1、废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 1 第一 章 概述 妥善处理废旧电池及有机固化物，利国利民，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
2、与装箱机构）设计方案。 目前，有些环保专家提出自然环境容量很大，废电池混同生活垃圾处理不会造成对环境的污染，不需要将其从垃圾中分选出来。其实这是有条件的，其一电池不含汞及其他的重金属或者含量及低；其二生活垃圾处理与处置技术到达一定高的水平，保证垃圾处理过程中不会造成二次污染。但是这两个条件在我国现阶段都还不能满足。我国现电池生产厂家有 1000 多个，在中国电池工业协会注册的只有 300 多家，其他的大部分是自生自灭的小厂，生产的也大多是低劣产品。通过检测，电池的含汞量参差不齐，有 的非常好，小于百万分之一，符合无汞电池的要求；而有些电池的含汞量非常高，甚至达到了电池质量的 0.5%；它高于低
3、汞电池标准的 20 倍，高于无汞电池标准的一万倍，它属于高汞电池。尽管我国已经出台了一些有关电池生产的相关标准，即自 2002年 1月 1 日起国家已经明令禁止汞含量大于电池质量的 0.025%的电池的生产和销售；自 2005 年 1 月 1 日起，禁止在国内生产汞含量大于电池质量 0.0001%的碱性锌锰电池；自 2006 年 1 月 1 日起，禁止在国内经销汞含量大于电池质量 0.0001%的碱性锌锰电池。 我国垃圾处理技术虽然在 近几年取得了长足的进步，但是同发达国家的处理技术相比差距还很大，尤其是处理过程中的二次污染问题还很严重，如垃圾焚烧过程中的尾气处理问题，垃圾填埋过程的防渗问题。
4、由于种种原因这些问题都还比较突出，废电池混同生活垃圾一同处理必将加剧对环境的污染。目前，随着工业技术的发展和人们生活水平的提高，人们的生活越来越依赖于电池的应用。据统计，我国 1999 年生产电池 140 亿只，与 1998 年持平，人均消耗电池 3.8 只。然而人们在享受电池给生活、生产带来的便利的同时，不得不面对这样一个严峻的事实，即废旧电池中含有大量的有毒有害 物质如 Cd、 Mn、 Zn、 Cu 及废酸废碱和少量的 Hg 等。这些物质若不经安全处理处置直接进入环境，将对生态环境和人体健康造成严重威胁，同时这无疑是一种资源的巨大浪费。现在，从事环保工作的研究者们普遍关注的是对废电池的回收
5、管理法规和资源化利用及安全处置技术等领域的问题，并在此方面做了深入的研究，取得了可喜的成绩。但却忽略了这样一个事实，当前我国还没有具体的废电池管理办法和可操作的管理法规实施细则，再加上居民普遍环保意识不高，废电池的收集、运输、储存、处理的基础设施又不完善等，导致大量废电池进入生活垃圾，为生活垃圾的“三化”处理（减量化、无害化、资源化）增加了难度。所以，如何将混在垃圾中的废电池分选出来进行资源化利用和安全处置就成了从事环保工作的研究者们的当务之急。 我国对生活垃圾处理的主要模式有堆肥、卫生填埋、焚烧。若进行堆肥的垃圾中混有废电池可能将严重影响堆肥的质量；若含有废电池的垃圾进行焚烧处理，由于废电池
6、中的重金属汞、镉、锌等沸点都较低（汞为 357、镉为 765、锌为 907），高温时，易气化挥发，部分重金属物在焚烧炉膛内反应生成其氯化物、氧化物或是硫化物、比原金属元素更易气化挥发。这些重金属及其化废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 2 合物将 通过烟囱进入大气造成土壤污染和大气污染，部分金属进入炉灰，处理难度将进一步加大；如废电池随垃圾进入卫生填埋场，电池中的有害成分可能迁移到渗滤液中增加渗滤液的处理难度，同时还可能造成对地下水和土壤的污染。由此可见废电池随生活垃圾一起处理处置潜在危害极大，在对生活垃圾进行处理前必须将其中的废电池分选出来。 随着我国新能源战略推进和环保要求的提
