业设计 1绪论1 绪 论随着国内科学技术的发展，以及邮政整体发展方向的调整，其内部分拣处理设备的要求必然要适应新的目标要求。为了达到“营业窗口电子化，搬运装卸机械化，内部处理自动化，信息传输网络化”的要求，解决现在现行分拣设备不能适应多种尺寸范围的包件分拣的矛盾，结合当前世界上先进的自动化分拣处理设备的经验，需要采用更加合理而有效的处理方式推块式分拣机。据有关专家统计分析，商品成本中约有80%90%是流通成本，而流通成本中的80%是物流成本，因此物流占商品成本64%以上。同时根据商品流通业的统计，目前中国社会商品零售总额已达到3.11万亿元，从事商品零售批发贸易业务的机构有4141万家，营业面积超过5000平方米的大型超市已达300多家，但是这些商品处理中心的商品配送能力严重不足，仓储功能单一，向现代化物流企业转变已经是其必然的发展方向。邮政业依靠其统一、完善的快递网络系统已经在客观上成为国内商品配送的最佳网络，在市场经济条件下开拓新的业务领域已成为行业的共识。这就要求能处理广泛尺寸下的各种物件，以适应新的形势下对自动化分拣处理的要求。在发达国家，物流领域被作为第三利润增长点来看待，是现代化大规模生产的基石，自动化处理设备层出不穷，因此借鉴国外先进的技术经验是迅速赶超或达到国外同类型设备处理能力的有效办法。为了解决这一难题，结合现有的实际情况，采取厂校联合的方式同时消化吸收国际上成熟技术成果开发的道路，发挥各自的优点是有效、快速的完成这一新型分拣处理系统的较好办法。1.1 自动分拣技术的发展及其现状生成高度发达的国家，物理量非常大，其中大量的物品需要经过分拣才能分配到各个用户，因此欧美各国和日本采用了大量的各种类型的分拣系统来完成分拣这一繁琐而又枯燥的工作。特别是第二次世界大战以后分家技术发展很快，分拣系统规模越来越大，分拣能力越来越高，应用范围越来越广，已经成为物流系统中的重要组成部分。分拣是指为进行运输、配送，把很多货物按品种、不同的地点和单位分配到所设置的场地的作业。按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械分拣和制动分拣三大类。人工分拣基本上是靠人力搬运，把所需要的货物分门别类地送到指定的地点，或利用最简单的器具和手推车等，这种分拣方式劳动强度大，分拣效率最低。机械分拣是指以机械为主要运输手段，还要靠人力进行拣选，这种分拣方式用得最多的是运输机，有板条式输送机、传输带、辊道运输机等，也有的叫“输送机分拣”。这种方式是用设置在地面上的输送机传输货物，在各分拣位置配置作业人员，当看到标签、色标、编号等分拣标志时，边进行拣选，在放到手边的简易传送带或场地上。也有用“箱式托盘分拣”，即在箱式分拣中装入待分拣的货物，用叉车的机械移动箱式托盘，用人力把货物分到分拣的位置，或再利用箱式托盘进行分配。使用较多的是在箱式托盘的下面装车轮的滚轮箱式托盘。这种分拣方式投资不多，可以减轻劳动强度，提高分拣效率。自动分拣是指货物从进入分拣系统到指定的分拣位置为至，都是按照人们的指令靠自动装置来完成的。这种装置是由接收分拣指令信息的控制装置、计算机网络、搬运装置、分支装置、缓冲站等构成。所以，除了用终端的键盘、鼠标或其他方式向控制装置输入分拣指示信息的作业外，由于全部采用的是自动控制作业，因此分拣处理能力较大，分拣分类数量也较大。分拣系统除了用于邮政系统的邮包信件处理和铁路列车的行包处理，已发展到食品工业、造纸业、化工业、机械制造、超市配送中心配送、出版业等各行各业，广泛使用自动分拣从大到小各式各样的物品。自动分拣系统的规模和能力已有很大的发展，目前大型分拣系统大多能分拣几十个到几百个种类物品，分拣能力达到每小时万件以上。国外分拣系统规模都很大，主要包括进给台、信号盘、分拣机、分拣信息识别系统、设备控制系统等几大部分，还要配备外围大的各种运输和装卸机械，组成一个庞大而复杂的系统。自动分拣系统大部分与自动化立体仓库连接起来，配合自动导引车、拖链小车等其他工具组成复杂的系统，分拣系统在总体布置上，可以说千变万化。从分拣技术水平上说，欧美各国发展最早，技术比较成熟，目前处于世界领先地位。