汽車新能源鋰電池密封拔釘機的結構設計目錄TOC\o"1-3"\h\u176721設計背景 1267862設計方案論證 2229823方案設計 10116364方案設計的優(yōu)點 1419532結語 1413454參考文獻 15摘要：近年來，在發(fā)展新能源鋰電行業(yè)過程中，隨著智能制造裝備領域的不斷發(fā)展，其電池產(chǎn)線已步入智能化生產(chǎn)軌道。同時為實現(xiàn)精確定位于密封，旨在確保鋰電池后續(xù)拔釘工作的順利開展，以期借助這種智能化優(yōu)勢，實現(xiàn)后續(xù)更好的儲存與周轉(zhuǎn)。本文立足于新能源電池，針對密封拔釘機開展進一步探討與分析。關鍵詞：新能源電池；拔釘機；設計1設計背景當前，人類面臨的能源危機問題越來越突出，使得人們將目光逐漸轉(zhuǎn)向了各種新型的清潔能源，新能源的快速發(fā)展使得對儲能設備的需求日益突出，新能源電池儲能已成為當前的研究熱點之一。目前，在生產(chǎn)新能源電池過程中，普遍采用自動焊接、自動涂布等專機，與汽車生產(chǎn)相比，這種自動化程度的弊端在于其屬于離散式生產(chǎn)方式，即主要是人工操作，進而實現(xiàn)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的銜接。同時，在生產(chǎn)線中逐漸普及機器人的應用，其優(yōu)勢在于可靠性、生產(chǎn)柔性化等，從而有利于生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)的提高，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因在于國內(nèi)迅速增長的勞動力成本，以及合理的機器人價格。由此可見，對于國內(nèi)新能源而言，必須要融合多種智能制造技術，以此實現(xiàn)無人化工廠的目的，從而打造符合新能源電池等離散制造生產(chǎn)線的發(fā)展格局。電池生產(chǎn)的工藝化成時間較長，化成時會產(chǎn)氣泡，不僅存在極大的安全隱患，還使電池的性能也不穩(wěn)定，所以在電池化成時需要開口化成和抽真空。由于電池的電解液具有吸水性，且容易結晶，所以在電池盒注液完后化成前需要將電池盒內(nèi)抽成真空，將注液孔用膠釘堵上，化成時又需將膠釘撥出，化成后又要將電池盒內(nèi)抽成真空和插上膠釘。為了更好地對新能源電池進行精確定位和密封，對新能源電池進行自動拔釘工作，方便后續(xù)新能源電池的儲存和周轉(zhuǎn)?，F(xiàn)有技術中，通常使用夾爪結構對膠釘進行夾持，再將膠釘拔出。然而，由于膠釘?shù)某叽缯`差以及位置誤差，經(jīng)常會發(fā)生夾爪結構無法夾緊膠釘?shù)那闆r，降低了拔膠釘?shù)某晒β?，影響生產(chǎn)進度。本文將著重就一種新能源電池密封拔釘機的設計開展研究討論。2設計方案論證該種新能源電池密封拔釘設備其特征在于：包括機架、輸送滾筒、電池盒、阻擋氣缸、阻擋板、定位裝置、拔釘裝置和釘子回收裝置，所述機架上安裝有輸送滾筒，輸送滾筒的滾筒上設置有電池盒，電池盒里間隔插裝有方形電池，輸送滾筒輸出端底部安裝有阻擋氣缸，阻擋氣缸的伸縮桿上安裝有阻擋板，輸送滾筒兩側設置有定位裝置，輸送滾筒上方設置有拔釘裝置，輸送滾筒后方設置有釘子回收裝置。