7、升，绿色环保的锂电池组合镍氢电池组越来越多地替换传统能源产品，称为新能源产品的主力军。电池组对每一个单体电池的技术参数（包括电池容量、内阻、电压等技术参数）的一致性有着非常 严格的要求，它是保证电池组整体质量和使用寿命的关键技术，被列为电池组生产过程的关键工序。电池分选就是将上述技术参数在规定范围内的近似的单体电池分选出来。 目前，国内电池厂普遍采用人工统计、手工拣选的操作方法进行分选，生产效率低而且出错率高，无法保证分选的准确性。国外和国内一些大型电池企业一直尝试采用机械手的电池自动分选设备，这种自动化生产设备具有很高的技术含量和制造成本，机械手频繁快速移动，将当前分类电池从电池直至托盘中取
8、出放到各个收集区，从根本上解决了人为误操作的质量隐患。尽管这种设备的机械手移动速度很快 ，但是由于机械手数量十分有限，所以机械手分选机生产效率并不高。为了提高分选机的分选速度，一些电池自动分选设备采用矩阵式排列机械手多并联机械手以及多工位、多托盘同步进行分选的强化措施，但是最快速度只能达到 6090 个 /min，这也只是一个最佳的理论速度。由于这种设备造价很高，所以限制了在电池行业的产业化推广。 由于废旧电池在城市生活垃圾中的含量（质量比）通常小于 1，种类繁多，物理特性各不相同，且部分废旧电池体积小不易识别，完全依靠人工分选难度大，分选效率低。可根据废旧电池组分的磁性和导电性将磁力分选、涡
9、流分 选同人工分选有机结合起来，形成不同分选模式。根据废旧电池组分磁化率的大小，可将废旧电池分为铁磁性废电池、顺磁性废旧电池和反磁性废旧电池。铁磁性废旧电池，在外电场作用下能迅速达到饱和，磁化率大于零，并与外磁场强度成复杂的函数关系，离开磁场后有剩磁；顺磁性废旧电池，磁化率大于零，在外磁场作用下表现出较弱的磁性，磁化强度和外磁场强度成线性关系；反磁性废旧电池，磁化率小于零，在外加磁场作用下，逆磁场磁化，使磁场减弱。由垃圾中废旧电池的组分可知，大部分都含金属铁和镍，且含量较大，故可通过磁力分选将这部分废旧电池从垃圾 中分离出来。同时可利用废旧电池组分的金属导电性进行涡流分选。 废电池分选设备的设
10、计（方形电池分选与装箱机构） 3 第二章 废电池回收文献综述 2.1 废旧电池回收现状及现有技术 目前，有些环保专家提出自然环境容量很大，废电池混同生活垃圾处理不会造成对环境的污染，不需要将其从垃圾中分选出来。其实这是有条件的，其一电池不含汞及其他的重金属或者含量及低；其二生活垃圾处理与处置技术到达一定高的水平，保证垃圾处理过程中不会造成二次污染。但是这两个条件在我国现阶段都还不能满足。我国现电池生产厂家有 1000 多个，在中国电池工业协会注册的只有 300 多 家，其他的大部分是自生自灭的小厂，生产的也大多是低劣产品。通过检测，电池的含汞量参差不齐，有的非常好，小于百万分之一，符合无汞电池
11、的要求；而有些电池的含汞量非常高，甚至达到了电池质量的 0.5%；它高于低汞电池标准的 20 倍，高于无汞电池标准的一万倍，它属于高汞电池。尽管我国已经出台了一些有关电池生产的相关标准，即自 2002 年 1 月 1 日起国家已经明令禁止汞含量大于电池质量的 0.025%的电池的生产和销售；自 2005 年 1 月 1 日起，禁止在国内生产汞含量大于电池质量 0.0001%的碱性锌锰电池；自 2006 年 1 月 1 日起， 禁止在国内经销汞含量大于电池质量 0.0001%的碱性锌锰电池。 我国垃圾处理技术虽然在近几年取得了长足的进步，但是同发达国家的处理技术相比差距还很大，尤其是处理过程中的
