LR6堿性電池底圈驗電機的設計與開發(fā)

張志明

（南孚電池有限公司，福建南平353000）

1 引 言

在堿性電池底部的封口處加上一片絕緣材料pp環(huán)，公司內(nèi)部稱之為底圈，對外稱聚能環(huán)。它填充在電池正負極的間隙里，能有效防止電池在使用過程中因使用不當或其它原因引起的接觸性短路。該設備是利用振動料斗把底圈方向整齊排序，經(jīng)過輸送跑道把底圈送到電池底部，再通過凸輪結(jié)構(gòu)把底圈插到電池底部的封口間隙處，插好底圈的電池再經(jīng)過自動驗電轉(zhuǎn)盤，把低壓電池篩選出來，而合格電池進入下一道貼標工序。

2 設備的開發(fā)和設計

2.1 原設備存在的問題

底圈驗電機是把底圈插入機和電池驗電機兩套獨立的系統(tǒng)組合成一起的設備，但在生產(chǎn)中存在下述問題：

（1）由于裸電池經(jīng)過封口機封口后，可能在電池底部形成鋼毛刺，但毛刺還未與底蓋接觸放電，按原來的先驗電后上底圈的工藝步驟，就有可能在最后上底圈時使電池底部的毛刺和底蓋接觸放電，從而使完成貼標的成品電池出現(xiàn)低壓甚至沒電壓的嚴重后果；

圖1 設計概念圖

（2）完成兩套工藝的兩組設備需要三條提升跑道，這些提升跑道故障較多，更換皮帶很困難，更換頻率也比較高；

（3）電池驗電機設備低壓電池排出裝置結(jié)構(gòu)較復雜，維護不方便；

（4）由于底圈插入機底圈入口轉(zhuǎn)盤設計不當，底圈在進入轉(zhuǎn)盤時容易在入口處重疊或卡住。

（5）電池輸送轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)是以電池肩部作為支撐面支持運轉(zhuǎn)，在過渡處和拐角處電池肩部容易碰傷。

（6）電池驗電機驗電觸頭臟污時清潔觸頭不方便，特別是邊開機邊清潔時不安全，容易造成工傷事故。

（7）電池驗電機Z信號不夠穩(wěn)定，旋轉(zhuǎn)編碼器信號采集不夠穩(wěn)定。

（8）電池驗電機電池的負載電壓檢測的誤打率較高。

2.2 改進的方案及優(yōu)缺點分析

針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的上述問題，再結(jié)合該設備的自身特點，提出了底圈驗電機全新的設計方案：（1）把電池驗電工序放到底圈插入工序之后；（2）取消驗電機和底圈機之間的提升跑道，使兩臺機合成一臺機；（3）取消鏟電池跑道和驗電機之間的提升跑道；（4）與貼標機連接的提升跑道加以改進，改變?nèi)肟谠O計，去掉跑道的拐角；（5）把臥式的驗電方式改成立式結(jié)構(gòu)；（6）改變低壓電池擊打排出結(jié)構(gòu)；（7）進行二次驗電工藝。這七大變化徹底改變了原來的底圈插入機和電池驗電機的結(jié)構(gòu)和設計，成為一臺全新的設備系統(tǒng)。

這些變化帶來的直接好處是：由于由兩臺機合成一臺機，省去了一整套的電器控制設備；省去了一整套傳動系統(tǒng)；省去了兩套提升跑道；制造成本大幅減少；節(jié)省了近一半的放置空間；減少一名操作人員。

再分析新設備可能出現(xiàn)的問題：首先它沒有了兩臺機之間的有儲備作用的提升跑道，影響機器運轉(zhuǎn)率的外界因素也將會更多，兩臺機各自的次品排出也會影響機器的連續(xù)運轉(zhuǎn)，因此，要有效提高開機率，必須預先考慮可能出現(xiàn)的故障，在設計時就要盡量使之完善。

2.3 可能出現(xiàn)的問題及相應對策

氣路跑道底圈流動不暢。如果不銹鋼跑道過長，加工容易變形，底圈通過的間隙精度難達到，因此需要在允許范圍減短跑道長度，與底圈接觸面也需要拋光。

底圈在入口部重疊或卡住。入口轉(zhuǎn)盤厚度太厚，需要減薄轉(zhuǎn)盤邊緣厚度，改變跑道出口部及活動塊相應的結(jié)構(gòu)，使底圈在入口轉(zhuǎn)盤能夠平穩(wěn)帶出。

電池倒頭進入底圈機，造成底圈插入不正常損壞插入桿。需要增加電池倒頭檢測裝置，使倒頭電池在進入機器前排除。

底圈進入插入桿時插偏或變形。如果底圈要進入插入桿之前定位不準或插入桿頭倒角不適合，就會造成這些問題，因此要提高底板的精度和與底圈接觸面的光潔度并調(diào)整到位，同時要調(diào)整好壓板的位置。通過試驗證明，插入桿插入部倒角取（0.6～0.8）×45°比較適合。

底圈不能正常插入電池。原因是插入桿與電池同軸度不夠，因為電池是靠轉(zhuǎn)盤和護板來定位的，它們之間需要一個合理的間隙，使電池能有良好的定位又不至于接觸太緊刮傷。另外，固定插入桿的調(diào)節(jié)桿和螺母的加工精度要保證，在它們裝配好以后，才能保證插入桿的軸心不會偏離相應電池的軸心。

