废电池分选设备的设计(方形电池筛分与装箱机构)

1、废电池分选设备的设计 （方形电池筛分与装箱机构） 毕业设计毕业设计 指导教师：王科社指导教师：王科社 班级（学号）：班级（学号）：机械0802班 2008010055 姓名：姓名：张凌宇 摘 要 ABSTRACT 目录 第一章 概述 第二章 废电池回收文献综述 第三章 废电池分选设备的用途、规格、主要技术性能及特点 第四章 废电池分选设备的总体设计 第五章 废电池分选设备的总体设计 第六章 废电池分选设备的运动设计 第七章 动力设计计算 第八章 筛选滑道结构设计 第九章 主要零件的计算 第十章 电池筛选机构与滑轨机构技术经济分析 结束语 参考文献 概述概述 妥善处理废旧电池及有机固化物，利国利

2、民，势在必行！ 废电池分选设备是一种将各种混杂的废电池进行机械分类 并装入不同包装容器的机器。现在回收的废电池中混杂各 种电池，例如：钮扣电池、普通锌锰干电池、碱性锌锰干 电池、氢镍电池、镉镍电池、锂离子电池，形状有圆形扁 平装、圆形柱状、长方形等不同形状，同时含有各种不同 生活垃圾，例如：废纸、废塑料、口香糖等。通过了解不 同电池的结构、成份等特点，参考现有国内外专利和上一 届学生的毕业设计等资料（上一届学生的毕业设计设计了 圆柱电池的筛分设备，吹风除杂设备），确定最终废电池 分选设备的设计（方形电池筛分与装箱机构）设计方案。 研究内容研究内容 通过机械的方式筛除圆形扁平状、圆形柱状等非方形

3、电池， 并把所筛选出来的方形电池按型号尺寸不同或材料不同分 装不同的箱中保存以便二次回收废物利用处理。 现如今提高分选记得分选速度的关键问题在于增加机械手 的数量，但是由于机械手昂贵，对于目前的机械手分选设 备是可望而不可及的。所以我在设计中准备采用磁力加物 理斜坡的方式，通过力学计算，筛选出一部分特殊材料 （可以被磁铁吸附）的电池，用圆形振动筛板剔除过小纽 扣电池于小型圆柱形干电池，并尝试用其他纯机械手法筛 选出尽量多的电池，在最后几步中穿加PLC检测拨叉分选， 生产线技术分选，尽量避免使用机械手。 实现方法及预期目标实现方法及预期目标 方案一：方案一：利用磁力分选，在传送轨道两遍加电磁铁，

4、通过定时的通断先筛选 出一部分磁导性较好或体积比较小的电池，然后在通过传感器，筛选出体积 大直径高的电池，其余电池再通过圆形筛板筛去圆形电池，留下方形电池。 优点是筛选效率高，但由于需要用到电磁铁与传感器，成本较大，机械方面 需要设计的内容较少，故不优先考虑。 方案二：方案二：多层筛板分选，利用电池尺寸不同的特点，为每种电池各设计一个 筛板，从上到下以筛孔从大到小排列，通过层层筛选，把每种尺寸的电池详 细按种类分开。 优点是纯机械只有一种运动方式，达成容易，但由于电池种类过多，所以需 要的筛板也较多，机器传动会比较困难，而且由于筛板容易造成分选率低等 问题，而且会造成机械过大，工作量过大，故不

5、优先考虑。 方案三：方案三：先利用筛板初步筛选，把混淆在一起的电池先分成一堆一堆的，在 通过简单的机械或者物理手法进行分选。 此方法具备方案二的优点，并且由于不是一次分开虽然会导致效率下降，但 相应的分选率会提高，而且不需要采用传感器或电磁铁等设备，节约成本， 工作量适中，故优先考虑。 设备用途及机构特点 方形圆形电池以及纽扣电池的区分，并且最终装箱： 接受已经经过吹风机构去除垃圾的未分类电池。 筛选5号电池，7号电池，以及纽扣电池，其中纽扣电池直接装箱，5 号电池与7号电池送到二次电池分选机构进行进一步分选。 分选1号电池，2号电池与方形电池，其中方形电池直接装箱，1号电 池与2号电池送到二