12、二次污染问题还很严重，如垃圾焚烧过程中的尾气处理问题，垃圾填埋过程的防渗问题。由于种种原因这些问题都还比较突出，废电池混同生活垃圾一同处理必将加剧对环境的污染。目前，随着工业技术的发展和人们生活水平的提高，人们的生活越来越依赖于电池的应用。据统计，我国 1999 年生产电池 140 亿只，与 1998 年持平，人均消耗电池 3.8 只。然而人们在享受电池给 生活、生产带来的便利的同时，不得不面对这样一个严峻的事实，即废旧电池中含有大量的有毒有害物质如 Cd、 Mn、 Zn、 Cu 及废酸废碱和少量的 Hg 等，详见表 1。这些物质若不经安全处理处置直接进入环境，将对生态环境和人体健康造成严重威
13、胁，同时这无疑是一种资源的巨大浪费。现在，从事环保工作的研究者们普遍关注的是对废电池的回收管理法规和资源化利用及安全处置技术等领域的问题，并在此方面做了深入的研究，取得了可喜的成绩。但却忽略了这样一个事实，当前我国还没有具体的废电池管理办法和可操作的管理法规实施细则，再加上居民普遍环保意识不高，废电池的收集、运输、储存、处理的基础设施又不完善等，导致大量废电池进入生活垃圾，为生活垃圾的“三化”处理（减量化、无害化、资源化）增加了难度。所以，如何将混在垃圾中的废电池分选出来进行资源化利用和安全处置就成了从事环保工作的研究者们的当务之急。 我国对生活垃圾处理的主要模式有堆肥、卫生填埋、焚烧。若进行
14、堆肥的垃圾中混有废电池可能将严重影响堆肥的质量；若含有废电池的垃圾进行焚烧处理，由于废电池中的重金属汞、镉、锌等沸点都较低（汞为 357、镉为 765、锌为 907），高温时，易气化挥发，部分重金属 物在焚烧炉膛内反应生成其氯化物、氧化物或是硫化物、比原金属元素更易气化挥发。这些重金属及其化合物将通过烟囱进入大气造成土壤污染和大气污染，部分金属进入炉灰，处理难度将进一步加大；如废电池随垃圾进入卫生填埋场，电池中的有害成分可能迁移到渗滤液中增加渗滤液的处理难度，同时还可能造成对地下水和土壤的污染。由此可见废电池随生活垃圾一起处理处置潜在危害极大，在对生活垃圾进行处理前必须将其中的废电池分选出来。
15、 随着我国新能源战略推进和环保要求的提升，绿色环保的锂电池组合镍氢电池组越来越多地替换传统能源产品，称为新能源产 品的主力军。电池组对每一个单体电池的技术参数（包括电池容量、内阻、电压等技术参数）的一致性有着非常严格的要求，它是保证电池组整体质量和使用寿命的关键技术，被列为电池组生产过程的关键工序。电池分选就是将上述技术参数在规定范围内的近似的单体电池分选出来。 目前，国内电池厂普遍采用人工统计、手工拣选的操作方法进行分选，生产效率低而且出错率高，无法保证分选的准确性。国外和国内一些大型电池企业一直尝试采用机械手的电池自动分选设备，这种自动化生产设备具有很高的技术含量和制造成本，机械手频繁快速
16、移动，将当前分类电池废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 4 从电池 直至托盘中取出放到各个收集区，从根本上解决了人为误操作的质量隐患。尽管这种设备的机械手移动速度很快，但是由于机械手数量十分有限，所以机械手分选机生产效率并不高。为了提高分选机的分选速度，一些电池自动分选设备采用矩阵式排列机械手多并联机械手以及多工位、多托盘同步进行分选的强化措施，但是最快速度只能达到 60-90 个 /min，这也只是一个最佳的理论速度。由于这种设备造价很高，所以限制了在电池行业的产业化推广。 2.2 废电池处理及分选技术 由于废旧电池在城市生活垃圾中的含量（质量比）通常小于 1，种类繁多，物 理特