日本则在第二次世界大战后发展很快，到1985年自动分拣机总量达366套，号称世界上拥有自动分拣机最多的国家，从1970-1985年有338台自动分拣机投入运行，其中58.32%用于储运业，17.15%用于销售业。日本一位物流专家认为，在用户需求表现为多品种小批量的时代，物流技术的三大措施是自动分拣机。自动化仓库和无人自动牵引车。自动化仓库是基本成熟的产品，无人自动牵引车是发展中产品，自动分拣机是接近成熟的产品。这可以认为是国外专家对于自动分拣系统在物流技术中的地位和现状的一个较好的概况。我国自动分拣技术起步较晚，目前已能与世界先进水平保证同步，但缺少技术创新能力，使用自动分拣技术的物流系统也较少，大部分小型超市配送中心仍然依靠人工分拣。在20世纪80年代，我国最初是一些邮政局采用小型的半自动翻盘分拣机，由于邮政分拣。1990年为迎接第十一届亚运会，从荷兰行进了一套有3个入口、60个出口的自动分拣系统，成立了北京食品配送中心，每小时可配送3000件货物，使我国分拣技术有了一个飞跃。1.2 自动分拣机的种类在分拣系统中，分拣机是最主要的设备，由于在各行各业使用分拣机，分拣对象不论是在尺寸重量上还是在外形上都有很大的差别，小的可以分拣信件，大的可以分拣长度大1500mm的大型物品，因此分拣机的种类十分繁多，主要有一下几种。 横向推出式分拣机使用较多的是钢带式横向推出式分拣机，他是指货物输送到指定的部位靠拔杆的横向转动推动货物进行分拣。钢带运行速度很快，有的达120m/min，因此分拣能力很大，每小时可达万件以上。一般情况下，分拣的货物不受纸箱、袋装、木箱等包装形态的限制，能用运输机运输的货物可全部使用。但分拣时对分拣物品有一定的冲击，太薄的物品、容易转动的物品、不宜采用这种方式。分拣能力越高，分拣机器的冲击力也越大，所以必须注意防止物品的损坏。另外，因为速度该，要求分拣口之间保持较达的间隔，因此可能设置的分拣口数较少，如图1.2-1所示。主输送线分流输送线图1-1 横向推出式分类机构1.2.2 升降推出式分拣机升降推出式分拣机式从搬运运输机的下侧用浮出装置把货物托起，转动一个向的坡度，送到搬运输送机外面进行分拣的装置。在分拣时给予货物的冲击较小，最适合于分拣底面平坦的纸箱、托盘状的各种货物，但不能分拣很长的或底面不平坦的货物。 推块式分拣机推块式分拣机是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。推块是分拣机可适应不同大小、重量、形状的各种不同商品、分拣时轻柔无冲击、分拣动作准确、还可向左、右两侧分拣，占地空间小、分拣时所需商品间隙小，分拣能力高达18000个/时、机身长，最长达110米，出口多。因为以上特点，推块是分拣机在物流行业得到了较广泛的应用。 辊子浮出式分拣机这种分拣装置（如图1.2-2所示）可与辊子输送机、平带输送机融为一体，放在输送系统的岔口处，这可看成是一种分流装置，在没有分拣任务是，可作为输送机输送货物。该装置在对应岔口的入口处设置了一排短辊子，这些短辊子与主滚道上表面水平，可通过气动元件向两侧摆动和浮出主辊道的上表面。这些短辊子表面通过上胶或采用聚氨脂材料增大摩擦力，从而带动货物转向。如果岔道上的辊子是主动辊子并且上了胶，加上采用上述的变向措施，就很容易达到较高的效率。采用这种装置，道岔可与主辊道成，在岔道方向与主到成的情形时，要在道岔前加一个转速较快的变向辊子来支持输送货物的变向。这种分拣装置输送速度可达，每小时可分流7000件货物。图1-2 辊子浮出式分拣机30 重庆科技学院本科生毕业设计 2 推块式分拣机技术方案2 推块式分拣机技术方案推块式分拣机是为了适应对不同尺寸范围的物件能高效、柔性分拣的要求而开发试制的，其结构示意图如下：图2-1推块式分拣机总体结构示意图1供件系统2机架与轨道3传动系统4分拣道口 5分拣系统6主体运载系统7收容格口2.1 总体运行方案物件进入供拣系统在供拣系统的第一级输入物件信息在供拣系统的第二级测量物件的外形尺寸在供拣系统的第三级按同步速度进入分拣系统根据测量的尺寸计算分拣物件的滑块个数，并跟踪物件根据同步信息，在指定格口处驱动预定数目得滑块按照特定曲线连续运动，推动物件进入格口为了更好的验证开发研制的结论，在试验段可建立一台功能样机以满足对设计参数的测试以及对方案的完善。