堿性電池鋅膏注入機(jī)的研制

楊上華

（寧波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 寧波 315000）

目前，國內(nèi)的企業(yè)所使用的堿性電池的生產(chǎn)設(shè)備和相關(guān)技術(shù)較為落后，因此就必須提高堿性電池的生產(chǎn)能力。進(jìn)一步完善堿性電池鋅膏注入機(jī)設(shè)備，不僅能進(jìn)一步減少堿性電池的生產(chǎn)成本，增加電池生產(chǎn)企業(yè)的利潤，還能減少副產(chǎn)品的產(chǎn)生，促進(jìn)綠色生產(chǎn)，因此，研發(fā)堿性電池鋅膏注入機(jī)是十分必要的。

1 堿錳電池生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展歷程

國外發(fā)達(dá)國家如美國、英國、日本等在上世紀(jì)80年代前后就開始對(duì)堿性電池進(jìn)行研究和生產(chǎn)。經(jīng)過幾百年的發(fā)展，目前國外的堿性電池生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備十分完善的，這些堿性電池生產(chǎn)設(shè)備很先進(jìn)，其自動(dòng)化程度較高，設(shè)備的控制器都是使用了PLC和觸摸屏。不僅如此，這種設(shè)備生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量檔次高，電池的使用壽命相對(duì)較長，而且生產(chǎn)成本低，速率快。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

我國堿性電池的生產(chǎn)起步較晚，在上世紀(jì)60年代才開始進(jìn)行堿性電池的研究。直到上世紀(jì)90年代，堿性電池生產(chǎn)企業(yè)從國外引進(jìn)大量電池生產(chǎn)線，我國的堿性電池技術(shù)和設(shè)備才得到迅速發(fā)展。目前，國內(nèi)一些具備高準(zhǔn)確度、高速率的堿性電池生產(chǎn)企業(yè)多采用國外的設(shè)備。國內(nèi)幾家比較大型的企業(yè)有南孚、雙鹿等都是借鑒外國的先進(jìn)生產(chǎn)線來進(jìn)行大量生產(chǎn)，一部分企業(yè)通過引進(jìn)、模仿外來先進(jìn)的堿性電池生產(chǎn)模式，完成了生產(chǎn)設(shè)備的整體提升，并增強(qiáng)了企業(yè)設(shè)備的研發(fā)能力，為國內(nèi)的堿性電池生產(chǎn)能力以及設(shè)備的研制起到了更加積極的作用。比如丹陽琦瑞機(jī)械制造廠自主設(shè)計(jì)的一臺(tái)鋅膏的機(jī)械式注入機(jī)，其全新的框架結(jié)構(gòu)，以及穩(wěn)定的工作性能，受到很多制造商的青睞。這款設(shè)備主要具有操作便捷、運(yùn)行穩(wěn)定、鋅膏的注入量精確等等良好的優(yōu)點(diǎn)。此外這臺(tái)設(shè)備每分鐘可以生產(chǎn)約四百多只電池，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 研制堿性電池鋅膏注入機(jī)的重要性

鋅膏作為堿性電池的負(fù)極，其注入的數(shù)量對(duì)電池的壽命起著極大的作用，目前我國多數(shù)鋅膏生產(chǎn)廠商使用的生產(chǎn)設(shè)備都是應(yīng)用機(jī)械式和電磁閥控制鋅膏注入量的方法。這種方式在加注質(zhì)量和加注精度上都存在缺陷，而且智能化和精度都不高，因此，堿性電池新膏注入機(jī)設(shè)備的技術(shù)還需要進(jìn)一步提高。

制作堿性電池負(fù)極的主要材料就是鋅膏，它對(duì)電池性能的好壞起著主要的影響作用，鋅膏注入工序是堿性電池生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵工序。鋅膏注入機(jī)的主要功能就是按照堿性電池生產(chǎn)工藝的要求給半成品電池中注入定量的負(fù)極鋅膏。由于負(fù)極鋅膏呈膏狀，而且對(duì)加注的質(zhì)量的控制十分嚴(yán)格，所以鋅膏加注系統(tǒng)的好壞，將直接影響到該種設(shè)備生產(chǎn)的電池的好壞。為了滿足高性能堿性電池的制作要求，新型的鋅膏注入機(jī)采用注射針的工作原理進(jìn)行加注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過抽注系統(tǒng)的液壓來控制鋅膏的注入量。同時(shí)，通過采用多排注入系統(tǒng)同時(shí)注入鋅膏的方式來提高電池的生產(chǎn)速度，以此來達(dá)到提高生產(chǎn)效率，增大經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3 堿性電池鋅膏注入機(jī)的主要機(jī)構(gòu)介紹

3.1 鋅膏的抽注機(jī)構(gòu)

