新型割草機電池包自動壓裝銷釘設備的設計

劉青青 陳葉娣 唐莉 沈天成 胡瑩睿

常州機電職業(yè)技術學院，中國·江蘇 常州 213164

1 引言

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟建設和發(fā)展的基礎產(chǎn)業(yè)，中國是農(nóng)業(yè)大國，科學技術作為第一生產(chǎn)力不斷融入中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設，逐步實現(xiàn)規(guī)模化、機械化、智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。因此農(nóng)用設備的防護與改良升級不僅關系著生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的質量與效率，還與使用者的人身安全息息相關，從設備的生產(chǎn)到使用必須確保每一個零件精準、牢固安裝。

2 研究背景

割草機在使用過程中，電池包可能受到尖銳物體沖擊致使其內(nèi)部動力電池發(fā)生擠壓變形，從而引發(fā)漏電、漏腐蝕液、起火燃燒、甚至爆炸等安全事故。動力電池包是一個相對危險的產(chǎn)品，讓整個電池包結構更強、更耐撞擊，對外來壓力進行分解和吸收；當電池包變形時，預留足夠的變形空間、增加緩沖介質；當撞擊侵入電池包造成高壓回路短路時，電池防爆閥及時實現(xiàn)自動打開，做到確保電池不爆炸很有必要。

除了對電池包設計安全防護結構、為電池包預留變形空間、加強電池包外殼合金框架強度、對電池電芯設置防爆閥等措施[1]，精準迅速地壓裝電池包保護殼體的銷釘這項工作對于穩(wěn)固安裝保護殼體、防止電池模組受到擠壓變形、延長動力電池包使用壽命、提高工作效率都有著積極的意義[2]。

3 銷釘壓裝痛點分析

銷對機械設計中零件之間的定位有著重要作用，銷的基本形式是圓柱銷和圓錐銷。圓柱銷通過微量過盈固定在銷孔中，多次拆裝將會降低定位精度；而圓錐銷可以實現(xiàn)自鎖，通過錐面的擠壓作用固定在銷孔中，定位精度高，易于安裝，可多次拆裝[3]。銷孔可以線切割或鉸制，設計時應注意使銷釘?shù)亩ㄎ粶蚀_有效，做到拆裝方便、受力合理，還要注意不要因為在零件上有銷孔而使零件的強度受到削弱，導致斷裂失效等情況的出現(xiàn)。

銷釘作為重要緊固件，裝配失誤可能導致零部件之間連接松動，造成設備晃動、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等不良影響，更進一步可能導致電氣或機械功能故障，影響設備正常運轉，并存在一定安全隱患[4-5]。因此銷釘?shù)难b配必須嚴格遵照裝配工藝流程規(guī)范，而許多工件裝配過程中都是人工手動壓裝銷釘，手工壓裝裝配存在很多問題：手工壓裝力道不易控制，過重會使銷釘變形，過輕則銷釘難以到位，費時費力效率低，產(chǎn)品報廢率高、質量穩(wěn)定性差[6]。在機械制造業(yè)，有大量的零件需要加工、裝配。基于這些情況，迫切需要一種裝備壓裝效率高，報廢率低的裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工生產(chǎn)。

4 新型銷釘壓裝設備的應用

4.1 設備概要

論文針對現(xiàn)有壓裝銷釘技術存在的缺陷提供一種新型的割草機電池包自動壓裝銷釘裝置。該裝置有四大部分組成，包括治具座，上料口，壓裝裝置和氣動單控裝置。通過人工擺放殼體至治具槽內(nèi)，放置銷釘至上料口工件放置到位后（也可一次放5-8PCS 銷釘備用，可小幅度縮短節(jié)拍時間），雙手同時按下氣動單控裝置中的啟動按鈕后，壓裝裝置推動銷釘快速壓入工件槽口內(nèi)（見圖1、圖2）。