（1）機身設置在所述機身中間位置處的放置架，放置在所述放置架上的釘子回收箱，對稱設置在所述釘子回收箱兩側的至少兩組放置臺，橫架在所述機身內(nèi)且位于所述釘子回收箱上方的X軸模組，傳動連接于所述X軸模組的移動座，安裝在所述移動座上的Z軸模組，以及傳動連接于所述Z軸模組的拔釘機構；其中，所述放置臺用于放置電池盒，在X軸模組和Z軸模組的共同作用下，實現(xiàn)拔釘機構在X軸向和Z軸向的移動，通過拔釘機構對電池盒內(nèi)的電池進行拔釘然后將拔出的釘轉(zhuǎn)移到釘子回收箱內(nèi)統(tǒng)一收集并處理，所述拔釘機構可對電池盒的電池同一時間實現(xiàn)一對一拔釘，互不干涉。（2）所述定位裝置包括固定塊、調(diào)節(jié)螺栓、調(diào)節(jié)支架、推拉氣缸、推板、定位板、隔板、定位架、夾緊氣缸、夾緊板和夾緊塊，所述固定塊固定于輸送滾筒后側的機架頂板上，固定塊上安裝有調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)節(jié)螺栓的伸出端安裝有調(diào)節(jié)支架，調(diào)節(jié)支架上安裝有兩推拉氣缸，推拉氣缸的伸縮桿上安裝有推板，推板上安裝有定位板和隔板，定位架固定于輸送滾筒前側的機架頂板上，定位架上安裝有兩夾緊氣缸，兩夾緊氣缸的伸縮桿上分別安裝有夾緊板和夾緊塊，所述定位板和夾緊板與電池盒相對，所述隔板和加緊塊的相對面間隔設置有定位凹槽。（3）其中，下壓板、夾緊組件、拔釘支架等，是組成拔釘裝置的主要構件，而升降氣缸位于拔釘支架的頂板，其伸縮桿上安裝有升降架，升降架下端等距安裝有下壓板，下壓板底部設有弧形避讓槽，升降架上還安裝有兩升降柱，升降柱穿過拔釘支架的頂板，拔釘支架頂板上設置有與升降柱配合使用的鎖附組件，拔釘支架上安裝有兩夾緊組件。傳動連接于所述Z軸模組的連接板，沿所述連接板的長度方向且呈鏡像設置的夾爪組件一和夾爪組件二，所述夾爪組件一和夾爪組件二的結構相同；其中，所述夾爪組件一具體包括：固定在所述連接板的下表面處兩個平行導軌一和導軌二，過盈配合于所述導軌一的若干個滑塊一，分別固定連接于所述滑塊一的安裝板一，過盈配合于所述導軌二的若干個滑塊二，分別固定連接于所述滑塊二的安裝板二，固定在所述安裝板一的內(nèi)側壁上的多個夾持件一，固定在所述安裝板二的內(nèi)側壁上的多個夾持件二，以及安裝在所述連接板的上表面處且分別傳動連接于所述安裝板一和安裝板二的傳送組件一和傳送組件二；所述傳送組件一用于同時控制夾爪組件一和夾爪組件二中的安裝板一的移動；所述傳送組件二用于同時控制夾爪組件一和夾爪組件二中的安裝板二的移動，即在傳送組件一和傳送組件二的配合，當安裝板一與安裝板二相對運動時，夾持件一與夾持件二相向運動，夾緊釘子；當安裝板一與安裝板二反向運動時，夾持件一與夾持件二反向運動，松開釘子。（4）所述鎖附組件包括導向架、鎖附滑板和鎖附氣缸，升降柱上方的拔釘支架頂板上安裝有導向架，導向架上部橫向插裝有鎖附滑板，拔釘支架頂板上還安裝有鎖附氣缸，鎖附氣缸的伸縮桿與鎖附滑板固定，鎖附滑板上設置有避讓孔。