可自鎖的雙重量平衡吊電池夾具設(shè)計(jì)

蘇開華 程國(guó)飛 吳磊

摘要：動(dòng)力電池是汽車的核心部件，生產(chǎn)加工及搬運(yùn)過(guò)程的不慎跌落都會(huì)影響到電池的質(zhì)量，而長(zhǎng)期的人工徒手搬運(yùn)難免會(huì)出現(xiàn)類似狀況，因此采用雙重量平衡吊搬運(yùn)電池是非常必要的。文章以某款動(dòng)力電池為例，設(shè)計(jì)雙重量平衡吊用電池夾具。根據(jù)電池結(jié)構(gòu)分析了定位夾緊的注意點(diǎn)。同時(shí)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的夾具結(jié)構(gòu)、氣路控制，并闡述了工作原理，對(duì)關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。筆者為類似的電池夾具設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：夾具;自鎖;動(dòng)力電池

中圖分類號(hào)：TG75

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）06-0145-03

0 引言

動(dòng)力電池是汽車的核心部件[1-3]，生產(chǎn)加工及搬運(yùn)過(guò)程的不慎跌落都會(huì)影響到電池的質(zhì)量。而如果靠人工手動(dòng)搬運(yùn)電池，由于電池重量重，流水線生產(chǎn)節(jié)奏陜，長(zhǎng)期的彎腰搬運(yùn)一方面會(huì)損害工人的身體健康[4-6]，另一方面，難免會(huì)因?yàn)楣ぷ髌谠斐晒ぷ魇д`，降低了產(chǎn)品質(zhì)量及工作效率。

因此設(shè)計(jì)一款搬運(yùn)工具幫助工人搬運(yùn)動(dòng)力電池是非常有必要的。平衡吊作為目前應(yīng)用最廣泛的搬運(yùn)工具之一[7-9]，可以很好的解決動(dòng)力電池的搬運(yùn)問(wèn)題。由于電池具有固定的重量，每次搬運(yùn)的重量基本相同，因此采用雙重量平衡吊搬運(yùn)是非常合適的[10]。而如何設(shè)計(jì)一款與平衡吊相互配合，適用于動(dòng)力電池搬運(yùn)的夾具則是本文需要解決的。

1 電池的整體結(jié)構(gòu)分析

電池的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，長(zhǎng)寬高約為320mmx 200mmxlOOmm，外殼材料為PA66。電池的前后兩側(cè)面各有一個(gè)矩形凹槽，長(zhǎng)寬深為45mmx10mmx8mm，左右兩側(cè)各有一個(gè)柱孔，孔的直徑為8mm，整體重量約為lOkg。

分析電池的整體結(jié)構(gòu)基本可以確定前后的矩形凹槽用于夾具的夾緊，孔1和孔2用于夾具的導(dǎo)向定位。夾具夾進(jìn)凹槽時(shí)，應(yīng)該具有自鎖功能，防止夾緊突然松脫造成電池跌落。同時(shí)，為了防止夾緊力過(guò)大破壞電池，夾爪不能對(duì)電池有長(zhǎng)度方向的夾緊力。

2 電池夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 夾具整體結(jié)構(gòu)

夾具的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要結(jié)構(gòu)包括：夾具握手架、控制盒、機(jī)械閥、定位柱、氣缸、導(dǎo)向柱、夾爪、基板、夾爪拉桿。它是為滿足夾緊圖1所示的電池并能夠自鎖夾爪設(shè)計(jì)的。

2.2 自鎖原理

如圖3所示為去除夾具握手架、控制盒后的夾具俯視圖。

夾爪拉桿的一端連接夾爪，另一端固定有滾輪，滾輪嵌入平面凸輪的凹槽內(nèi)，平面凸輪與氣缸的桿端相連。當(dāng)氣缸伸長(zhǎng)時(shí)，平面凸輪向上運(yùn)動(dòng)，滾輪沿著平面凸輪的凹槽由中心運(yùn)動(dòng)至兩端，距離增大，夾爪松開。當(dāng)氣缸縮短時(shí)，平面凸輪向下運(yùn)動(dòng)，滾輪沿著平面凸輪的凹槽由兩端運(yùn)動(dòng)至中心，距離減小，夾爪夾緊。而不管是松開還是夾緊，夾爪拉桿的軸向始終都是垂直于平面凸輪的凹槽壁面，因而夾爪上無(wú)論多大的力也無(wú)法推動(dòng)平面凸輪動(dòng)作，從而保證了夾爪的自鎖。同時(shí)，設(shè)計(jì)夾爪尺寸時(shí)，夾爪夾緊，兩夾爪可以伸進(jìn)電池的矩形凹槽，但又離電池壁面有Imm的間隙，從而保證了電池不受夾持力。

