新能源汽車(chē)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(qiáng) 張巖軍

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

隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大和市場(chǎng)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(lái)受到汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)的重視[1-2]。在總裝生產(chǎn)車(chē)間，電池包與車(chē)身合裝工藝及裝配受到眾多學(xué)者的廣泛研究，但是對(duì)電池包移載設(shè)備的研究較少。以某總裝車(chē)間電池包輸送為研究對(duì)象，研發(fā)設(shè)計(jì)了電池包在輸送線與裝配線的自動(dòng)移載設(shè)備，通過(guò)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(yùn)行可靠，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)運(yùn)行及試生產(chǎn)可以滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求，可為新能源汽車(chē)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(jì)

電池包移載設(shè)備位于汽車(chē)總裝車(chē)間電池包輸送線，主要工藝流程如下。使用KBK 電動(dòng)葫蘆系統(tǒng)將電池包吊裝到輥床輸送線托盤(pán)上，通過(guò)電池包自動(dòng)移載裝置將帶有托盤(pán)的電池包轉(zhuǎn)載至車(chē)身隨行自動(dòng)導(dǎo)向車(chē)（Automated Guided Vehicle，AGV）平臺(tái)上，通過(guò)AGV 舉升機(jī)構(gòu)完成電池包與車(chē)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(guò)48 s。

1.1 電池包托盤(pán)設(shè)計(jì)

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)需求，電池包共有多款生產(chǎn)型號(hào)。為滿(mǎn)足不同電池包尺寸及限位要求，設(shè)計(jì)一種可以自動(dòng)調(diào)節(jié)限位的托盤(pán)，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(lèi)較多，將Y向兩側(cè)限位桿通過(guò)連桿轉(zhuǎn)臂連接，可以實(shí)現(xiàn)單側(cè)操作同時(shí)控制兩側(cè)限位的目的，減少人員操作工序。通過(guò)標(biāo)記不同電池包對(duì)應(yīng)X、Y向限位位置，實(shí)現(xiàn)單托盤(pán)多型號(hào)電池包通用。

圖1 電池包托盤(pán)

1.2 電池包移載設(shè)備工藝分析

電池包托盤(pán)合裝工藝路線如圖2 所示，通過(guò)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(pán)合裝工藝路線

電池包移載工藝過(guò)程：托盤(pán)（帶電池）進(jìn)入轉(zhuǎn)接點(diǎn)→吊具下降到位→托盤(pán)抱臂合攏→吊具帶托盤(pán)（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(kāi)→吊具上升到位→移載解鎖→移載裝置行至輥床線轉(zhuǎn)接點(diǎn)→移載定位（進(jìn)入下個(gè)循環(huán)）。

空托盤(pán)返回工藝過(guò)程：AGV 帶空托盤(pán)進(jìn)入轉(zhuǎn)接位→吊具下降到位→托盤(pán)抱臂合攏→吊具帶空托盤(pán)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(pán)放至橇體）→托盤(pán)抱臂打開(kāi)→吊具上升到位→移載解鎖→移載裝置行至AGV 轉(zhuǎn)接點(diǎn)→移載定位（進(jìn)入下個(gè)循環(huán)）。

1.3 電池包移載設(shè)備節(jié)拍計(jì)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(jì)算結(jié)果可以得出，移載裝置轉(zhuǎn)接時(shí)間為44.5 s，滿(mǎn)足轉(zhuǎn)接節(jié)拍要求。

表1 電池包移載設(shè)備節(jié)拍計(jì)算表

1.4 電池包移載裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)電池包移載工藝及節(jié)拍計(jì)算，設(shè)計(jì)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(pán)抱臂打開(kāi)機(jī)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(jiǎn)支梁受載簡(jiǎn)化分析，移載質(zhì)量合計(jì)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(dòng)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(dòng)組件固定在框架上，通過(guò)齒輪齒條嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)移載裝往復(fù)運(yùn)行[5-6]。升降系統(tǒng)通過(guò)圓柱齒條及齒輪上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)托盤(pán)的升降動(dòng)作，具體由K 系列空心軸電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)換向器帶動(dòng)圓柱齒條上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為齒條的上下運(yùn)動(dòng)。抱臂打開(kāi)機(jī)構(gòu)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)T 型絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿螺母直線運(yùn)動(dòng)，抱臂組件與絲桿螺母連接，從而實(shí)現(xiàn)托盤(pán)抱臂的打開(kāi)關(guān)閉。

2 電池包移載裝置試驗(yàn)應(yīng)用

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

圖4 設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電池包合裝線路進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)研制了一套電池包移載裝置，可以實(shí)現(xiàn)電池包從輸送線自動(dòng)轉(zhuǎn)移至AGV 合裝線的功能，并對(duì)工藝節(jié)拍進(jìn)行核算，滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行試生產(chǎn)，證明設(shè)備運(yùn)行可靠，可以為新能源汽車(chē)電池包合裝輸送設(shè)備提供設(shè)計(jì)參考。