所述傳送組件一包括：固定在所述連接板的上表面處的氣缸一，傳動連接于所述氣缸一的活塞桿上的倒置U型連接框一，以及沿所述連接板的寬度方向?qū)ΨQ開設的腰形槽；所述腰形槽的長度大于倒置U型連接框一的長度，所述倒置U型連接框一的兩端分別穿過所述腰形槽，所述倒置U型連接框一的兩端分別固定連接于夾爪組件一和夾爪組件二中的安裝板一；所述傳送組件二包括：固定在所述連接板的上表面處的氣缸二，傳動連接于所述氣缸二的活塞桿上的倒置U型連接框二，以及沿所述連接板的寬度方向?qū)ΨQ開設的腰形槽；所述腰形槽的長度大于倒置U型連接框二的長度，所述倒置U型連接框二的兩端分別穿過所述腰形槽，所述倒置U型連接框二的兩端分別固定連接于夾爪組件一和夾爪組件二中的安裝板二。（5）所述夾緊組件包括拔釘氣缸、升降板、導向柱、連接架、手指氣缸、直線導軌和拔釘夾板,所述拔釘氣缸安裝于拔釘支架頂板上，拔釘氣缸的伸縮桿上安裝有升降板，升降板上安裝有兩導向柱，導向柱穿過拔釘支架頂板，升降板下端連接有連接架，連接架的水平板上安裝有手指氣缸和直線導軌，兩側直線導軌上相對一組滑塊上安裝有拔釘夾板，手指氣缸的兩夾臂與拔釘夾板固定，所述拔釘夾板相對面等距設置有與釘子外形一致的弧形卡槽。（6）所述釘子回收裝置包括回收槽、導向板、連接桿、導向管、回收支架和推拉氣缸，所述回收槽設置于機架，回收槽頂部開口處安裝有導向板，導向板斜向指向回收槽，導向板上橫向安裝有連接桿，連接桿上套有導向管，回收支架固定于機架上，回收支架上安裝有推拉氣缸，推拉氣缸的伸縮桿與導向管固定。圖2一種新能源電池密封拔釘機設備的部分結構示意圖對于本次設計方案而言，自身有益效果詳情如下：（1）定位裝置的設置，能夠定位夾緊方形電池；圖3一種新能源電池密封拔釘設備的定位裝置結構示意圖（2）拔釘裝置能夠自動壓緊膠塞，鎖附組件能夠鎖住下壓板；圖4一種新能源電池密封拔釘設備的拔釘裝置結構示意圖（3）夾緊組件的設置能夠夾緊拔出釘子；釘子回收裝置能夠及時回收拔出的釘子。圖5一種新能源電池密封拔釘設備夾緊組件部分剖視圖拔釘裝置的優(yōu)點如下：拔釘機構將夾持頭的內(nèi)部設置為中空腔體，在拔膠釘時，利用膠釘將夾持頭的開口進行封堵，以形成密封空間，通過氣體通排結構將密封空間進行抽氣形成負壓，以對膠釘進行吸附固定，即可將膠釘拔出，并且，在拔出膠釘后利用氣體通排結構向密封空間內(nèi)通氣，便于膠釘從夾持頭內(nèi)脫離。因此，只需使膠釘和夾持頭的內(nèi)壁過盈配合實現(xiàn)密封即可利用負壓進行拔釘，避免了膠釘?shù)某叽缯`差和位置誤差導致的不易對膠釘進行夾持的問題，提高了拔釘?shù)某晒β?，進而提高了生產(chǎn)進度。將氣體通排結構設置為空氣泵，利用空氣泵既可以實現(xiàn)氣體的抽出也可以實現(xiàn)氣體的通入，結構簡單，使用方便。通過設置施力結構帶動拔釘機構整體移動，施力結構可以帶動拔釘機構移動至使夾持頭與膠釘相連接，并在對膠釘進行吸附固定后，利用施力結構將膠釘拔出，更便于拔釘機構與膠釘?shù)呐浜?。通過設置固定結構以對待拔釘電芯的位置進行固定，保證拔釘過程中待拔釘電芯的穩(wěn)定性，便于膠釘?shù)陌纬觥?方案設計在圖1至圖3中，拔釘機構包括三個部分，即安裝部10、夾爪20、鎖緊部30，其展示的是一種具體的實施方式。