R20电池铁壳小片分片机构的设计

邓庆安

(广州市虎头电池集团有限公司,广东广州 510655)

目前,本公司R20电池铁壳小片由铁壳开小片机生产。每次从铁壳开小片机出来的铁壳小片为6片,由于只用简单的收集槽进行收集,造成铁壳小片部分重叠;铁壳成型机要求铁壳小片叠放整齐一致,会增加工人的分片工作量。

本文作者设计了一种收集铁壳小片的分片机构,以期能够减轻劳动强度、提高工作效率。

1 现有结构的分析

接片槽与铁壳开小片机的相对位置如图1所示。

图1 接片槽与铁壳开小片机的相对位置Fig.1 The relative position of piece collecting tank and the machine producing small pieces of iron shell

接片槽将铁壳开小片机开出的铁壳小片一层层地叠放起来,以方便工人整理后放入专用铁壳小片收集盘中,等待转入下一工序。设计的铁壳开小片机每次开出的片数为6～8片。若忽略空气阻力,铁壳小片从出片口落入接片槽的过程是平抛运动[1],铁壳小片在飞行下落时,会先碰到接片槽的背面,再反弹下落到接片槽的底部。由于每片铁壳小片分别被左右两边的上、下刀剪出,受刀具角度及磨损等因素的影响,刀具对铁壳小片有一个水平推力的分力,使铁壳小片飞出时并非完全垂直于视图平面,而是有一个角度(α)。虽然这个角度很小,但随着飞行距离(Y)的增加,它的水平位移(X)也增大。另外,每对上、下刀旁附带的橡胶轮推动铁壳小片向前运动,由于磨损等因素的影响,每对上、下橡胶轮的推力不同,造成铁壳小片与接片槽背面相碰时的高度有所不同,反弹下落的角度也会不同,下落的时间就会有差异。这样,铁壳小片之间就会出现相邻边有部分重叠的现象。当接片槽中的铁壳小片较多时,手工分离的难度较大。

2 方便分离铁壳小片的新结构

针对上述问题,本文作者设计了一种铁壳小片分离的结构,如图2所示。

图2 分片机构结构示意图Fig.2 Structure diagram of the separating device

该结构主要包括滚轮轴、滚轮(安装在滚轮轴上)、导片支架、导片槽(安装在导片支架上)。滚轮轴及安装在滚轮轴上的滚轮,安装在铁壳小片的出片口与导片槽之间,通过两端的支撑杆固定在铁壳开小片机的机台面上,在它们的后面安装导片支架及嵌接在导片支架上的导片槽。以上部分构成电池铁壳小片的分片机构。为了能够迅速地收集分离好的铁壳小片,还增加了铁壳小片的输送装置和铁壳小片的收集机构等附加机构。

滚轮轴可采用直径为6～10 mm的不锈钢,长度由开小片机的出片口长度而定,两端与支撑杆相连。滚轮可采用深沟球轴承或滚针轴承等。滚轮的数量由铁壳开小片机每次开出的片数而定,每两个滚轮组成一对,支撑一片铁壳小片。同组滚轮之间的距离由铁壳小片的长度而定,一般通过铁壳开小片机裁出的R20铁壳小片长度为112.5 mm,则同组滚轮之间的距离以70～80 mm为好。

在滚轮轴之后安装着导片支架,结构示意图见图3。

图3 导片支架与导片槽的结构示意图Fig.3 Structure diagram of the guide support and guide groove

导片支架由2 mm厚的不锈钢板弯曲而成。在导片支架的垂直面上开有等间距的槽,用于装配导片槽。槽的宽度、高度分别为1 mm和50 mm,槽的水平间距为116 mm,可采用线切割进行加工。导片槽由1 mm厚的不锈钢板制作,导片槽的形状较复杂,上部的尺寸为70 mm×60 mm,在其右端有一个2 mm×50 mm的凸台,以便嵌入导片支架的槽中,使导片槽与导片支架连接。导片槽的下部为宽70 mm、两边高8 mm的凹槽,使铁壳小片能够沿其下滑。导片槽的上、下部分由同一片不锈钢板弯成135°,不需焊接。为增加导片槽与导片支架连接的刚性,可在导片槽的下部与导片支架之间增加托条。

分片机构的工作原理:以铁壳开小片机每次开出6片为例,如图4所示,以上刀、下刀为一组,一共有7组刀,从左到右编号为第1—7组,其中第4组刀为中间位置,正对导片支架的中间槽,导片支架的中间开有宽2 mm、高50 mm的槽,以该槽为中心,左、右两边等间距(116 mm)开有宽 1 mm、高50 mm的槽。

