電池隔離管卷管機設計與開發

作者簡介：張濤（1968-）女，漢，四川綿陽人，綿陽職業技術學院，高級工程師，本科學歷，機電方向。

摘要：本文介紹了電池隔離管卷管機的設計與開發過程，并對其設計方案、工藝流程、系統控制及其在生產中實際使用效果等方面進行了詳細說明。

關鍵詞：電池 隔離管 卷管機

一、概述

該設備主要用于堿錳電池隔離管制造，能把隔膜紙卷成圓筒狀并粘接牢固，再按一定尺寸切斷，圓筒內外徑和長度尺寸均能精確控制，出現異常情況或缺料時能自動報警。

二、工藝流程及性能參數

1、工藝流程

傳送隔膜紙→涂膠→卷管→加熱→剪切

2、設備性能

適應產品：LR03和LR6 生產能力：220pcs/min

3、產品尺寸

三、結構設計方案

該設備主要由涂膠裝置、卷管裝置、切管裝置三部分組成，紙帶經涂膠裝置涂膠后送到卷管裝置，卷好的隔離管經過加熱器，使其快速固化，最后剪切成型。

1、卷管裝置螺旋升角λ的計算

紙帶的螺旋升角是卷管的主要參數，已知芯軸直徑D=5.77mm，紙帶寬H=12mm，紙帶螺旋升角λ的計算如下：

2、卷管電機功率計算

設卷管裝置中卷管皮帶初拉力為F=28Kg，已知工作載荷均勻無沖擊，皮帶輪直徑D=125mm，最大轉速N2=60rpm，選用皮帶無級變速機構，變速比1：4，電機輸出轉速N1=1500rpm， 傳動部分機械效率取η=70%，那么

按所需傳動比和輸出扭矩，選用上海蒲江WPO60型蝸輪減速器，其輸出扭矩為56Nm，輸入功率0.46Kw，效率75.3%，設皮帶減速機構效率90%，則所需電機功率：

故選用0.75Kw電機，若選用的皮帶無級變速輪的變速比1：4，則卷管速度可在15～60rpm之間調整。

3、涂膠裝置

在涂膠滾輪上方均設置刮板，可把滾輪上多余的白乳膠除去；涂膠電機轉速可調，以配合卷紙速度，使其涂膠均勻；紙帶擋板采用部分接觸的方式，可減少摩擦產生的靜電及由此造成的微塵堆積現象。

4、切管裝置

該裝置由電機帶動上刀做高速圓周運動，下刀固定。當檢測到有隔離管時，電機啟動使上刀旋轉一周，完成隔離管的剪切，然后上刀停在最初的位置等待下一段隔離管送入。剪切長度可由擋板位置進行調節。隔離管上方設置有吹氣管，使剪切后的隔離管順利落入收集口內。

四、電氣控制方案

1、涂膠裝置

其過程主要由兩個調速電機完成，可以通過調節速度控制器到指定速度。使用斷路器等實現對涂膠電機供電控制，同時提供斷路、短路和過載等保護，并設有緊停開關，用于異常時電機的瞬時停止。

2、卷管裝置

此部分是整臺設備的主動力，實現傳送和卷管。該控制主要由主電機和一個熱風發生器完成。主電機負責傳送及卷隔離管，熱風發生器負責吹干隔離管的膠，使其盡快成形。使用PLC、斷路器、接觸器、按鈕等實現對卷管電機的供電控制，并提供斷路、短路和過載等保護。

3、切管部分

隔離管的材料為紙帶，且為圓形中空零件，不易實現飛切，只能在高速的情況下進行剪切，且每次剪切后，刀片的位置必須回到原位。所以電機要求實現高精度，高速度的剪切，快速、頻繁起停，低慣量。

基于以上情況，如果選用普通的變速電機，不能實現頻繁快速起停，且上刀轉動慣量大，不能精確定位，因此選用交流伺服系統實現其高速飛切。交流伺服電機的控制精度由電機后端的旋轉編碼器保證，控制精度高，運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象；交流伺服電機為恒力矩輸出；其加速性良好，從靜止加速到額定的轉速僅需幾毫秒，特別適合這種快速、頻繁起停的控制場合。

最后選用三菱伺服電機HC-KFSO53B，伺服放大器選用MR-J2S-10A，此設備采用速度控制模式，利用外部的電位調節器調節伺服電機的速度。可編程控制器型號為FX1S-20MR-001，其中PHS采用應答速度為200us光纖放大器E3X-A11和光纖傳感器E32-TC200。利用PLC的外部中斷輸入模式，當PHS檢測到有隔離管，就啟動運轉電機子程序，M依設定速度運轉，快速切下隔離管，同時計數器加1 ；當PRS檢測到凸輪時，啟動停止電機子程序，M停止，計數器復位，為下一次飛切和計數作準備；如此反復工作。

五、設備的先進性、可靠性、安全性、可維修性、創新點

1、設備先進性

生產效率高，操作簡單，生產中只需定時更換紙帶、加白乳膠和抽檢；設備適應性強，簡單調整即可生產另一種產品；

2、設備安全性、可靠性和可維修性

工作出現異常時有自動報警；設有安全保護裝置；各運動部件布置合理，維修方便；可根據故障報警信息對設備進行相應的檢查、排除和維護。

3、創新點

1）設備適應性強，可適應多種產品；

2）省略了第二層隔膜紙涂膠工序，減少用膠量，簡化設備結構，降低成本；

3）增加了外徑公差超差控制功能，提高產品合格率；

4）增加了剪切裝置控制功能，當剪切異常時，卷管裝置能及時停機，避免大量浪費隔膜紙。曾設調試模式和工作模式，當工作模式的時候，如果切刀處有2秒沒有檢測到隔離管，就切斷主電機的運轉，同時報警，工作人員排除故障以后，重新啟動運轉。