其中，最少安排兩個夾爪20，其具有一定夾持膠釘?shù)膬煞N作用，分別是夾緊與張開狀態(tài)，并與安裝部10進行連接實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。而鎖緊部30的作用在于使夾爪20處于兩種位置，即夾緊時的鎖定、張開時的解鎖，其可與安裝部10進行可活動連接。當鎖緊部30處于鎖定位置時，需要拔除膠釘，此時夾爪20為夾緊狀態(tài)，且數(shù)量最少為2個，隨后移動鎖緊部30至解鎖位置，需要從拔釘機構上取下膠釘，此時夾爪20的狀態(tài)與之前相反。由此可見，在夾持膠釘時，應選用2個以上的夾爪20開展操作，同時對于膠釘存在的尺寸誤差與位置誤差，需要利用其開合程度進行有效覆蓋，這樣不僅有利于夾緊拔釘機構與膠釘，而且能夠確保拔釘成功率，最終實現(xiàn)生產(chǎn)進度提升的目的。圖1圖2圖3圖中，鎖緊部30為鎖緊套筒，鎖緊套筒套設于安裝部10的外部且與安裝部10可滑動連接。鎖緊套筒能夠朝向夾爪20滑動，并驅(qū)動至少兩個夾爪20相互靠近轉(zhuǎn)動，以使夾爪20處于夾緊狀態(tài)；并且，當鎖緊套筒朝向遠離夾爪20的方向滑動，鎖緊套筒能夠取消對夾爪20的限制，以使夾爪20處于張開狀態(tài)。利用鎖緊套筒沿安裝部10的滑動實現(xiàn)至少兩個夾爪20的開合，操作簡單，使用方便，并且，當鎖緊套筒處于鎖定位置，可以更好地對至少兩個夾爪20的位置進行限制，保證夾持的穩(wěn)定性。鎖緊套筒套設于安裝部10的上端，且鎖緊套筒能夠沿豎向滑動，夾爪20朝向安裝部10的下端延伸設置。鎖緊部30也可以為其他規(guī)則或者不規(guī)則的形狀，只需能夠?qū)A爪20進行驅(qū)動與鎖定即可。鎖緊套筒靠近夾爪20的一端上設置有抵接面31，通過抵接面31能夠與夾爪20滑動抵接，以推動夾爪20向內(nèi)轉(zhuǎn)動。觀察圖1可知，抵接面31的斜面程度為向下，且保持向外傾斜的態(tài)勢。同時也可以形成弧形面，具體為夾爪20拱起且彎曲的朝向。抵接面31這種斜面或弧形面的形成，有助于其與夾爪20形成配合抵接，從而在鎖緊套裝與夾爪20之間，達到緩解兩者硬性碰撞的目的。抵接面31設置于鎖緊套筒的下端，即鎖緊套筒的筒口處，并且抵接面31設置于筒口的內(nèi)側面且整圈設置，也就是說，將鎖緊套筒的筒口的內(nèi)側設置為類似倒角結構。夾爪20和安裝部10之間設置有彈性件40，當鎖緊部30位于鎖定位置，彈性件40壓縮，并施力于夾爪20，使夾爪20與鎖緊部30的內(nèi)壁相抵接，當鎖緊部30由鎖定位置移動至解鎖位置，在彈性件40的彈力作用下，彈性件40推動夾爪20向外轉(zhuǎn)動至張開狀態(tài)。通過在夾爪20和安裝部10之間設置彈性件40，當夾爪20處于夾緊狀態(tài)，夾爪20位于鎖緊套筒的內(nèi)部，彈性件40壓縮，在彈性件40的彈力作用下，增強了夾爪20與鎖緊套筒的內(nèi)壁的抵接力，提高了對膠釘夾持的穩(wěn)定性；當夾爪20松開膠釘時，利用彈性件40的彈力可以推動夾爪20向外轉(zhuǎn)動張開，并使夾爪20保持于張開狀態(tài)，因此，通過設置彈性件40便于夾爪20的張開并且便于夾爪20再次與另一膠釘?shù)呐浜蠆A持?！