魏國軍

（惠州城市職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，廣東惠州 516025）

0 引言

18650 是日本SONY公司為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的鋰離子電池型號(hào)，其中“18”表示直徑為φ18 mm，“65”表示長度為65 mm，“0”表示為圓柱形電池。該新型電池質(zhì)量輕，電壓仍為3.6 V，但體積能量密度由620 W·h/L 提高到了675 W·h/L，電池能量由10.4 W·h 提高至11.2 W·h［1］。在理論上18650鋰電池的壽命為循環(huán)充電1 000次，但其質(zhì)量由44 g左右增至44.5 g左右，除了具備高的循環(huán)穩(wěn)定性，優(yōu)良的充電性能和卓越的儲(chǔ)存容量，還具備非常低的自放電［2-4］。由于單位密度的容量很大，所以大部份用于筆記本計(jì)算機(jī)電池。又因18650鋰電池在工作中的穩(wěn)定性能非常好，常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源、無線數(shù)據(jù)傳輸器、電熱保暖衣、鞋、便攜式儀器儀表、便攜式照明設(shè)備、便攜式打印機(jī)、工業(yè)儀器、醫(yī)療儀器等［5］。

如圖1所示，18650鋰電池殼是電池的載體，生產(chǎn)后的收集、整理、裝箱是交付運(yùn)輸?shù)那爸霉ぷ?，高效率且盡量少占用裝配空間的自動(dòng)化收集、整理、裝箱設(shè)備，能夠有效節(jié)省人力資源成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。隨著科技水平的提高，工廠機(jī)械化、自動(dòng)化不斷得到發(fā)展，電池殼收料機(jī)的應(yīng)用對(duì)于占市場(chǎng)份額量相當(dāng)大的18650 鋰電池，電池殼生產(chǎn)之后盡快交付后游市場(chǎng)進(jìn)行電芯裝配、包裝上市，可較大地促進(jìn)該型號(hào)電池的市場(chǎng)保持率。

圖1 18650 電池殼

通過對(duì)18650鋰電池殼結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸進(jìn)行研究分析，并調(diào)研某公司生產(chǎn)的18650 電池殼企業(yè)交付下游市場(chǎng)的運(yùn)輸要求，利用SOLKDWORKS 三維軟件設(shè)計(jì)出符合要求的收料箱。

基于上述調(diào)研、分析結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，綜合考慮并設(shè)想18650鋰電池殼經(jīng)收料機(jī)收料、整理、裝箱的思路。經(jīng)過往復(fù)分析研究、設(shè)計(jì)出18650 鋰電池殼收料機(jī)，并經(jīng)SOLIDWORKS三維軟件反復(fù)調(diào)試仿真，確保該收料機(jī)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)成形的18650鋰電池殼進(jìn)行收料并整理排列成箱。該收料機(jī)操作簡(jiǎn)單，稍經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)方可上崗，有效地節(jié)省了人力、物力，并騰出先前由人工裝配占用的空間，效率提高的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的利潤價(jià)值。

1 收料箱設(shè)計(jì)

18650 鋰電池最大的缺點(diǎn)是體積固定，市面上很多聚合物鋰電池等都是可定制的。但18650 鋰電池這一缺點(diǎn)也是它的優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)某些指定規(guī)格的產(chǎn)品來說又有優(yōu)勢(shì)，借此特點(diǎn)設(shè)計(jì)的收料箱可適應(yīng)所有企業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)18650 鋰電池殼。

18650 電池殼收料箱，可對(duì)電池殼生產(chǎn)商生產(chǎn)的電池殼進(jìn)行收集、整理、裝箱，便于運(yùn)輸至電池殼承接企業(yè)，為后續(xù)的電池生產(chǎn)裝配工作提供原料。對(duì)18650 鋰電池殼尺寸進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)的收料箱擬計(jì)劃以15行、10列裝滿1箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，15 行電池殼長度尺寸：18 mm×15 ＝270 mm；10列電池殼寬度尺寸：18 mm ×10 ＝180 mm；高度尺寸：65 mm。

設(shè)計(jì)收料箱時(shí)，需考慮推送機(jī)構(gòu)能順利將電池殼推入收料箱，應(yīng)留有一定的間隙。收料箱內(nèi)腔尺寸設(shè)計(jì)為182 mm × 280 mm × 66 mm，以保證18650 電池殼在氣缸推動(dòng)下順利進(jìn)入收料箱，收料箱尺寸規(guī)格如圖2所示。

圖2 收料箱尺寸

2 收料機(jī)設(shè)計(jì)