17、性各不相同，且部分废旧电池体积小不易识别，完全依靠人工分选难度大，分选效率低。可根据废旧电池组分的磁性和导电性将磁力分选、涡流分选同人工分选有机结合起来，形成不同分选模式。根据废旧电池组分磁化率的大小，可将废旧电池分为铁磁性废电池、顺磁性废旧电池和反磁性废旧电池。铁磁性废旧电池，在外电场作用下能迅速达到饱和，磁化率大于零，并与外磁场强度成复杂的函数关系，离开磁场后有剩磁；顺磁性废旧电池，磁化率大于零，在外磁场作用下表现出较弱的磁性，磁化强度和外磁场强度成线性关系；反磁性废旧电池，磁化率小于零，在外加磁场 作用下，逆磁场磁化，使磁场减弱。由垃圾中废旧电池的组分可知，大部分都含金属铁和镍，且含量较
18、大，故可通过磁力分选将这部分废旧电池从垃圾中分离出来。同时可利用废旧电池组分的金属导电性进行涡流分选。 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。 目前废旧电池的回收处理方法主要分为三类 ,即人工分选法、火法和湿法。 1 人工分选回收利用法 就是将
19、回收的废旧干电池先进行分类 ,人工分选出碳棒、铜帽、锌皮及各种产品残留物 ,并分别采用相应的方法予以处理 ,这种方法简单易行 ,但使用劳动力多 ,经济效益差 ,存在二次污染。 2 火法处理技术 干法是在高温下使电池中的金属及其化合物氧化 ,还原 ,分解和挥发 ,冷凝 ,有效地回收其中的 Hg、Cd 等易挥发物。按照回收工艺的不同 ,干法回收利用技术又可以分为常压冶 金法和真空冶金法。 常压冶金法在处理废旧电池时 ,通常有如下两种方法 : (1) 在较低温度下加热废旧电池 ,使 Hg 挥发后再在较高的温度下回收 Zn 和其他重金属 ; (2)在高温下焙烧废旧电池 ,使其中易挥发的金属及其氧化物挥
20、发 ,残留物可作为冶金中间物产品或另行处理。常压冶金法是在大气中进行 ,空气参与反应 ,会造成二次污染且能源消耗高。真空冶金法处理废旧电池是基于组成电池的各种物质在同一温度下具有不同的蒸气压 ,在真空中通过蒸发和冷凝 ,使各组分分别在不同的温度下相互分离 ,从而实现废旧干电池综合回收与利用。在蒸发过程中 ,蒸气压高的 Cd、 Hg、 Zn 等组分进入蒸汽 ,而 Mn、 Fe 等蒸气压低的组分则留在残液或残渣中 ,实现了分离。冷凝时 ,蒸汽相中 Hg、 Cd、 Zn 等在不同温度下凝结为固体或液体 ,实现分步分离回收。 目前真空冶金法回收废旧电池研究还比较少 ,该法与湿法及常压冶金法相比 ,基本
21、无二次污染 ,流程短 ,能耗低 ,具有一定的经济优势 。 3 湿法处理技术 废旧电池的湿法处理技术是基于电池中金属及其化合物溶于酸的原理 ,将分类、破碎分选后的电池粉末浸泡于酸性溶液中 ,使目标组分溶于酸液中 ,然后经过过滤 ,弃去有机电解质及隔膜杂 质 ,调节所得含目标组分的滤液的 pH 值 ,将 Al 、 Fe 等微量元素以氢氧化物的形式除去。利用化学沉淀、电化学沉积、离子交换或萃取分离的方法使目标组分以纯金属或金属盐的形式得以回收。湿法工艺种类较多 ,处理所得产品的纯度通常较高 ,但却具有流程长、污染重、能耗大、生产成本高的缺点。 废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 5 2.
