模具化壓接組件在電能表自動化檢測流水線中的應(yīng)用

趙宇東 孫麗娜 蘇強(qiáng)波

摘 要：簡述模具化壓接組件的功能及特點(diǎn)，描述壓接組件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及對關(guān)鍵零部件受力分析。傳統(tǒng)壓接組件壓接成功率低，容易損壞表計(jì)或造成電能表檢測誤判，難以與自動化生產(chǎn)線匹配，因此迫切需求模具化壓接組件。模具化壓接組件應(yīng)用于電能表自動化檢測流水線中，可以提高電能表檢測生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，保證電能表檢測生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：模具；生產(chǎn)線；電能表；自動化；壓接

電能表是國家重點(diǎn)管理的計(jì)量器具，是電力企業(yè)與用戶之間進(jìn)行用電費(fèi)用結(jié)算的依據(jù)，牽涉到千家萬戶，對國計(jì)民生意義重大。而且，由于電能表是一種使用量大且使用面廣的計(jì)量器具，使得電能表的檢定成為十分重要又十分繁重的工作[1，2，3]。隨著各個(gè)省份電力計(jì)量中心自動化檢定裝備的不斷建設(shè)，電能表自動化檢測流水線的實(shí)際工作效率，檢定表計(jì)的合格率等問題成為焦點(diǎn)。其中保證自動化檢定流水線生產(chǎn)效率和表計(jì)合格率最根本的因素是表計(jì)的壓接成功率。如何保證自動化流水線設(shè)備的壓接成功率成為亟待解決的問題。

1 模具化壓接組件的功能及特點(diǎn)

電能表自動檢測流水線對生產(chǎn)流水線中每一臺的自動化設(shè)備的工作節(jié)拍，設(shè)備穩(wěn)定性，設(shè)備可交互性等都有很高要求。模具化壓接組件可以在0.3s內(nèi)完成一只電能表的壓接，可以適應(yīng)自動化流水線的高效的節(jié)拍要求。其次壓接組件配有壓接到位磁性開關(guān)傳感器，從而保證壓接到位電氣接口與自動化檢定設(shè)備相匹配。壓接組件采用單個(gè)獨(dú)立動力組件實(shí)現(xiàn)單個(gè)的表位壓接，從而保證壓接動作的靈活獨(dú)立，便于自動流水線靈活適應(yīng)不同壓接工藝。

為滿足自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍需求，自動流水線一般采用6表位一托盤的輸送方式。因此為保證6表位壓接同時(shí)進(jìn)行并且壓接精度得到保證，模具化壓接組件將3表作為一個(gè)組件，對電能表進(jìn)行對稱壓接。一方面3只一組增強(qiáng)壓接組件結(jié)構(gòu)底座強(qiáng)度和剛度，另外一方面對稱壓接消除壓接時(shí)的側(cè)向里從而保證設(shè)備壓接精度，消除設(shè)備不合理外部受力。對于壓接部位的連接線纜、連接氣路穿線過口采用圓角處理防止運(yùn)行磨損影響壓接組件造成設(shè)備故障。此外壓接組件的材料需要采用高絕緣等級，高阻燃等級材料以保證設(shè)備的運(yùn)行安全。

2 模具化壓接組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓接組件依據(jù)自動生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)節(jié)拍要求，采用氣動部件與精密機(jī)械部件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)組件的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)備結(jié)構(gòu)主要組成部分：壓接表托部分、壓接滑軌部分、組件機(jī)架部分、組件動力氣缸。（圖1）

2.1 壓接表托部分

表托結(jié)構(gòu)如圖2壓接表托結(jié)構(gòu)所示。表托支架采用具有良好絕緣特性和阻燃特性的PCA940材質(zhì)一體注塑成型，一方面保證支架具有良好的結(jié)構(gòu)剛性；另外一方面具有良好的結(jié)構(gòu)精度。壓接表托信號針端部采用圓球型設(shè)計(jì)確保壓接時(shí)適應(yīng)電能表的接線孔偏差。電流針的半圓弧面設(shè)計(jì)保證的電流對接時(shí)的接觸面積，從而減小電流對接電阻，防止過熱損壞。此外電流對接部位安裝有溫度傳感器，用于檢測電流針壓接過程中的溫度變化從而保證壓接功能安全可靠實(shí)現(xiàn)。

圖2 壓接表托結(jié)構(gòu)

表托的安裝充分考慮了定位精度和模塊化組裝，表托安裝支架上設(shè)計(jì)有定位銷孔，以及螺紋裝配孔。在保證安裝精度的同時(shí)，保證連接部件的連接強(qiáng)度。