6、次电池分选机构进行进一步分选。 将分离开的每种电池进行装箱等待下步处理。 能够进行快速大量的筛选工作，在保证筛选率的同时提高筛选效率， 不采用传统机械手与传感器的分选方式，进一步提高分选效率，降低 成本。采用板材冲压焊接等加工方式使机械重量大幅度减轻，方便入 料与出料。筛板采用互换性设计，分别设计不同电池筛选的不同筛板， 有一定调整性，若某块板在实际应用中不合适或者损坏可以更换或从 新设计一个板，减少损失。 筛箱的总体方案设计筛箱的总体方案设计 筛体部分采用分层结构，筛板倾斜10，筛板用 硬质塑料一次成型，避免加工中产生的变形，并 且若有型号上的改变也容易更换。筛箱四壁箱体 采用金属构造，框架

7、可使用槽钢，上箱体设计方 便安装筛板并且在上下箱体接触部分设计滚轮以 减轻电机带动曲柄滑块机构的扭矩。上箱体前后 箱板之间设计一个辅助支撑板减少两侧箱板应力 集中。利用曲柄滑块装置使上箱体左右震动，并 且在左右箱板添加海绵减震。选择低转速高扭矩 的电机，通过计算合适的振动频率，通过V带减 速达到合适的输入转速。 废电池分选设备的总体设计废电池分选设备的总体设计 箱体尺寸 筛箱的第一层筛网需要筛除5号及比5号电池更小尺寸的电池，5号电池的直径为14mm，2号电池的 直径为25mm，为了保证筛选率，第一层筛网直径至少为16mm，预选18mm。 第一层筛板设计有19排筛孔，每排筛孔尺寸为18mm80

8、0mm，中间间隔距离为32mm，整体尺寸 为1000mm1000mm，为避免加工变形与应力集中，筛孔两遍做成圆滑状。铝合金密度根据掺入 金属不同，大概为2.52.88之间，计算时取2700KG/M3。 筛箱的第二层筛网需要筛除7号电池及纽扣电池，7号电池直径为11mm，由于和5号电池直径差距 较小，取直径平均数为筛网孔径，第二层筛网孔径为12.5mm。 第而层筛板设计有19排筛孔，每排筛孔尺寸为12.5mm800mm，中间间隔距离为37.5mm，整体 尺寸为1000mm1000mm。塑料密度约为101105之间,计算时取1050KG/M3。 筛箱的底层是个有筛孔的筛板，纽扣电池最大的直径为11

9、.6mm，大多数纽扣电池直径小于10mm， 形状扁平，高度最高为5.4mm，所以在快到出口处开出横向长度为10mm，宽6mm的多排细孔，虽 然不能保证回收所有的纽扣电池，但是能保证通过筛网的都是纽扣电池，由于纽扣电池中含有较为 贵重的金属，所以通过机械去除其他电池方便收集。 第一层筛板设计有5排横向筛孔，每个筛孔尺寸为10mm6mm每个筛孔之间间距为15mm，一排 横向分部39个，第二排与第一排呈交叉分部，中间间隔距离为50mm，整体尺寸仍为 1000mm1000mm但有筛孔的尺寸仅为前中半部分1000mm250mm长度。 筛板与筛板之间的高度距离为80mm，能够保证电池平铺又考虑到电池从上层

10、跌落时自由落体的时 间不会过长而产生大量势能对筛板寿命造成影响。 第一层筛板由于需要接受上方输入的大量电池，所以需要用耐腐蚀的，有较强弯扭强度的轻便金属， 例如铝合金。第二三层筛板由于不会像第一层筛板一样输入大量电池，所以只需要用耐腐蚀性较好 的非金属材料，例如塑料。 筛板厚度初定为10mm。 箱体工作质量估算 筛体重量约为： （1000100010+4101000104） /1092700+10001000103/1091050=71.28+31.5=102.78kg 筛体上电池若设其为纯滑动摩擦，摩擦系数采用铁与塑料的均值=0.15进行 受力分析 斜坡角度为10，设电池为1号电池，查到1快