22、3 可用于废电池分选的机构 1电池内阻检测与 机械分选机构与送料电机的控制 机构 微机控制系统通过开关量通道中的锁存器 74I-,$373、光电隔离模块和灵敏继电器儿、 J2 实现对活门挡板 1、挡板 2 的动作控制；通过 J3 实现送料电机的启停 控制。如上位机判断当前电池为一档，系统将控制活门挡板 1 动作，电池在活门挡板 1 的导向作用下落入一档料箱。如上位机判断当前电池为二档系统将控制活门挡板 2 动作，电池在活门挡板 2 的导向作用下落入二档料箱。如上位机判断当前电池为三档，系统将控制活门挡板 1、挡板 2 都不动作，电池在导向板的导向作用下一直下落入三档料箱。实现了电池的分选控制。
23、 被测电池在送料机构的作用下正确到达检测工位时，位置检测传感器 Wk 向开关量输入电路U5(74|L S245)输入端输入一个低电平，单片机 U读取该信号后，将信号通过串行 1： 3 通知上位机，上位机便启动一次测量过程，测试系统快速检测一次输入量，将采集的电池内阻检测信号输入计算机进行分析并将测量结果通过串行口通知单片机 U1。 分选执行机构由两个电磁执行元件和相应的机械结构组成，工作时，单片机 U1 接到上位机的信号后与储存的标准值进行比较，判断其分档，通过开关量输出电路 U3 和光电隔离模块，控制灵敏继电器 J1、 J2，从而控制两个电磁执行元件 EM1、 EM2 驱动分选活门开启，已测
24、电池沿下料通道落入相应的电池料箱 9，完成一个电池的分选，同时上料推板将待测电池推入内阻测量头，开始下一个电池的分选。 2 采 用吸盘式电磁铁的电池自动分选机 : 步骤 1: 汽缸将电池周转托盘由托盘进料区域顶起直至电池分选区域 , 预分类电池的电池帽接触到吸盘式电磁铁表面。 步骤 2: 计算机根据电池的检测结果和特定的分类方法 , 控制电池上方的吸盘式电磁铁保持通电状态或者断电状态 , 通电的吸盘式电磁铁产生的磁场将该当前类电池牢牢吸住。 步骤 3: 汽缸将电池周转托盘落回到托盘进料区域 , 此时 , 当前类分选电池仍然牢牢吸在吸盘式电磁铁上 , 其他预分类电池仍然留在电池周转托盘里面 ,
25、实现了当前分类电池从其他预分类电池中间分离出来的目的。 步骤 4: 电池收集盘从电池收集区域水平移动至分选区域 (吸盘式电磁铁下方 ), 到位以后 ,通电的吸盘式电磁铁全部断电 , 当前分类电池全部落在电池收集盘上 , 并且被移出电池分选区域至电池收集区域进行装箱 ,。 重复以上步骤分选下一类电池 , 直至所有电池分类分选结束。 电池自动分选机的分选速度不仅取决于吸盘式电磁铁数量的多少 , 还在于分选类别的多少 , 其分选速度的计算公式如下 : 分选速度 =吸盘式电磁铁的数量 /(电池分类数 *每分钟分选频次 ) 如果吸盘式电磁铁的数量为 384; 电池分类数 6类 ; 每分钟分选频次为 4次
26、 ; 分选速度 =384/6*4= 256个 /min 实践证明 : 我们可以进一步增加吸盘式电磁铁的数量 , 所以进一步提高分选机的分选速度也是一件容易的事 , 只是设计时需要根据工厂的具体生产产量和现场布局最终确定最佳的分选速度。 采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机的优越性 采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机 , 不需要价格昂贵的机械手和复杂的伺服控制系统 , 采用低廉的吸盘式电磁铁和简单的直线运动元件实现了电池快速分选 , 生产效率很高、性能十分稳定可靠。 采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机在整个分选过程全部实现自动化 , 待分类的电池周 转托盘从设备的政左侧推入 , 从右侧流出后进行下一轮周
27、转 ; 电池分选出来在电池收集区域进行快速装箱 ; 特别值得一提的是 , 该设备在更换电池型号时非常简单 , 只是需要调整吸盘式电磁铁的高度 ,其余不需要进行任何调整。整个生产过程、调试和维修十分方便快捷 , 体现了人性化的设计理念。 废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 6 采用吸盘式电磁铁的电池自动分选机 , 从根本上解决了人为误操作导致电池错误分类的现象发生 , 从而有效地保证了电池组的产品质量和使用寿命。它的普及推广将有利于促进大电池大规模产业化发展进程。 3.使用 PLC与机械手 电池自动分选系统 主控机采 用 PLC 机 ,并配有通讯卡和脉冲控制卡。通讯卡完成分选系统与上
