CN103151550B - 用于组装层叠式堆体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于组装层叠式堆体的装置，包括：组装台架，该台架包括底板，所述组装台架可选择地放置于压紧装置上或者装配区域；定位装置，可拆卸地安装在所述底板上，用于限制堆体部件的偏移；压紧装置，包括吊装区域和压装区域和可移动式工作台，所述工作台可在吊装区域和压装区域之间转换。本发明提高了压力机的工作效率，提高了设备对不同规格堆体的通用性，同时也简化了人工操作。

Description

用于组装层叠式堆体的装置

技术领域

本发明涉及一种用于组装设备的机械，具体涉及用于组装层叠式堆体的装置。

背景技术

近年来，低碳经济的大力发展和清洁能源的利用，使储能电池尤其是液流电池、燃料电池等具有广阔的市场前景，得到了众多厂家和研究机构的青睐，为适应市场的需求，建立高效率、高质量的堆体组装工艺及组装装置也就成为研发单位所迫切需要解决的问题。

堆体的组装是堆体生产中最关键的一道工序，它不仅直接影响堆体的装配效率和品质，而且装配工艺决定了厂房大小、设备投资、生产人员数量、在制零部件数量等其它方面。

堆体的组装对保证堆体性能的一致性有很大的影响，目前，通常采用人工将零件层叠组装，在紧压时，四周人工用扳手等辅助工具来锁紧堆体，受力的不均衡等导致堆体组件的错位、一致性差，同时装配效率极低。另外，部分公司采用在液压装置上进行零部件层叠后再通过液压装置进行紧压的组装方式3，这种方式在层叠单元时严重受制于液压装置空间的制约，存在操作不便及安全隐患，因层叠时间长导致液压装置的利用率极低，紧压的精度无法控制或控制过于复杂，不利于堆体的产业化生产。

中国发明专利说明书中公开(公告)号为“102361093A”，名称为“钒电池装堆方法及钒电池装堆装置”公开了一种钒电池堆体的安装方法及装置，在装置的下板上将钒液流电池电堆单元逐层叠加，叠加过程通过定位构件进行定位，通过下压构件对各所述钒液流电池电堆单元进行下压和锁紧。采用此技术提高了装推的工作效率，提高了装堆过程中的定位精度。然而，此技术存在以下问题：1）堆体的层叠组装和紧压都在液压装置上进行，占用了设备的使用，设备的利用率不高，生产效率低；2）堆体的层叠是操作人员在设备操作台上进行，其零部件需转至操作台上，使劳动强度加大，另操作台需预制零部件堆放区，造成操作台的面积需求大才能不影响操作，导致设备占用面积大，尤其在组装较大堆体时，上述情况更加明显；3）堆体受压前，取下定位装置，导致堆体受压时，因未对其进行有效定位，容易造成堆体的各零件相对滑动，或引起堆体倾斜，影响堆体的品质，导致堆体的一致性差；4）堆体在锁紧紧固件时，丝杆两端均需受力才能固定，且均需人工操作，劳动强度大，尤其在堆体较高时，堆体上、下端均需配备操作人员来配合操作，完成堆体锁紧紧固件的工作，人均生产效率低，操作过于复杂；5）堆体在转运时，因未对其进行有效限位，可能导致堆体吊落、磕碰等系列问题，且在压装设备上进行组装作业，因操作人员长时间处于没完全固定的设备下，都存在一定的安全隐患；6）堆体尺寸不同，设备上的下模板及下压头均需更换，造成工装成本增加，及操作繁琐；7）堆体压装时，无论是肉眼还是长度测量工具人工控制下压到预定位置，但都不能自动控制下压构件，且下压构件未设自动保压功能，容易造成下压过头或未到位的情况，影响堆体的质量。