皧A爪20向內(nèi)轉(zhuǎn)動”即為夾爪20能夠靠近膠釘轉(zhuǎn)動，以夾持膠釘；相應的，“夾爪20向外轉(zhuǎn)動”即為夾爪20遠離膠釘轉(zhuǎn)動，以松開膠釘。安裝部10的外壁上開設有安裝槽11，安裝槽11的槽壁上設置有轉(zhuǎn)軸12，夾爪20的上端與轉(zhuǎn)軸12可轉(zhuǎn)動連接，夾爪20的下端延伸出安裝槽11，夾爪20的下端用于夾持膠釘。如圖1所示，彈性件40的一端與安裝槽11的槽壁相連接，彈性件40的另一端與夾爪20的內(nèi)側相連接。為容納夾爪20，縮小拔釘機構的整體面積，需要在安裝部10上安裝槽11。在安裝部10的周向，開設多個安裝槽11，并在其內(nèi)部安裝一個夾爪20。在本次研究過程中，分別設置了夾爪20與安裝槽11，且數(shù)量各自為三個。安裝槽11也可以為沿安裝部10的周向開設的一個整體的槽體，多個夾爪20沿安裝槽11的槽壁的周向間隔設置。為保持夾持的穩(wěn)定性，提升膠釘與夾爪20之間的摩擦力，需要在夾爪20下端內(nèi)側面上增設防滑結構21來實現(xiàn)。同時為形成夾爪20鋸齒狀結構，需要在防滑結構21設置多個防滑槽。另外也可以為其他防滑結構所用，例如，可以在夾爪20下端內(nèi)側面，具體為其凸點和凹點處，設置防滑結構21。本次設計還提供了拔釘裝置的一種具體實施方式，包括上述的拔釘機構，還包括施力結構和固定結構。利用固定結構對待拔釘電芯的位置進行固定，利用施力結構能夠驅(qū)動拔釘機構，以在拔釘機構與膠釘連接后將膠釘拔出。通過設置施力結構帶動拔釘機構整體移動，施力結構可以帶動拔釘機構移動，并在夾爪20夾持膠釘后，利用施力結構將膠釘拔出，更便于拔釘機構與膠釘?shù)呐浜稀Ｍㄟ^設置固定結構以對待拔釘電芯的位置進行固定，保證拔釘過程中待拔釘電芯的穩(wěn)定性，便于膠釘?shù)陌纬?。施力結構為直線驅(qū)動結構，利用直線驅(qū)動結構能夠驅(qū)動拔釘機構沿豎向移動。直線驅(qū)動結構可以為氣缸、電缸、液壓缸、直線電機等。固定結構為夾緊托盤。將待拔釘電芯放置于夾緊托盤上，并利用夾緊托盤可以對待拔釘電芯的底部進行夾緊。在拔釘時，通過夾緊托盤的夾緊力以及待拔釘電芯的自身重力，使待拔釘電芯的位置固定，保證待拔釘電芯的穩(wěn)定性。固定結構也可以為其他能夠固定待拔釘電芯的位置的結構，可以為其他夾持結構，也可以為對待拔釘電芯進行按壓的按壓結構。隨后在拔釘過程中，首先需要利用夾緊托盤的作用，固定好待拔釘電芯；然后移動拔釘機構位置，此時其處于張開狀態(tài)，并將其與夾爪20、膠釘位置相對應，且為驅(qū)動夾爪20向內(nèi)轉(zhuǎn)動，需要對鎖緊部30進行向下移動，從而保持兩者與膠釘外部位置，隨后在夾持作用下固定膠釘?shù)奈恢茫蛔詈蟀l(fā)揮施力結構作用，保持向上的姿勢移動拔釘機構，拔出膠釘落體電芯，這主要是源于夾緊托盤與待拔釘電芯的驅(qū)動力。緊接著為脫離夾爪20與鎖緊部30，需要在完成拔出工作后，將鎖緊部30進行向上移動，從而借助彈性件40作用下，促使夾爪20為松開狀態(tài)進而與膠釘脫離。輸送機構正在運行，阻擋機構已經(jīng)頂升到位。新能源電池托盤通過輸送線輸送到位后，檢測光電得到信號，托盤經(jīng)過減速后碰到阻擋機構后停止工作。