碱性电池锌膏注入机的研制

杨上华

（宁波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 宁波 315000）

目前，国内的企业所使用的碱性电池的生产设备和相关技术较为落后，因此就必须提高碱性电池的生产能力。进一步完善碱性电池锌膏注入机设备，不仅能进一步减少碱性电池的生产成本，增加电池生产企业的利润，还能减少副产品的产生，促进绿色生产，因此，研发碱性电池锌膏注入机是十分必要的。

1 碱锰电池生产设备产业现状

1.1 国外发展历程

国外发达国家如美国、英国、日本等在上世纪80年代前后就开始对碱性电池进行研究和生产。经过几百年的发展，目前国外的碱性电池生产技术和设备十分完善的，这些碱性电池生产设备很先进，其自动化程度较高，设备的控制器都是使用了PLC和触摸屏。不仅如此，这种设备生产出来的产品质量档次高，电池的使用寿命相对较长，而且生产成本低，速率快。

1.2 国内发展现状及趋势

我国碱性电池的生产起步较晚，在上世纪60年代才开始进行碱性电池的研究。直到上世纪90年代，碱性电池生产企业从国外引进大量电池生产线，我国的碱性电池技术和设备才得到迅速发展。目前，国内一些具备高准确度、高速率的碱性电池生产企业多采用国外的设备。国内几家比较大型的企业有南孚、双鹿等都是借鉴外国的先进生产线来进行大量生产，一部分企业通过引进、模仿外来先进的碱性电池生产模式，完成了生产设备的整体提升，并增强了企业设备的研发能力，为国内的碱性电池生产能力以及设备的研制起到了更加积极的作用。比如丹阳琦瑞机械制造厂自主设计的一台锌膏的机械式注入机，其全新的框架结构，以及稳定的工作性能，受到很多制造商的青睐。这款设备主要具有操作便捷、运行稳定、锌膏的注入量精确等等良好的优点。此外这台设备每分钟可以生产约四百多只电池，给企业带来了良好的经济效益。

2 研制碱性电池锌膏注入机的重要性

锌膏作为碱性电池的负极，其注入的数量对电池的寿命起着极大的作用，目前我国多数锌膏生产厂商使用的生产设备都是应用机械式和电磁阀控制锌膏注入量的方法。这种方式在加注质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，碱性电池新膏注入机设备的技术还需要进一步提高。

制作碱性电池负极的主要材料就是锌膏，它对电池性能的好坏起着主要的影响作用，锌膏注入工序是碱性电池生产工艺中的关键工序。锌膏注入机的主要功能就是按照碱性电池生产工艺的要求给半成品电池中注入定量的负极锌膏。由于负极锌膏呈膏状，而且对加注的质量的控制十分严格，所以锌膏加注系统的好坏，将直接影响到该种设备生产的电池的好坏。为了满足高性能碱性电池的制作要求，新型的锌膏注入机采用注射针的工作原理进行加注系统的设计，通过抽注系统的液压来控制锌膏的注入量。同时，通过采用多排注入系统同时注入锌膏的方式来提高电池的生产速度，以此来达到提高生产效率，增大经济效益的目的。

3 碱性电池锌膏注入机的主要机构介绍

3.1 锌膏的抽注机构

抽注机构是锌膏注入机的核心部件之一，其主要作用是按照生产要求，吸取一定质量的锌膏，将其准确地注入到半成品电池负极中。锌膏抽注机构的基本原理与注射针的工作原理是十分相似的，即使用带注射活塞的中空圆柱形玻璃管，通过活塞相对于玻璃管的移动来吸取和注入一定质量的锌膏。玻璃管必须能上下灵活的移动，才能在从锌膏罐取出定量的锌膏，将其准确地插入半成品电池的隔离管中。为了实现这个目标，玻璃管被设计成安装在主板上，玻璃管由主板上下驱动，而设备的动力源采用液压提供。为了实现主板上下两个方向的双向移动，采用两个液压缸来实现控制。为了完成锌膏的吸附、注入两个动作，不仅需要使玻璃管能上下垂直运动，还需要使玻璃管中的活塞相对于玻璃管上下运动。要做到这一点，我们必须设计一个可以相对于主板上下移动的机制。在主板上采用的机构是安装在两条轨道上，以此将整套注塑活塞机构安装在轨道上，利用液压缸来提供动力，使整个活塞沿着轨道做上下运动。