中国实用新型专利说明书中公开(公告)号为“201038242”，名称为“燃料电池堆批量生产用组装装置”公开了一种燃料电池堆批量生产用组装装置，进行组装时将燃料电池堆放在工作台之间通过定位孔进行定位，上移动工作台和下移动工作台沿导向柱相向运动同时对燃料电池堆施力组装；光栅尺和液压缸内的压力传感器将反馈信号传到控制台对组装进行监控。采用此技术部分解决了人工控制下压构件及自动保压、工作台通用几种规格的堆体等问题，但也存在诸多不足，具体为：1）工作台虽然通用几种规格的堆体，但工作台固定在导向柱上，如堆体要进行修改或生产新的堆体时，需将装置全部拆解，进行改进后组装、调试，或更换新的装置；2）采用上、下工作台同时或下工作台单独对堆体施压的工作方式，因下工作台对堆体施压时，需克服堆体及工作台本身的重力，容易造成上、下压力不均等，导致堆体受压不均衡；3）堆体的层叠组装和紧压都在液压装置上进行，占用了设备的使用，严重影响了设备的利用率，生产效率低；4）堆体在锁紧紧固件时，丝杆两端均需受力才能固定，且均需人工操作，劳动强度大，尤其在堆体较高时，堆体上、下端均需配备操作人员配合操作完成堆体锁紧紧固件工作。人均生产效率低，操作过于复杂；5）在堆体重量较重或体积较大时，堆体组装后，非常不便于从装置上取下。

发明内容

本发明的首要目的是解决现有技术中在组装层叠式电池堆体时占用压紧装置，设备使用效率不高的问题。

本发明的另一目的是解决现有技术中层叠式电池堆体组装装置通用性不高的问题。

本发明的又一目的是解决现有技术中组装层叠式电池堆体时容易发生部件异（移）位的问题。

本发明的上述目的以及其他目的通过以下技术方案来解决：

一种用于组装层叠式堆体的装置，包括：组装台架，该台架包括底板，所述组装台架可选择地放置于下述压紧装置上或者装配区域；定位装置，可拆卸地安装在所述底板上，用于限制堆体部件的偏移；压紧装置，包括可移动式工作台，所述工作台可在吊装区域和压装区域之间转换。

优选地，所述组装台架进一步包括紧固件固定机构，所述紧固件固定机构包括：多个固定孔，分布在所述底板上，位置与所述堆体的各紧固件相对应，所述固定孔的相对侧具有直边；固定件，中间设有螺母安装孔，可拆卸地安置在各所述固定孔中，借助所述固定孔的直边限制其旋转。

优选地，所述底板进一步包括定位孔，所述定位装置包括：定位边，用于止挡所述堆体的边缘；连接底座，连接在所述定位边的下端，并且设有长孔，通过螺栓穿过该长孔和所述定位孔将所述定位装置安装在所述底板上。

优选地，所述压紧装置还包括：底座，上面分为所述吊装区域和压装区域；龙门，设置在所述压装区域，支撑着下述液压缸；液压缸，用于驱动下述压盖；压盖，连接在所述液压缸的下端，受所述液压缸驱动，向下施压。

进一步地，其中所述压盖通过螺栓可拆卸地与所述液压缸相连，且可在一定范围内自动调整相对于所述液压缸的角度。

优选地，所述底座上设有滑轨，该滑轨从所述吊装区域延伸至所述压装区域，所述工作台可滑动地设置在所述滑轨上。

优选地，所述底板与所述工作台上对应地设有对中机构。

优选地，本发明的用于组装层叠式堆体的装置还包括控制装置，与所述工作台和/或液压缸电连接，用于控制所述工作台和/或液压缸的动作。

进一步地，所述控制装置包括：驱动装置，驱动所述工作台和液压缸的动作；压力显示装置，用于显示液压缸内压力值；行程显示装置，用于显示液压缸（35）的移动距离。

优选地，所述压力显示装置可根据需要进行压力设定，当压力到达设定值时，反馈给所述驱动装置及时停止液压缸并保压。

优选地，所述行程显示装置可根据需要进行距离设定，当移动距离到达设定值时，反馈给所述驱动装置及时停止液压缸并保压。

在另一种实施方式中，本发明的用于组装层叠式堆体的装置包括：组装台架，包括底板，所述组装台架可选择地放置于下述压紧装置上或者其他装配区域；定位装置，可拆卸地安装在所述底板上，用于限制堆体部件的偏移；压紧装置，包括底座和施压组件，所述施压组件包括：龙门，可移动地设置在底座上，以致可以在底座的一维方向挪动位置，所述龙门还支撑着下述液压缸；液压缸，用于驱动下述压盖；以及压盖，连接在所述液压缸的下端，受所述液压缸驱动向下施加压力。

