熱電池天然云母條自動裝配設備設計

2021-10-11 06:17:16李睿智郝永平張嘉易劉志強

機械工程與自動化 2021年5期

李睿智，郝永平，張嘉易，劉志強

(沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽 110159)

0 引言

熱電池[1]又叫熔鹽電池，是一種一次性使用的不可逆的化學能源，因其具有快激活、長壽命、大功率、不受環境限制[2]等特點，已成為軍事領域中現代化武器十分理想的電源。隨著軍事上對熱電池需求量的增加，手工裝配的效率與精度不能滿足其高需求量[3]，所以對熱電池自動裝配設備的設計變得尤為重要。

熱電池主要由電堆、引燃條、人造云母圍子、天然云母條、保溫棉、電池蓋和電池外殼等構成，其裝配工序大致分為人造云母圍子的纏繞、天然云母條的放置、保溫棉的纏繞和電池蓋與殼體的焊接4個部分。天然云母條在熱電池中起絕緣作用，位于電堆引線與電堆之間，以防止電堆中單體電池發生短路造成電池的失效。天然云母條比引燃條寬約2 mm，厚度為0.07 mm～0.09 mm，人工裝配不僅難度較大，且裝配效率極低，為此本文針對一類熱電池的云母條裝配工藝設計了天然云母條的自動裝配設備，以完成在熱電池裝配中的云母條裝配。

1 云母條裝配工藝分析

圖1為熱電池云母條裝配模型。云母條裝配前的狀態如圖1(a)所示，手工裝配流程中，用鑷子夾取天然云母條放置于人造云母圍子負極引線內側，然后立即將負極引線彎折，并用手壓住天然云母條與引線，如圖1(b)所示，再用少量聚酰亞胺膠帶對云母條及引線進行局部固定，以防止膠帶過多對熱電池工作時產生影響，裝配完成后的熱電池模型如圖1(c)。

圖1 熱電池云母條裝配模型

在保證熱電池本身性能的前提下，使用機械設備進行自動化裝配對原有的手工裝配流程做出以下更改：

(1)預先在天然云母條裝配位置點一列與聚酰亞胺膠帶持有相同特性的液態膠，然后將天然云母條貼在該處，再進行引線的彎折工作。

(2)取消引線外側起固定作用的膠帶，以減少電池工作時膠帶因受熱產生氣泡而對熱電池本身性能的影響。

2 云母條裝配設備方案設計

根據云母條裝配工藝，設計的裝配設備由天然云母條點膠機構、送料機構、引線彎折機構和旋轉工作臺組成，其整體結構如圖2所示。

圖2 云母條裝配設備整體結構圖3 云母條點膠機構圖4 云母條送料機構

2.1 云母條點膠機構

點膠部分由一個微型精密直線模組與點膠閥構成，如圖3所示。微型精密直線模組可根據不同型號熱電池尺寸精確控制點膠的行程。

2.2 云母條送料機構

云母條送料機構由送料輪組、云母條盤、電機、氣缸組成，如圖4所示。采用盤形送料結構、氣動擠壓切斷與光電傳感器[4]并行的方式來保證送料過程的連續性。電堆先通過旋轉工作臺將點膠后的電堆轉至貼云母片的工位，當臺板下方傳感器檢測到電堆負極引線位置時，工作臺停止旋轉，送料機構開始運行。當物料送至電堆底端時觸發傳感器，送料機構停止運行，同時氣動擠壓切斷機構迅速伸出，完成對云母條的靠緊與切斷動作。

2.3 引線彎折機構

引線彎折機構由三組氣缸組成，如圖5所示。電堆通過旋轉工作臺切換到負極引線彎折所需要的工位，彎折引線工位設置有光電傳感器，用來檢測負極引線的位置，以激活彎折引線工序，然后三組氣缸分別在其對應的位置依照順序對負極引線做出方向調整。

圖5 引線彎折機構

2.4 旋轉工作臺設計與分析

旋轉工作臺主要負責電堆在各個工位之間的轉換，工作臺的旋轉精度會直接影響到裝配的質量。旋轉臺由伺服電機、氣缸、電氣比例閥、摩擦片等組成，如圖6所示。本旋轉臺在旋轉過程中要始終保持電堆的中心位置，只對其旋轉角度進行修改，這也是區別于一般旋轉工作臺的地方。由于熱電池電堆中單體電池片的特殊性，應盡可能地減少片與片之間的摩擦，且要保持電堆有足夠的壓力能夠使其平穩旋轉，故在電堆座與下壓柱的表面貼有摩擦片，下壓氣缸與電氣比例閥相連，以達到平穩的氣流輸出。旋轉臺所選元件型號參數見表1。