文｜中郵科技股份有限公司

丁澤新

摘 要：針對電商類小包分揀的新需求，本文研究設計了一種單開門分揀小車及分揀系統，其典型特點為分揀小車為一車多盤結構，且分揀小車的多個托盤是相互獨立的，每個托盤上均可放置一個快件，分揀效率得到成倍提高；分揀小車托盤閉合時，四周均有擋邊，且落件時靠包件自重下落，包件适應性更強，分揀準确率更高；複位軌道采用順向設計，整個系統穩定性更高，噪聲更低；格口滑槽為雙側擺動結構，可同時向環内或環外落件，在占地面積幾乎不變的前提下，可使格口數量翻倍；驅動采用摩擦驅動的方式，與直線電機等其他驅動方式相比，更加節能環保。

關鍵詞：商類小包、單開門分揀小車、一車四盤、順向複位、雙側格口、摩擦驅動

在我國快遞物流分揀領域，大多數郵件處理中心都投入使用了交叉帶、模組帶、擺輪等自動化分揀設備，但在處理電商類小包時，現有設備則存在着效率優勢不明顯、分揀準确率低、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。

針對此需求，本文通過自主創新，研究設計了一種單開門分揀小車及分揀系統，主要應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，該系統主要由單開門分揀小車、落包機構、複位裝置、雙側格口、驅動系統等組成。

1.分揀小車技術方案

國内外單開門分揀小車通常采用單盤結構（圖2），設備分揀效率及場地利用率低。本項目的單開門分揀小車為一車多盤結構（典型的如一車四盤結構），且分揀小車的多個托盤是相互獨立的，每個托盤上均可放置一件快件，結構緊湊，使效率得到成倍提高。

單開門分揀小車主要由内外側支架、托盤、鎖止機構、緩沖裝置組成（圖3），其中1為外側支架；2、3、7、8為托盤；4為内側支架；5、6、9、10為鎖止機構。單開門分揀系統分揀小車獨創的一車多盤結構，使“低速供件、高效分揀”在實際中得以實現，非常适用于電商類小包的自動分揀。

（1）内外側支架

内、外側支架支撐起分揀小車的其他部件，内側支架上安裝有行走輪和水平輪，水平輪與導軌的兩側緣相接觸，主要起導向作用；外側支架上僅安裝有行走輪（圖4）。内、外側支架通過兩根轉軸和兩條擋闆（序号11、序号18）連接在一起。托盤繞轉軸做旋轉運動，擋闆可避免托盤上的包裹在運輸過程中，尤其是轉彎時，從托盤上滑落。連杆（序号13）用于将相鄰分揀小車連接在一起，摩擦闆（序号16）在驅動裝置的夾持下推動小車前進。

（2）鎖止機構

鎖止機構主要由擺杆、擺杆滾輪、扭簧組成（圖5）。本例中以外側鎖止機構為例進行說明，内側鎖止與之相反。扭簧始終使擺杆具有順時針旋轉的趨勢。托盤的鎖閉過程見圖6，當托盤翻轉到一定角度時，托盤上的斜推塊和擺杆滾輪接觸；随着托盤的翻轉，斜推塊同時将擺杆推開，當托盤達到水平狀态時，擺杆滾輪此時和斜推塊的接觸面剛好脫離，在扭簧的作用下，擺杆旋轉至托盤底面，将托盤鎖住。這種斜面頂推設計，結構更為簡單，從根本上解決了上一代産品存在的推杆鎖定不可靠的問題。

（3）緩沖裝置

緩沖裝置主要由固定在内外側支架上的緩沖塊組成，其作用是降低小車開門時的噪聲，且托盤回彈盡可能小（圖7）。托盤打開接近90°時，托盤側邊和緩沖塊側邊接觸，緩沖塊和托盤接觸面為一斜面，随着托盤的擺動，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将托盤平穩停住，避免托盤回彈對落件軌迹的影響。

2.卸載和複位機構技術方案

卸載機構可根據控制信号将包裹落入指定的格口滑槽内，保證包裹與格口信息一緻。其主要由落包滾輪、氣缸、氣缸支架組成，見圖8（圖中箭頭方向為小車運動方向）。氣缸支架固定在機架上，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。當包裹到達指定存放部時，氣缸活塞杆縮回，落包滾輪将分揀小車的擺杆推開一定角度，釋放托盤，包裹在重力作用下落入指定存放部。

