應(yīng)興明

（福建南平南孚電池有限公司，福建南平353000）

堿性電池高速隔離管制造機(jī)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

應(yīng)興明

（福建南平南孚電池有限公司，福建南平353000）

主要介紹了堿性電池組裝流水線中隔離管制造機(jī)的設(shè)計(jì)目的、基本原理、設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)要求，以及使用時(shí)注意的各方面要點(diǎn)。通過(guò)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，能夠大大提高堿性電池流水線的生產(chǎn)速度，減少設(shè)備投入和用工成本，同時(shí)提高了設(shè)備的安全性，提升了堿性電池流水線組裝設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化水平。

電池；隔離紙；卷繞；熱縮

0 引言

堿性電池組裝工藝中的隔離管是采用特殊的紙張并卷繞成圓柱形狀，內(nèi)部填充鋅膏以保持正負(fù)極的隔離作用，并要求不能有任何的漏洞和金屬雜質(zhì)。傳統(tǒng)的低速堿性電池生產(chǎn)線隔離管插入部分是將已經(jīng)卷繞好的隔離管插入鋼殼中，這樣需要專用的卷繞隔離管設(shè)備，同時(shí)在生產(chǎn)線中由于隔離管的特殊構(gòu)造限制了設(shè)備的生產(chǎn)速度。本文介紹了一種新設(shè)備，該設(shè)備的設(shè)計(jì)參考了國(guó)外最新技術(shù)，采用在線卷繞方式，將隔離紙卷繞成型、底部熱縮、插入鋼殼等工藝步驟在電池組裝生產(chǎn)線上完成，避開(kāi)了隔離管的輸送速度的限制，可以提高電池的生產(chǎn)速度。

1 低速隔離管插入設(shè)備的現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)低速（300只/min）堿性電池組裝流水線設(shè)備中的隔離管插入設(shè)備主要工作方式有以下2種：

1）步進(jìn)式。其工作原理是將隔離管通過(guò)振動(dòng)料斗分成每排10～15道送到插入桿中，然后通過(guò)插入桿插入鋼殼內(nèi)，插入的過(guò)程是單步的運(yùn)行過(guò)程。

2）連續(xù)旋轉(zhuǎn)式。其工作原理是將隔離管通過(guò)振動(dòng)料斗送入轉(zhuǎn)盤內(nèi)，然后通過(guò)插入桿將隔離管插入鋼殼內(nèi)，插入過(guò)程是連續(xù)運(yùn)行的過(guò)程。

以上2種方式存在如下幾個(gè)問(wèn)題：

1）都必須采用振動(dòng)料斗進(jìn)行供料，隔離管在振動(dòng)料斗中必須進(jìn)行方向篩選，這樣在生產(chǎn)過(guò)程中隔離管經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)料斗的振動(dòng)速度也影響整體設(shè)備的效率。

2）隔離管都必須經(jīng)過(guò)搬運(yùn)和跑道進(jìn)行輸送，由于隔離管是紙制物品，其中心是空心狀態(tài)，在搬運(yùn)過(guò)程或跑道輸送過(guò)程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)隔離管被擠壓變形和污染，造成設(shè)備故障率上升，從而影響電池的質(zhì)量。

圖1 設(shè)計(jì)方案

3）需要專門一臺(tái)隔離管卷繞成型設(shè)備，流水生產(chǎn)線只進(jìn)行隔離管插入這一工藝，這樣流水生產(chǎn)線就需要配套的隔離管卷繞成型設(shè)備及相應(yīng)的人員、場(chǎng)地，甚至車間等資源。

2 高速隔離管制造設(shè)備的設(shè)計(jì)方案

如圖1所示，本方案設(shè)計(jì)將整合隔離管卷繞成型設(shè)備和隔離管插入設(shè)備，使之成為一臺(tái)高速設(shè)備應(yīng)用于生產(chǎn)線上，隔離紙經(jīng)過(guò)在線剪切、卷繞成型、底部熱縮后直接插入鋼殼，這幾個(gè)工藝步驟在一個(gè)大轉(zhuǎn)盤內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中完成，同時(shí)隔離管不需要經(jīng)過(guò)傳輸跑道，可以大大提高生產(chǎn)速度。設(shè)備的機(jī)構(gòu)組成如下：

1）隔離紙的輸送和在線剪切機(jī)構(gòu)。將隔離紙按技術(shù)要求裁剪成一定長(zhǎng)度，并通過(guò)真空吸力固定在轉(zhuǎn)盤上，以備下一道工序進(jìn)行卷繞。

2）隔離紙的卷繞、底部熱縮機(jī)構(gòu)。主要是將裁剪好的隔離紙通過(guò)卷繞桿卷繞成圓柱狀，然后對(duì)底部進(jìn)行預(yù)成型縮口，最后對(duì)底部預(yù)成型縮口部分進(jìn)行加熱完成全面的封口過(guò)程。這一部分是整臺(tái)設(shè)備的重點(diǎn)工藝，底部縮口的狀態(tài)對(duì)電池質(zhì)量影響是最大的。

3）鋼殼輸入機(jī)構(gòu)。將鋼殼定位于大的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上，保持與隔離管同軸狀態(tài)。

4）隔離管插入及插入桿退回機(jī)構(gòu)。這部分主要是將卷繞和熱縮好的隔離管插入鋼殼，插入的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要采用圓柱凸輪，使上桿沿著凸輪做上下運(yùn)動(dòng)完成鋼殼的插入及插入桿的退出。