圖1 設備治具座裝置與上料口裝置俯視剖切視圖

圖2 設備壓裝裝置與氣動單控裝置主視圖

4.2 技術方案

治具座裝置包括底板、底座手柄、殼體尾部擋板、快速夾具、殼體前部固擋板、夾具置放臺、工件臺；工件臺上方有兩個圓柱與殼體上方的孔對接；底板與底座手柄螺釘連接，工件臺螺釘連接在底板的上方。殼體前部固擋板螺釘連接安裝在工件臺的上方，殼體尾部擋板螺釘連接在工件臺的上方。夾具置放臺與底板固定螺釘連接。快速夾具固定在夾具置放臺上方。上料口包括快捷上料槽口。快捷上料槽口安裝在底板的上方，通過固定螺釘連接，且與工件臺的殼體尾部擋板接觸。壓裝裝置包括割草機電池包、壓入尺寸調(diào)節(jié)座和保護罩。保護罩螺釘安裝在割草機電池包的外部。壓入尺寸可調(diào)節(jié)座與割草機電池包可推動連接。雙控啟動開關采用氣動啟動開關，與底板螺釘連接。

4.3 具體操作方式

設備總體三維結構示意圖如圖3所示，設備總體模型圖如圖4所示。

圖3 設備總體三維結構示意圖

圖4 設備總體模型圖

工件快速取放槽口是指人工擺放殼體10至放置具槽內(nèi)，由殼體尾部擋板7，快速夾具11，殼體前部固擋板12，工件臺14 固定殼體10，使其工作時不松動。壓裝裝置是保護罩9，將割草機電池包3 隔離起來，使其不暴露在空氣中。上料口裝置5 是指將銷釘2 快速的送至殼體10 所需要安裝銷釘2 位置的旁邊。利用壓入尺寸調(diào)節(jié)座4，將銷釘2 有一定長度的推殼體10 內(nèi)。氣動單控裝置是指在殼體10 完全固定在裝置上，放置銷釘2 至上料口工件放置到位后，雙手同時按下氣動單控裝置中的啟動按鈕8 后，壓裝裝置推動銷釘2 快速壓入殼體10 槽口內(nèi)。

人工將殼體10 安裝在工件臺14 的上方，將殼體10 的孔對準工件臺14 上方的圓柱，利用治具座的各個零件將殼體固定在裝置上。放置銷釘至上料口，對準殼體10 安裝銷釘?shù)牟课弧ｋp手同時按下氣動啟動開關8，割草機電池包3運作推動壓入尺寸可調(diào)節(jié)座將銷釘推進殼體內(nèi)部。

4.4 有益效果

①設備體積小，操作水準低，更迅速準確地放置銷釘，降低了工作強度。通過五處快捷安裝方式安裝殼體，再通快捷上料槽口送入銷釘，使銷釘順利對準殼體的銷釘孔。啟動開關，利用壓入尺寸可調(diào)節(jié)銷釘進入殼體的長度。

②備運行平穩(wěn)，結構簡單，壓裝安全，易于企業(yè)的使用。裝置實現(xiàn)了自動壓裝目的，代替了傳統(tǒng)的手工壓裝，面對需要較高準確性的裝配任務，誤差幅度減小，幫助企業(yè)減少返工率，提升產(chǎn)品的質量，實現(xiàn)企業(yè)工作質量的提升，也可以避免因人工操作不當帶來的人身傷害。

5 結語

對電池包殼體精準壓裝銷釘雖然可以一定程度上防止電池模組受到擠壓變形，延長電池包使用壽命，但如何從根本上使設備變得更先進、防止電池包出現(xiàn)意外情況有待進一步研究。而另一方面，新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2021年全球及中國機器人割草機產(chǎn)業(yè)深度研究報告》顯示，2015至2019 這5年里，全球機器人割草機需求量不斷增長，增長率高達17%以上。而在后疫情時代，機器人割草機被挖掘出更大的市場潛力。隨著全球越來越多的機器人割草機被市場接受，如何操控機器人高效進行草坪修剪維護值得人們探索。