牽引用鉛酸電池管式極板的精益制造

沈旭培,陳戰(zhàn)營,李 軍

(天能電池集團(tuán)股份有限公司,浙江 湖州 313100)

牽引用鉛酸電池主要應(yīng)用于牽引車、叉車和搬運(yùn)車等負(fù)載電流大、工作時間長的車輛,對電池的深循環(huán)性能要求高。深循環(huán)放電易導(dǎo)致正極活性物質(zhì)脫落,縮短電池使用壽命[1],因此,正極采用管式極板,將活性物質(zhì)填入多孔滌綸套管中,再將管口封合,防止活性物質(zhì)脫落,延長電池使用壽命。

本文作者結(jié)合管式極板的特征和現(xiàn)有的制造工藝,設(shè)計出自動化極板制造設(shè)備,以實現(xiàn)極板在擠膏前段鉛芯切割和套管的自動化操作,提高管式極板的精益制造水平。

1 工藝分析

管式極板制造工藝可分為板柵壓鑄、鉛芯切割、套管、擠膏、封底和固化等工序。板柵壓鑄、擠膏、封底和固化工序通常分別在壓鑄機(jī)、擠膏機(jī)和固化室中采用自動化制造,而鉛芯切割和套管工序仍采用手工。手工切割鉛芯時,板柵模具由于型號較多,切換時費時費力,影響產(chǎn)能;在手工套管時,鉛芯與套管的位置很難絕對同心,導(dǎo)致鉛芯底部與套管內(nèi)側(cè)接觸,在插入時,劃傷套管。采用板柵模具共用的方法,設(shè)計鉛芯定位切割裝置和滾輪式套管裝置,使鉛芯切割、套管兩個工序部分自動化,可提高管式極板的精益制造水平。

2 自動化設(shè)備

2.1 鉛芯定位切割裝置

管式極板的板柵由極耳、上邊框、鉛芯和工藝邊框等組成(見圖1),工藝邊框為切割部位。

圖1 板柵示意圖Fig.1 Schematic diagram of grid

鉛芯定位切割裝置由板柵定位調(diào)節(jié)板、切刀和導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)軸等重要部件組成[2]。定位調(diào)節(jié)板由定位端塊、定位銷和調(diào)節(jié)孔組成(見圖2),將板柵極耳頂端放置在定位端塊處,板柵上邊框設(shè)有定位孔,與定位銷配合,使板柵固定,再根據(jù)鉛芯長度移動定位調(diào)節(jié)板,使調(diào)節(jié)孔與工作臺上的調(diào)節(jié)孔配合,最后用螺栓緊固(見圖3)。

圖2 定位調(diào)節(jié)板示意圖Fig.2 Schematic diagram of positioning adjustment plate

圖3 鉛芯定位切割裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of lead core positioning cutting device

切刀由刀片和氣缸組成。鉛芯切割時,活塞桿伸出,聯(lián)動刀片下落切割鉛芯,切割完成后,活塞桿聯(lián)動刀片復(fù)原(見圖3)。導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)軸由定位齒槽和導(dǎo)向圓臺組成[3](見圖4)。定位齒槽與鉛芯的中心距相等,導(dǎo)向圓臺表面為圓弧,定位齒槽和導(dǎo)向圓臺的方向相互垂直,用于固定鉛芯。當(dāng)鉛芯切割完成后,旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°,使鉛芯處于導(dǎo)向圓臺頂部(見圖3)。

圖4 導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)軸示意圖Fig.4 Schematic diagram of guide rotating shaft

