文 / 丁澤新

一、概述

在我國快遞物流分揀領(lǐng)域，大多數(shù)郵件處理中心都投入使用了交叉帶、模組帶、擺輪等自動(dòng)化分揀設(shè)備，但在處理電商類小包時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備則存在著效率優(yōu)勢不明顯、分揀準(zhǔn)確率低、占地面積大等突出問題，迫切需要一種新的電商類小包分揀系統(tǒng)。

針對(duì)此需求，本文通過自主創(chuàng)新，研究設(shè)計(jì)了一種單開門分揀小車及分揀系統(tǒng)，主要應(yīng)用于電商類小包的高速分揀（包裹尺寸：50mm≤最 長 邊L≤200mm，50mm≤次 長 邊B≤200mm，50mm≤高H≤200mm；包裹重量：0.01kg≤W≤5kg）。如圖1所示，該系統(tǒng)主要由單開門分揀小車、落包機(jī)構(gòu)、復(fù)位裝置、雙側(cè)格口、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。

圖1 單開門分揀小車及分揀系統(tǒng)俯視圖

二、技術(shù)方案

1.分揀小車技術(shù)方案

國內(nèi)外單開門分揀小車通常采用單盤結(jié)構(gòu)（圖2），設(shè)備分揀效率及場地利用率低。本項(xiàng)目的單開門分揀小車為一車多盤結(jié)構(gòu)（典型的如一車四盤結(jié)構(gòu)），且分揀小車的多個(gè)托盤是相互獨(dú)立的，每個(gè)托盤上均可放置一件快件，結(jié)構(gòu)緊湊，使效率得到成倍提高。

圖2 單盤結(jié)構(gòu)

單開門分揀小車主要由內(nèi)外側(cè)支架、托盤、鎖止機(jī)構(gòu)、緩沖裝置組成（圖3），其中1為外側(cè)支架； 2、3、7、8為托盤；4為內(nèi)側(cè)支架；5、6、9、10為鎖止機(jī)構(gòu)。單開門分揀系統(tǒng)分揀小車獨(dú)創(chuàng)的一車多盤結(jié)構(gòu)，使“低速供件、高效分揀”在實(shí)際中得以實(shí)現(xiàn)，非常適用于電商類小包的自動(dòng)分揀。

圖3 單開門分揀小車俯視圖

（1）內(nèi)外側(cè)支架

內(nèi)、外側(cè)支架支撐起分揀小車的其他部件，內(nèi)側(cè)支架上安裝有行走輪和水平輪，水平輪與導(dǎo)軌的兩側(cè)緣相接觸，主要起導(dǎo)向作用；外側(cè)支架上僅安裝有行走輪（圖4）。內(nèi)、外側(cè)支架通過兩根轉(zhuǎn)軸和兩條擋板（序號(hào)11、序號(hào)18）連接在一起。托盤繞轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，擋板可避免托盤上的包裹在運(yùn)輸過程中，尤其是轉(zhuǎn)彎時(shí)，從托盤上滑落。連桿（序號(hào)13）用于將相鄰分揀小車連接在一起，摩擦板（序號(hào)16）在驅(qū)動(dòng)裝置的夾持下推動(dòng)小車前進(jìn)。

圖4 單開門分揀小車軸測圖

（2）鎖止機(jī)構(gòu)

鎖止機(jī)構(gòu)主要由擺桿、擺桿滾輪、扭簧組成（圖5）。本例中以外側(cè)鎖止機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行說明，內(nèi)側(cè)鎖止與之相反。扭簧始終使擺桿具有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢。托盤的鎖閉過程見圖6，當(dāng)托盤翻轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，托盤上的斜推塊和擺桿滾輪接觸；隨著托盤的翻轉(zhuǎn)，斜推塊同時(shí)將擺桿推開，當(dāng)托盤達(dá)到水平狀態(tài)時(shí)，擺桿滾輪此時(shí)和斜推塊的接觸面剛好脫離，在扭簧的作用下，擺桿旋轉(zhuǎn)至托盤底面，將托盤鎖住。這種斜面頂推設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)更為簡單，從根本上解決了上一代產(chǎn)品存在的推桿鎖定不可靠的問題。