11、1号电池的重量约为0.088kg/粒 F=（mgsin10-mgcos10）=ma a=0.34m/s2 S=1m=at2 t1.73s 所以当斜坡角度为10的时候，为保证电池的筛选率，至少筛体需要在2秒内 往返4次，故皮带轮输出轮转速至少为120r/min。 取皮带轮输出轮转速150r/min的时候，若当4层都是1号电池计算每秒可输入 电池： 1000/59194=128粒 重量约为1280.088=11.264kg，若输入其他电池， 则数量增加，但单个电池的质量减小，所以按照2秒为电池落入筛体到电池被 筛选离开筛体之间的单位时间，则电池的重量为22.52kg。 所以筛体总重量预估为125k

12、g。 废电池分选设备的运动设计废电池分选设备的运动设计 由于电池分选系统运动部分就是筛箱的左右往复 运动，所以用曲柄连杆机构就能达到，利用电机 通过减速器减到合适的转速之后通过皮带轮传递 到曲柄连杆机构上，曲柄连杆机构一边连接筛箱 箱体达到带动箱体左右振动的目的。 在电池通过滑轨时由于需要达到分选的目的而不 是随意的自由落下，所以要根据电池下滑的最慢 时间来确定每次释放电池的间隔，通过步进电机 控制间隔时间，通过隔断来进行运输与赋予电池 下滑初速度。 动力设计计算动力设计计算 曲柄滑块机构尺寸曲柄滑块机构尺寸 决定滑块的往复的行程为H=100mm，则 OB=50mm，当B到达垂直距离时，使 O

13、C=100mm，所以曲柄长度 BC=157.97mm。 电动机选择电动机选择 为了机构能运动起来，我们要选择相应的电动机。电动机的输出功率 主要用于筛选箱体的往复运动，经计算筛选箱体的总质量为125kg， 由于曲柄滑块机构带动筛箱左右振动而不是上下振动，所以需要负载 的F=mg，在筛箱下面安装滑轮，在筛体上面设置滑轨，取0.02， F=25N，再考虑惯性问题F惯=ma，皮带轮输出轮转速为150r/min， 通过计算机运动仿真Vmax=0.76m/s，amax=3.36m/s P=1253.36+25=445W 所以振动筛所需功率为445W； V带传送的效率1=0.96 滚动轴承的效率2=0.9

14、9 弹性柱销联轴器 效率2=0.96 总效率总=123=0.9124 电动机所需的功率为Pd=Pw/=487W 所以选用Y2-802-6的一般异步电机，其额定转速为900r/min，额定功 率为0.55kw，最大转矩2.0，最小转矩1.5，质量为17kg。 计算轴的输入功率与转矩计算轴的输入功率与转矩 筛选滑道结构设计筛选滑道结构设计 设计分选滑道的目的有以下两个： 1.利用滑动摩擦与滚动摩擦系数的不同，电池在 经过滑道的时候会消耗不同的势能，当角度一定 时，方形电池和圆形电池离开滑道时候拥有的动 能不同，飞离的距离不同，以达到分开方形电池 与圆形电池的目的。 2.利用滑道上安装的挡板，使大于

15、2号电池直径的 1号电池由挡板进入掉落轨道，最终掉进收集箱中。 轴承布局 由于只有3个安装轴，其中2个轴基本不受到扭矩与切应力， 所以在校核的时候只校核了输入轴。 输入轴是安装在垂直减速器之后，竖直安装，受到轴向力 与径向力，两边用角接触球轴承固定，一端安装在下箱体 上，用皮带轮盒支撑另一端，皮带轮盒焊接在下箱体上， 中间用键安装输入皮带轮。 输出轴安装在下箱体上，与下箱体固定，只承受径向力， 中间经过滑动轴承连接轴与输出皮带轮，输出皮带轮上打 孔，用螺栓连接连杆，形成曲柄连杆机构。 滑道轴是用于安装反“卐”机构的输入轴，一端接联轴 器与液压马达相连，两端均选用深沟球轴承。 V带传动的计算带传

16、动的计算 滚动轴承的验算滚动轴承的验算 联轴器的选择与验算联轴器的选择与验算 选择联轴器时需要考虑： 1.所需传递的转矩大小和性质以及对缓冲减震功能的要求。 2.联轴器的工作转速高低引起的离心力大小。对于高速传 动轴，应选用平衡精度高的联轴器。 3.两轴相对位移的大小和方向。 4.联轴器的可靠性和工作环境。 5.联轴器的制造、安装、维护和成本。 综上所述，本机构传递转速较小，减速器与轴连接不需要 缓冲或者减震，离心力一般，两轴相对位移大小较小，工 作环境不恶劣，可靠性需要较高。 按照制造安装维护的方便以及成本，选择刚性联轴器- GY2。 润滑与密封方式的选择润滑与密封方式的选择 由于轴承全部为

