皮带输送机模块化设计的研究及应用

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　　在AS/RS自动化物流系统中，应用了大量的皮带输送机(如辊道输送机、皮带输送机、链式输送机、升降输送机等)，但该类型皮带输送机的日常设计工作大部分是变型设计，即皮带输送机的工作原理和功能结构未改变，只是模仿变更现有产品的尺寸或配置。目前这样的变型设计大多采用传统的设计方法，多属重复性的劳动。随着经济全球化的发展和市场竞争的加剧，传统的以具体产品结构为中心组织产品数据，按需进行产品设计、生产和管理的模式越来越难以适应多变的市场需求，促使企业在提高产品的性能和质量的同时，还要求产品具有更大的适应性，以满足多变的市场对小批量、多品种、多规格产品的需要，并力争为企业争取最大的利润。
　　模块化设计作为一种先进的设计方法，是快速开发新产品的有效手段，也是进行CAD及形成柔性生产的基础；模块化设计就单个部件来说仍是以传统机械设计方法为基础的，而从总体上来说则是对传统机械设计方法的进一步发展和完善。

皮带输送机

　　针对物流皮带输送机产品品种多、系列性强、产品较成熟等特点，以现有产品为对象，选择一种结构先进、性能稳定的产品为基型，在综合分析用户需求的基础上，设计出一系列功能模块，通过对这些功能模块的选择和组合来构造不同类型的产品。采用模块化设计不仅能使产品的设计与制造过程趋于合理化，而且可以增加产品的柔性和适应性，兼顾了制造企业与用户双方的利益，使低成本、快速批量生产多样化、多变性的产品成为可能。该方法设计的输送类产品，设计试制周期短，产品更新快，而且质量稳定可靠，对提高产品的市场竞争力有着不可低估的作用。
　　1、面向设计的模块划分
　　模块化设计需将用户经常定制的部分独立出来形成模块，以快速满足用户的个性化需求，重点考虑的是结合部位的接口要求，同时要求模块的功能相对独立、结构完整，便于模块的修改与替换，且必须考虑相邻机型的零部件的组合更换。进行模块化设计时，必须首先把产品合理地划分成若干模块，然后以模块为基本单元进行设计，模块划分是模块化设计中最基础的工作，模块划分的合理性对模块化产品的性能、外观以及模块划分的通用化程度和成本都有很大影响，设计者可以从不同的角度对产品进行模块划分。
　　面向设计的模块划分的重点是考虑产品的功能，即主要根据产品各组成部分功能上的相关程度来进行模块划分；面向设计的模块化的主要目的就是把可能发生变化的功能需求所对应的部分独立出来，当用户需求发生变化时，只影响到产品某个局部，设计者可以只针对用户需求对某个局部进行改进或重新设计而不必改变产品的其它部分。这样，可以最大限度地利用以往的设
计成果，方便新产品的设计，加快新产品的开发速度。
　　下面以自动化物流系统中用于输送木制托盘类物料的辊道输送机为实例分析其功能与结构，并进行模块的划分。
　　2、辊道输送机与模块划分原则
　　从辊道输送机的需求和功能出发，根据模块化设计原理，把总功能按层次分解成相对独立的子功能，并将各层功能转化为相应结构单元，这些结构单元经典型化处理，使之成为具有相对独立的特定功能和规范化接口(包括其联接部位的形状、尺寸及联接件之间的配合参数等)的通用单元(模块)。对一些为适应用户需求变化的单元，则作为变型模块或专用模块处理。
　　模块划分的合理性对模块化产品的性能、外观以及模块的通用化程度和成本都有很大影响，在进行模块划分过程中，如果模块划分过细，则模块数量数目过大，组装过程复杂、工作量大，也不便管理；如果模块划分过粗，则模块结构复杂，柔性差。据上述原则，辊道输送机的模块划分如下：
　　(1)用不变要素(零部件)集合构成的单元作为模块。这样的模块具有通用性和稳定性，可不加修改地直接用来组合成产品系统，容易保证装配质量和效率。在模块划分过程中，应注意模块和部件的区别，模块的划分应强调功能的独立性，部件的划分强调结构的完整性，应充分注意模块的互换性；
　　(2)将产品系统设计中变化活跃的单元，作为独立的变型模块或专用模块处理，这样处理有利于适应不同用户的个性化需求和实现产品的技术改进；
　　(3)模块应具有相对独立性。即对于已分解的功能单元在结构上尽可能做到独立化，这样的模块易于拼组和搭配，便于构成多种变型产品。在模块划分过程中，同时还要考虑在模块中留有一定的发展空间，以便引入新技术时不会影响模块的基本功能和结构。
　　典型的辊道输送机的结构如图1所示，它主要由杯形支脚、支腿组件、非驱动侧机架、驱动侧机架、辊子组件、汇线槽组件、驱动装置、光电检测装置等部件构成。

辊道输送机结构示意图
1-可调支脚;2-支腿组件;3-非驱动侧机架;4-驱动侧机架;5-辊子组件;6-汇线槽组件;7-驱动装置;8-光电检测装置
图1  辊道输送机结构示意图

　　3、辊道输送机模块划分

辊道输送机模块划分示意
图2  辊道输送机模块划分示意

　　根据功能与模块的映射关系，考虑整个辊道输送机产品系列的特点和结构形式，运用模块划分原则，可规划出辊道输送机较为通用的模块划分原则，如图2所示。辊道输送机分为传动模块、机架模块、支承模块、辅助模块四大一级模块，并继续往下细分成各功能模块。通过对同一功能模块进行分析，由于用途和结构不同，可以得到能够互换并具有相同接口的结构模块，通过更换或加减某些结构模块能够组合得到不同系列的辊道输送机。