2.2 主要技术参数分拣效率：8000件/小时包裹尺寸：最长边：1500mm最短边：200mm三边之和：1900mm包裹重量：50Kg有效宽度：850mm主机运行速度：2m/s整机噪音：45000h2.3 关键技术推块式分拣机是为了适应对不同尺寸范围的物件能高效、柔性分拣的要求而开发试制的，因此其关键技术也是围绕这一中心而产生的。从开发的初期来看，大致有以下几个方面：高速主机运动状态下，整机的噪音控制大范围变负载的情况下，主机的恒速控制分拣机构在高频次（9500次/小时）条件下的可靠性对多个不确定数量推块的闭环、有效、高精度的跟踪物件外形测量的数据与预定推块数量的动态调配对物件信息的采集及处理2.4 技术概况主体运载部分主体运载部分由一系列多个链板通过链条柔性连接而成为封闭的环链运载系统。链板采用高强度铝合金材料高压拉制成形，两侧采用螺接固定园钢的方式作为滑轨或者直接在型材上形成圆弧形轨道面并或直接在铝合金表面喷涂硬质合金。滑块采用高强度铝合金拉制形型材加工而成，动作接触部分为工程塑料，内镶优质的滑动轴承与链板的圆弧面轨道配合，并可顺畅的在其表面作往复式滑动。同时在链板的结构设计中，根据驱动方式从链条传动提高到直线电机传动的需要预留次级板的安装位置，为将来的技术提升作准备。由于采用高强度的铝合金材料，链板的整体质量在强度保证的情况下得到了降低，同时由于是采用模具拉制成形其尺寸精度的稳定性较好，有利于质量的保证，即传动的准确性。 机架、轨道部分机架采用焊接单元的方式，既保证了各个机架单元的牢固性又使得每一个单元之间具有一致的标准性。材料采用普通的型材，降低加工的成本。轨道采用铝合金拉制成形，即断面的结构根据链板运行合机架连接等要求进行特殊设计，使之应该可以满足由于整机规模的变化而造成的链条规格的变化以及连接强度的变化，因此轨道的设计非常重要的。机架与轨道通过轨道下侧特殊设计的T形槽进行连接，同时辅助予连接支板使得连接更加牢靠。 传动部分传动部分通过前期的调研以及结合我厂的技术能力，采用直线电机或者是链轮驱动的方式。直线电机的传动方式由于是无接触的传动，驱动部件之间没有机械磨损以及碰撞，因此整机的运行噪音将有大幅度的降低。但同时由于直线电机本身的技术特性其传动的刚性和效率较低，在多负载变化、长距离输送的条件下保持速度的均衡性存在一定的技术难度，将在很大的程度上制约高速分拣的可靠性以及准确性。同时，通过技术资料的查询以及其他多方面的咨询该项目的主链速度为2m/s，在输送链领域属于中低俗传动的范围。每一块链板自带胶质行走轮，运行部分链条本身不产生噪音，从动和驱动部分采用封闭式结构并辅助高效吸音材料阻隔噪音向外界的传递，因此传动部分运用输送链是可行的。 分拣部分分拣部分是推块式分拣机的心脏部分，是分拣动作的具体执行部分。从该总成部分由两部分组成：道岔执行系统和固定分拣系统。道岔执行系统的主要功能是在控制系统根据运算获得同步触发信号后迅速完成滑块的路向变更使之能快捷顺畅的导入到固定分拣系统中，完成滑块的分拣动作。固定分拣系统的作用是控制进入其中的滑块按照设计给定的曲线进行相对于链板主链速度垂直的横向移动。为了保证滑块在高速状态下平稳在固定分拣系统中运行，其运动曲线要求在速度变化的情况下能保证与改向轮之间最小的冲击性和加工的可行性，因此该曲线的模型设计是非常关键的。根据方案参数计算，在主机速度2m/s的情况下道岔执行系统的工作时间小于75ms，为了能准确稳定的完成动作将采用气动执行机构作为动力源。 供件部分为了更好的实现推块式分拣机对不同外形尺寸包裹的广泛适应能力，可以采用两种形式的供件系统。这两种供件系统均能够测量物件的外形尺寸，重量以及位置等物理属性，通过采集的这些数据使得供件系统能达到准确供件的目的。供件系统主体部分采用铝合金型材拉制成型，不仅使得整机简洁明了同时也保证了整机的精度能得到控制。整体结构为单元模块化，可针对不同的流程工况进行扩展性拼装组合设计。但是在结构形式上又有不同的方面，采用与主机零度夹角的方式可以使得超长件能正常进入分拣部分，并且能有效的控制物件在主机上垂直其速度方向的位置。不足之处在于只能单台排布不利于达到主机的分拣能力；采用与主机非零度（如30度）夹角的方式可以进行多台协同作业，使得整个供件系统的供件效率能够满足主机的分件效率，不足的地方在于该方式的供件系统对物件的适应能力相对较差。 