一種熱熔斷體墊片自動裝填設備的研究

陳曉春，崔聯合

CHEN Xiao-chun，CUI Lian-he

(江陰職業技術學院，江陰 214405)

0 引言

熱熔斷體也稱為保險絲，它主要適用于家用電器及工業設備如：電風扇、電機、電飯鍋、電炒鍋、消毒柜、電熱開水瓶等的短路、過載過熱保護。將熱熔斷體串接于設備線路中，當設備不正常工作而導致溫度升高至設定的保護值時，保險絲動作切斷電路，防止安全事故產生。常用的RY型熱熔斷體其結構由金屬外殼、感溫藥粒、前銅墊片、后銅墊片、鼓簧、動觸片、直簧、瓷珠、鉚接線和觸點線等組成，如圖1所示。

圖1 RY型熱熔斷體結構示意圖

RY型熱熔斷體的生產流程是：外殼鉚接→打引線→裝感溫藥粒→裝前銅墊片→裝鼓簧→裝后銅墊片→裝動觸片→裝觸點線→裝直簧→復口→扎形→點膠→清洗，其中向熱熔斷體外殼中裝填感溫藥粒、前銅墊片、后銅墊片、鼓簧、動觸片、直簧等材料時基本上是采用手工裝填的。因其生產工藝多、工序復雜，工人的勞動強度相當高，同時勞動生產效率也較低；其次，由于手工裝填，產品質量不一致性現象相當嚴重，故而時常會生產大量廢品，這種現象造成了大量人力、物力、財力的浪費。另外，由于對已裝填好的熱熔斷體進行裝配質量檢測難度較大，若具有裝配質量問題的熱熔斷體應用到電器設備中，其結果可能造成電器設備溫度異常升高，最終會導致設備不能正常工作，甚至燒毀。筆者根據熱熔斷體生產工藝過程中，需要向熱熔斷體內裝填兩次銅墊片的工序，研究一種自動裝填熔斷體銅墊片的設備，以實現熱熔斷體的自動化生產過程，提高生產效率和產品質量。

1 結構設計

1）結構總體設計思路 研究的熱熔斷體墊片自動裝填設備主要由裝夾熱熔斷體管的模具、滑臺、盲孔篩、盲孔篩蓋板、刮板機構、墊片回收裝置、升降機構、翻轉機構等組成，如圖2所示。

圖2 熱熔斷體墊片自動裝填設備示意圖

待裝填的熱熔斷體管裝在一模具里，模具可以由滑臺帶著左右移動，便于熱熔斷體管的裝卸。剛開始時盲孔篩的盲孔口朝上如圖2(b)所示，向盲孔篩上倒入墊片，由刮板機構將墊片刮入到盲孔里，多余的墊片則有墊片回收裝置收回，然后盲孔篩的蓋板機構移動，將刮入到盲孔里的墊片蓋住，接著由翻轉機構將盲孔篩翻轉180°，使盲孔篩的盲孔口朝下如圖2(a)所示，接下來升降機構帶著盲孔篩向下運動，推動盲孔篩向著模具里的熱熔斷體管靠近，設計時盲孔篩的盲孔口與模具裝夾的熱熔斷體管位置一一相對，當盲孔篩靠近到熱熔斷體管時，盲孔篩的蓋板打開，這時盲孔里的墊片就會落入到熱熔斷體管里，完成一批次熱熔斷體管墊片的自動裝填。

2）結構設計方案 本文研究的熱熔斷體墊片的自動裝填設備設計成兩個工作位，上下料工作位和裝填工作位，上下料工作位是裝卸熱熔斷體管模具的地方，如圖2中7所在位置，待加工的熱熔斷體管裝夾在模具里；裝填工作位即是完成墊片自動裝入熱熔斷體管內的地方，如圖2中4所在的位置。設備框架采用型材鋼制結構，滑臺、刮板機構、升降機構、翻轉機構和蓋板機構等運動部件采用便于控制的氣動機構實現。其中滑臺可以左右移動，升降機構可以上下移動，他們分別用一個雙作用氣缸實現，刮板機構主要由刮板和一筆型氣缸組成，盲孔篩的蓋板機構由一個十字架和一塊上面有許多圓孔（與盲孔篩的盲孔數目和大小一致）的蓋板構成，在初始狀態時，蓋板在盲孔篩上方并與盲孔篩緊貼如圖2中9所示，十字架在盲孔篩的下方，十字架在兩個雙作用氣缸的作用下可以帶著蓋板上下、左右移動，盲孔篩翻轉180°后如圖2中2所示，翻轉機構主要用轉角氣缸實現盲孔篩的180°翻轉。本文設計的熱熔斷體墊片自動裝填設備結構如圖3所示。