17、敞开式设计，无法采用油润滑，所以所有的轴承润滑均采用脂润 滑，润滑脂材料选择钙基润滑脂(GB/T 4911987)。 电池筛选机构电池筛选机构 与滑轨机构技术经济分析与滑轨机构技术经济分析 废旧电池的危害已经被人们日益看重，怎么样能够更快速更有效的处 理他们，这是关键。但其在回收和再利用过程中如果处理不好，必然 会产生新的污染源，给环境和人体健康造成极大危害。去年两会期间， 一位政协委员就此事提交提案，引起国家有关部门高度重视，整顿废 旧铅酸蓄电池回收和再生铅行业势在必行。 通常废旧电池是经过制定回收点进行回收，然后在经过运输，送往电 池处理地点，最终通过专业设施对其进行回收和再利用。 在这个

18、处理的过程中不难发现，废旧电池的处理要经过一段繁琐的过 程，期间的运输费用，处理费用占很大一部分。我设计的废旧电池处 理设备，是通过简单机械对各种电池进行分类，除杂和装箱。通过一 套完整程序将废旧电池分选出来，这样在进行下一步的处理和再利用 上，明显提高的效率，同时便于储存和运输。大大提高了经济适用性， 从经济角度讲，废电池的回收设备可以减少运输费用和储存费用。更 是对环境保护起到积极作用。 结束语结束语 首先在这里先感谢指导我毕业设计的王老师。做这个毕设主要是因为重金属的危害性， 旧电池的回收以及处理势在必行。而要完成废旧电池的处理，就离不开电池的分类， 因为只有把不同的电池分开处理才能更好

19、的回收利用电池内的重金属。因此做好这个 废旧电池的分选设备是完全必要的。我设计的这套机械对于废旧电池的回收有一定的 作用，为社会的环保建设尽了自己的一份力量。 经过三个月的学习和工作，我终于完成了电池分选及装箱系统的设计，从开始接到论 文题目到设计方案的确定，再到论文文章的完成，每走一步对于我来说都是新的尝试 和挑战。这也是我在大学期间独立完成的项目之一。在这段时间里，我学到了很多知 识，也有很多感受。其中由于各方面原因没有把设计完善的做出来也是遗憾。 通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，让自己的头脑从模 糊到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每次改进都使我更加完善自己

20、的思路， 让我充分意识到电池分选的重要性以及难度。 机械设计的本质在于创新和改进，设计，就是有预见性地收集和规定制造新机械所需 的数据和资料。预见性主要是依靠个人经验，相关资料，他人指导。完整意义的机械 设计，应该从构思起，直到机器完全稳定生产。这是一个不断创新、修正、总结的过 程，最富价值则是经过构思后绘出的“草图”和包含设计所需各项资料数据，规格、 功能、机构、材料、形状、尺寸、布置、加工、安装、检测等的计划图。 这次作者及的经历使我受益匪浅，我感受到做设计时要真正的用心去做一件事情，是 真正的自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，对自己的研 究就不会有所突破，那也就不

21、叫设计，希望这次特殊的经历能让我在以后的工作学习 中激励我继续前进。 参考文献参考文献 1 王海英,徐倩等.电池自动分选系统的设计J.自动化技术与应用，2002，21（3）：56-58. 2 李世环,刘洪明,万泉应等.二次电池内阻检测自动分选装置J.仪器仪表用户杂志，2005,12（4）：:45-47. 3 程从彬，李革臣,王海英等.高速电池自动分选机研究与设计J.应用能源技术，2011，5：10-12. 4 万永明.废旧电池回收处理机：中国，02222062.3P.2002-03-29 5 苏志明.欧盟电池法提高贸易商责任感J.中国质量报，2006年，002版：1-1 6 魏长宽.废旧手机电池回收利用研究D.青岛，中国海洋大学，2008. 7 万永明.废旧电池回收分解头：中国，00222863.7P.2001.1-1-13 8 天