R20電池鐵殼小片分片機構的設計

鄧慶安

(廣州市虎頭電池集團有限公司,廣東廣州 510655)

目前,本公司R20電池鐵殼小片由鐵殼開小片機生產。每次從鐵殼開小片機出來的鐵殼小片為6片,由于只用簡單的收集槽進行收集,造成鐵殼小片部分重疊;鐵殼成型機要求鐵殼小片疊放整齊一致,會增加工人的分片工作量。

本文作者設計了一種收集鐵殼小片的分片機構,以期能夠減輕勞動強度、提高工作效率。

1 現有結構的分析

接片槽與鐵殼開小片機的相對位置如圖1所示。

圖1 接片槽與鐵殼開小片機的相對位置Fig.1 The relative position of piece collecting tank and the machine producing small pieces of iron shell

接片槽將鐵殼開小片機開出的鐵殼小片一層層地疊放起來,以方便工人整理后放入專用鐵殼小片收集盤中,等待轉入下一工序。設計的鐵殼開小片機每次開出的片數為6～8片。若忽略空氣阻力,鐵殼小片從出片口落入接片槽的過程是平拋運動[1],鐵殼小片在飛行下落時,會先碰到接片槽的背面,再反彈下落到接片槽的底部。由于每片鐵殼小片分別被左右兩邊的上、下刀剪出,受刀具角度及磨損等因素的影響,刀具對鐵殼小片有一個水平推力的分力,使鐵殼小片飛出時并非完全垂直于視圖平面,而是有一個角度(α)。雖然這個角度很小,但隨著飛行距離(Y)的增加,它的水平位移(X)也增大。另外,每對上、下刀旁附帶的橡膠輪推動鐵殼小片向前運動,由于磨損等因素的影響,每對上、下橡膠輪的推力不同,造成鐵殼小片與接片槽背面相碰時的高度有所不同,反彈下落的角度也會不同,下落的時間就會有差異。這樣,鐵殼小片之間就會出現相鄰邊有部分重疊的現象。當接片槽中的鐵殼小片較多時,手工分離的難度較大。

2 方便分離鐵殼小片的新結構

針對上述問題,本文作者設計了一種鐵殼小片分離的結構,如圖2所示。

圖2 分片機構結構示意圖Fig.2 Structure diagram of the separating device

該結構主要包括滾輪軸、滾輪(安裝在滾輪軸上)、導片支架、導片槽(安裝在導片支架上)。滾輪軸及安裝在滾輪軸上的滾輪,安裝在鐵殼小片的出片口與導片槽之間,通過兩端的支撐桿固定在鐵殼開小片機的機臺面上,在它們的后面安裝導片支架及嵌接在導片支架上的導片槽。以上部分構成電池鐵殼小片的分片機構。為了能夠迅速地收集分離好的鐵殼小片,還增加了鐵殼小片的輸送裝置和鐵殼小片的收集機構等附加機構。

滾輪軸可采用直徑為6～10 mm的不銹鋼,長度由開小片機的出片口長度而定,兩端與支撐桿相連。滾輪可采用深溝球軸承或滾針軸承等。滾輪的數量由鐵殼開小片機每次開出的片數而定,每兩個滾輪組成一對,支撐一片鐵殼小片。同組滾輪之間的距離由鐵殼小片的長度而定,一般通過鐵殼開小片機裁出的R20鐵殼小片長度為112.5 mm,則同組滾輪之間的距離以70～80 mm為好。

在滾輪軸之后安裝著導片支架,結構示意圖見圖3。

圖3 導片支架與導片槽的結構示意圖Fig.3 Structure diagram of the guide support and guide groove

導片支架由2 mm厚的不銹鋼板彎曲而成。在導片支架的垂直面上開有等間距的槽,用于裝配導片槽。槽的寬度、高度分別為1 mm和50 mm,槽的水平間距為116 mm,可采用線切割進行加工。導片槽由1 mm厚的不銹鋼板制作,導片槽的形狀較復雜,上部的尺寸為70 mm×60 mm,在其右端有一個2 mm×50 mm的凸臺,以便嵌入導片支架的槽中,使導片槽與導片支架連接。導片槽的下部為寬70 mm、兩邊高8 mm的凹槽,使鐵殼小片能夠沿其下滑。導片槽的上、下部分由同一片不銹鋼板彎成135°,不需焊接。為增加導片槽與導片支架連接的剛性,可在導片槽的下部與導片支架之間增加托條。

分片機構的工作原理:以鐵殼開小片機每次開出6片為例,如圖4所示,以上刀、下刀為一組,一共有7組刀,從左到右編號為第1—7組,其中第4組刀為中間位置,正對導片支架的中間槽,導片支架的中間開有寬2 mm、高50 mm的槽,以該槽為中心,左、右兩邊等間距(116 mm)開有寬 1 mm、高50 mm的槽。