圖5 外側(cè)鎖止機(jī)構(gòu)示意圖

圖6 托盤鎖閉過程示意圖

（3）緩沖裝置

緩沖裝置主要由固定在內(nèi)外側(cè)支架上的緩沖塊組成，其作用是降低小車開門時(shí)的噪聲，且托盤回彈盡可能?。▓D7）。托盤打開接近90°時(shí)，托盤側(cè)邊和緩沖塊側(cè)邊接觸，緩沖塊和托盤接觸面為一斜面，隨著托盤的擺動(dòng)，緩沖塊和托盤接觸面之間的間隙越來越小，從而通過相互之間的擠壓力將托盤平穩(wěn)停住，避免托盤回彈對(duì)落件軌跡的影響。

圖7 緩沖裝置示意圖

2.卸載和復(fù)位機(jī)構(gòu)技術(shù)方案

卸載機(jī)構(gòu)可根據(jù)控制信號(hào)將包裹落入指定的格口滑槽內(nèi)，保證包裹與格口信息一致。其主要由落包滾輪、氣缸、氣缸支架組成，見圖8（圖中箭頭方向?yàn)樾≤囘\(yùn)動(dòng)方向）。氣缸支架固定在機(jī)架上，氣缸豎直固定在氣缸支架上，落包滾輪通過螺紋連接與氣缸相連。當(dāng)包裹到達(dá)指定存放部時(shí)，氣缸活塞桿縮回，落包滾輪將分揀小車的擺桿推開一定角度，釋放托盤，包裹在重力作用下落入指定存放部。

圖8 卸載機(jī)構(gòu)示意圖

本設(shè)計(jì)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn) ：一是落包時(shí)，落包滾輪和擺桿之間為滾動(dòng)摩擦，工作噪聲??；二是氣缸活塞桿最小行程時(shí)與擺桿接觸，氣缸活塞桿懸臂小，活塞支點(diǎn)間距最大，氣缸受力此時(shí)最佳。

復(fù)位裝置用于將小車托盤置于開始位置。整個(gè)復(fù)位軌道采用順向復(fù)位的設(shè)計(jì)，即復(fù)位軌道設(shè)置在分揀小車下方，且復(fù)位軌道沿小車運(yùn)行方向逐漸抬高，這保證了小車復(fù)位的可靠性和平穩(wěn)性。復(fù)位裝置由鋁型材按設(shè)計(jì)曲線彎制而成，鋁型材工作面可覆上橡膠等柔軟材質(zhì)。復(fù)位過程中，托盤和復(fù)位軌道上表面接觸，沿著復(fù)位軌道預(yù)設(shè)的軌跡，最終完成復(fù)位動(dòng)作，見圖9（圖中箭頭方向?yàn)樾≤囘\(yùn)動(dòng)方向）。需要說明的是，在復(fù)位軌道的最高點(diǎn)，有一段水平段，其目的是給擺桿回位留有充分時(shí)間，進(jìn)一步保證復(fù)位的可靠性。

圖9 復(fù)位過程示意圖

由于卸載和復(fù)位機(jī)構(gòu)采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整套設(shè)備除主驅(qū)動(dòng)外無額外能耗。同規(guī)模同驅(qū)動(dòng)方式條件下，交叉帶分揀機(jī)每百米主機(jī)能耗為3kw，而單開門分揀系統(tǒng)僅需2.2kw，能耗降低25%以上。