2.2 滾輪式套管裝置

滾輪式套管裝置由滾輪、套管箱、擋板、氣缸和導(dǎo)向板等重要部件組成[4](見圖5)。

圖5 滾輪式套管裝置示意圖Fig.5 Schematic diagram of roller casing device

將組裝好的套管箱放置在工作臺的軌道上,滾輪卡入軌道槽中(見圖4、圖6)。套管箱內(nèi)側(cè)設(shè)有插槽,插槽底部與套管箱底部保留套管厚度1.2～1.3倍的距離,并根據(jù)套管的長度,將擋板置于不同的插槽中,使套管固定,隨后往箱內(nèi)填滿套管。氣缸的活塞桿連接導(dǎo)向板,導(dǎo)向板厚度為套管厚度的92%～94%。當(dāng)鉛芯切割完成后,滾輪帶動套管箱前進(jìn),活塞桿伸出,聯(lián)動導(dǎo)向板將套管推進(jìn),通過導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)軸上的導(dǎo)向圓臺套入鉛芯。完成套管后,活塞桿聯(lián)動導(dǎo)向板復(fù)原,套管自由下落至套管箱底部,滾輪帶動套管箱復(fù)原,準(zhǔn)備下一次套管。

圖6 定位切割和精準(zhǔn)套管示意圖Fig.6 Schematic diagram of positioning cutting and precision casing

套管后的半成品管式極板見圖7。

圖7 半成品管式極板示意圖Fig.7 Schematic diagram of semi-finished tubular plate

3 效益分析

4PZS500型牽引電池[5]高度為608 mm,設(shè)計板柵鉛芯長度465 mm、套管長度470 mm;4PZS560型牽引電池[5]高度為712 mm,設(shè)計板柵鉛芯長度570 mm、套管長度575 mm;4PZS620型牽引電池[5]高度為755 mm,設(shè)計板柵鉛芯長度615 mm、套管長度620 mm。采用板柵模具共用的方法,用ZG160-630/19型模具(中極耳板柵,宿遷產(chǎn),單片極板容量160 Ah,鉛芯總長度630 mm,數(shù)量19根)生產(chǎn)板柵。根據(jù)鉛芯長度移動定位調(diào)節(jié)板,切割后,不同尺寸的板柵供3種型號的電池使用。模具采購成本1.4萬元/副,采購周期約為1 a,平均每3副模具可節(jié)約2.8萬元/a。共生產(chǎn)60種不同型號電池,可節(jié)約56萬元/a。因為不需要切換模具,還可以節(jié)約時間。

手工切割鉛芯的平均速度8～9 s/片,套管的平均速度6～7 s/片,合計平均速度14～16 s/片。自動切割鉛芯的平均速度5～6 s/片,套管的平均速度4～5 s/片,合計平均速度9～11 s/片。每片極板的平均速度約提高70%。

手工切割鉛芯和套管各1人,共計2人,平均工資每人7～8萬元/a,共計14～16萬元/a。采用自動切割鉛芯和套管,生產(chǎn)線投入8.5萬元,用電器具總功率為3.5 kW。工作時間按10 h/d計算,用電量為35 kW·h/d,按照工業(yè)用電峰時、平時和谷時各時段的平均電費計算,約0.75 元/kW·h,即為26.25 元/d,工作日按320 d/a計算,合計電費0.84 萬元/a。設(shè)備保養(yǎng)費約500 元/a,首年的總成本約9.39萬元,成本降低4.61～6.61萬元,其余年份的成本僅為電費和設(shè)備保養(yǎng)費,合計0.89萬元/a,成本降低13.11～15.11萬元/a。

手工套管的主要報廢原因是,插入時,鉛芯底部與套管內(nèi)側(cè)接觸導(dǎo)致劃傷。采用自動套管后,由于鉛芯與套管的位置精準(zhǔn)對齊,平均合格率提高了0.45個百分點,對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 手工套管與自動套管合格率對比Table 1 Comparison of qualification rate between manual casing and automatic casing

4 結(jié)論

精益制造對制造業(yè)有著重要的意義和積極的影響,能以更少的投入獲得更多的產(chǎn)出,進(jìn)而控制成本、提高效益。本文作者設(shè)計的鉛芯定位切割和滾輪式套管裝置,既實現(xiàn)了自動化、又提高了制造速度和產(chǎn)品合格率,還節(jié)約了成本,減少了模具數(shù)量和人員投入,提高了牽引用鉛酸電池管式極板的精益制造水平。