本发明的装置不限于进行电池堆的组装，凡是具有层叠式结构的部件都可以适用。本发明很好地解决了上述技术问题，提高了压力机的工作效率，提高了设备对不同规格堆体的通用性，同时也简化了人工操作，其达成的诸多技术效果在本说明书的最后一部分有详细阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的组装台架的示意图；

图2是图1中紧固件固定机构的示意图；

图3是本发明一个实施例的定位装置的示意图；

图4是本发明一个实施例的装有图3所示定位装置的组装台架的示意图；

图5是本发明一个实施例中的压紧装置和控制装置的示意图；

图6是电池堆体被置于组装台架的示意图，其中显示了定位装置；

图7是装有电池堆体的组装台架被置于压紧装置中的示意图。

具体实施方式

图1至图7示出本发明的一个具体实施例。该组装装置包括组装台架10、定位装置20和压紧装置30。图1示出组装台架10，该台架是独立于其他部件的，就是说，台架10与本发明装置的其它部件没有物理连接。台架10包括底板11，底板11用于在上面组装层叠式堆体50（如图5所示）。当操作人员在台架进行堆叠堆体的操作时，台架可以放在除压紧装置30之外的任何适合的场所，即装配区域。当堆叠堆体之后，需要压紧该堆体时，台架10连同上面的堆体即被转移到压紧装置30上进行压紧操作。

如图1所示，底板11中还设有多个紧固件固定机构12，它们的位置和数目与堆体的紧固件的数目和位置相对应，用来固定堆体50的紧固件（下文会述及）。图2是紧固件固定机构12的放大图。如图2所示，每个紧固件固定机构12包括开在底板11上的多个固定孔122，固定孔122的相对侧具有直边124；固定件15也具有相应的直边，可拆卸地安置在各固定孔122中，借助固定孔122的直边124与固定件15的直边的配合来固定固定件15，不让其旋转。固定件15中间设有螺母安装孔152，该安装孔用来放置堆体紧固件（由双头螺杆与两端的螺母构成）的螺母，使得当在拧动双头螺杆上端的螺母时，下端的螺母（安放在固定件15中的螺母）不会跟着转动。为一个底板11可以配备多种型号的固定件15，以适应不同堆体的紧固件的螺母，这样可以提高一块底板的通用性。而对于一块底板11，固定孔122的分布特征（之间的间距）决定了底板对于堆体的适用性，因为必须确保固定孔122的分布图案与堆体的紧固件的分布图案相一致。因此，在本发明中，对于一个组装台架10，可以配备多种型号的底板，使用时根据堆体的型号选择相应的底板。

底板11中还设有吊孔14，是用来作为吊车或者机械臂的抓手，以便在堆叠好堆体后将组装台架10连同堆体50吊至压紧装置30的工作台32上。作为变型例，可以不在底板上设吊孔14，而在组装台架的其它部件上设吊耳或者类似部件。在其他实施方式中，不采用吊车或者吊臂移动组装台架，而用叉车的叉起组装台架。在后一种方式中，吊孔或者吊耳就可以省略。

底板11还设有定位孔13，是为了安装下文述及的的定位装置20。

图3示出本发明一个典型实施例的定位装置20的结构。如图3所示，定位装置20包括定位边21和连接底座22，定位边21用于止挡堆体的边缘；连接底座22连接在定位边21的下端，并且设有长孔222，螺栓穿过该长孔222和定位孔13将定位装置安装在底板11上。长孔222允许定位装置20在底板上进行一定范围的移动，以适应不同尺寸的堆体。作为等同替换，定位装置20可以不设连接底座22，而将其下端直接插入定位孔13中。为使定位装置在底板上的位置可调节，以适用不同尺寸的堆体，可在底板11上将定位孔13由内到外设置多个。定位装置的作用是使得堆体各层部件对齐，以避免在装配和压紧操作中各层部件之间发生错位。图4显示了各定位装置20安装在底板11上之后的情况。图6示出堆体50被组装在组装台架上之后的情况。

