摘要：介绍了一种基于伺服控制的用于钢壳内壁导电膜喷涂的专用机器，阐述了其系统的构成、各部分的工作原理及控制过程，该设备具备600只/分钟的高速生产能力，可用于5#、7#碱锰电池的单机自动生产，也可作生产线的配套设备。
　　关键词：碱锰电池；伺服控制；高速；导电膜涂布
　　0 前言
　　在钢壳内壁喷涂一层厚度均匀的石墨层是目前碱性锌锰电池生产中普遍采用的一道工艺。导电膜涂布机是一种专门用于实现钢壳内壁石墨层均匀且厚度适中喷涂的自动化程度高、复杂系数大的机电一体化产品。由于该机结构较为复杂、工艺过程多、制造难度大，因此，在国内碱性锌锰电池发展的前期，该设备主要依赖进口。随着对国外技术的吸收、消化，近年来也有些国内电池生产厂商开始自行研发导电膜涂布机，但是受制于钢壳供料速度、喷涂装备以及间歇式机构的选择，国内自行研发的导电膜涂布机大都停留在300-400只/分钟的生产能力，远落后于国内最新高速碱性电池生产线的研发进度。为此，我们研制了一种基于伺服控制的高速导电膜涂布机，生产速度可达600只/分钟，可有效匹配国内最新高速碱性电池生产线的生产。
　　1 组成及工作原理
　　基于伺服控制的高速导电膜涂布机如图1所示，工作原理和工作过程如下：
　　首先对系统进行初始化，设备所有相关操作及故障排除指令均集成到触摸屏11上进行显示。生产前开启烘箱运行按钮，启动烘箱12，并设置好温度参数。随后对伺服控制的涂布转盘进行原点归零操作，保证喷涂工作位置的准确性。
　　钢壳的供料由振动料斗a4及振动料斗b5同时控制，确保物料的供应速度。WWw.11665.COm而振动料斗中的物料补给也由钢壳自动分料装置3自动控制，确保料斗有足够的物料。从料斗中出来的钢壳经过换向整理机构8整理后进入涂布机构9，涂布机构主要是由基于伺服控制的涂布转盘、喷枪、时间控制器以及cp泵10组成。伺服马达控制涂布转盘在当钢壳运行到涂布位置后准确停止，皮带按摩机构带动涂布位置的钢壳在轴承上高速旋转，确保导电剂覆盖的均匀性。涂布机构入口检测钢壳位置的感应器作为喷涂的动作开关，在感应到钢壳后将信后反馈给plc控制器，plc将指令传送给时间控制器，由时间控制器控制喷枪的喷涂时间，喷涂时间长则喷涂量多，反之，则量少。在喷涂位置的下一个工位上设有光电感应器，检测钢壳内部有无喷涂导电剂，确保产品质量的稳定性。钢壳喷涂结束后，将直接进入烘箱进行烘干。同时，下一个钢壳进入涂布位置，进行下一个循环。
　　2 传动系统设计
　　2.1 钢壳自动上料及分料系统设计
　　自动上料及分料系统由具备直线振动送料功能的料仓1提供钢壳，经过皮带提升输送机2提升输送后进入自动分料系统3。自动分料系统3原理主要是由两个直线汽缸控制的两个阀门，根据各阀门下方振动料斗里物料储存情况分为两个状态，即开或闭。当所对应振动料斗物料储存不够时，会将指令传送给plc，plc随后将控制指令传递给控制该流向阀门汽缸的电磁阀，阀门打开，物料供给。反之则阀门关闭，确保振动料斗里的物料储存始终处在一个最佳的位置。
　　2.2 钢壳传动链及方向整理系统设计
　　经过钢壳振动料斗a、b整理后，钢壳物料从杂乱无章变得有序，但是开口部朝向并不一致。钢壳传动链首先将从振动料斗a及振动料斗b出来的两路钢壳整合到一路，并且输送到换向整理机构8中。换向整理机构是通过凸轮的原理，将开口部朝向各异的钢壳分成两排，并通过钢丝翻转机构，将其中一排的钢壳翻转换向后与另一排重新排布在一起进入后续的涂布机构。
　　2.3 导电剂涂布系统设计