2.2 壓接滑軌部分

壓接滑軌部分采用雙滑桿結(jié)構(gòu)，滑桿采用40Cr表面鍍鉻，高硬度高精度充分保證頻繁高速壓接狀態(tài)下滑桿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，動作精準(zhǔn)順暢。滑座采用SMC材料一次模壓成型，將軸承組件以及軸承支架一次成型，保證滑座的結(jié)構(gòu)精度。此外滑座采用具有良好電氣絕緣特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的SMC材料保證滑座壓接過程中安全，高精度。結(jié)構(gòu)上滑座配合壓接表托采用定位銷孔定位，螺紋連接保證連接精度和強(qiáng)度。圖3為壓接滑軌部分的結(jié)構(gòu)圖。

圖3 壓接滑軌部分結(jié)構(gòu)

2.3 組件機(jī)架部分

組件機(jī)架部分采用安裝底板、滑桿壓蓋、氣缸座分別模壓一次成型。安裝底板上布置有氣管及信號穿線孔、電流線及信號線穿線孔。穿線孔均設(shè)計(jì)有圓角過渡以保證設(shè)備布線中管線不被損壞，走線簡潔，設(shè)備運(yùn)行階段線路拉扯后管線受力良好不易損壞和磨損。安裝底座上將滑桿座一次成型，保證滑桿座中每組滑桿座較高的行為公差，從而保證滑座滑動順暢可靠?；瑮U壓蓋獨(dú)立成型，保證的設(shè)備的拆裝更換方面高效。氣缸座獨(dú)立成型保證氣缸組件安裝可獨(dú)立拆裝便于設(shè)備組裝和運(yùn)維階段更換維修。組件機(jī)架全部采用具有良好電氣絕緣特性、阻燃特性以及機(jī)械特性的SMC材料模壓成型，保證組件的運(yùn)行安全，強(qiáng)度足夠。（圖4）

圖4 組件機(jī)架部分結(jié)構(gòu)

2.4 組件動力氣缸

組件動力氣缸部分由氣缸、氣缸連接頭等組件組成。氣缸采用內(nèi)含磁石的氣缸活塞，具有緊湊安裝空間的雙作用薄型缸。氣缸缸徑依據(jù)可靠壓接時(shí)的壓接保持力進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，確保壓接充分可靠。此外氣缸50-500mm/s的運(yùn)動速度可靠保證0.3S內(nèi)完成壓接動作。氣缸連接接頭端部配合滑座設(shè)計(jì)方面快速拆卸，接頭與氣缸桿螺紋連接可以調(diào)節(jié)壓接空行程，從而保證壓接力的可調(diào)，壓接動作與輸送設(shè)備運(yùn)行互不干涉。壓接氣缸配置有磁性感應(yīng)開關(guān)可將氣缸實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行反饋，防止因?yàn)檎`操作問題造成設(shè)備或電能表損壞、以及人員安全問題。（圖5）

3 關(guān)鍵零部件受力仿真分析

壓接組件的主要強(qiáng)度薄弱部件為表托滑座。為保證壓接批量生產(chǎn)后運(yùn)行可靠穩(wěn)定，降低模具投入風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)階段對表托滑座進(jìn)行了軟件模擬仿真的強(qiáng)度受力分析和受力變形分析，如圖6受力分析圖。分析結(jié)果顯示壓接組件強(qiáng)度足夠，受力后變形量低于使用需求，可滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6 受力分析圖

圖7 模具化壓接組件實(shí)際運(yùn)行照片

4 模具化壓接組件的實(shí)際應(yīng)用情況

設(shè)備已經(jīng)成功應(yīng)用于遼寧省級計(jì)量中心的自動化電能表檢測生產(chǎn)線項(xiàng)目中。自動化檢定的壓接成功率高達(dá)99%以上，高于類似壓接組件。模具化組件壓接運(yùn)行穩(wěn)定，壓接組件的故障率也明顯低于同類產(chǎn)品。模具化壓接組件在材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮和設(shè)備運(yùn)行的安全、可靠、穩(wěn)定，從而確保了自動化檢定流水線的安全、可靠、穩(wěn)定生產(chǎn)。

5 結(jié)束語

模具化壓接組件滿足了電能表自動化檢測生產(chǎn)線對電能表高精度，高成功率，高效率的壓接需求，提高了電能表自動檢測生產(chǎn)線的效率，是壓接組件在電能表自動檢測生產(chǎn)線上的應(yīng)用趨勢。圖7為壓接組件的實(shí)際運(yùn)行使用情況。

參考文獻(xiàn)

[1]李林霞，周洪超，馬紅斌，等.電能表鉛封自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2011，3：145-148.

[2]高利明，陳卓婭，張欲曉，等.一種智能化全自動流水線電能表檢定系統(tǒng)[J].河南電力，2011，4：38-40.

[3]陳文宇.單相電能表自動檢定流水線應(yīng)用前景[J].儀器儀表用戶，2012，3：96-97.

作者簡介：趙宇東（1969-），男，遼寧省沈陽市人，國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，學(xué)士學(xué)位，高級工程師，主要從事電能計(jì)量與用電信息采集系統(tǒng)方面的研究與管理。