電池肩部刮傷。原機構(gòu)是采用電池肩部支撐運轉(zhuǎn)，在過渡處和拐角處電池肩部容易碰傷，因為轉(zhuǎn)盤裝有磁鐵，實際上與底板沒接觸，把底板磨平僅靠頭部支撐即可。

上底圈不良品和低壓電池排出不及時。為了提高生產(chǎn)效率，需要機器在盡可能少降速的情況下把不合格品排出，這樣需要一套快速擊打裝置配套一個高速氣缸或伺服電機，要提高擊打速度，有三種措施：（1）縮短行程，即縮短氣缸從起始位到擊打到位時的這段行程。這段行程有一部分可通過調(diào)整來實現(xiàn)。（2）使用高速氣缸或者伺服電機能在較短時間內(nèi)完成擊打過程。（3）提高擊打有效時間，可適當加大轉(zhuǎn)盤直徑和工位數(shù)，或減短擊打活動塊長度，使擊打面在同樣時間內(nèi)有較長的距離。

過渡處電池壓傷。由于出口轉(zhuǎn)盤外圓直徑比相應齒輪分度圓直徑小10mm，因此該過渡轉(zhuǎn)盤外圓直徑要比相對應的分度圓直徑大10mm，這樣會造成電池在過渡處壓傷，所以該過渡轉(zhuǎn)盤的齒形要相應變位。

電池出口卡。電池在被擊打后可能變形再被帶回，或者其它變形電池在經(jīng)過過渡處時不能正常過渡出現(xiàn)電池卡，或者底圈脫落卡在S形跑道造成電池不能正常下落，這時就需要一個保護裝置。

電池被驗電部護板刮傷。電池在驗電時上下桿把電池壓緊，這時如果電池稍微壓偏就會被護板刮到，造成電池壓傷，因此，可以考慮把在電池在被壓緊這段行程的護板取消。

正常電池被誤打。由于測負載電壓時觸頭粘有污垢或被氧化，形成較大外阻，經(jīng)常造成電池誤打。這就要留有除污垢和氧化層的空間，同時為保證觸點和電池間的接觸良好，盡可能增大彈簧的彈力。分析發(fā)現(xiàn)，電池肩部上面的臺階比肩部干凈，因此正極觸頭可選擇電池肩部上面的臺階作為接觸面，這樣也可減少誤打。另外，可以再增加一次驗電，使誤打率再次減少。

低壓電池未被檢出?？赡茉蚴牵簷z測正確但擊打錯亂；檢測和擊打都沒問題，但檢測后其它原因造成壓降；電池本身性能不穩(wěn)定。

取消鏟電池跑道和本機之間的提升跑道。原來這條提升跑道的作用僅僅是為電檢機提供足夠量的電池，卻帶來了許多故障。其實鏟電池跑道本身就是一個電池儲備箱，也起著與提升跑道相同的作用。

本機與貼標機之間的提升跑道可能存在以下問題：（a）撥輪到提升皮帶之間的過渡板過渡不穩(wěn)；（b）提升皮帶拐到水平的拐角處電池卡；（c）電池脫離提升皮帶時下落不正常。針對這些問題，必須將提升跑道的撥輪出口撥板到水平的拐角、出口護板作相應的改進。

本機性能是否可靠，開機效率是否高效，關(guān)鍵在于驗電部分的性能。

2.4 驗電部分的改進說明

（1）與電池負極相接觸的觸頭改成固定式：（a）避免在驗電過程電池上下運動刮傷電池；（b）加強觸頭與導線的接觸，以減少電阻；（c）可免去一個固定轉(zhuǎn)盤及脹套，減少機器成本和重量；（d）觸頭易于更換，便于維護。

（2）與正極相接觸的觸頭及相關(guān)部件改成內(nèi)置彈簧可移動式：（a）負極觸頭改為固定，正極觸頭與之相應改成可動；（b）觸頭為單獨零件，加工簡單易于更換；（c）加強觸頭與導線接觸,減少壓降。

（3）取消正極觸頭內(nèi)的小頂針：（a）電池在驗電過程被正極觸頭頂?shù)阶罡唿c后，正極觸頭收回，而電池在最高點已被轉(zhuǎn)盤磁鐵吸住，已沒必要用小頂針使電池和正極觸頭分離；（b）取消小頂針，正極觸頭更易加工，而小頂針對增加與電池正極的接觸面的意義不大。

（4）改變驗電部分的凸輪曲線：（a）把一次驗電改成二次驗電，在第一次驗電和第二次驗電之間電池要與觸頭脫離，以便使電池轉(zhuǎn)動一個角度，使兩次驗電時電池與觸頭的接觸面不同；（b）便于裝拆下桿和處理正負極觸頭。

3 應用效果

新設計方案經(jīng)過討論和評估，最終被采納實施。設計速度為600只/min。在對已完成的2臺底圈驗電機的試生產(chǎn)和生產(chǎn)過程進行調(diào)查跟蹤時發(fā)現(xiàn)，該設備運轉(zhuǎn)順利，故障少，開機率高，機器維護方便，安全系數(shù)高，達到了設計目的。

4 結(jié) 論

重新設計開發(fā)的底圈驗電機，不僅提高了開機效率，降低了勞動強度，改善了設備安全，還有效地消除了原有設備可能對電池產(chǎn)品造成缺電的質(zhì)量隱患。最近幾年，我公司還將根據(jù)該設計陸續(xù)制造4套設備用于擴大生產(chǎn)。

［1］ DEVDAS S,et al.Mechatronics System Design［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006：109-203.

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