3.滑槽格口技術(shù)方案

單開門分揀系統(tǒng)的滑槽為雙側(cè)格口，可在占地面積幾乎不變的條件下，使設(shè)備的格口路向?qū)崿F(xiàn)翻倍。雙側(cè)格口主要由上部滑板、中間翻轉(zhuǎn)板、底板、撐袋架、翻轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成（圖10），其顯著特征為快件可雙向落件，即快件可向外側(cè)或內(nèi)側(cè)郵袋內(nèi)落件。上部滑板可有效降低外側(cè)小車托盤向外側(cè)格口或內(nèi)側(cè)小車托盤向內(nèi)側(cè)格口落件時(shí)的高差，降低包件破損率。翻轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)快件的路向調(diào)整中間翻轉(zhuǎn)板的位置，控制快件落向外側(cè)或內(nèi)側(cè)，從而達(dá)到雙向落格的目的。翻轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可為氣缸驅(qū)動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)。中間翻轉(zhuǎn)板的轉(zhuǎn)軸在中間位置，翻轉(zhuǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)受力好。撐袋架撐起郵袋袋口，便于快件自動(dòng)滑進(jìn)郵袋內(nèi)。

圖10 滑槽格口示意圖

4.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案

驅(qū)動(dòng)裝置采用摩擦驅(qū)動(dòng)的方式，取代了傳統(tǒng)的橡膠鏈驅(qū)動(dòng)方式，布局更加靈活，其主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)帶輪、掛膠驅(qū)動(dòng)輪、雙面齒形帶、張緊帶輪、拉簧、固定板、擺動(dòng)板組成（圖11）。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過雙面齒形帶驅(qū)動(dòng)掛膠驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)掛膠驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反，在拉簧的作用下，擺動(dòng)板可向固定板靠近，從而使兩個(gè)掛膠驅(qū)動(dòng)輪能夠以一定的夾持力驅(qū)動(dòng)摩擦板（圖4）前進(jìn)，因摩擦板和單開門分揀小車固連，因此分揀小車得以繞軌道循環(huán)運(yùn)行。

圖11 驅(qū)動(dòng)裝置原理圖

三、成果推廣應(yīng)用情況

單開門分揀系統(tǒng)具有分揀效率和準(zhǔn)確率高、包件破損率低等特點(diǎn)，在為快遞公司創(chuàng)造效益的同時(shí)，也使快遞用戶的滿意度顯著提升，是電商類小包分揀的一種更優(yōu)選擇。本成果在2020年8月與印尼客戶達(dá)成銷售合同，并于2021年12月通過設(shè)備終驗(yàn)收，從投產(chǎn)至今已累計(jì)分揀快件達(dá)1.03億件（實(shí)物及現(xiàn)場圖見圖12、圖13）。

圖12 單開門分揀小車實(shí)物照片

圖13 現(xiàn)場生產(chǎn)照片

四、總結(jié)

針對(duì)常規(guī)自動(dòng)化分揀設(shè)備在處理電商類小包時(shí)存在的效率和分揀準(zhǔn)確率低、設(shè)備占地面積大等痛點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一款單開門分揀小車及其分揀系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)有：

1.單開門分揀小車為一車四盤結(jié)構(gòu)，且分揀小車的多個(gè)托盤是相互獨(dú)立的，每個(gè)托盤上均可放置一件快件，為國內(nèi)首創(chuàng)。在主線速度1.0米/秒、單端供件的條件下，機(jī)械效率可高達(dá)20571件/小時(shí)，是同配置下交叉帶分揀機(jī)等常規(guī)自動(dòng)化分揀設(shè)備效率的1.5倍以上。

2.單開門分揀小車托盤閉合時(shí)，四周均有擋邊，且落件時(shí)靠包件自重下落，因此分揀準(zhǔn)確率可達(dá)99.99%以上。

3.采用動(dòng)態(tài)雙側(cè)格口設(shè)計(jì)，增加了快件的分揀路向，格口路向是同規(guī)格單側(cè)格口路向的兩倍，分揀顆粒度更高。

4.雙側(cè)格口采用蹺蹺板式結(jié)構(gòu)，可有效降低外側(cè)小車托盤向外側(cè)格口或內(nèi)側(cè)小車托盤向內(nèi)側(cè)格口落件時(shí)的高差，快件落件軌跡更加平順，包件破損率更低。

5.系統(tǒng)采用摩擦驅(qū)動(dòng)的方式，更加節(jié)能環(huán)保。

本文通過對(duì)單開門分揀小車及分揀系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)，形成了一種新的物流分揀設(shè)備，豐富了電商類小包分揀的設(shè)備選型。