控制部分a.慨述推块式分拣机监控管理系统，采用美国Think&Do公司90年代末推出的基于计算机控制(PC-based Control)的先进工控软件和无锡易控公司生产的给予Think&Do软件的11Mbps无线网桥、RTU基架、输入输出模块.该管控自动化系统集数据采集系统、模拟量控制系统、顺序控制和保护系统、集中系统仿真诊断、无限点SOE记录分析功能于一体化，能满足分拣机实时监控的要求，确保系统安全高效地运行和诊断维护。PC-based Control控制软件和Optilogic以太网控制RTU之间可以采用方便灵活而可靠的带跳频和扩频功能无线以太网调制解调器。在某些特殊的工业现场或维护和铺设通讯电缆比较困难的地方，采用无线以太网控制方式是最好、最可靠和最便宜的方案。全部Optilogic模块是即用型的，可热插拔。每个子系统用一台电脑可连接Optilogic以太网控制器多达100台。由于Optilogic基架上带IP地址设定，其设置为099，所以一台计算机通过以太网方式最多能带100台。由于采用Think&Do编程控制软件没有I/O点数无限制，Optilogic以太网控制器的I/O点数也同样不受限制。b.系统配置产品型号及功能单价数量OL40544槽RTU基架10M以太网接口/一个RS232串口/8-30VDC电源24501OL21088点继电器输出模块（2组共点）8902OL22088点输入模块7502MAP-811E11M无线以太网网桥48001电源24VDC1变频器用于供包机63kw变频器用于主控系统1OMROM检测开关TL-N10ME用于收容及每个格口处4TURCK接近开关Ni5-G12-AN6X用于同步7张紧开关1c.功能需求分析c.1 系统的功能结构框图图形监控系统(CGS)：采用中文界面，具有动态监控分拣系统运行状态，各功能模块故障显示等功能。告警系统：当分拣机有不正常情况时，自动发出告警信号在监控画面上。主控系统(MCS)：具有桥接各功能模块，集中进行复杂计算，向各功能模块发出控制指令等功能。MCS:Main Control SystemCGS:Control Graphics SystemDCS:Distract Computer System图2-2 推块式分拣机控制系统实施方案图1图形监控系统CGS2告警系统3主控系统(MCS)4驱动控制系统5供件机控制系统6推块控制系统驱动控制及同步系统：链条驱动，具有一个同步盘,用于监控物体同步。由于机器运转速度较快，两同步之间的距离需为两块链板的距离。供件机控制系统：具有邮件全节目信息录入或邮件信息条形码扫描输入，测量邮件的物理特性（体积、重量、长度）后，准确将邮件导入相应推块。推块控制系统：当物体靠近相应格口时，打开道岔，推块按相应的轨道运动，将物体推入相应格口。c.2推块式分拣机控制系统实施方案 供件机控制系统件机控制系统由若干个供件台组成，供件台由测量体积及信息输入段，称重及等待段，导入段组成。（如图2-3）l 供件台与分拣机主轨道呈45度角相接或呈0度角相接。l 每个按键席位最高供件速度为件小时，根据需要由分拣员用键盘键入邮件全节目信息或用条码扫描器录入邮件的相关信息。经系统判别无误后由上件机将邮件供入推块式分拣机。l 上机分拣的邮件在尺寸测量段和称重段上进行动态测量，由系统建立数学模型并做出相应的计算。然后由导入段随同步信号将邮件准确平稳地送入推块式分拣机上。为使上机分拣的邮件能准确可靠地送入推块式分拣机以及供件速度与主机运行速度相匹配，则在驱动部位采用带变频调速装置的三相异步电机来进行驱动控制。 分拣及其控制系统.1 分拣机对邮件的运导是由一系列相互连接的链板进行传输。当物体需进入某格口时，通过链板上的推块动作使其进入相应格口。 .2 链板的驱动通过一台三相异步电机带动链条转动.3 分拣机的控制系统由网桥将各控制模块同一个中央控制系统（MCS） 连接起来。各控制模块控制每个I/O点，采集各种故障情况反馈给中央控制系统。.4 用户接口采用图表用户接口形式，该系统基于通用PC机，可将分拣机的工作报表以图表形式显示，系统也能以图表画面显示分拣场地的各个部分。.5 操作人员通过PC上的图形界面进行开关机操作。 