模具化壓接組件在電能表自動化檢測流水線中的應用

趙宇東 孫麗娜 蘇強波

摘 要：簡述模具化壓接組件的功能及特點，描述壓接組件結構的設計，以及對關鍵零部件受力分析。傳統壓接組件壓接成功率低，容易損壞表計或造成電能表檢測誤判，難以與自動化生產線匹配，因此迫切需求模具化壓接組件。模具化壓接組件應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線的生產效率，保證電能表檢測生產線的產品質量。

關鍵詞：模具；生產線；電能表；自動化；壓接

電能表是國家重點管理的計量器具，是電力企業與用戶之間進行用電費用結算的依據，牽涉到千家萬戶，對國計民生意義重大。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]。隨著各個省份電力計量中心自動化檢定裝備的不斷建設，電能表自動化檢測流水線的實際工作效率，檢定表計的合格率等問題成為焦點。其中保證自動化檢定流水線生產效率和表計合格率最根本的因素是表計的壓接成功率。如何保證自動化流水線設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

電能表自動檢測流水線對生產流水線中每一臺的自動化設備的工作節拍，設備穩定性，設備可交互性等都有很高要求。模具化壓接組件可以在0.3s內完成一只電能表的壓接，可以適應自動化流水線的高效的節拍要求。其次壓接組件配有壓接到位磁性開關傳感器，從而保證壓接到位電氣接口與自動化檢定設備相匹配。壓接組件采用單個獨立動力組件實現單個的表位壓接，從而保證壓接動作的靈活獨立，便于自動流水線靈活適應不同壓接工藝。

為滿足自動生產線的生產節拍需求，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表位壓接同時進行并且壓接精度得到保證，模具化壓接組件將3表作為一個組件，對電能表進行對稱壓接。一方面3只一組增強壓接組件結構底座強度和剛度，另外一方面對稱壓接消除壓接時的側向里從而保證設備壓接精度，消除設備不合理外部受力。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行磨損影響壓接組件造成設備故障。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備的運行安全。

2 模具化壓接組件的結構設計

壓接組件依據自動生產線的結構特點、生產節拍要求，采用氣動部件與精密機械部件相結合的方式實現組件的機構設計。設備結構主要組成部分：壓接表托部分、壓接滑軌部分、組件機架部分、組件動力氣缸。（圖1）

2.1 壓接表托部分

表托結構如圖2壓接表托結構所示。表托支架采用具有良好絕緣特性和阻燃特性的PCA940材質一體注塑成型，一方面保證支架具有良好的結構剛性；另外一方面具有良好的結構精度。壓接表托信號針端部采用圓球型設計確保壓接時適應電能表的接線孔偏差。電流針的半圓弧面設計保證的電流對接時的接觸面積，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現。

圖2 壓接表托結構

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

2.2 壓接滑軌部分

壓接滑軌部分采用雙滑桿結構，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下滑桿結構穩定，動作精準順暢。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，保證滑座的結構精度。此外滑座采用具有良好電氣絕緣特性和結構強度的SMC材料保證滑座壓接過程中安全，高精度。結構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度。圖3為壓接滑軌部分的結構圖。

圖3 壓接滑軌部分結構

2.3 組件機架部分

組件機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。穿線孔均設計有圓角過渡以保證設備布線中管線不被損壞，走線簡潔，設備運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。滑桿壓蓋獨立成型，保證的設備的拆裝更換方面高效。氣缸座獨立成型保證氣缸組件安裝可獨立拆裝便于設備組裝和運維階段更換維修。組件機架全部采用具有良好電氣絕緣特性、阻燃特性以及機械特性的SMC材料模壓成型，保證組件的運行安全，強度足夠。（圖4）

圖4 組件機架部分結構

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。氣缸缸徑依據可靠壓接時的壓接保持力進行設計選型，確保壓接充分可靠。此外氣缸50-500mm/s的運動速度可靠保證0.3S內完成壓接動作。氣缸連接接頭端部配合滑座設計方面快速拆卸，接頭與氣缸桿螺紋連接可以調節壓接空行程，從而保證壓接力的可調，壓接動作與輸送設備運行互不干涉。壓接氣缸配置有磁性感應開關可將氣缸實際運動狀態進行反饋，防止因為誤操作問題造成設備或電能表損壞、以及人員安全問題。（圖5）

3 關鍵零部件受力仿真分析

壓接組件的主要強度薄弱部件為表托滑座。為保證壓接批量生產后運行可靠穩定，降低模具投入風險，設計階段對表托滑座進行了軟件模擬仿真的強度受力分析和受力變形分析，如圖6受力分析圖。分析結果顯示壓接組件強度足夠，受力后變形量低于使用需求，可滿足設計要求。

圖6 受力分析圖

圖7 模具化壓接組件實際運行照片

4 模具化壓接組件的實際應用情況

設備已經成功應用于遼寧省級計量中心的自動化電能表檢測生產線項目中。自動化檢定的壓接成功率高達99%以上，高于類似壓接組件。模具化組件壓接運行穩定，壓接組件的故障率也明顯低于同類產品。模具化壓接組件在材料選用和結構設計上充分考慮和設備運行的安全、可靠、穩定，從而確保了自動化檢定流水線的安全、可靠、穩定生產。

5 結束語

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

參考文獻

[1]李林霞，周洪超，馬紅斌，等.電能表鉛封自動化系統的設計與實現[J].制造業自動化，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[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，國網遼寧省電力有限公司，學士學位，高級工程師，主要從事電能計量與用電信息采集系統方面的研究與管理。