5）次品的檢測(cè)及自動(dòng)排除機(jī)構(gòu)。本設(shè)備集成智能化，就可以在線檢測(cè)隔離管插入不良、無(wú)隔離管等異常，不需要停機(jī)就可以在線剔除次品。自動(dòng)剔除部分主要采用伺服控制系統(tǒng)，通過(guò)伺服電機(jī)的準(zhǔn)確啟停時(shí)間和高轉(zhuǎn)速來(lái)控制擊打機(jī)構(gòu)。

6）成品輸出機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)主要是將成品鋼殼送入下一道工序中。

3 主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 隔離紙的在線剪切

隔離紙通過(guò)壓輪4的帶動(dòng)進(jìn)入切刀5進(jìn)行裁剪，裁剪后通過(guò)真空吸力固定于吸盤中，根據(jù)電池技術(shù)工藝要求，隔離紙剪切后的長(zhǎng)度要求為L(zhǎng)，這樣在設(shè)計(jì)壓輪的直徑上需要精確的計(jì)算。如圖2所示轉(zhuǎn)盤齒輪Z1分別帶動(dòng)切刀齒輪Z2和壓輪齒輪Z3旋轉(zhuǎn)，將隔離紙進(jìn)行輸送和裁剪，設(shè)真空吸盤吸附隔離紙個(gè)數(shù)為n，則有：

圖2所示吸盤6的圓柱表面鉆有許多小孔并與真空罐連接，經(jīng)過(guò)裁剪后的隔離紙將吸附于吸盤表面上，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)比和吸盤的直徑時(shí)需要注意隔離紙輸送線速度必須小于吸盤旋轉(zhuǎn)的線速度，以保證隔離紙能均勻分布于吸盤中。

圖2 隔離紙剪切結(jié)構(gòu)圖

3.2 隔離紙的卷繞和熱縮成型

如圖3所示，隔離紙通過(guò)吸盤的輸送進(jìn)入導(dǎo)向模3，導(dǎo)向模3內(nèi)有卷?xiàng)U2在做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隔離紙1一進(jìn)入導(dǎo)向模3就被壓輪皮帶壓入卷?xiàng)U2，隔離紙1就跟著卷?xiàng)U2旋轉(zhuǎn)，形成底部空心的圓柱形狀。隔離紙管在自轉(zhuǎn)過(guò)程中沿著預(yù)成型塊4運(yùn)動(dòng)，這樣其底部形成褶皺封口狀態(tài)，然后經(jīng)過(guò)加熱塊5的底部完全熱縮封口二形成成品隔離管。

圖3 隔離紙的卷繞和熱縮

由于隔離管外徑受工藝要求控制，因此卷?xiàng)U2的外徑尺寸是受控的，同時(shí)為了保證隔離紙1在導(dǎo)向模3內(nèi)成型，卷?xiàng)U2與導(dǎo)向模3的間隙需嚴(yán)格要求。另外影響隔離紙卷繞質(zhì)量的因素還有卷?xiàng)U2和壓輪皮帶的卷繞速度，因時(shí)間的限制，此機(jī)構(gòu)未經(jīng)過(guò)工藝開(kāi)發(fā)，故而采用伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)卷?xiàng)U2和壓輪皮帶的旋轉(zhuǎn)。這樣在調(diào)試過(guò)程中可以確定較好的旋轉(zhuǎn)速度。加熱塊5通過(guò)溫控器來(lái)控制加熱管的通斷，進(jìn)而控制加熱塊的溫度，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證保持加熱塊5溫度在250～270℃之間，隔離管底部熱縮狀態(tài)較好。

3.3 隔離管的插入和卷?xiàng)U的退出

經(jīng)過(guò)熱縮的隔離管在卷?xiàng)U2的帶動(dòng)下，插入鋼殼的錳環(huán)中，卷?xiàng)U2的上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)圓柱凸輪的帶動(dòng)。由于隔離管與卷?xiàng)U2的配合非常緊，在隔離管插入錳環(huán)退出后非常容易將隔離管帶高，從而造成次品，因此需設(shè)計(jì)一個(gè)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使卷?xiàng)U2在退出的過(guò)程中進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)，避免隔離管被帶出。

本設(shè)備在原有的隔離管插入機(jī)構(gòu)中增加了一套中心頂桿，即保證卷?xiàng)U2和中心頂桿一同將隔離管插入鋼殼底部后，卷?xiàng)U2提升而中心頂桿保持插入狀態(tài)，待卷?xiàng)U2完全退出隔離管后中心頂桿再次退出，從而保證隔離管完全插入鋼殼底部，減少次品的發(fā)生。但是增加了設(shè)備的復(fù)雜程度，給設(shè)備日常的維護(hù)保養(yǎng)帶來(lái)困難。

3.4 次品剔除

為了保證設(shè)備的運(yùn)行效率，避免由于生產(chǎn)出的次品造成設(shè)備停機(jī)，設(shè)計(jì)采用在線自動(dòng)剔除機(jī)構(gòu)。本機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏心凸輪，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周就執(zhí)行一次剔除運(yùn)動(dòng)，由于伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速可以設(shè)置高達(dá)6 000 r/min，因此設(shè)備不需要停機(jī)就可以在線執(zhí)行剔除的動(dòng)作。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，這種設(shè)計(jì)已經(jīng)投入堿性電池高速生產(chǎn)線的使用，電池生產(chǎn)速度高達(dá)600只/min，從實(shí)際使用情況來(lái)看，該設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、次品率低，滿足公司的要求，同時(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。該設(shè)備對(duì)提高電池流水線生產(chǎn)速度和減少配套設(shè)備及人員起到了很好的作用。

（編輯立 明）

TM 911.14

B

1002－2333（2014）05－0272－02

應(yīng)興明（1977—），男，工程師，主要從事設(shè)備的研制、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工作。

2014-03-05