收料機(jī)具體由傳送裝置、計(jì)數(shù)裝置、檢測(cè)裝置、伺服裝置及氣缸等部分組成。18650 鋰電池殼生產(chǎn)完成后，自上一工序經(jīng)傳送裝置進(jìn)入電池殼收料線，經(jīng)S形通道由皮帶輸送線進(jìn)入收料機(jī)，如圖3所示。

圖3 電池殼入料

電池殼進(jìn)入收料機(jī)S形通道后，由傳送帶引導(dǎo)其往后移動(dòng)，傳送帶作為電池殼持續(xù)傳送的主要傳動(dòng)裝置，能緩和載荷沖擊、運(yùn)行平穩(wěn)無噪聲、制造和安裝精度不像嚙合傳動(dòng)那樣嚴(yán)格、過載時(shí)引起打滑，防止其他零件損壞、增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件。

2.1 傳感器

電子傳感器設(shè)備作為自動(dòng)化設(shè)施、設(shè)備的關(guān)鍵檢測(cè)、反饋裝置，在目前科技發(fā)展高速發(fā)展下，電子傳感器較大程度上應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)檢測(cè)、感應(yīng)、反饋等場(chǎng)合［6］。

18650 電池殼收料機(jī)布置3個(gè)傳感器，計(jì)數(shù)傳感器1控制并計(jì)錄經(jīng)皮帶傳送過來的電池殼數(shù)量，當(dāng)數(shù)量累積至10 個(gè)構(gòu)成一排并經(jīng)過位置檢傳感器2 檢測(cè)位后，位置檢測(cè)傳感器2指示燈亮起，并將檢測(cè)信號(hào)反饋至PLC處理，啟動(dòng)檔板在皮帶滑動(dòng)下，攔住電池殼往后繼續(xù)傳動(dòng)。計(jì)數(shù)傳感器3 計(jì)錄收料箱被推入成排電池殼行數(shù)，每推入一行，將信息反饋至PLC，啟動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)收料箱往下移動(dòng)18 mm。計(jì)數(shù)傳感器記錄被推入15行時(shí)，將信號(hào)反饋至PLC，啟動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)收料箱往運(yùn)動(dòng)從出口處落下。

2.2 推送機(jī)構(gòu)

位置檢測(cè)傳感器2 檢測(cè)到成排電池殼后，指示燈亮并將信號(hào)傳遞給PLC處理，啟動(dòng)控制氣缸運(yùn)動(dòng)，將成排的電池推入收料箱，如圖4所示。

圖4 氣缸推動(dòng)電池入箱

2.3 伺服系統(tǒng)

當(dāng)收料箱被推入一排電池殼后，由傳感器3計(jì)數(shù)并將信號(hào)反饋至PLC，控制并啟動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)收料箱往下移動(dòng)18 mm，以準(zhǔn)備接收下一排電池殼。當(dāng)傳感器3 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到15時(shí)，傳感器3 指示燈亮起，表示一箱已裝滿。傳感器3 將信號(hào)反饋于PLC，控制伺服電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)收料箱往下運(yùn)動(dòng)，落入出口處，如圖5所示。

圖5 伺服電機(jī)推動(dòng)收料箱下移

2.4 機(jī)架

電池殼收料機(jī)設(shè)備因重量較輕，機(jī)架材料選擇由鋁合金型材制造，各部位通過螺栓進(jìn)行聯(lián)接。機(jī)架下面設(shè)置滾輪，用于移動(dòng)，使得收料機(jī)可進(jìn)行位置移動(dòng)。

3 電氣傳動(dòng)及控制部分設(shè)計(jì)

PLC技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，有效提升企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量、提高企業(yè)生產(chǎn)效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域企業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［7］。經(jīng)與電池殼生產(chǎn)企業(yè)確認(rèn)，電池殼收料機(jī)采用PLC 作為控制器以接收反饋信號(hào)并發(fā)出指令指制氣缸、伺服系統(tǒng)完成上述工作。

基于上述分析，該收料機(jī)采用PLC、伺服電機(jī)、計(jì)數(shù)傳感器、位置檢測(cè)傳感器、氣缸、傳送機(jī)構(gòu)等全自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)18650鋰電池殼實(shí)現(xiàn)裝箱、整理、裝箱，I/0地址分配如表1所示。

表1 I/O地址分配表

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的18650 電池殼收料機(jī)，利用簡(jiǎn)單的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)滿足對(duì)18650 鋰電池殼的收集、整理、裝箱要求，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化對(duì)18650鋰電池殼自生產(chǎn)成型至裝箱。有效解決了人工裝箱效率低下及節(jié)約成本的問題，且為企業(yè)生產(chǎn)騰出了因人工裝配所需的空間，為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約了人力資源及成本。