新能源汽車生產(chǎn)線電池包移載設(shè)備研制與應(yīng)用

劉 振 賈昕宇 侯 強 張巖軍

（1.山西晉中理工學院 智能制造與車輛學院，晉中 030600；2.東杰智能科技集團股份有限公司，太原 030032；3.中電建建筑集團有限公司，北京 100120）

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大和市場需求日益增加，其主要核心產(chǎn)品電池包生產(chǎn)及裝配工藝越來受到汽車生產(chǎn)企業(yè)的重視[1-2]。在總裝生產(chǎn)車間，電池包與車身合裝工藝及裝配受到眾多學者的廣泛研究，但是對電池包移載設(shè)備的研究較少。以某總裝車間電池包輸送為研究對象，研發(fā)設(shè)計了電池包在輸送線與裝配線的自動移載設(shè)備，通過分析設(shè)備工藝要求、整體布局及生產(chǎn)節(jié)拍等，得知該移載設(shè)備結(jié)構(gòu)合理、運行可靠，經(jīng)過試驗運行及試生產(chǎn)可以滿足用戶使用要求，可為新能源汽車電池包輸送移載的使用提供參考。

1 電池包移載設(shè)備工藝研究及整體方案設(shè)計

電池包移載設(shè)備位于汽車總裝車間電池包輸送線，主要工藝流程如下。使用KBK 電動葫蘆系統(tǒng)將電池包吊裝到輥床輸送線托盤上，通過電池包自動移載裝置將帶有托盤的電池包轉(zhuǎn)載至車身隨行自動導向車（Automated Guided Vehicle，AGV）平臺上，通過AGV 舉升機構(gòu)完成電池包與車身的合裝。工藝要求電池包質(zhì)量小于1 000 kg，生產(chǎn)節(jié)拍為70 J·h-1，轉(zhuǎn)接工位不超過48 s。

1.1 電池包托盤設(shè)計

根據(jù)電動汽車生產(chǎn)需求，電池包共有多款生產(chǎn)型號。為滿足不同電池包尺寸及限位要求，設(shè)計一種可以自動調(diào)節(jié)限位的托盤，如圖1 所示，主要由框架、支撐及限位組成[3-4]。由于電池包種類較多，將Y向兩側(cè)限位桿通過連桿轉(zhuǎn)臂連接，可以實現(xiàn)單側(cè)操作同時控制兩側(cè)限位的目的，減少人員操作工序。通過標記不同電池包對應(yīng)X、Y向限位位置，實現(xiàn)單托盤多型號電池包通用。

圖1 電池包托盤

1.2 電池包移載設(shè)備工藝分析

電池包托盤合裝工藝路線如圖2 所示，通過電池包移載設(shè)備將電池包從輥床輸送線轉(zhuǎn)送至電池包合裝輸送線。

圖2 電池包托盤合裝工藝路線

電池包移載工藝過程：托盤（帶電池）進入轉(zhuǎn)接點→吊具下降到位→托盤抱臂合攏→吊具帶托盤（帶電池）上升到位→移載解鎖→移載裝置行至AGV 轉(zhuǎn)接工位→移載定位→吊具下降到位→移載抱臂打開→吊具上升到位→移載解鎖→移載裝置行至輥床線轉(zhuǎn)接點→移載定位（進入下個循環(huán)）。

空托盤返回工藝過程：AGV 帶空托盤進入轉(zhuǎn)接位→吊具下降到位→托盤抱臂合攏→吊具帶空托盤上升到位→移載解鎖→移載裝置行至輥床線轉(zhuǎn)接工位→移載定位→吊具下降到位（空托盤放至橇體）→托盤抱臂打開→吊具上升到位→移載解鎖→移載裝置行至AGV 轉(zhuǎn)接點→移載定位（進入下個循環(huán)）。

1.3 電池包移載設(shè)備節(jié)拍計算

根據(jù)48 s 的轉(zhuǎn)接節(jié)拍要求，結(jié)合電池包移載設(shè)備的工藝路線設(shè)定移載裝置的節(jié)拍，如表1 所示。從計算結(jié)果可以得出，移載裝置轉(zhuǎn)接時間為44.5 s，滿足轉(zhuǎn)接節(jié)拍要求。

表1 電池包移載設(shè)備節(jié)拍計算表

1.4 電池包移載裝置設(shè)計

根據(jù)電池包移載工藝及節(jié)拍計算，設(shè)計電池包移載裝置的三維結(jié)構(gòu)，如圖3 所示，主要由軌道鋼結(jié)構(gòu)部分、移載系統(tǒng)、升降系統(tǒng)以及托盤抱臂打開機構(gòu)等組成。

圖3 電池包移載裝置

移載裝置行程4 m，立柱跨距8 m，根據(jù)簡支梁受載簡化分析，移載質(zhì)量合計為3 t。移載裝置軌道支撐梁采用H 型鋼，上面鋪設(shè)焊接扁鋼作為軌道面。移載驅(qū)動組件采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，其中齒條固定在移載鋼結(jié)構(gòu)上，齒輪驅(qū)動組件固定在框架上，通過齒輪齒條嚙合傳動帶動移載裝往復運行[5-6]。升降系統(tǒng)通過圓柱齒條及齒輪上下運動實現(xiàn)托盤的升降動作，具體由K 系列空心軸電機通過驅(qū)動換向器帶動圓柱齒條上下運動，實現(xiàn)電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為齒條的上下運動。抱臂打開機構(gòu)通過電機驅(qū)動T 型絲桿轉(zhuǎn)動帶動絲桿螺母直線運動，抱臂組件與絲桿螺母連接，從而實現(xiàn)托盤抱臂的打開關(guān)閉。

2 電池包移載裝置試驗應(yīng)用

按照電池包移載裝置的設(shè)計及各部件選型計算，生產(chǎn)制造出一套設(shè)備，并應(yīng)用于某總裝車間電池包合裝輸送線。經(jīng)過安裝、調(diào)試、試生產(chǎn)，該設(shè)備可以滿足電池包自動移載工藝及節(jié)拍需求。設(shè)備現(xiàn)場安裝如圖4 所示。

圖4 設(shè)備現(xiàn)場安裝

3 結(jié)語

通過對電池包合裝線路進行工藝分析，設(shè)計研制了一套電池包移載裝置，可以實現(xiàn)電池包從輸送線自動轉(zhuǎn)移至AGV 合裝線的功能，并對工藝節(jié)拍進行核算，滿足生產(chǎn)需求。通過現(xiàn)場實際運行試生產(chǎn)，證明設(shè)備運行可靠，可以為新能源汽車電池包合裝輸送設(shè)備提供設(shè)計參考。