图5示出了本发明中压紧装置30的一个典型实施例。如图5所示，压紧装置30包括底座31，上面分为上述吊装区域和压装区域。压装区域是指对堆体50进行加压时堆体所处的位置，位于压板34的垂直下方。吊装区域是指偏离压装区域的位置，即，当吊车或者机械臂将层叠好的堆体吊至工作台32时不受龙门阻挡的位置。工作台32可在底座31的吊装区域和压装区域之间转换。龙门33设置在压装区域，支撑着液压缸35。液压缸35用于驱动下述压盖34；压盖34连接在液压缸35的下端，受液压缸35驱动，向下施压。在本实施例中，压盖34通过螺栓可拆卸地与液压缸35相连，且可在一定范围内自动调整相对于液压缸35的角度。压盖是可更换的，以致根据堆体的大小调整压盖的尺寸。压盖与液压缸的连接也可以采取其他连接方式，例如采取销连接、卡接。这些连接方式必须允许压板34相对于液压缸35具有一定的自由度，以便在施压时压板可以根据堆体上板的水平度调整角度，做到均匀施压。

在本实施例中，如图5所示，底座31上设有滑轨36，该滑轨从吊装区域延伸至压装区域，工作台32可滑动地设置在滑轨36上，滑轨可以将工作台32在两个区域之间转换。可以有其他多种形式替代该滑轨，例如，工作台可以由链条/齿轮机构带动在两个区域之间转换；还可以在底座31上设置履带，履带可以单向或者双向转动，载着工作台进行位置转移，在这种情况下，人工推动堆体即可以移动堆体的位置。作为滑轨的变型例，工作台32位置固定，而施压组件（包括龙门33、液压缸35和压板）可移动地设置的底座31上，可以整体地在底座31上移动。机械领域的普通技术人员很容易实现这一点。在这种实施方式中，工作台32本身或许可以省略，堆体50只需放置在底座31的面板上即可。

作为优选，在图示出的实施例中，底板11与工作台32上对应地设有对中机构。如图5所示，工作台上设有对位孔322，在底板11的下侧对应位置设有凸起；或者在工作台上设有对位凸起，在底板11的下侧对应位置设有对位孔。这样很容易实现底板11与工作台的对中。

作为优选，本发明的的用于组装层叠式堆体的装置还包括控制装置40，其与工作台32和/或液压缸35电连接，用于控制工作台32和/或液压缸35的动作。

进一步地，该控制装置包括：驱动装置41，驱动工作台32和液压缸35的动作；压力显示装置42，用于显示液压缸35内压力值；以及行程显示装置43，用于显示液压缸35的移动距离。进一步地，压力显示装置42可根据需要进行压力设定，当压力到达设定值时，反馈给驱动装置41及时停止液压缸35并保压。进一步地，行程显示装置42可根据需要进行距离设定，当移动距离到达设定值时，反馈给驱动装置41及时停止液压缸32并保压。

下面以上述图示出的典型实施例的组装装置为例，说明进行堆体组装的步骤。

根据堆体50型号选用合适的底座11，并将底座11置于装配区域，即压紧装置之外的地方，通常为地面上。底座11可根据待装堆体50的型号选取相应规格，一个底座11可适应于若干规格堆体50的组装。

根据堆体50紧固件的规格，选用相应规格固定件15，并将其装入底座11的固定孔122中。将一端带螺母、垫片等紧固件的螺杆/双头螺栓装入固定件15内，螺杆/双头螺栓带螺母、垫片等紧固件的一端朝下，与紧固件固定装置12配合。将堆体50的端板穿过螺杆/双头螺栓，放置到组装台架10上。选用合适的定位装置20，通过定位装置20上的长孔222调整其到预定位置后用螺栓固定。

