堿性電池高速隔離管制造機的設計與開發

應興明

（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的設計與開發

應興明

（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的設計目的、基本原理、設計的各個參數要求，以及使用時注意的各方面要點。通過設備的開發，能夠大大提高堿性電池流水線的生產速度，減少設備投入和用工成本，同時提高了設備的安全性，提升了堿性電池流水線組裝設備的國產化水平。

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，內部填充鋅膏以保持正負極的隔離作用，并要求不能有任何的漏洞和金屬雜質。傳統的低速堿性電池生產線隔離管插入部分是將已經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備，同時在生產線中由于隔離管的特殊構造限制了設備的生產速度。本文介紹了一種新設備，該設備的設計參考了國外最新技術，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線上完成，避開了隔離管的輸送速度的限制，可以提高電池的生產速度。

1 低速隔離管插入設備的現狀分析

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

1）步進式。其工作原理是將隔離管通過振動料斗分成每排10～15道送到插入桿中，然后通過插入桿插入鋼殼內，插入的過程是單步的運行過程。

2）連續旋轉式。其工作原理是將隔離管通過振動料斗送入轉盤內，然后通過插入桿將隔離管插入鋼殼內，插入過程是連續運行的過程。

以上2種方式存在如下幾個問題：

1）都必須采用振動料斗進行供料，隔離管在振動料斗中必須進行方向篩選，這樣在生產過程中隔離管經常會出現不穩定狀態，同時料斗的振動速度也影響整體設備的效率。

2）隔離管都必須經過搬運和跑道進行輸送，由于隔離管是紙制物品，其中心是空心狀態，在搬運過程或跑道輸送過程中經常發現隔離管被擠壓變形和污染，造成設備故障率上升，從而影響電池的質量。

圖1 設計方案

3）需要專門一臺隔離管卷繞成型設備，流水生產線只進行隔離管插入這一工藝，這樣流水生產線就需要配套的隔離管卷繞成型設備及相應的人員、場地，甚至車間等資源。

2 高速隔離管制造設備的設計方案

如圖1所示，本方案設計將整合隔離管卷繞成型設備和隔離管插入設備，使之成為一臺高速設備應用于生產線上，隔離紙經過在線剪切、卷繞成型、底部熱縮后直接插入鋼殼，這幾個工藝步驟在一個大轉盤內連續運轉中完成，同時隔離管不需要經過傳輸跑道，可以大大提高生產速度。設備的機構組成如下：

1）隔離紙的輸送和在線剪切機構。將隔離紙按技術要求裁剪成一定長度，并通過真空吸力固定在轉盤上，以備下一道工序進行卷繞。

2）隔離紙的卷繞、底部熱縮機構。主要是將裁剪好的隔離紙通過卷繞桿卷繞成圓柱狀，然后對底部進行預成型縮口，最后對底部預成型縮口部分進行加熱完成全面的封口過程。這一部分是整臺設備的重點工藝，底部縮口的狀態對電池質量影響是最大的。

3）鋼殼輸入機構。將鋼殼定位于大的旋轉轉盤上，保持與隔離管同軸狀態。

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

5）次品的檢測及自動排除機構。本設備集成智能化，就可以在線檢測隔離管插入不良、無隔離管等異常，不需要停機就可以在線剔除次品。自動剔除部分主要采用伺服控制系統，通過伺服電機的準確啟停時間和高轉速來控制擊打機構。

6）成品輸出機構，本機構主要是將成品鋼殼送入下一道工序中。

3 主要機構的設計要點分析

3.1 隔離紙的在線剪切

隔離紙通過壓輪4的帶動進入切刀5進行裁剪，裁剪后通過真空吸力固定于吸盤中，根據電池技術工藝要求，隔離紙剪切后的長度要求為L，這樣在設計壓輪的直徑上需要精確的計算。如圖2所示轉盤齒輪Z1分別帶動切刀齒輪Z2和壓輪齒輪Z3旋轉，將隔離紙進行輸送和裁剪，設真空吸盤吸附隔離紙個數為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，經過裁剪后的隔離紙將吸附于吸盤表面上，在設計傳動比和吸盤的直徑時需要注意隔離紙輸送線速度必須小于吸盤旋轉的線速度，以保證隔離紙能均勻分布于吸盤中。

圖2 隔離紙剪切結構圖

3.2 隔離紙的卷繞和熱縮成型

如圖3所示，隔離紙通過吸盤的輸送進入導向模3，導向模3內有卷桿2在做自轉運動，隔離紙1一進入導向模3就被壓輪皮帶壓入卷桿2，隔離紙1就跟著卷桿2旋轉，形成底部空心的圓柱形狀。隔離紙管在自轉過程中沿著預成型塊4運動，這樣其底部形成褶皺封口狀態，然后經過加熱塊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，因此卷桿2的外徑尺寸是受控的，同時為了保證隔離紙1在導向模3內成型，卷桿2與導向模3的間隙需嚴格要求。另外影響隔離紙卷繞質量的因素還有卷桿2和壓輪皮帶的卷繞速度，因時間的限制，此機構未經過工藝開發，故而采用伺服電機來驅動卷桿2和壓輪皮帶的旋轉。這樣在調試過程中可以確定較好的旋轉速度。加熱塊5通過溫控器來控制加熱管的通斷，進而控制加熱塊的溫度，經過實驗驗證保持加熱塊5溫度在250～270℃之間，隔離管底部熱縮狀態較好。

3.3 隔離管的插入和卷桿的退出

經過熱縮的隔離管在卷桿2的帶動下，插入鋼殼的錳環中，卷桿2的上下運動通過圓柱凸輪的帶動。由于隔離管與卷桿2的配合非常緊，在隔離管插入錳環退出后非常容易將隔離管帶高，從而造成次品，因此需設計一個反轉機構，使卷桿2在退出的過程中進行反向轉動，避免隔離管被帶出。

本設備在原有的隔離管插入機構中增加了一套中心頂桿，即保證卷桿2和中心頂桿一同將隔離管插入鋼殼底部后，卷桿2提升而中心頂桿保持插入狀態，待卷桿2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，減少次品的發生。但是增加了設備的復雜程度，給設備日常的維護保養帶來困難。

3.4 次品剔除

為了保證設備的運行效率，避免由于生產出的次品造成設備停機，設計采用在線自動剔除機構。本機構采用伺服電機驅動偏心凸輪，電機每旋轉一周就執行一次剔除運動，由于伺服電機轉速可以設置高達6 000 r/min，因此設備不需要停機就可以在線執行剔除的動作。

4 結語

目前，這種設計已經投入堿性電池高速生產線的使用，電池生產速度高達600只/min，從實際使用情況來看，該設備運行平穩、次品率低，滿足公司的要求，同時達到了設計目的。該設備對提高電池流水線生產速度和減少配套設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

應興明（1977—），男，工程師，主要從事設備的研制、開發和設計工作。

2014-03-05