圖4 分片機構的工作原理圖Fig.4 Working schematic diagram of the separating device

鐵殼開小片機上、下刀的水平間隙僅有0.20～0.30 mm,因此被上、下刀剪出的鐵殼小片之間的間隙也很小,鐵殼小片在飛離上、下滾筒前排列整齊。安裝在滾輪軸上的滾輪外圓最高點要求略低于下滾筒外圓最高點0.5～1.0 mm,且兩個最高點之間的距離約為鐵殼小片高度(60.5 mm)的1/2,當一片鐵殼小片的一半面積將移出下滾筒前,能夠被相對應的一對滾輪支撐,鐵殼小片就能不作平拋運動,而是在滾輪表面平滑移動。

在滾輪后是安裝在導片支架上的導片槽。導片槽上部分邊緣的高度略低于滾輪外圓最高點0.5～1.0 mm,上部分邊緣距滾輪外圓最高點的最短距離為鐵殼小片高度的1/2,因此鐵殼小片在完全移出下滾筒前,又會被導片支架上的導片槽的上部分支撐。這樣就能保證鐵殼小片從滾筒到導片槽上部分邊緣的平滑移動,相鄰鐵殼小片繼續保持位置的整齊。相鄰導片槽的間距為116 mm,大于鐵殼小片的長度112.5 mm,從滾輪移動到導片槽上部分邊緣的過程中,鐵殼小片的支撐點由4個變為3個,重心向沒有支撐點的部分傾斜[2]。當鐵殼小片完全移出滾輪,移到導片槽上部分邊緣的時候,鐵殼小片只有一邊在導片槽上部邊上,另一邊完全沒有支撐,是懸空的,在重力和支撐力的相互作用下,鐵殼小片由于失去平衡,向沒有支撐的一邊傾斜;同時,鐵殼小片會繼續在導片槽上部分邊緣滑動。當鐵殼小片的邊碰到支撐架的背面時,它的動量幾乎為零,一邊向導片槽的下部分移動,而底面在導片槽上部分邊緣上滑動。最后,整片鐵殼小片落入導片槽的凹槽,沿著凹槽下滑到對應的輸送帶上,完成分片的整個過程。鐵殼小片通過對應的輸送帶,最后由收集機構(收集槽)進行收集。

該設計的特點是利用鐵殼小片受到重力及導片槽上部分邊緣支撐力的相互作用,由于重心和支撐點的不同,使鐵殼小片產生沿導片槽下滑的運動,實現鐵殼小片的分離[3]。

3 使用設備前后人力、工時對比

使用傳統的接片槽時,由于接片槽的容積有限,一臺鐵殼開小片機工作5～10 min就要更換一次接片槽,同時要把更換下來的接片槽中的鐵殼小片進行手工分離,手工操作的強度大。要在幾分鐘的時間內把相互疊放的鐵殼小片分離并放入專用收集盤中,為下一次更換接片槽做準備。實際操作過程中,有時會出現鐵殼小片較難分離,要停機處理。基于以上原因,崗位要求是一名男操作工操作一臺鐵殼開小片機。

表1 使用分片機構前后的人力、工時對比Table 1 The comparison of labour and working hours

使用分片機構后,鐵殼小片由收集槽進行收集,而且槽中的鐵殼小片排列整齊,無需手工分離,只要直接把收集槽中的鐵殼小片移入收集盤即可,工作強度大大降低,在生產相同數量鐵殼小片時,耗用時間也相對減少。

使用設備前后的數據見表1。

從表1可知,使用設備前后,每臺需要的操作人數均為1人,但使用前要求操作工是男性操作工,使用后操作工男女均可。生產相同數量的鐵殼小片,平均耗時減少8%左右。

4 結論

設計的鐵殼小片分片機構,可一次性完成鐵殼小片的分離,減輕人工的勞動強度,提高生產效率。

鐵殼小片分片機構是在鐵殼開小片機出片處附加的功能結構,未對鐵殼開小片機的結構造成影響,也不需要為鐵殼開小片機增加分片功能而進行結構改造,節約了成本。

[1] CHEN Yi-sheng(陳宜生).物理學[M].Tianjin(天津):Tianjin University Press(天津大學出版社),2005.8-47.

[2] LIU Feng(劉鋒),YU Qi-cai(禹奇才).工程力學[M].Guangzhou(廣州):South China University of Technology Press(華南理工大學出版社),2002.89-98

[3] WU Zong-ze(吳宗澤).機械設計實用手冊[M].Beijing(北京):Chemical Industry Press(化學工業出版社),2003.