28、位机的双向数据通信 ,脉冲控制卡不仅可以提供步进脉冲 ,还可以提供 16 位 TTL 兼容的数字 I/ O ,可作为自动分选机的检测和控制信号。系统的电气原理如图 2 所示 : 机械传动部分采用两个步进电机作为驱动 ,一个电机控制机械手在水平方向移动 ,能够精确定位机械手抓取和放下电池的位置 ,另一个电机完成分选完毕的电池的收集工作 ,保证下次分选时 ,分类道拔叉中无电池。每个电机都由行程开关来控制其初始位置 ,使长期工作无累积定位误差 ,增强了系统的可靠性。 总控板采用对 检测和控制信号进行集中控制的原则 ,进行信号抗干扰处理 ,保证信号采集的可靠性和准确性 ,以实现下列功能 : (1) 两
29、个步进电机的方向和脉冲频率控制 ,从而实现对分选机位置和速度的控制。 (2) 检测各开关量输入信号 ,识别各状态参数。 (3) 识别编码板信号 ,以便确认与上位机通讯的电池盘号。 (4) 控制电磁阀的吸合 ,使机械手正常工作。 (5) 实现声光限位报警。 根据总体设计思想和系统硬件配置情况 ,在软件上要求整个系统的自动化程度要高 ,能够完成以下功能 : a1 步进电机自动而且精确地定位于电池盘各行和各分选槽。 b1 步进电机零位的自动检测以及步进电机方向和速度的自动调节 ,达到快速准确地进行分类控制。 c1 自动识别编码板上的电池盘信号 ,与上位机通讯并从上位机获得分类数据。 d1 机械手自动
30、抓取电池 ,按分类表自动放入 8 类分选槽内 ,分选机构自动将电池导入制定分选区内 ,某类分选区内电池装满 ,自动停车 ,进行声光报警 ,以提醒操作人员按类取走电池。 e1 机械手上电眼对电池有 / 无状态进行全程监测 ,并对各种非正常状态进行处理。对一些机构进行限位控制 ,确保设备正常、安全运行。 启动系统 ,按绿色“运行”键 ,屏幕显示电池盘号 ,若 为空盘系统处于等待状态 ,直到有经电池检测工作台检测过的电池盘安装上 ,系统开始与上位机通讯 ,通讯成功后 ,可得到电池分类数据 ,并显示过滤后的电池分类数据。过滤数据的原则是 :高于第 7 类的电池 ,归于第 7 类。机械手开始抓取电池 ,
31、机械臂下降 ,机械手上的电眼检测电池状态 (有 / 无 ) 。当此行电池盘中有电池时 ,机械手夹住电池 ,机械臂上升 ,机械手上的电眼再检测一次电池状态 (有 / 无 ) 。若此行无电池 ,机械手会自动转到下一行检测和操作。如果两次检测电池状态不同 ,响铃提示此行中有没有被抓起的电池 ,机械手下一次会自动到这一行重 新抓取上一次漏分选的电池 ,机械手抓取电池子程序框图。 机械手按上位机下传的电池分类数据自动把电池分选到相应的电池类别区内 ,机械臂下降 ,机械手放下该类电池。如果机械手上有某类电池未放下 ,机械手将重复放下电池的动作 ,直到电池放下 ,然后机械手自动运行至下一类别区内 ,当机械手
32、上无电池时自动返回 , 进行下一次电池分选工作。工作中分选区内的某类电池装满时 ,进行声光报警 ,提醒用户取走电池 ,并把滑块放回原位 ,按绿色“运行”键 ,系统将继续自动运行。每盘电池分选完毕 ,自动统计分类结果 ,批量分选完毕 ,还可从上位机获得批量统计结果 。 为了保证电池自动分选机的运行灵活、可靠 ,我们采取了一些安全措施。 (1) 紧急停车和启动按钮。在系统工作过程中 ,若出现紧急或异常情况时 ,会产生声光报警 ,同时可暂停系统的运行 ,进行必要的检查和修复后 ,按启动键系统自动继续工作。 废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 7 (2) 机械手上的电眼。分选时机械手抓取和
33、放下电池 ,为防止误操作和保护机械手冲击的损坏 ,机械手上的电眼全程对机械手进行监测和保护 ,同时还可以通过机械手上电池的有无状态 ,来减少运行时间 ,从而提高分类速度。 总之 ,通过采取软硬件设计方法 ,确保系统安全可靠地长期运行。 废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 8 第三章 废电池分选设备 的用途、规格、主要技术性能及特点 3.1 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