同步信号装置.1 同步信号装置是控制系统为跟踪在推块式分拣机上邮件运行位置以及所占据的推块数的信号发生装置。它的可靠性将直接影响整机的分拣性能。.2 该分拣机的同步信号装置采用抗干扰性能好的无接触开关或红外线光电开关，将它安装在驱动部位，通过一个同步盘，接受同步信号。 告警装置.1 满格口告警及计数显示各格口处设有满格口告警装置与控制系统相接，控制系统根据邮件的重量，体积和件数来进行满格口检测。满格口时系统自动锁定格口并发出声光告警。格口内的邮件数量由监控系统随时更新显示，满格口告警和当前计数值，可通过监控画面的复位按钮解除和清零。.2 气压告警当无气压时发出告警信号。.3 道岔告警在道岔的吸合口装一个检测开关,当道岔应该吸合而未吸合时，发出告警信号。.4 供包机告警在每一台电机上装一个同步盘，在相应的同步盘上装一个检测开关，当电机应该转动而无同步信号时，发出告警信号。.5 整机告警当整机应该运转而无同步信号时，发出告警信号。，重庆科技学院本科生毕业设计 3 推块式分拣机固定分拣道岔数学模型建立3 推块式分拣机固定分拣道岔数学模型建立为了能准确稳定地完成动作 ,将采用气动执机构作为动力源。固定分拣道岔的作用如前所述 ,就是控制进入道岔的推块按设计给定的曲线轨迹移动。其中 ,由于推块是套在链板上的 ,推块始终有一个与链板同步的水平直线运动速度 ,所以构造的道岔曲线应保证在该方向上的动力参数为:； 首先 ,为了在高速状态下推块能平稳地推动物件到相应的分拣道口 ,我们当然希望推块进入固定分拣道岔后尽可能匀速 ,以减少冲击 ,从而减小噪音 ,提高整机寿命。但在推块刚进入以及离开固定分拣道岔时 ,由于存在运动方向的改变 ,必然会产生加速度 ,造成冲击;而中间部分则可将其设计为直线段 ,保证推块匀速运动。因此 ,我们可将固定分拣道岔曲线分为起始段、中间段和下线口段三段来进行动力分析。如图3-1。其中,为了有效分拣 ,中间段 CD 为直线段 ,其斜度为分拣道口下线口角度= 30 。图3-1固定分拣道岔曲线简图3.1 起始段的动力设计计算如图3-1所示 ,起始段的A 端与水平直线道轨连接 ,C端与中间段连接 ,在y方向上速度由 01. 155m/s ,加速度由00 ,为了减小冲击 ,就必须避免起始段曲线运动方向的突变 ,即运动速度与加速度应连续变化 ,不应出现跃变 ,如图3-2。图3-2起始段速度、加速度曲线示意图图3-2初步分析看 ,固定分拣道岔起始段轨迹曲线至少应该是四次曲线。通过粗略的运动分析 ,并进行方案的对比、优化 ,对图3-2所示的固定分拣道岔起始段的加速度曲线进行适当的修改 ,将其构造为AB、 BC对称的两段来分析 ,如图3-3 ,这样既可满足分拣要求 ,又可使道岔曲线的加工变得更加简单可行。图3-3起始段加速度曲线示意图由于气动道岔执行机构安装在起始段处 ,为了有效准确地完成路向变更 ,并且前后推块的导向轮与换向块不能发生干涉 ,所以推块走过起始段所需的时间 的选择就非常关键。因为相邻两推块导向轮的间距为 190. 5mm ,导向轮直径为 40mm ,所以首先应该使起始段在 x 方向上的投影距离小于 ,并且为了减小该段中的最大加速度 ,起始段在 x 方向上的投影距离越接近越好 ,但又考虑到气动道岔执行机构响应所需的时间 ,经过数个方案的最优化比较 ,最终选定 = 0. 06 s ,起始段在 x 方向上的投影距离为= 2 0. 06 = 0. 12 m = 120 mm。由此可得起始段的加速度曲线 ,如图3-4。图3-4起始段加速度曲线图其中 , B段的动力设计从图3-4分析可知 , -（1） -（2） -（3）又 t = 0时 , ，将其及式(1)代入式(2) 、 (3)则有： -（4） -（5）另外： -（6）将式(6)代入式(5) ,则有：， -（7）由式(4) 、 (5) 、 (6)就可求得 B 点处的运动参数,当 t = 0. 03s 时： -（8）3.1.2 BC段的动力设计从图3-4分析可知 , -（9）将式(9) 、(6)及初始条件(8)式代入式(2) 、(3) ,可得 -（10） -（11） x 0. 06 ,0. 12 - -（12） 由式(10) 、 (11) 、 (12)就可求得 C 点处的运动参数 ,即当 t = 0. 