蓄电池生产线极板上料装置

第３２卷第３期　２０１４年６月　轻工机械　

ＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎ．２０１４　

［新设备・新材料・新方法丁　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２８９５．２０１４．０３．０１２　蓄电池生产线极板上料装置　

王贵民　，马晓建　，赵言正　（１．东华大学机械工程学院，上海２０１６２０；２．上海交通大学机械与动力工程学院，上海２００２４０）　摘要：针对蓄电池生产线包封工序中存在大量手工上料，铅粉危害操作人健康，提出了极板自动上料的方案，分析比较　各方案的优缺点，设计了极板上料装置。极板上料装置投入运用后，解决了极板包片机上料的瓶颈，降低了工人劳动强　度，提高了劳动生产率。　关键词：蓄电池；上料装置；真空吸附；极板层叠　中图分类号：ＴＭ９１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－２８９５（２０１４）０３－００４７－０５　

ＷＡＮＧ　Ｇｕｉｍｉｎ　，ＭＡ　Ｘｉａｏｊｉａｎ　，ＺＨＡＯ　Ｙａｎｚｈｅｎｇ　

板一片片输送到包片工位的装置　。极板的上料是　从图１可知，在极板输送链上布置托架，在该托架　蓄电池自动包片工序中的重要环节，它不仅会影响生　上面以５～１０。倾斜面上竖列着众多极板（从直立状态　产效率而且会影响电池产品的质量。因此，研究和开　到稍稍倾斜状态的极板层叠体），逐片向前输送，当传　发具有高度自动化水平的极板上料装置对于蓄电池的　感器检测到第１片，输送电机停止运动。由曲柄滑块　生产行业具有重要的现实意义。　机构带动的摆动吸盘吸附其最前列的的极板，然后保　

，　苦生亘时…　…　挂

萎　票蓑　

日＋　耋　芝　呈　器斧　握持的方法有夹持和真空吸附２种方式，由于夹持有　：，＾　ｒ’　一　。　…　～　。　～　竺　竺　性　：　：　、老　一　２　；　皮带或者皮带上装有吸盘实现椭圆　真空吸附的方式

。文中研发的极板上料装置就是以真　。。……一　…～～　’一　……　。。　

收稿日期：２０１３—１２－０３；修回日期：２０１３－１２—３０　作者简介：王贵民（１９７９），男，江苏南通人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为生产线自动化设备。Ｅ—ｍａｉｌ：１４０４３８３４２３＠ｑｑ　［新设备・新材料・新方法］　王贵民，等：蓄电池生产线极板上料装置　・４９・　４　

１一刹车减速马达；２一转动吸盘；３一固定密封腔体；　４一真空抽管；５一机架；６一极板　图５极板吸取装置　

Ｆｉｇｕｒｅ　５　Ｐｌａｔｅｓ　ｓｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　机１带动，如果有粉尘从带有孑Ｌ的拖板掉落到收集室，　由真空泵从下面抽到排放管道里，当最前面极板被传　感器５检测到就停止电机。　图５中转动吸盘２在圆周方向均布４个吸盘，吸　盘绕着固定不动的密封腔体３旋转，当吸盘转动需要　切断真空的时候，此时密封腔完全被封闭，此时如果适　当加人正压，极板就会吹落在指定的地方。　２．１　动力计算　极板层叠体数量大概有３００～５００片，每片１．８～　３　ｍｍ，极板重量为４０～２００　ｇ，皮带直径为６０　ｍｍ，皮带　中心距为８００　ｍｍ。采用皮带输送，按照每分钟吸片　１４０片设计，皮带输送速度为　＝４２０　ｍｍ／ｍｉｎ。皮带宽　度为Ｂ＝２０　ｍｍ，输送皮带略微与水平倾斜角度１０。，　Ｆ　，　［６］　皮带驱动功率Ｐ　ｌ＇　ｕＵ　。　式中：Ｆ　为圆周驱动力／Ｎ，Ｆ　＝５００　Ｎ；叼ｌ为电机　效率，取叼　＝０．９，叼　为减速器效率，取叼　＝０．８２，通　过计算得Ｐ＝４７。４　Ｗ，应选择功率为６０　ｗ，转速ｎ＝　１　４００　ｒ／ｍｉｎ的电机。　皮带主动轮转速ｎ　＝　，　。＝４２０　ｍｍ／ｍｉｎ，Ｄ。＝　１　６０　ｍｍ，ｎ１＝２．２　ｒ／ｍｉｎ，减速比ｉｌ＝ｎ／ｎ】＝６３６；但是实　际应用是通过传感器来反馈位置，实现控制，速度比　大很多，选择减速比ｉ　＝１８０就够，这样根据厦门精研　电机样本，选型号为９０ＧＦ１８０ＲＣ９０ＹＴ６０ＧＶ１１减速　电机。　极板吸取装置的转速凡　＝１４０／４＝３５　ｒ／ｍｉｎ，根据　极板尺寸设计出圆盘直径Ｄ：＝２００　ｍｍ，采用铝合金材　料制成，降低转动惯量。转盘速度为１３２＝　￣Ｏ　２ｎ　２＝　－ｕ．０　３６　ｍ，／ｓ同理根据Ｐ：　，　通过计算得出Ｐ：＝２２　Ｗ，可以选择２５　ｗ电机，减速比　ｉ，＝ｎ／ｎ　＝１　４００／３５＝４０，这样根据厦门精研电机样　本，选出减速电机型号为８０ＧＦ４０ＲＣ８０ＹＴ２５ＧＶ１１。　２．２真空系统的计算　真空系统原理简化为如图６所示，它由真空室、管　道和真空泵３部分组成。５为泵的有效抽速；Ｓ　为泵　的名义抽速；ｐ为真空室某一时刻的压强；Ｐ。为真空室　的极限压强；Ｕ为管道流导。　管路Ｓ　图６　真空系统原理图　Ｆｉｇｕｒｅ　６　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｖａｃｕｕｍ　ｓｙｓｔｅｍ　在粗真空、低真空下，真空设备本身内表面的出气　量与设备总的气体负荷相比可以忽略不计，因此，计算　抽气时间一般不需要考虑出气的影响　Ｊ。　当流导为Ｕ时，　１＝　１＋　，则　＝２．３　‘　１＋　

