电池包自动安装设备结构设计与应用

2024-01-03章丽

机械工程与自动化 2023年6期

章丽

(曼弗莱德智能制造(江苏)有限公司，江苏苏州 215100)

0 引言

为了缓解供电高峰期供电紧张、输电效率低下的状况,近年来国内外正大力发展MW级集装箱式储能系统(CBESS)[1]。为提高电池包入集装箱的安全性和便利性,通常采用自动化设备进行储能箱电池包安装。目前,电池包自动入集装箱常用方式有机器人抓取安装和非标自动设备安装。但机器人供货周期长、供货不足,为此,设计了储能箱电池包自动安装设备。

1 电池包自动安装设备设计思路

储能箱电池包自动安装系统由包胶链板输送系统、RGV轨道系统、电池包自动安装设备、围栏等组成,如图1所示,可实现电池包的长距离供料、集装箱自动定位、电池包自动入箱。

图1 储能箱电池包自动安装系统

电池包尺寸约2 285 mm×810 mm×241.5 mm、重量<700 kg。电池包安装步骤为:电池包自动安装设备(简称自动安装设备)移动到电池包安装台位后定位→逐层安装直至一列安装结束→设备移动至其他指定仓位进行电池包安装→重复流程直至全部安装结束→复位→开始下一循环。

电池包自动安装设备主要由底座、升降机构、翻转机构(配合视觉纠偏)、推送机构组成,其结构如图2所示。自动安装设备的底座固定在储能箱电池包自动安装系统的轨道上,伺服电机驱动齿轮齿条进行横向的精确定位,方便集装箱不同列的电池包安装。在底座上安装立柱,立柱焊接后精加工,立柱上安装标准直线导轨和滚珠丝杠,伺服电机驱动,精确控制升降台的高度,以此满足集装箱不同高度电池包的安装。在升降台上设置短距离滚筒线,该滚筒线的前端与链板线接驳处设有动力,目的是方便电池包从链板线顺畅地过渡进入自动安装设备。滚筒线后端为无动力端,电池包进入自动安装设备后由安装在升降台上侧的推送机构推送进入集装箱电池架上。推送机构自带压力传感器和位置传感器,当压力高于一定数值时停止推送动作并报警,防止推力过大将电池或电池架限位挡块挤压变形。推送机构通过直线导轨和滚珠丝杠实现高度的升降,在电池包进入自动安装设备前推送机构保持上升姿态,电池包进入自动安装设备后推送机构下降,进行推送运动,以此避免推送机构和电池包的干涉。升降机构上固定翻转机构(角度补偿机构),推送电池包前分别用2个CCD检测集装箱支架上两只铆螺母的位置,利用检测偏差值进行控制系统的反馈,实现通过视觉检测对滚筒线进行角度调整。

图2 电池包自动安装设备

2 电池包自动安装设备结构设计与功能实现

2.1 技术参数确定

根据自动安装设备的主要技术性能和控制要求,动力部分均采用伺服电机驱动。以汇川伺服电机为例,依据经验初选伺服电机和减速机[2,3]。电池包重量<700 kg,推送机构选用1 kW驱动伺服电机;推送机构重量为162 kg,滚筒线重量为94 kg,负载偏心距为0.26 m;翻转机构选用4.4 kW带抱闸驱动伺服电机和减速比i=100的行星减速机;升降台总重1 460 kg,垂直长行程选用5.5 kW带抱闸伺服电机和减速比i=10的行星减速机;垂直短行程选用1.3 kW带抱闸伺服电机和减速比i=7的行星减速机。自动安装设备技术参数如表1～表4所示。

表1 推送机构技术参数

表2 翻转机构技术参数

表3 升降长行程机构技术参数

表4 升降短行程机构技术参数

2.2 推送机构设计

推送机构如图3所示。推送机构经垂直丝杠、直线导轨导向后下降到设定位置。压力传感器固定在推送机构的首端,随丝杠螺母一起运动,对电池包进行推送。当压力超过设定值时控制系统停止推送并报警。在推送过程中位置传感器检测电池包的实际位置,当到达安装位时程序反馈控制系统,电机反转,推送机构继而复位。

图3 推送机构

2.3 翻转机构设计

翻转机构如图4所示,由左、右手臂和滚筒线组成,默认姿态为手臂保持水平,靠近电机的手臂为动力端,另一侧手臂为无动力从动端,两只手臂分别与滚筒线支架连接,从而实现滚筒线的角度调节。

图4 翻转机构

2.4 升降机构设计

升降机构如图5所示,主要由2组立柱、8组直线导轨、2组滚珠丝杠、2组伺服电机等组成,在导轨两侧固定限位装置,电机选择带抱闸功能。导轨长度分为两种,长导轨进行整个翻转机构的上下移动导向,短导轨进行推送机构的上下移动导向。

图5 升降机构

3 电池包自动安装设备的应用效果

自动安装设备满足客户生产节拍需求,翻转机构翻转角度为-5°～5°,用时1 s～2 s,重复定位精度±0.1 mm。推送机构推送距离2.5 m,用时5 s～6 s,重复定位精度±0.1 mm。升降机构运行距离3.1 m,用时6.5 s～8.5 s,重复定位精度±0.2 mm。此自动安装设备在满足设计和使用要求的前提下,极大地实现了自动化。一键式上料,降低了工人的工作强度,借助视觉系统安装定位精度高,工作效率得到大幅提升,为企业创造了良好的经济效益。