图4 分片机构的工作原理图Fig.4 Working schematic diagram of the separating device

铁壳开小片机上、下刀的水平间隙仅有0.20～0.30 mm,因此被上、下刀剪出的铁壳小片之间的间隙也很小,铁壳小片在飞离上、下滚筒前排列整齐。安装在滚轮轴上的滚轮外圆最高点要求略低于下滚筒外圆最高点0.5～1.0 mm,且两个最高点之间的距离约为铁壳小片高度(60.5 mm)的1/2,当一片铁壳小片的一半面积将移出下滚筒前,能够被相对应的一对滚轮支撑,铁壳小片就能不作平抛运动,而是在滚轮表面平滑移动。

在滚轮后是安装在导片支架上的导片槽。导片槽上部分边缘的高度略低于滚轮外圆最高点0.5～1.0 mm,上部分边缘距滚轮外圆最高点的最短距离为铁壳小片高度的1/2,因此铁壳小片在完全移出下滚筒前,又会被导片支架上的导片槽的上部分支撑。这样就能保证铁壳小片从滚筒到导片槽上部分边缘的平滑移动,相邻铁壳小片继续保持位置的整齐。相邻导片槽的间距为116 mm,大于铁壳小片的长度112.5 mm,从滚轮移动到导片槽上部分边缘的过程中,铁壳小片的支撑点由4个变为3个,重心向没有支撑点的部分倾斜[2]。当铁壳小片完全移出滚轮,移到导片槽上部分边缘的时候,铁壳小片只有一边在导片槽上部边上,另一边完全没有支撑,是悬空的,在重力和支撑力的相互作用下,铁壳小片由于失去平衡,向没有支撑的一边倾斜;同时,铁壳小片会继续在导片槽上部分边缘滑动。当铁壳小片的边碰到支撑架的背面时,它的动量几乎为零,一边向导片槽的下部分移动,而底面在导片槽上部分边缘上滑动。最后,整片铁壳小片落入导片槽的凹槽,沿着凹槽下滑到对应的输送带上,完成分片的整个过程。铁壳小片通过对应的输送带,最后由收集机构(收集槽)进行收集。

该设计的特点是利用铁壳小片受到重力及导片槽上部分边缘支撑力的相互作用,由于重心和支撑点的不同,使铁壳小片产生沿导片槽下滑的运动,实现铁壳小片的分离[3]。

3 使用设备前后人力、工时对比

使用传统的接片槽时,由于接片槽的容积有限,一台铁壳开小片机工作5～10 min就要更换一次接片槽,同时要把更换下来的接片槽中的铁壳小片进行手工分离,手工操作的强度大。要在几分钟的时间内把相互叠放的铁壳小片分离并放入专用收集盘中,为下一次更换接片槽做准备。实际操作过程中,有时会出现铁壳小片较难分离,要停机处理。基于以上原因,岗位要求是一名男操作工操作一台铁壳开小片机。

表1 使用分片机构前后的人力、工时对比Table 1 The comparison of labour and working hours

使用分片机构后,铁壳小片由收集槽进行收集,而且槽中的铁壳小片排列整齐,无需手工分离,只要直接把收集槽中的铁壳小片移入收集盘即可,工作强度大大降低,在生产相同数量铁壳小片时,耗用时间也相对减少。

使用设备前后的数据见表1。

从表1可知,使用设备前后,每台需要的操作人数均为1人,但使用前要求操作工是男性操作工,使用后操作工男女均可。生产相同数量的铁壳小片,平均耗时减少8%左右。

4 结论

设计的铁壳小片分片机构,可一次性完成铁壳小片的分离,减轻人工的劳动强度,提高生产效率。

铁壳小片分片机构是在铁壳开小片机出片处附加的功能结构,未对铁壳开小片机的结构造成影响,也不需要为铁壳开小片机增加分片功能而进行结构改造,节约了成本。

[1] CHEN Yi-sheng(陈宜生).物理学[M].Tianjin(天津):Tianjin University Press(天津大学出版社),2005.8-47.

[2] LIU Feng(刘锋),YU Qi-cai(禹奇才).工程力学[M].Guangzhou(广州):South China University of Technology Press(华南理工大学出版社),2002.89-98

[3] WU Zong-ze(吴宗泽).机械设计实用手册[M].Beijing(北京):Chemical Industry Press(化学工业出版社),2003.