１）ｌｇ　Ｐ＿ｐＪＬ

。　

式中：ｔ为抽气时间／ｓ，　为真空设备单位时间有　效体　（Ｌ・Ｓ　），５为泵的有效抽速／（Ｌ・Ｓ一），Ｓ。　为泵的名义抽速／（Ｌ・ｓ一），Ｐ为设备经ｔ时间抽气后　的压力／Ｐａ，Ｐ　为设备开始抽气时压力／Ｐａ，Ｐ。为真空　室的极限压力／Ｐａ，Ｕ为管道的流导／（Ｌ・Ｓ　）。　当吸附速度确定为６０片／ｍｉｎ，抽气时间为０．７５　Ｓ，放气时间为０．２５　Ｓ，Ｕ：０．０５　Ｌ／ｓ，Ｓ　＝５　Ｌ／ｓ，Ｐｉ＝１０　Ｐａ，Ｐ＝０．７５×１０　Ｐａ，根据上式计算所需的真空腔体的　单位时问有效体积　＝０．１３２　Ｌ／ｓ，根据真空吸附的工　作原理，该极板吸附所产生的力为ｋ。ｍｇ＝Ａ（Ｐ　一Ｐ。）。　

式中：ｍ为吸附极板的质量，Ａ：　为吸附腔的有效　面积，其大小决定于吸附气孔的孔径大小与布置分布　密度，ｎ为吸附气孔的布置分布数目，ｄ为吸附孔的直　径，ｐ　为大气压强，Ｐ。为腔内剩余压强，一般为１—１．５　ｋＰａ，　为安全系数，１．１～１．３［８　３。因此设计吸附气孔　［新设备・新材料・新方法】　金初云：基于插值细分的自由曲面重建　・５５・　种规律，比如图５（ｄ）显示的４＃位置的误差，初始网格　的误差为０．８３　ｆｉｌｍ，Ｃａｔｍｕｌｌ—Ｃｌａｒｋ细分使误差扩大到　０．８７　ｍｍ，Ｌｏｏｐ细分更使误差达到０．９３　ｍｍ，而插值细　分则把误差减小到０．１４　ｍｍ。　在内部网格上（图４中的位置１～４，图５中的图　（ａ）～（ｄ）），Ｃａｔｍｕｌ１．Ｃｌａｒｋ细分曲面的误差要小于　Ｌｏｏｐ细分曲面。在边界上（图４中的位置５，图５　（ｅ）），由于这两种细分曲面在边界节点的计算上采用　的是相同的计算公式，因此它们的误差变化曲线是重　合的。　比较图５中所有误差的最终数值，除了插值细分　算法在边界上（位置５）的误差趋近于０，所有３种细分　算法在任意位置上，都没有趋近于理想曲面的零误差，　总是存在着一定的误差值，称为残余误差。因为初始　网格是从理想曲面简化而来，这种通过简化而建立的　初始网格本身就存在一定的误差。曲面细分方法只能　在一定程度和范围里减小或是增大残余误差，却无法　消除残余误差。根据曲面的特点来建立合理的初始网　格是减小残余误差的有效途径。比如，在曲面变化较　大的区域要布置较多的网格节点　１２－１３　３。　