06 s 时 , -（13）由此可得到起始段 ABC的道岔曲线轨迹图 ,如图 3-5所示。3.2 下线口段的动力设计计算与起始段ABC的动力分析原理相似 ,将下线口段曲线分为 DE、 EF对称的两段来分析 ,另外 ,通过对下线口处道岔与直线轨道交接处的结构分析 ,以及尽可能减小冲击的原则 ,最终选定下线口段的时建立第二坐标系 UDV。图 3-4 为下线口段加速度曲线。其中 图3-5下线口 加速度图 DE段的动力设计与 ABC段的动力分析类似 ,从图 3-5 分析 ,通过计算可得 图3-6固定分拣道岔曲线图 EF段的动力设计与 ABC段的动力分析类似 ,从图 3-5 分析 ,通过计算则有 , 下线口段 DEF的道岔曲线轨迹图 ,如图3-6所示。3.3 中间段的动力设计计算我们在前面已经提到 ,为了有效分拣 ,中间段CD为直线 ,斜率为tg30 ,如图3-6 ,其直线轨迹方程为： 其中 , x 下限的求法如下 ：, 1. 1 tg30 = 0. 6351 m点 W 的纵坐标为0. 85 - 0. 6351 = 0. 2149 m , CW 段在 x 轴上的投影长度为：点 W 的坐标为 W(0. 4322 ,0. 2149) . D 点与 F点 y向坐标之差为 0. 1732 - 0 = 0. 1732 = 0. 3 tg30 ,故点 E的x 向投影与 E 点重合 ,故 E点x 向坐标值为1. 1 + 0. 4322 = 1. 5322 m ,故 D 点 x 向坐标值为 1.5322 - 0. 3 = 1. 2322 m ,D 点 y 向坐标值为 0. 85 -0. 3 tg30 = 0. 6768 m ,故 D 点坐标为D(1. 2322 ,0.6768) .由以上分析,我们得到了固定分拣道岔的曲线方程及所在位置 ,图3-6为其轨迹曲线图。重庆科技学院本科生毕业设计 4道岔执行机构方案设计4 道岔执行机构方案设计4.1 电磁式 图4-1 电磁式道岔执行机构示意图（1、导向轮 2、电磁铁 3、固定道岔 4、直线导轨 ）如上图所示,电磁式方案是利用电磁铁通电时，产生的电磁力将推块吸引到固定分拣道口。详述如下：在固定分拣道岔的起始段以及其前面30mm到40mm的内侧为电磁铁带，其上附有数个电磁铁，电磁铁带在x方向上的投影长度略大于推块的长度，以保证在执行路由变更时能准确而又快速的将推块吸引到固定分拣道岔中。推块的导向轮是用铁磁材料做成的，在电磁铁得电时它将受电磁力作用，从而产生分拣的原动力。电磁铁的布置十分讲究，起始于固定分拣道口前面30mm到40mm处，终于固定道岔内。电磁铁的分布按照在y方向上的电磁吸引力均匀分布的原则，这样才使得推块在进入固定分拣道口时y方向上受力平衡，不会产生较大的加速度，从而保证整机性能。动作过程如下：当待拣货物到达固定分拣道岔起始段处时，电磁铁得电，对铁磁材料的导向轮产生电磁吸引力，导向轮带动推块将在y方向上产生加速度。当导向轮在x方向上到达固定分拣道岔时，电磁铁的吸引力将导向轮带动到固定分拣道岔的起始段内。当导向轮完全进入到固定分拣道岔中后，电磁铁失电，对导向轮在y方向的电磁吸引力消失，在x方向上保持原有的以2m/s的匀速直线运动，由于固定道岔的曲线作用，将使导向轮在y方向上产生一个分速度，带动导向轮运动，从而推动推块运动至固定分拣道口，完成分拣目的。本方案的优点：1、采用电磁铁作为原动力的产生源，控制简单方便。2、电磁铁带形状大小可灵活运用，他的布置范围在固定分拣道岔的内侧，有效的利用了空间，至使整机空间布局美观。只要将电磁铁的线圈匝数绕的足够多，电流加的足够大，则电磁力就完全能满足要求，执行机构响应速度快，快速性好。方案缺点：1）本方案存在的一个致命的缺点，那就是，由于电磁铁和铁磁材料的推块在空间位置上相差一个导板宽度。在对电磁铁通电时，虽然可使电磁力是够大，但作用在铁磁材料的推块上的吸引力将大打折扣，致使推块反应迟钝，甚至会使分拣出错，而达不到份分拣的目的，要补偿这一缺点，唯一的办法就是加大电流的同时，增加线圈匝数，但任何电磁铁都有一个磁饱和的现象，且电流过大，发热也将过大，物体热变形现象明显，能耗也高，这不是我们追求的。 