接下来，在组装台架10上将堆体50的零件层叠进行组装，层叠过程通过定位装置20进行定位。然后，启动控制装置40，通过驱动装置41将压紧装置30上的工作台32置于吊装区域；通过组装台架10底座11上的吊孔14，将组装台架10连同堆体50一起吊至压紧装置30上的工作台32；启动控制装置40，通过驱动装置41将压紧装置30上的工作台31置于压紧位置；启动控制装置40，通过驱动装置41驱动液压缸35，带动压盖34对堆体50进行压紧；压紧的过程是通过驱动装置41驱动液压缸35相对龙门33向下移动，带动压盖34向下移动，因工作台31与龙门33相对高度位置固定，向下移动的压盖34下压堆体50，在下压力和压紧装置30的工作台31的反作用力下，堆体的各零件向下移动。当设定的下压过程使液压缸35的压力到达设定值，且堆体50各零件到预定位置，堆体50的尺寸符合要求后，在丝杆的另一端装入紧固件并锁紧。

最后，通过组装台架10底座11上的吊装螺孔，将组装台架10连同堆体50一起吊至装配区域；拆卸掉定位装置20，取下已经装配成一体的堆体50。

根据本发明，组装台架为可移动结构，先将其置于装配区域对堆体进行组装后，吊至压紧装置上进行压紧，配制若干个组装台架后，可满足堆体组装和压紧同时进行，大大提高生产效率，同时也避免因堆体的零部件带有腐蚀性液体对设备造成损伤。

根据本发明，压紧装置采用龙门框架结构，既满足了装置需求，又避免了因框架过大造成操作不便，以及在压紧装置下作业存在的安全隐患；龙门框架可以焊接、铸造等方式制造而成；

根据本发明，压紧装置工作台采用移动式结构，可根据需要随时调整工作台所处位置；工作台可为圆形、方形、椭圆形等任意形状；工作台可通过液压缸驱动、齿轮驱动、链驱动、带驱动等任意驱动形式；工作台上制有凹台，也可为凸台，与组装台架自动对中，凹台可为圆形、方形、椭圆形等任意形状；操作方便，安全隐患低，降低了操作者劳动强度。

在本发明中，压紧装置工作台可以与地面基本平齐，其工作台以下部位置于地坑内，降低设备的占有空间，且便于操作。

根据本发明，压紧装置的压盖采用可拆卸式结构，可以螺栓连接、销连接、键连接等任意连接方式；压盖可为圆形、方形、椭圆形等任意形状；压盖上制有过紧固件孔，孔可为任意形状；压盖通用若干堆体，有新堆体结构可在原压盖上进行改制到通用状态；可为提高压装效率，降低成本。

根据本发明，压紧装置的压盖具有自动翻转功能，使组装台架工作平面与压盖工作平面自动平行，有效保证了堆体的各部位受力均匀。

根据本发明，组装台架上制有凸台，也可为凹台，与压紧装置的工作台自动对中，凸台形状与工作台的凹台相配，使压紧装置受心中心与堆体中心重合，有效保证了堆体的各部位受力均匀；

组装台架上配有紧固件固定机构，自动固定紧固件，代替人工操作。提高工作效率，降低人力成本，减小劳动强度。

组装台架上配置的固定件采用自动固定的可拆卸式结构，可为螺栓连接、过盈连接、防转结构连接等，不同规格的紧固件下，只需将组装台架上的固定件更换成配套的，使组装台架的使用寿命大大增加，便于维护，通用性强，且适合各种规格、型号的紧固件，有效的降低了成本。

根据本发明，组装台架上制有适合若干型号、规格堆体的用于安装固定件的固定孔，且可根据堆体的紧固尺寸对组装台架进行改制，便于通用，大大减少了组装台架的规格、数量，降低了模具成本和模具放置空间。

根据本发明，堆体的定位装置采用外部定位，便于拆卸，在堆体组装、压紧、吊装、转运等过程中都对其进行定位和保护，保证了堆体零部件的相互位置，防止了堆体在吊装转运及压制过程产生的倾斜。