４　结语　基于初始网格插值细分的曲面重建的优点在于它　可以在任意拓扑结构的复杂曲面上直接处理。插值细　分几次之后形成的多面体的误差就可以满足几何精度　要求。本文提出了一种新的细分算法，把三角网格中　更多的相邻节点包含到插值计算中去，得到了更好的　

连续性，以及相对于Ｌｏｏｐ和Ｃａｔｍｕｌｌ—Ｃｌａｒｋ细分方式更　小的偏差。　参考文献：　［１］　朱心雄．自由曲线曲面造型技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００：５　—６．　［２］　樊志华，张靖磊．基于解析伪谱法的四边ＰＤＥ曲面生成方法［Ｊ］．　机电工程，２０１２，２９（８）：９０７—９１０．　［３］　施法中．计算机辅助几何设计与非均匀有理Ｂ样条［Ｍ］．北京：北　京航空航天大学出版社，１９９４：１４—１７．　［４］ＦＡＲＩＮ　Ｇ　Ｅ．Ｃｕｒｖｅｓ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ａｉｄｅｄ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｄｅｓｉｇｎ：ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｃｏｄｅ［Ｍ］．４ｔｈ　ｅｄ．Ｏｄａｎｄｏ，ＦＬ：Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ，　１９９６．　［５］　ＣＡＴＭＵＬＬ　Ｅ，ＣＬＡＲＫ　Ｊ．Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅｌｙ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　Ｂ—ｓｐｌｉｎｅ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｏｎ　ａｒｂｉｔｒａｒｙ　ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｅｓｈｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ，１９７８，１０　（６）：３５０—３５５．　［６］ＬＯＯＰ　Ｃ．Ｓｍｏｏｔｂ　ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｓｎｒｆａｃｅｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｒｉａｎｇｌｅｓ［Ｄ］．Ｓａｌｔ　Ｌａｋｅ　Ｃｉｔｙ，Ｕｔａｈ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｕｔａｈ．１９８７：３３—５４．　［７］　任秉银，孟庆鑫，于华．基于递归分割的曲面造型算法［Ｊ］．高技术　通讯，２００２（１）：７１—７４．　［８］　潘超．基于节点多数据场的四面体网格的简化算法［Ｊ］．轻工机　械，２０１３，３１（４）：４３—４８．　［９］　李慧莹，陈良骥　基于四边形网格参数细分的平面与自由曲面求　交算法［Ｊ］．机电工程，２０１３，３０（８）：９５６—９５８．　［１０］　王金生，韩臻．几种经典网格细分算法的比较［Ｊ］．计算机应用研　究，２００４，２１（６）：１３９—１４１．　［１１］　任秉银，陈皓晖．任意拓扑结构复杂曲面模型重构新方法［Ｊ］．机　械工程学报，２００３，３９（１０）：１６２—１６６．　［１２］　王玉槐，贾虹，孙亚萍．注塑模表面自适应三角网格剖分策略　［Ｊ］．轻工机械，２０１１，２９（４）：１—４．　［１３］　金初云．基于插值细分的自由曲面重建及刀具轨迹仿真【Ｄ］．杭　州：浙江工业大学，２００７．　

（上接第５０页）　蓄电池生产线总体布局　。　。在极板上料装置设计过　程中，通过比较分析已有技术方案，仍有难以解释和解　决的问题。今后可提高真空系统的破坏时问来满足高　速的吸附，达到每分钟２５０片。并且与ＴＢＳ公司研制　的极板包片机上料装置异同：将椭圆形环状的吸附转　变成圆环状的吸附，在真空吸附的密封腔体从椭圆体　分割变成圆环上的分割。极板上料装置解决了蓄电池　生产线的瓶颈之一，取代了人工包片上料，因此在理论　和实用上有着重要意义及经济价值；但仍需进一步研　究该装置与蓄电池自动化生产线的匹配，满足柔性控　制、模块化设计要求。　参考文献：　［１］　陈红雨，熊正林，李中奇．先进铅酸蓄电池制造＿Ｔ－艺［Ｍ］．北京：化　学出版社．２００９．　［２］　古河电池株式会社，株式会社伊研制作所．极板层叠体的极板分