電池包自動安裝設備結構設計與應用

章 麗

(曼弗萊德智能制造(江蘇)有限公司，江蘇 蘇州 215100)

0 引言

為了緩解供電高峰期供電緊張、輸電效率低下的狀況,近年來國內外正大力發展MW級集裝箱式儲能系統(CBESS)[1]。為提高電池包入集裝箱的安全性和便利性,通常采用自動化設備進行儲能箱電池包安裝。目前,電池包自動入集裝箱常用方式有機器人抓取安裝和非標自動設備安裝。但機器人供貨周期長、供貨不足,為此,設計了儲能箱電池包自動安裝設備。

1 電池包自動安裝設備設計思路

儲能箱電池包自動安裝系統由包膠鏈板輸送系統、RGV軌道系統、電池包自動安裝設備、圍欄等組成,如圖1所示,可實現電池包的長距離供料、集裝箱自動定位、電池包自動入箱。

圖1 儲能箱電池包自動安裝系統

電池包尺寸約2 285 mm×810 mm×241.5 mm、重量<700 kg。電池包安裝步驟為:電池包自動安裝設備(簡稱自動安裝設備)移動到電池包安裝臺位后定位→逐層安裝直至一列安裝結束→設備移動至其他指定倉位進行電池包安裝→重復流程直至全部安裝結束→復位→開始下一循環。

電池包自動安裝設備主要由底座、升降機構、翻轉機構(配合視覺糾偏)、推送機構組成,其結構如圖2所示。自動安裝設備的底座固定在儲能箱電池包自動安裝系統的軌道上,伺服電機驅動齒輪齒條進行橫向的精確定位,方便集裝箱不同列的電池包安裝。在底座上安裝立柱,立柱焊接后精加工,立柱上安裝標準直線導軌和滾珠絲杠,伺服電機驅動,精確控制升降臺的高度,以此滿足集裝箱不同高度電池包的安裝。在升降臺上設置短距離滾筒線,該滾筒線的前端與鏈板線接駁處設有動力,目的是方便電池包從鏈板線順暢地過渡進入自動安裝設備。滾筒線后端為無動力端,電池包進入自動安裝設備后由安裝在升降臺上側的推送機構推送進入集裝箱電池架上。推送機構自帶壓力傳感器和位置傳感器,當壓力高于一定數值時停止推送動作并報警,防止推力過大將電池或電池架限位擋塊擠壓變形。推送機構通過直線導軌和滾珠絲杠實現高度的升降,在電池包進入自動安裝設備前推送機構保持上升姿態,電池包進入自動安裝設備后推送機構下降,進行推送運動,以此避免推送機構和電池包的干涉。升降機構上固定翻轉機構(角度補償機構),推送電池包前分別用2個CCD檢測集裝箱支架上兩只鉚螺母的位置,利用檢測偏差值進行控制系統的反饋,實現通過視覺檢測對滾筒線進行角度調整。

圖2 電池包自動安裝設備

2 電池包自動安裝設備結構設計與功能實現

2.1 技術參數確定

根據自動安裝設備的主要技術性能和控制要求,動力部分均采用伺服電機驅動。以匯川伺服電機為例,依據經驗初選伺服電機和減速機[2,3]。電池包重量<700 kg,推送機構選用1 kW驅動伺服電機;推送機構重量為162 kg,滾筒線重量為94 kg,負載偏心距為0.26 m;翻轉機構選用4.4 kW帶抱閘驅動伺服電機和減速比i=100的行星減速機;升降臺總重1 460 kg,垂直長行程選用5.5 kW帶抱閘伺服電機和減速比i=10的行星減速機;垂直短行程選用1.3 kW帶抱閘伺服電機和減速比i=7的行星減速機。自動安裝設備技術參數如表1～表4所示。

表1 推送機構技術參數

表2 翻轉機構技術參數

表3 升降長行程機構技術參數

表4 升降短行程機構技術參數

2.2 推送機構設計

推送機構如圖3所示。推送機構經垂直絲杠、直線導軌導向后下降到設定位置。壓力傳感器固定在推送機構的首端,隨絲杠螺母一起運動,對電池包進行推送。當壓力超過設定值時控制系統停止推送并報警。在推送過程中位置傳感器檢測電池包的實際位置,當到達安裝位時程序反饋控制系統,電機反轉,推送機構繼而復位。

圖3 推送機構

2.3 翻轉機構設計

翻轉機構如圖4所示,由左、右手臂和滾筒線組成,默認姿態為手臂保持水平,靠近電機的手臂為動力端,另一側手臂為無動力從動端,兩只手臂分別與滾筒線支架連接,從而實現滾筒線的角度調節。

圖4 翻轉機構

2.4 升降機構設計

升降機構如圖5所示,主要由2組立柱、8組直線導軌、2組滾珠絲杠、2組伺服電機等組成,在導軌兩側固定限位裝置,電機選擇帶抱閘功能。導軌長度分為兩種,長導軌進行整個翻轉機構的上下移動導向,短導軌進行推送機構的上下移動導向。

圖5 升降機構

3 電池包自動安裝設備的應用效果

自動安裝設備滿足客戶生產節拍需求,翻轉機構翻轉角度為-5°～5°,用時1 s～2 s,重復定位精度±0.1 mm。推送機構推送距離2.5 m,用時5 s～6 s,重復定位精度±0.1 mm。升降機構運行距離3.1 m,用時6.5 s～8.5 s,重復定位精度±0.2 mm。此自動安裝設備在滿足設計和使用要求的前提下,極大地實現了自動化。一鍵式上料,降低了工人的工作強度,借助視覺系統安裝定位精度高,工作效率得到大幅提升,為企業創造了良好的經濟效益。

4 結論

本文設計的電池包自動安裝設備自動化程度高,工作節拍快,穩定性高,對后續項目具有重要的參考價值。