2）同样，由于采用了电磁铁作用，在推块导轮完成路由变更的整个过程中，都有电磁力的作用，且随着导轮的运动，电磁吸引力不断增加，致使在导轮实使路由变更时，将不可避免的在Y方向上产生一个大小不断增加的加速度，这一加速度在与固定分拣道岔曲线而引起的加速度进行叠加，势必产生冲击，增大整机波动和噪音对整机性能将有很大的影响。 3）由于方案要求推块必须采用铁磁材料，这对推块材料的要求比较高，加上铁磁材料比重就大，致使质量大，惯性大，在相同的加速度下，对机构的冲击更大，对整机性能和寿命都由不利地影响，且铁磁材料加工也相对普通铝合金困难，成本较高。4.2 气缸侧推式总体方案如下图：说明：本方案采用气缸作为动力装置，气缸通过气缸杆的前后伸缩运动而推动推块的导向轮，使其进入固定道岔，从而实现分拣的路由变更。气缸的布置采用水平布置在每一个固定分拣道岔的入口处都布置一个这样的气动装置。当待拣货物所对应的推块导向轮到达固定分拣道岔口时，控制系统发出指令使气缸动作，气缸杆伸出，换向块到达指定位置，挡住直线导轨，迫使换向轮沿着固定分拣道岔运动，当待拣货物所对应的全部推块的导向轮都进入固定分拣道岔后，控制系统发出指令，气缸动作，换向块回到初始位置，准备下一次分拣。当导向轮到达固定分拣道岔中后，由于推块套在水平链板上，将伴随有x方向的匀速直线运动，由于固定分拣道岔的曲线模型作用，将在Y方向上产生一个分速度，且Y方向的运动完全由固定分拣曲线所决定，进行带动推块按照规定的运动方式将工件送至固定分拣道口，完成分拣动作。应注意的是，换向块的工作边曲线模型非常重要，它应该是固定分拣道岔的起始段的包络线。本方案对气缸由一定的要求，对气缸的选择主要是从气缸活塞工作面大小来考虑，因为气缸要推动推块的导轮向Y方向运动，而推块的运动将受工件的限制（在本议论中工件质量在1到90kg）。则气缸有可能将直接推动相当于工件与推快质量之和的的负载向y方向运动。则势必要求气缸的作用力要大，对气缸也应有挠度的要求。且在当量负载发生变化的时候，将带来很大的冲击，对整机性能有一定的影响。方案的优点：1）本方案采用气缸作为动力源，由于气动装置本身具有动作迅速，反应快，调节方便，维护方便，系统有故障是容易排除，等优点。这些将直接反应到本方案中。 2）气缸的空间布置采用垂直于直线导轨的水平方式布置，空间布置较为紧凑，在每一个国定分拣道口都应设置这样一个气动装置，使得空间布置更为美观。3）对气缸的控制只需采用一个三位四通的电磁换向阀就能实现，所以控制简单，方便。4）气缸的直径大小影响操作力，而且当系统气压较大时，气缸的作用力更大，这样动作也就更快速，气动系统的稳定性也就越高，但对气缸要求较为苛刻。方案的缺点：1）本方案有一个较大的缺点，由于气动装置采用水平布置，气缸杆将要推动的不光是推块，而是由推块和工件组成的质量相当于推块数倍的当量负载。这样气缸的负载将比预计增加许多倍，因此对气缸的要求就更苛刻了，同时对气缸杆也必然有挠度方面的要求。更为重要的是，在推块当量负载发生突变的时候，将给分拣系统带来很大的冲击，这将直接影响系统的稳定性能。2）同样由于气动装置采用水平布置，对系统的准确性能也有较大的影响： 在固定道岔曲线的分析中，我们希望在y方向加速度尽可能的小，从而避免对系统产生较大的冲击而影响整机性能。在本方案中将气缸水平布置，当待拣货物所对应的第一个推块的换向轮进入固定分拣道岔口时，气缸在控制系统的控制下动作，换向块在y方向动作，将会推动推块的导向轮，使其在y方向动作，这样一来，就人为的对推块在y方向上施加了一个力，并产生相应的加速度，这将于固定分拣道岔曲线中的加速度相互叠加，产生冲击。这将于我们的初衷背道而驰。3）将气动装置水平放置，其固定将是一个难题，如果采用在气动装置下面添加支架或者勒板，势必影响整机的外观。最重要的问题在于，长期的工作，将使支架或者勒板将产生形变，致使气动装置的安装位置产生误差，这样以来，气动装置将不能正常工作，影响整机的准确性能。4.3 垂直气动式本方案同样采用气动式，与方案二所不同的是，在本方案中，气动装置采用垂直式布置。如下图所示： 图4-3垂直气动式示意图1-换向块 2-紧固螺母 3-支持挡板 4-连接螺钉 5-导向杆 6-气缸在本方案中，汽缸和换向块、导向杆和换向块之间都是采用螺纹连接，气缸的固定采用螺栓连接。