本設計有兩個優點 ：一是落包時，落包滾輪和擺杆之間為滾動摩擦，工作噪聲小；二是氣缸活塞杆最小行程時與擺杆接觸，氣缸活塞杆懸臂小，活塞支點間距最大，氣缸受力此時最佳。

複位裝置用于将小車托盤置于開始位置。整個複位軌道采用順向複位的設計，即複位軌道設置在分揀小車下方，且複位軌道沿小車運行方向逐漸擡高，這保證了小車複位的可靠性和平穩性。複位裝置由鋁型材按設計曲線彎制而成，鋁型材工作面可覆上橡膠等柔軟材質。複位過程中，托盤和複位軌道上表面接觸，沿着複位軌道預設的軌迹，最終完成複位動作，見圖9（圖中箭頭方向為小車運動方向）。需要說明的是，在複位軌道的最高點，有一段水平段，其目的是給擺杆回位留有充分時間，進一步保證複位的可靠性。

由于卸載和複位機構采用純機械結構設計，整套設備除主驅動外無額外能耗。同規模同驅動方式條件下，交叉帶分揀機每百米主機能耗為3kw，而單開門分揀系統僅需2.2kw，能耗降低25%以上。

3.滑槽格口技術方案

單開門分揀系統的滑槽為雙側格口，可在占地面積幾乎不變的條件下，使設備的格口路向實現翻倍。雙側格口主要由上部滑闆、中間翻轉闆、底闆、撐袋架、翻轉執行機構組成（圖10），其顯著特征為快件可雙向落件，即快件可向外側或内側郵袋内落件。上部滑闆可有效降低外側小車托盤向外側格口或内側小車托盤向内側格口落件時的高差，降低包件破損率。翻轉執行機構根據快件的路向調整中間翻轉闆的位置，控制快件落向外側或内側，從而達到雙向落格的目的。翻轉執行機構可為氣缸驅動或電機驅動。中間翻轉闆的轉軸在中間位置，翻轉執行機構受力好。撐袋架撐起郵袋袋口，便于快件自動滑進郵袋内。

4.驅動系統技術方案

驅動裝置采用摩擦驅動的方式，取代了傳統的橡膠鍊驅動方式，布局更加靈活，其主要由驅動電機、電機帶輪、挂膠驅動輪、雙面齒形帶、張緊帶輪、拉簧、固定闆、擺動闆組成（圖11）。驅動電機通過雙面齒形帶驅動挂膠驅動輪轉動，兩個挂膠驅動輪運轉方向相反，在拉簧的作用下，擺動闆可向固定闆靠近，從而使兩個挂膠驅動輪能夠以一定的夾持力驅動摩擦闆（圖4）前進，因摩擦闆和單開門分揀小車固連，因此分揀小車得以繞軌道循環運行。

單開門分揀系統具有分揀效率和準确率高、包件破損率低等特點，在為快遞公司創造效益的同時，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選擇。本成果在2020年8月與印尼客戶達成銷售合同，并于2021年12月通過設備終驗收，從投産至今已累計分揀快件達1.03億件（實物及現場圖見圖12、圖13）。

針對常規自動化分揀設備在處理電商類小包時存在的效率和分揀準确率低、設備占地面積大等痛點，本文設計開發了一款單開門分揀小車及其分揀系統，其主要特點有：

1.單開門分揀小車為一車四盤結構，且分揀小車的多個托盤是相互獨立的，每個托盤上均可放置一件快件，為國内首創。在主線速度1.0米/秒、單端供件的條件下，機械效率可高達20571件/小時，是同配置下交叉帶分揀機等常規自動化分揀設備效率的1.5倍以上。

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

3.采用動态雙側格口設計，增加了快件的分揀路向，格口路向是同規格單側格口路向的兩倍，分揀顆粒度更高。

4.雙側格口采用跷跷闆式結構，可有效降低外側小車托盤向外側格口或内側小車托盤向内側格口落件時的高差，快件落件軌迹更加平順，包件破損率更低。

5.系統采用摩擦驅動的方式，更加節能環保。

本文通過對單開門分揀小車及分揀系統的研究設計，形成了一種新的物流分揀設備，豐富了電商類小包分揀的設備選型。

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