34、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。 3.2 设备用途 方形圆形电池以及纽扣电池的区分，并且最终装箱： 1接受已经经过吹风机构去除垃圾的未分类电池。 2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。 3分选 1 号电池， 2 号电池与方形电池，其中
35、方形电池直接装箱， 1 号电池与 2 号电池送到二次电池分选机构进行进一步分选。 4将分 离开的每种电池进行装箱等待下步处理。 图 3.1 分选装置总流程图 3.3 主要技术性能 1.未经处理的电池经过吹风除杂机构去除其中混杂垃圾。 废电池分选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 9 2.经过吹风除杂的电池通过漏斗直接导入筛箱中，利用电池的物理尺寸，经过两层筛板以及纽扣电池筛网进行初步筛分，分别筛去 5 号电池， 7 号电池以及纽扣电池。 3.在余下的电池中通过滚动摩擦与滑动摩擦消耗的能不同， 经过合理的角度和摩擦系数的斜面，区分方形电池以及 1 号电池与 2 号电池。（在滚道上添加挡板与导向
36、槽使略高的 1 号电池脱离主滚道进入其自己的收集滚道） 4.圆柱 电池又分为一次性电池、锰电池、镍电池等，我们利用他们的内阻区别，利用传感器将经过排队的电池进行区分。 5.通过使箱体往复运动使电池依次排入箱中。 图 3.2 方形电池分选方案图 3.4 机构特点 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。 废电池分
37、选设备的设计（方形电池分选与装箱机构） 10 第四章 废电池分选设备 的 总体设计 4.1 筛箱功能原理分析 筛箱的 主要作用是为了将收集到的 1,2,5,7 和方形电池与纽扣电池，由于 1,2 与方形电池尺寸与质量上不容易区分。所以筛箱主要是用来 分开 5 号， 7 号与纽扣电池并且分别装箱。 方案一： 利用磁力分选，在传送轨道两遍加电磁铁，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
38、。 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，故不优先考虑。 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
39、虑。 相对于目前的筛箱，为了保证筛选度以及筛选效率，所以采用第三种方案。 4.2 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弹簧减震。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 带减速或者齿轮箱减速达到合适的输入转速。 根据检索到的电池尺寸方面
40、的数据，在除去一些跟随废电池一起的生活垃圾及电池本身的会污染环境或腐蚀金属的废液。分选第一步应先机械筛选，由于纽扣电池最大直径为 11.6mm，近似于 7号干电池直径，所以可以用 12mm 左右的筛网优先筛除 7 号与纽扣电池，并且当这两种电池被同时筛除也方便分开，然后我预想是通过滑动摩擦和滚动摩擦消耗的势能不同， 通过斜坡使方形电池和圆形电池滚落时的距离不同而达到第二步分开方形与圆形电池的目的，或者再次通过物理筛选先去除5 号电池，留下 2 号电池， 1 号电池与方形电池进行分选，难点是若用斜坡分选，在斜坡上就不能发生电池的碰撞或者推挤什么的，若让电池一个个通过，则降低分选效率，但由于电池比较小巧，可以在同一机器内多轨道进行，需要保证的就是每次每条轨道仅在一定时间内通过 1 枚电池。 当把方形电池筛选出来之后，可以用生产线挡板的那种方法，由于 2 号电池的直径是 25mm而 1号电池的直径是 32mm，我可以在轨道高于 28mm 处设立斜向挡板 并挖空挡板指向轨道设立新的收集