3.2 钢壳夹持机构

本机构的主要功能是在注入锌膏之前，将两排半成品电池放置并夹紧，使锌膏抽注机构能在托盘上将锌膏注入半成品电池中。为了实现两排半成品电池的同时夹紧，使用四个夹紧板即两个相同的夹紧机构同时工作。为了是仪器的结构更加简洁，并保证两套加持机构的操作同时性，可以采用同一个气缸作为唯一动力源，使气缸产生的作用力通过齿条齿轮的形式，分解为两个相反方向的力，并分别作用在前后两片夹板上，从而实现两排钢的壳同时夹紧和松动。具体设计时应注意以下几点：第一，设计横向对称中心线作为基准。第二，两套夹紧机构之间的垂直距离必须保证八十毫米，已给其足够的工作空间。第三，夹板的设计应考虑结构形式不与钢壳发生干涉，应注意钢壳的夹紧位置和钢壳开口直径的相对大小。第四，夹板夹持间距必须与半成品电池托盘一一对应。第五，为了保证夹板的相对运动，安装夹板时应保证在同一支架上的两块夹板移动方向相同，同一个副支架上的两块夹板的移动方向相同。通过托架前后移动，从而实现托板的夹紧和释放动作，由齿条带动两个机架实现上下相反方向上的运动。

3.3 托盘步进机构

该机构的主要作用是将已经注入了锌膏的半成品电池运送到下部工艺的确切位置。由于一次最多只能完成两排电池的锌膏注射，而一个托盘上的半成品电池一共有八排，因此必须分成4次才能完成。目前普遍的托盘步进机构采用双棘爪形式，一个棘爪于气缸连接，使气缸产生的动力能推动棘爪的向前移动，另一个棘爪与底板固定在一起，在每次步进后卡在折叠板处，以此来保证每次步进都有恒定的步长，在底板上装上一个始终向后拉的另一个气缸，使其产生小于第一个气缸推力的向后拉力，以保证机构的稳定性。同时，在另一个底板上安装另一个气缸，使棘爪在该气缸的作用下能被抬高，同时，在第二个气缸的作用下，第一个底板可以在运送结束后及时回到原始位置，因此，该机构就能顺利复位，以保证下一个周期工作的顺利进行。

3.4 托盘的输入和输出机构

这部分机构的作用就是将盛装半成品电池的托盘按程序传送到特定的部位，以保证整条生产线的连续性和完整性。该部分机构主要采用平皮带传送方式，利用气缸提供传送动力，传送相对比较平稳，而且加工制造比较容易，根据实际的生产需要，可以自行设定传送带的宽度、长度以及传送速率。

4 结语

随着碱性电池生产工业的发展，该种碱性电池锌膏注入机在很多年前就已经投入生产使用了，从实际生产情况看，该生产设备的结构相对比较简单，运行相对稳定，而且安全可靠，注入锌膏状态和注射量相对稳定，基本上达到了生产工艺的要求。该生产设备由我国独立研发成功，并顺利地投入了生产实践，使我国碱性电池的生产技术和设备取得了重大的进步，为进一步自主研制更高质量的碱性电池提供了更高的平台。

参考文献：

[1]李胜,杨林.碱性锌锰电池生产设备的进展和发展方向[J].电池，2016，（8）：223-224.

[2]余国华,金成昌,郭龙,郭峰.长虹碱锰电池引进生产线及特点[J].电源技术, 2017，（03）:162-164.

[3]林大富.碱性电池锌膏注入机的研制[J].机械工程师.2016，（8）:233-234.