　　导电剂涂布系统是由导电剂供料系统和涂布系统两部分组成。导电剂供料系统是采用美国诺信（nordson）公司生产的cp泵，该泵在确保工艺要求的情况下，其雾化后的流体最大可达到的喷涂能力在每分钟1000只左右[1]。并配合每分钟可喷涂800次的a20a高速电子喷枪，可有效满足本设备600只/分钟生产能力的设计要求。
　　涂布系统是采用基于伺服控制的间歇式运动方式，采用伺服控制的好处是可以快速地实现加速、减速及停止，并且定位准确，可轻松实现600只/分钟的涂布要求。间歇式运动的停顿时间要求大于钢壳的喷涂时间，并且在喷涂时必须让钢壳本身实现高速旋转，该功能由专门的皮带按摩机构辅助完成。在喷涂位置的前一工位设有钢壳有无检测感应器，以控制

枪是否打开，而喷枪打开的时间（即喷涂时间）则由时间控制器设定。为确保产品质量的稳定性，在喷涂位置的下一工位还设有白钢壳感应器，以检测导电剂是否喷涂。
　　3 控制系统设计
　　控制系统采用plc控制，控制系统框图如图2所示。主要执行机构功用：电机1控制皮带提升输送机将料仓里的钢壳自动输送到振动料斗中。调频控制器a控制振动料斗a的出料速度，调频控制器b控制振动料斗b的出料速度。电机2控制钢壳传动链及方向整理系统，通过调节变频器可以控制钢壳输送机整理速度，以便与下一道涂布速度相匹配。伺服电机通过伺服驱动器控制涂布转盘的速度以调节每分钟的生产速度。时间控制器负责控制喷涂时间以调节喷涂量的大小。
　　4 主要技术参数及涂布运动数学模型建立
　　4.1 主要技术参数
　　最高涂布效率：600只/分钟；涂布重量7-13mg；涂布高度4-8mm；电源电压：220v；设备总功率2.52kw。
　　4.2 涂布运动参数设计与数学模型建立
　　导电剂涂布运动关系如图3所示，图中v1—辅助钢壳旋转的按摩皮带线速度，；v2—钢壳旋转转的线速度；v3—涂布转盘线速度；α—相邻两工位夹角；d1—按摩皮带主动轮直径。
　　若设计生产率为n个/分钟，电池壳体与轴承接触为纯滚动。一个喷涂周期为t=60/n，s；按节拍划分，定义钢壳从检测工位（检测钢壳有无，控制喷枪动作）到涂布工位（喷枪安装位置）运行时间为t1，钢壳停顿时间为t2，那么t= t1+t2。
　　（1）涂布参数控制
　　钢壳在辅助旋转的按摩皮带紧压下作纯滚动旋转，因此钢壳圆周线速度等于皮带线速度，即v2=v1。理论上，在一个喷涂时间周期t'内，钢壳至少转动一周以上。设钢壳直径为d，那么钢壳最小自转速度v2=πd /t'。即辅助钢壳旋转的按摩皮带线速度v1=πd /t’，按摩皮带的最小角速度应为？棕1=2πd /d1t'。
　　（2）喷枪的参数控制
　　对于钢壳内壁导电剂涂布来说，单位钢壳的喷涂时间周期t'至关重要，在能保证极限生产率的情况下，停顿时间t2与喷涂时间周期t'的差值越大，那么喷枪可调节性越好。由于一个喷涂周期t= t1+t2，得出t2=t-t1，在生产率n保持不变的情况下，例如n取600只/分钟，t就为一不变的常数。那么唯一可变的就是t1，而t1又是由伺服马达在α角度内加速时间和减速时间的和决定的，因此在不超过伺服马达本身性能参数的情况下，t1值取越小越好。
　　5 结语
　　该高速钢壳导电膜涂布机目前已经研制成功并投入生产使用。该设备的研制成功大大提升了碱性锌锰电池导电膜的涂布效率，减轻了工人的劳动强度，实现了减员增效的效果。
　　参考文献
　　[1] nordson公司.cp pump 手册[m].2010.
　　作者简介：
　　王剑浩（1963-），男，浙江人，中银（宁波）电池有限公司工程师，从事企业管理。
　　叶伟强（1986-），男，浙江人，中银（宁波）电池有限公司助理工程师，从事设备设计、研发及调试。
　　常伟（1975-），男，江苏人，中银（宁波）电池有限公司工程师，从事设备设计、制造、开发及管理。