3 氣路控制及工作原理

3.1 氣路控制圖

為了保證夾具能夠正常工作，夾具需要實(shí)現(xiàn)先定位后夾緊功能。設(shè)計(jì)了如圖4所示的夾具內(nèi)部氣路控制圖。 其中，實(shí)線部分為主氣道，虛線部分為信號(hào)氣道。0、1兩路為進(jìn)氣路，0路為氣源，1路為平衡吊返饋信息給夾具的氣路，2、3兩路為出氣路，均由夾具反饋信號(hào)給平衡吊。

3.2 工作原理

夾具向下夾電池，夾具兩端的導(dǎo)向柱套人電池兩端的導(dǎo)向定位孔，當(dāng)夾具壓至合適位置時(shí)，定位柱底端觸碰電池平面，頂端觸碰機(jī)械閥，即氣路控制圖標(biāo)識(shí)的兩個(gè)機(jī)械閥，此時(shí)夾具與電池的定位完成，夾具可以開始操作夾緊，雙手同時(shí)按壓按鈕閥或按鈕閥，兩位五通氣控閥動(dòng)作，氣缸前端進(jìn)氣，氣缸縮短，夾具夾緊。同時(shí)，氣源經(jīng)兩位五通氣控閥、兩位三通氣控閥、路氣道反饋“已夾緊電池”的信號(hào)給平衡吊，可以切換至負(fù)載模式。

當(dāng)搬運(yùn)至合適位置時(shí)，按壓按鈕，氣源經(jīng)路氣道反饋“準(zhǔn)備松開夾具”的信號(hào)給平衡吊，平衡吊葫蘆內(nèi)部氣壓下降，繩索緩慢下降，當(dāng)電池安放至有水平面支撐時(shí)，平衡吊內(nèi)部葫蘆氣壓降至某一定值，路氣道收到平衡吊反饋回的信號(hào)，兩位通氣控閥動(dòng)作至另一端，氣缸伸長(zhǎng)，夾具松開。

4 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核

夾爪和基板為結(jié)構(gòu)的受力薄弱零件，需要進(jìn)行強(qiáng)度的校核。如圖5所示為夾爪一端受力，兩孔固定時(shí)的應(yīng)力圖。夾爪采用304不銹鋼材質(zhì)鈑金而成，屈服應(yīng)力為185MPa，此時(shí)的最大應(yīng)力為34.6 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

如圖6所示為受力時(shí)的應(yīng)力圖?；逋瑯硬捎?04不銹鋼材質(zhì)鈑金而成，屈服應(yīng)力為185MPa，此時(shí)的最大應(yīng)力為40.3 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

5 實(shí)踐與結(jié)論

本夾具已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于某動(dòng)力電池生產(chǎn)線，從現(xiàn)場(chǎng)操作者的反饋看，可以滿足需求，大大的降低他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了動(dòng)力電池的生產(chǎn)品質(zhì)。

文章圍繞某一動(dòng)力電池的夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行展開，具體總結(jié)如下：

1）分析電池的整體結(jié)構(gòu)，確定了夾具對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向定位孔、夾緊位置;

2）設(shè)計(jì)了夾具的整體結(jié)構(gòu)及分析了夾具結(jié)構(gòu)自鎖的原理;

3）設(shè)計(jì)了夾具的氣路控制圖并對(duì)夾具工作原理進(jìn)行了分析;

4）對(duì)夾具關(guān)鍵零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，滿足結(jié)構(gòu)要求。

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作者簡(jiǎn)介：蘇開華（1980-），男，湖北公安人，碩士研究生，工程師，講師，研究方向：機(jī)械裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。