氣缸推動頂升定位機構頂升，定位銷插入托盤的縫隙內(nèi)完成定位。橫向直線模組帶動拔釘抓手通過步進電機精確的移動到電池上方，上下直線模組帶動抓手下移至密封塞銷釘位置，然后抓手上的氣缸經(jīng)過控制程序?qū)γ芊馊M行夾取進行抓取銷釘。抓取完成后，上下直線模組帶動模組向上運動，拔出電池密封銷釘，再經(jīng)過左右直線模組的帶動下移動到收料箱上方，松開氣爪，密封銷釘?shù)羧胧占N釘內(nèi)，完成拔釘回收工作。氣缸阻擋和頂升定位機構停止工作，輸送線將新能源電池托盤輸送到下一個機構。圖6一種新能源電池密封拔釘設備輸送系統(tǒng)示意圖4方案設計的優(yōu)點本次設計利用至少兩個夾爪對單獨的膠釘進行夾持，并且，至少兩個夾爪的開合程度能夠覆蓋膠釘?shù)某叽缯`差和位置誤差，保證拔釘機構能夠夾緊膠釘，提高拔釘?shù)某晒β?，進而提高生產(chǎn)進度；通過設置彈性件，在夾緊狀態(tài)時增強了夾爪與鎖緊套筒的內(nèi)壁的抵接力，提高了對膠釘夾持的穩(wěn)定性，并且可以利用彈性件的彈性推動夾爪向外轉(zhuǎn)動張開，并使夾爪保持于張開狀態(tài)；通過拔釘機構、施力結構和固定結構相互配合，便于膠釘?shù)陌纬?，并且，保證膠釘拔出時電芯的穩(wěn)定性。結語在新能源電池生產(chǎn)線的關鍵工藝環(huán)節(jié)中優(yōu)化自動拔釘裝置，在實際應用于推廣過程中，不僅有助于實現(xiàn)操作人員的減負目的，緩解其一定的勞動強度，而且能夠確保勞動生產(chǎn)率的有效提升，這樣一來，也為行業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)時間，所取得的示范效應也是有目共睹的。參考文獻[1]鑒恒認證中心《箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)通用技術要求》(CGC/GF177:2020)．[2]2017年深圳市贏合科技股份股份有限公司專利——一種鋰電池裝置的機架制造方法及圖紙[3]井志忠.日本新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式[J].日本學論壇2017,1:74-79.[4]李大元.低碳背景下我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的對策研究[J].經(jīng)濟縱橫.2021（2）:72-75[5]郭偉超、張志勇、孫磊.一種用于鋰電池自動化生產(chǎn)線的拔膠釘裝置.中國專利.實用新型CN201721142496.2017.09.07[6]士蘭公司技術文件.鋰電池保護電路SC451，2003.[7]麻友良，陳世全，電動汽車用電池SOC定義與檢查方法.清華大學學報（自然科學版），2021年第11期.[8]林楓，王月忠，解晶瑩，智能化鋰離子電池管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).微計算機信息，2005（3）[9]SEIKO公司技術文件，BATTERYPROTECTIONICFORSINGLE-CELLPACKS-8261series[10]Grigo