在方案中采用导向杆的目的在于使换向块的运动更加准去、平稳。换向块的厚度应大于导向轮高度的2/3，且布置在固定分拣道岔和直线导轨的交叉处。为了更好的工作，将固定分拣道岔与水平导轨在空间上设置一个高度差，固定分拣道岔比水平导轨高出一个换向块高度，换向块布置在固定分拣道岔的起始段的延长线上，在换向块工作时，其工作边与导向轮相接触，限制导向轮在直线导轨上的运动，迫使其沿着换向块的工作边移动，从而进入固定分拣道岔中。换向块的空间布置如下图： 图4-4 换向块的空间置图1固定分拣道岔 2直线道轨 3道岔执行机构中的换向块（气动）分拣动作过程如下：在初始时，换向块静止在直线导轨和固定分拣道岔的交叉口处，其上表面和固定分拣道岔的下表面以及推块导向轮的下表面的高度一致；推块在链板的带动下有x方向的匀速直线运动，当待拣货物所对应的第一个推块导向轮到达换向块所在位置时，控制系统发出指令，气缸动作，推动换向块向上运动，气缸的工作行程为换向块的厚度。这时，换向块将挡住直线导轨，迫使换向轮沿着换向块的工作边运动，到达固定分拣道口后，导向轮又将沿着固定分拣道岔运动直到固定分拣道口处。同时由于导向轮在x方向上有匀速直线运动，待拣货物所对应的后面几个推块导向轮将与第一个一样，到达固定分拣道口处，从而完成分拣路由。当待拣货物所对应的全部推块导向轮都进入固定分拣道岔后，控制系统在次发出指令，气缸动作，换向块返回原处，准备下一次分拣。本方案应注意：1）换向块的工作边的曲线模型的选择和其几何形状的确定。 换向块的工作边的曲线模型必须满足固定道岔的要求，它应该是国定道岔的包络线的一部分。而其几何形状要综合各相关因素，包括气缸的相应速度、直线链板在x方向的运动速度、两相邻链板的中心距和推块导向轮的直径等等。换向块的高度，除了要考虑以上的因素外，还有一个条件限制：要求大于导向轮高度的2/3。2）如何使换向块在做上下直线运动是更加稳定。本方案解决这个问题的办法是，在换向块的左右两侧分别布置一个相对与换向块重心对称的导向杆，它们与换向块之间采用螺纹连接（如上图所示）。在换向块做上下运动时，导向轮将穿过支撑板上的定位孔随同换向块做上下运动。本方案的优点：1）本方案采用气缸作为动力源，由于气动装置本身具有动作迅速，反应快，调节方便，维护方便，系统有故障是容易排除，等优点。这些将在本方案中表现的淋漓尽致。2）在本方案中气缸的布置采用了垂直式，且置与支撑板之下，这样一来，使得分拣系统的外观整洁、紧凑、美观。3）气动装置的水平布置也使得气缸的负载很小，只相当与推块的质量。而推块一般都采用铝合金材料，故而质量较轻。这样气缸的负载也就非常小了。对气缸的要求也不是那么苛刻，在气缸的选择上也就非常容易了。更重要的是，气缸的负载小，气缸的相应速度就快，系统的快速性和准确性都将得到保证。控制方便：系统推换向块的动作要求较低，只要求做上下运动，且精度要求也不是很高，这样完全可以采用一个三位四通的电磁换向阀对气缸加以控制。4）准确性高：在分拣路由时，换向块对导向轮既没有x方向上的力作用，也没有y方向上的力作用。只要换向块的工作边曲线完全与固定分拣道岔的包络线的起始段一致，则可以使推块换向轮完全按照预设运动形式运动。本方案的缺点：1）由于采用气动装置作为动力源，势必会带来一定的噪音，但不会影响系统的性能。2）换向块在工作时，其工作边与推块换向轮之间产生滚动摩擦，这样就使得换向块的工作边有一定的摩损，长时间工作时，摩损加剧，势必影响系统的准确性能。但滚动摩擦的摩损量较小，只要给换向块的工作边做适当的强化处理，就能满足系统的寿命要求。3）在本方案中要求水平导轨和固定分拣道岔有一定的高度差，所有在加工较其他的方案困难。比较以上三种方案，综合考虑客观情况，选择方案三作为本次设计的方案。重庆科技学院本科生毕业设计 5道岔执行机构零件设计5 道岔执行机构零件设计5.1 换向块的设计5.1.1气缸的选择在前面的机构放方案设计中我们已经提到，道岔执行机构的功能是在接受到控制系统的同步触发信号后，快速完成推块的路由变更，使推块换向轮能快速而又准确的进入固定分拣道岔中，从而完成推块的分拣动作。其中道岔执行机构的动力源采用气动式。从本次设计的已知条件得：主机速度为2m/s、两链板的中心距为190.5mm、导向轮的直径为40mm。