抽注機(jī)構(gòu)是鋅膏注入機(jī)的核心部件之一，其主要作用是按照生產(chǎn)要求，吸取一定質(zhì)量的鋅膏，將其準(zhǔn)確地注入到半成品電池負(fù)極中。鋅膏抽注機(jī)構(gòu)的基本原理與注射針的工作原理是十分相似的，即使用帶注射活塞的中空?qǐng)A柱形玻璃管，通過活塞相對(duì)于玻璃管的移動(dòng)來吸取和注入一定質(zhì)量的鋅膏。玻璃管必須能上下靈活的移動(dòng)，才能在從鋅膏罐取出定量的鋅膏，將其準(zhǔn)確地插入半成品電池的隔離管中。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，玻璃管被設(shè)計(jì)成安裝在主板上，玻璃管由主板上下驅(qū)動(dòng)，而設(shè)備的動(dòng)力源采用液壓提供。為了實(shí)現(xiàn)主板上下兩個(gè)方向的雙向移動(dòng)，采用兩個(gè)液壓缸來實(shí)現(xiàn)控制。為了完成鋅膏的吸附、注入兩個(gè)動(dòng)作，不僅需要使玻璃管能上下垂直運(yùn)動(dòng)，還需要使玻璃管中的活塞相對(duì)于玻璃管上下運(yùn)動(dòng)。要做到這一點(diǎn)，我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)可以相對(duì)于主板上下移動(dòng)的機(jī)制。在主板上采用的機(jī)構(gòu)是安裝在兩條軌道上，以此將整套注塑活塞機(jī)構(gòu)安裝在軌道上，利用液壓缸來提供動(dòng)力，使整個(gè)活塞沿著軌道做上下運(yùn)動(dòng)。

3.2 鋼殼夾持機(jī)構(gòu)

本機(jī)構(gòu)的主要功能是在注入鋅膏之前，將兩排半成品電池放置并夾緊，使鋅膏抽注機(jī)構(gòu)能在托盤上將鋅膏注入半成品電池中。為了實(shí)現(xiàn)兩排半成品電池的同時(shí)夾緊，使用四個(gè)夾緊板即兩個(gè)相同的夾緊機(jī)構(gòu)同時(shí)工作。為了是儀器的結(jié)構(gòu)更加簡潔，并保證兩套加持機(jī)構(gòu)的操作同時(shí)性，可以采用同一個(gè)氣缸作為唯一動(dòng)力源，使氣缸產(chǎn)生的作用力通過齒條齒輪的形式，分解為兩個(gè)相反方向的力，并分別作用在前后兩片夾板上，從而實(shí)現(xiàn)兩排鋼的殼同時(shí)夾緊和松動(dòng)。具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，設(shè)計(jì)橫向?qū)ΨQ中心線作為基準(zhǔn)。第二，兩套夾緊機(jī)構(gòu)之間的垂直距離必須保證八十毫米，已給其足夠的工作空間。第三，夾板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)形式不與鋼殼發(fā)生干涉，應(yīng)注意鋼殼的夾緊位置和鋼殼開口直徑的相對(duì)大小。第四，夾板夾持間距必須與半成品電池托盤一一對(duì)應(yīng)。第五，為了保證夾板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，安裝夾板時(shí)應(yīng)保證在同一支架上的兩塊夾板移動(dòng)方向相同，同一個(gè)副支架上的兩塊夾板的移動(dòng)方向相同。通過托架前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)托板的夾緊和釋放動(dòng)作，由齒條帶動(dòng)兩個(gè)機(jī)架實(shí)現(xiàn)上下相反方向上的運(yùn)動(dòng)。

3.3 托盤步進(jìn)機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)的主要作用是將已經(jīng)注入了鋅膏的半成品電池運(yùn)送到下部工藝的確切位置。由于一次最多只能完成兩排電池的鋅膏注射，而一個(gè)托盤上的半成品電池一共有八排，因此必須分成4次才能完成。目前普遍的托盤步進(jìn)機(jī)構(gòu)采用雙棘爪形式，一個(gè)棘爪于氣缸連接，使氣缸產(chǎn)生的動(dòng)力能推動(dòng)棘爪的向前移動(dòng)，另一個(gè)棘爪與底板固定在一起，在每次步進(jìn)后卡在折疊板處，以此來保證每次步進(jìn)都有恒定的步長，在底板上裝上一個(gè)始終向后拉的另一個(gè)氣缸，使其產(chǎn)生小于第一個(gè)氣缸推力的向后拉力，以保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在另一個(gè)底板上安裝另一個(gè)氣缸，使棘爪在該氣缸的作用下能被抬高，同時(shí)，在第二個(gè)氣缸的作用下，第一個(gè)底板可以在運(yùn)送結(jié)束后及時(shí)回到原始位置，因此，該機(jī)構(gòu)就能順利復(fù)位，以保證下一個(gè)周期工作的順利進(jìn)行。

3.4 托盤的輸入和輸出機(jī)構(gòu)

這部分機(jī)構(gòu)的作用就是將盛裝半成品電池的托盤按程序傳送到特定的部位，以保證整條生產(chǎn)線的連續(xù)性和完整性。該部分機(jī)構(gòu)主要采用平皮帶傳送方式，利用氣缸提供傳送動(dòng)力，傳送相對(duì)比較平穩(wěn)，而且加工制造比較容易，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要，可以自行設(shè)定傳送帶的寬度、長度以及傳送速率。

4 結(jié)語

隨著堿性電池生產(chǎn)工業(yè)的發(fā)展，該種堿性電池鋅膏注入機(jī)在很多年前就已經(jīng)投入生產(chǎn)使用了，從實(shí)際生產(chǎn)情況看，該生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，而且安全可靠，注入鋅膏狀態(tài)和注射量相對(duì)穩(wěn)定，基本上達(dá)到了生產(chǎn)工藝的要求。該生產(chǎn)設(shè)備由我國獨(dú)立研發(fā)成功，并順利地投入了生產(chǎn)實(shí)踐，使我國堿性電池的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備取得了重大的進(jìn)步，為進(jìn)一步自主研制更高質(zhì)量的堿性電池提供了更高的平臺(tái)。

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