根据本发明，堆体的定位装置的固定采用可调结构，便于对定位装置的位置进行调节，以适应各种规格、型号的堆体，可调结构可为长孔、外部压固等；定位装置通用性强，且便于其的装配、调整、拆卸，有效的提高了压装效率，降低了模具成本和模具放置空间。

在本发明中，堆体压紧可以采用以堆体所受压力为主，堆体尺寸为辅的控制方式，当堆体达到所受压力时自动保压，再对其尺寸进行测量，以确认堆体品质。如果堆体尺寸超过设定，而压力未达到要求，则自动示警并停止工作。避免因堆体零部件的尺寸误差引起的受力不够或压馈现象。

在本发明中，控制装置可以采用PLC控制，可随意设定液压缸压力及行程，当达到任意一种设定值时，自动停止工作并保压；液压缸压力是以管道内压力为基准进行测量，行程是管道内流量为基准进行测量，行程可以将任意点设置为起点位置。

以上以典型实施例阐述本发明的构思，本领域技术人员根据本发明的启示可以对上述实施例做多种更改、替换，这些更改、替换可以视为对本发明技术方案的等同替换或者进一步优化，均应包含在权利要求书限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，包括：

组装台架(10)，包括底板(11)，所述组装台架(10)置于下述移动式工作台(32)上；

定位装置(20)，可拆卸地安装在所述底板(11)上，用于限制堆体部件的错位；

压紧装置(30)，包括吊装区域、压装区域和移动式工作台(32)，所述工作台(32)可在压紧装置的吊装区域和压装区域之间转换，所述压紧装置(30)还包括：

底座(31)，上面分为所述吊装区域和压装区域，

龙门(33)，设置在所述压装区域，支撑着下述液压缸(35)，

液压缸(35)，用于驱动下述压盖(34)，

压盖(34)，连接在所述液压缸(35)的下端，受所述液压缸(35)驱动，向下施压；

所述组装台架(10)进一步包括紧固件固定机构(12)，所述紧固件固定机构包括：

多个固定孔(122)，分布在所述底板(11)上，位置与所述堆体的各紧固件相对应，所述固定孔(122)具有一对直边(124)；和

固定件(15)，中间设有螺母安装孔，可拆卸地安置在各所述固定孔(122)中，借助所述固定孔(122)的直边(124)限制其旋转。

2.根据权利要求1所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述底板进一步包括定位孔(13)，所述定位装置(20)包括：

定位边(21)，用于止挡所述堆体的边缘；

连接底座(22)，连接在所述定位边(21)的下端，并且设有长孔(222)，通过螺栓穿过该长孔(222)和所述定位孔(13)将所述定位装置安装在所述底板(11)上。

3.根据权利要求1所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述压盖(34)可拆卸地与所述液压缸(35)相连，且可在一定范围内自动调整相对于所述液压缸(35)的角度。

4.根据权利要求1所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述底座(31)上设有滑轨(36)，该滑轨从所述吊装区域延伸至所述压装区域，所述工作台(32)可滑动地设置在所述滑轨(36)上。

5.根据权利要求1所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述底板(11)与所述工作台(32)上对应地设有对中机构。

6.根据权利要求1所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，还包括控制装置(40)，与所述工作台(32)和/或液压缸(35)电连接，用于控制所述工作台(32)和/或液压缸(35)的动作。

7.根据权利要求6所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述控制装置(40)包括：

驱动装置(41)，驱动所述工作台(32)和液压缸(35)的动作；

压力显示装置(42)，用于显示液压缸(35)内的压力值；

行程显示装置(43)，用于显示液压缸(35)的移动距离。

8.根据权利要求7所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述压力显示装置(42)可根据需要进行压力设定，当压力到达设定值时，反馈给所述驱动装置(41)及时停止液压缸(35)并保压。

9.根据权利要求7所述的用于组装层叠式堆体的装置，其特征在于，所述行程显示装置(43)可根据需要进行距离设定，当移动距离到达设定值时，反馈给所述驱动装置(41)及时停止液压缸(35)并保压。