圖3 熱熔斷體墊片自動裝配裝置結構圖

2 控制系統設計

上述設計的熱熔斷體墊片自動裝填設備工作流程是：盲孔篩在初始位置時滑臺右移到上料工位→裝上有熱熔斷體管的模具→滑臺左移到裝填工位→向盲孔篩上倒入墊片→刮板移動將墊片刮入到盲孔里→多余的墊片落入接收盒并收回→十字架的豎直氣缸動作使蓋板先上移→十字架的水平氣缸動作使蓋板再向左移動→蓋板蓋住盲孔篩里的墊片→翻轉機構在轉角氣缸的工作下將盲孔篩翻轉180°使盲孔篩的盲孔口朝下→升降機構下移→使盲孔篩的盲孔口靠近模具里的熱熔斷體管口→十字架的水平氣缸帶著蓋板向右移動，打開盲孔口→墊片剛好落入對著的熱熔斷體管里→十字架的豎直氣缸復位讓蓋板盲孔篩緊貼在一起→升降機構上移→翻轉機構翻轉復位→盲孔篩回到初始位置，完成一次墊片的自動裝配動作。

2.1 氣路系統設計

從熱熔斷體墊片自動裝填流程可知，設備中設計的滑臺、刮板機構、升降機構、翻轉機構和蓋板機構以及墊片回收機構的運動分別由五個雙作用氣缸、一個筆型氣缸和一個轉角氣缸等七個氣缸控制的，以完成熔斷體管模具的裝卸、盲孔篩的旋轉、裝填墊片等動作。其氣路系統設計如圖4所示。

圖4 熱熔斷體墊片自動裝填設備的氣路系統圖

2.2 控制電路設計

由上文可知，為保證在熱熔斷體墊片的自動裝填過程各氣缸的有序動作，完成向熔斷體金屬外殼內自動裝填墊片的工藝，在這個裝填過程中共要控制7氣缸的13個動作，每個動作有1 個電磁閥控制，各氣缸行程采用磁性傳感器控制即可實現精確定位、轉位。加上氣泵的啟動、停止控制，設備至少要15個輸入控制點，14個輸出控制點，再考慮一點余量，所以本系統選用了小型西門子S7-200 CPU226的PLC作為控制器來實現整個自動裝填過程的控制，PLC輸入輸出地址分配如表1所示。

表1 PLC輸入輸出地址分配表

實現熔斷體墊片的自動裝填動作的控制電路如圖5所示。

圖5 熱熔斷體墊片自動裝填設備的電氣控制原理圖

2.3 控制程序設計

本自動裝配設備在各種檢測傳感器和時間繼電器的控制下，按裝配工藝流程進行順序邏輯控制，其控制程序流程圖如圖6所示。

圖6 熱熔斷體墊片自動裝填設備的控制程序流程圖

3 結論

文章研究的熱熔斷體墊片的自動裝填設備主要是用7個不同的氣缸作為滑臺、刮板機構、升降機構、翻轉機構、蓋板機構及墊片回收機構的重要部件，并由PLC按照熱熔斷體墊片裝填的流程設計自動控制程序，實現熱熔斷體墊片的自動裝填控制。與現有技術相比，具有如下優點：

1）生產效率是目前的2～3倍，且工人的勞動強度大幅降低。

2）該自動生產設備可一批次完成300只熔斷體墊片的裝填。

3）所有各機械運動采用PLC控制，使產品質量更加穩定可靠。

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